海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法
2023-06-02 19:13:31
海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法，其特徵在於：裝置由兩個相互配合的ORC發電系統和海水淡化系統構成，海水淡化系統利用ORC發電系統工質冷凝器在工質冷凝過程中釋放的大量熱能，加熱進入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；ORC發電系統利用海水淡化系統提供大量海水做冷媒，有效降低工質冷凝器溫度，提高ORC發電的效率，兩系統相互配合，協調工作，實現電水聯產，在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，進入蒸發器的淡水經過內燃機冷卻水熱交換器，被內燃機冷卻水加熱，實現內燃機冷卻水餘熱回收，提高蒸汽產量。本發明不需外部提供電力、蒸汽能源，淡水產量可以達到500t/d，對外提供電力2000KWh/d。
【專利說明】海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用有機朗肯循環(ORC)低溫發電技術對柴油發電機排氣和冷卻水餘熱進行回收，在不消耗其它能量的前提下進行海水淡化並且有富餘電力輸出的技術，特別涉及一種海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法。
【背景技術】
[0002]中國的面積達500平方米以上的島嶼有6536個，目前有人居住的島嶼只有450個，絕大多數島嶼因為缺水、缺電，人員無法在島上長期居住。開發海島，特別是開發南海諸島，首先要解決的是電力和淡水。目前遠海島嶼開發的電力主要靠柴油發電機供電，淡水主要靠船舶運輸解決。通常，海島電價和淡水價格比內陸高出數倍，就是因為電力和淡水都是柴油轉化而來。
[0003]目前技術狀態下，柴油內燃發電機熱效率只有35-40%，高達60-65%的熱量通過排氣、冷卻水、機體散發等形式，放散到大氣中。通過排氣帶走的熱量佔總熱量的30-35%，冷卻水散發的熱量佔總熱量20-30%。如何回收利用這部分熱量，是柴油內燃機節能減排的主要任務。利用ORC餘熱發電技術把內燃機排氣和冷卻水廢熱轉化為電力，是提高柴油發電機效率的重要手段。海水淡化技術中，應用較廣的是蒸餾法和反滲透法.其中低溫多效蒸餾法、多級閃蒸法在消耗電能較少的情況下，通過對蒸汽潛熱回收再利用的方法減低熱量消耗，生產出高質量的淡水。反滲透法則不需要輸入蒸汽，僅輸入電能就可淡化海水。
[0004]現有技術中，有利用內燃機排氣廢熱的發電的技術、也有利用內燃機餘熱進行海水淡化的技術。本發明是一種能夠充分利用柴油發電機廢熱，實現電力、淡水聯產，在不需要或較少需要淡水的情況下，多輸出寶貴的電能；在大量需要淡水的時候，多生產淡水，少輸出電能。這種方法較前述技術，餘熱利用率更高，能降低柴油發電站發電成本，特別是能顯著降低海水淡化成本，更適於在海島特別是遠海島嶼環境下使用。
【發明內容】
[0005]本發明克服了上述存在的缺陷，目的是通過ORC發電技術與海水淡化技術配合，對柴油發電機組排氣和冷卻水餘熱進行最大限度的回收，在不消耗其它能量的前提下進行海水淡化，並能向外提供一定電力，實現海島柴油發電站節能減排，提供一種海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法。
[0006]本發明海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置及方法內容簡述:
本發明海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置，其特徵在於:海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置由ORC發電系統及海水淡化系統相互配合組成，ORC發電系統由:工質蒸發器、透平膨脹機、發電機、工質冷凝器和工質增壓泵構成；海水淡化系統由:蒸汽發生器、海水淨化器、海水儲罐、海水泵、濃鹽水儲罐、淡水儲罐、內燃機冷卻水熱交換器、熱海水泵、熱海水儲罐和海水淡化器組成；安裝在·內燃機排氣通道上的組合餘熱鍋爐由工質蒸發器和蒸汽發生器構成，工質蒸發器依次與透平膨脹機、工質冷凝器、工質增壓泵連接，透平膨脹機同軸連接發電機；海水經海水入口進入海水淨化器，海水淨化器依次連接海水儲罐、海水泵、工質冷凝器、熱海水儲罐、熱海水泵及海水淡化器；海水淡化器分別與濃鹽水儲罐、淡水儲罐連接；淡水儲罐依次連接淡水泵、內燃機冷卻水熱交換器、節流閥、蒸汽發生器；熱海水儲罐通過逆止閥與海水儲罐連接；內燃機冷卻水熱交換器設有冷卻水入口、冷卻水出口。[0007]所述的透平膨脹機是螺杆式的、或渦旋式的。
[0008]所述的海水淡化器是蒸髮型的、或反滲透型的。
[0009]海島柴油發電站餘熱電水聯產方法，其特徵在於:
(1)、裝置由兩個相互配合的系統組成:一是ORC發電系統，另一是海水淡化系統，海水淡化系統利用ORC發電系統工質冷凝器在工質冷凝過程中釋放的大量熱能，加熱進入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；0RC發電系統利用海水淡化系統提供大量海水做冷媒，有效降低工質冷凝器溫度，提高ORC發電的效率，兩系統相互配合，協調工作，實現電水聯產；
(2)、在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段:高溫段、低溫段，當使用蒸髮式海水淡化器時，其高溫段設置有機工質蒸發器，其低溫段設置蒸汽發生器；
(3)、在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段:高溫段、低溫段，當使用反滲透膜式海水淡化器時，組合餘熱鍋爐高溫段設置過熱器，低溫段設置蒸發器；
(4)、進入蒸發器的淡水經過內燃機冷卻水熱交換器，被內燃機冷卻水加熱，實現內燃機冷卻水餘熱回收，提高蒸汽產量。
[0010]本發明利用海島電站柴油內燃機餘熱，ORC發電機組使用有機工質R123，發電機輸出功率220KW，採用低溫多效海水淡化器或反滲透膜型海水淡化器，整套裝置不需要外部提供電力、蒸汽等能源，淡水產量可以達到500t/d，可以對外提供電力1000 Kffh/d~2000KWh/d。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置實施例1的結構示意圖；
圖2是是海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置實施例2的結構示意圖；
圖中:1是組合餘熱鍋爐、2是內燃機排氣通道、3是節流閥、4是工質冷凝器、5是發電機、6是工質增壓泵、7是海水淡化器、8是海水淨化器、9是海水儲罐、10是海水入口、11是海水泵、12是濃鹽水儲罐、13是內燃機冷卻水熱交換器、14是冷卻水出口、15是冷卻水入口、16是熱海水泵、17是熱海水儲罐、18是逆止閥、19是淡水儲罐、20是淡水泵、21是工質蒸發器、22是蒸汽發生器、23是透平膨脹機。
【具體實施方式】
[0012]本發明海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置，由ORC發電系統及海水淡化系統相互配合組成，ORC發電系統的工質冷凝器利用工質冷凝過程中釋放的大量熱能加熱進入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；海水淡化系統提供大量海水做冷媒，有效降低工質冷凝器溫度，提高ORC發電的效率，兩系統相互配合，協調工作，實現電水聯產。[0013]見圖1、圖2，ORC發電系統由:工質蒸發器21、透平膨脹機23、發電機5、工質冷凝器4和工質增壓泵6構成；海水淡化系統由:蒸汽發生器22、海水淨化器8、海水儲罐9、海水泵11、濃鹽水儲罐12、淡水儲罐19、內燃機冷卻水熱交換器13、熱海水泵16、熱海水儲罐17和海水淡化器7組成；安裝在內燃機排氣通道2上的組合餘熱鍋爐I由工質蒸發器21和蒸汽發生器22構成，工質蒸發器21依次與透平膨脹機23、工質冷凝器4、工質增壓泵6連接，透平膨脹機23同軸連接發電機5 ;海水經海水入口 10進入海水淨化器8，海水淨化器8依次連接海水儲罐9、海水泵11、工質冷凝器4、熱海水儲罐17、熱海水泵16及海水淡化器7 ;海水淡化器7分別與濃鹽水儲罐12、淡水儲罐19連接；淡水儲罐19依次連接淡水泵20、內燃機冷卻水熱交換器13、節流閥3、蒸汽發生器22 ;熱海水儲罐17通過逆止閥18與海水儲罐9連接；內燃機冷卻水熱交換器13設有冷卻水入口 15、冷卻水出口 14。
[0014]透平膨脹機23是螺杆式的、或渦旋式的兩種形式；海水淡化器7是蒸髮型、或反滲透型的兩種形式。
[0015]ORC發電系統工作過程:
在海島柴油發電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段，其高溫段是有機工質蒸發器，其低溫段是蒸汽發生器。有機工質在餘熱組合熱鍋爐的高溫段中蒸發，並達到超臨界狀態，推動透平膨脹機做功，帶動與其同軸的發電機，發出電力。有機工質從透平膨脹機排除後進入工質冷凝器，被海水冷卻後，在增壓泵內加壓，送入工質蒸發器，進入下一個循環。
[0016]海水淡化系統的工作過程: 海水經淨化器淨化處理後進入海水儲罐，再送入ORC發電系統的工質冷凝器，被有機工質冷凝釋放的熱量加熱後，進入熱海水儲罐；海水淡化器輸入的海水取自熱海水儲罐，淡化後的水進入淡水儲罐，濃鹽水進入濃鹽水儲罐。海水淡化系統的所有泵、閥等用電元器件均由ORC低溫發電系統供電。如果採用蒸髮型海水淡化器，需要把蒸汽發生器產生的蒸汽，送入海水淡化器，而進入蒸發器的淡水經過內燃機冷卻水熱交換器加熱；如果採用反滲透膜型海水淡化器不需要蒸汽，則無需設置蒸汽發生器和內燃機冷卻水熱交換器。
[0017]海島柴油發電站餘熱電水聯產方法，其特徵在於:
(1)、裝置由兩個相互配合的系統組成:一是ORC發電系統，另一是海水淡化系統，海水淡化系統利用ORC發電系統工質冷凝器在工質冷凝過程中釋放的大量熱能，加熱進入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；0RC發電系統利用海水淡化系統提供大量海水做冷媒，有效降低工質冷凝器溫度，提高ORC發電的效率，兩系統相互配合，協調工作，實現電水聯產；
(2)、在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段:高溫段、低溫段，當使用蒸髮式海水淡化器時，其高溫段設置有機工質蒸發器，其低溫段設置蒸汽發生器；
(3)、在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段:高溫段、低溫段，當使用反滲透膜式海水淡化器時，組合餘熱鍋爐高溫段設置過熱器，低溫段設置蒸發器；
(4 )、進入蒸發器的淡水經過內燃機冷卻水熱交換器，被內燃機冷卻水加熱，實現內燃機冷卻水餘熱回收，提高蒸汽產量。[0018]下面結合附圖及實施例作具體說明。
[0019]實施例1:採用蒸髮型的海水淡化器
見圖1，組合餘熱鍋爐I設置在海島柴油發電站內燃機尾氣排放通道2上，分為高溫段和低溫段2部分，高溫段溫度達400-450°C，低溫段溫度200-250°C，高溫段上設置ORC發電系統的工質蒸發器21，低溫段上設置蒸汽發生器22。工質蒸發器從內燃機排氣中取得熱量，調整工質增壓泵6，使有機工質蒸發，達到臨界或超臨界狀態，送入透平膨脹機23做功，帶動同軸的發電機5發出電力。從透平膨脹機31排出的有機工質乏氣送入工質冷凝器4，被海水儲罐9中的海水冷卻。冷卻後的有機工質再經增壓泵6加壓後，送入工質蒸發器21完成一個循環。循環不間斷的進行，發電機5發出源源不斷地電力。
[0020]蒸髮型的海水淡化器7，輸入的海水在工質冷凝器4中被有機工質蒸汽冷卻釋放的熱量加熱，其路徑是:海水從入口 10送入海水淨化器8，淨化後進入海水儲罐9，經海水泵11送入工質冷凝器4的冷卻液入口，加熱後，從工質冷凝器4的冷卻液出口送到熱海水儲罐17，再經熱海水泵16送到海水淡化器7中。海水淡化器7輸入的蒸汽是從蒸汽發生器22取得的，其路徑是:淡水取自淡水儲罐19，經淡水泵20加壓，送入內燃機冷卻水熱交換器13，在13中被有較高溫度的內燃機冷卻水加熱，再經節流閥3送入蒸汽發生器22加熱蒸發。海水淡化器所需電力取自ORC發電系統，在輸入較高溫度的海水和一定量的蒸汽的情況下，可以連續的進行海水淡化。生成的淡水進入淡水儲罐19，濃鹽水進入濃鹽水儲罐12。
[0021]本實施例利用海島電站2000KW柴油內燃機餘熱，ORC發電機組使用有機工質R123，發電機輸出功率120KW，採用低溫多效海水淡化器。整套裝置不需要外部提供電力、蒸汽等能源，淡水產量可以達到500t/d，對外提供電力1000KWh/d。
[0022]實施例2:採用反滲透膜型海水淡化器
見圖2， 組合餘熱鍋爐I設置在海島柴油發電站內燃機尾氣排放通道2上，分為高溫段和低溫段2部分，高溫段溫度達400-450°C，低溫段溫度200-250°C，低溫段上設置蒸發器22。高溫段上設置過熱器21。有機工質經工質增壓泵6加壓送入蒸發器22，蒸發後送入過熱器21，達到臨界或超臨界狀態，送入透平膨脹機23做功，帶動同軸的發電機5發出電力。從透平膨脹機23排出的有機工質乏氣送入工質冷凝器4，被從海水儲罐9中的海水冷卻。冷卻後的有機工質經增壓泵6加壓，送入蒸發器22，完成一個循環。循環不間斷的進行，發電機5發出源源不斷地電力。
[0023]反滲透膜型的海水淡化器7輸入的海水在工質冷凝器4中被有機工質蒸汽冷卻釋放的熱量加熱，其路徑是:海水從入口 10送入海水淨化器8，淨化後進入海水儲罐9，經海水泵11送入工質冷凝器4的冷卻液入口，加熱後，從工質冷凝器4的冷卻液出口送到熱海水儲罐17，再經熱海水泵16送到海水淡化器7中。反滲透膜型的海水淡化器無需蒸汽輸入，只要供電即可完成海水淡化。本例海水淡化所需電力取自ORC發電系統。海水淡化器生產的淡水進入淡水儲罐19,濃鹽水進入濃鹽水儲罐12。
[0024]本實施例利用海島電站2000KW柴油內燃機餘熱，ORC發電機組使用有機工質R123，發電機輸出功率220KW，採用反滲透膜型海水淡化器。整套裝置不需要外部提供電力、蒸汽等能源，淡水產量可以達到500t/d，可以對外提供電力2000KWh/d。
【權利要求】
1.一種海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置，其特徵在於:海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置由ORC發電系統及海水淡化系統相互配合組成，ORC發電系統由:工質蒸發器(21)、透平膨脹機(23)、發電機(5)、工質冷凝器(4)和工質增壓泵(6)構成；海水淡化系統由:蒸汽發生器(22)、海水淨化器(8)、海水儲罐(9)、海水泵(11)、濃鹽水儲罐(12)、淡水儲罐(19)、內燃機冷卻水熱交換器(13)、熱海水泵(16)、熱海水儲罐(17)和海水淡化器(7)組成；安裝在內燃機排氣通道(2)上的組合餘熱鍋爐(I)由工質蒸發器(21)和蒸汽發生器(22)構成，工質蒸發器(21)依次與透平膨脹機(23)、工質冷凝器(4)、工質增壓泵(6)連接，透平膨脹機(23)同軸連接發電機(5);海水經海水入口(10)進入海水淨化器(8)，海水淨化器(8 )依次連接海水儲罐(9 )、海水泵(11)、工質冷凝器(4 )、熱海水儲罐(17 )、熱海水泵(16)及海水淡化器(7);海水淡化器(7)分別與濃鹽水儲罐(12)、淡水儲罐(19)連接；淡水儲罐(19)依次連接淡水泵(20)、內燃機冷卻水熱交換器(13)、節流閥(3)、蒸汽發生器(22 );熱海水儲罐(17 )通過逆止閥(18 )與海水儲罐(9 )連接；內燃機冷卻水熱交換器(13 )設有冷卻水入口(15)、冷卻水出口(14)。
2.根據權利要求1所述的海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置，其特徵在於:所述的透平膨脹機(23)是螺杆式的、或渦旋式的。
3.根據權利要求1所述的海島柴油發電站餘熱電水聯產裝置，其特徵在於:所述的海水淡化器(7)是蒸髮型的、或反滲透型的。
4.一種海島柴油發電站餘熱電水聯產方法，其特徵在於: (1)、裝置由兩個相互配合的系統組成:一是ORC發電系統，另一個是海水淡化系統，海水淡化系統利用ORC發電系統工質冷凝器在工質冷凝過程中釋放的大量熱能，加熱進入海水淡化器的海水，提高海水淡化效率；0RC發電系統利用海水淡化系統提供大量海水做冷媒，有效降低工質冷凝器溫度，提高ORC發電的效率，兩系統相互配合，協調工作，實現電水聯產； (2)、在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段:高溫段、低溫段，當使用蒸髮式海水淡化器時，其高溫段設置有機工質蒸發器，其低溫段設置蒸汽發生器； (3)、在海島電站內燃機排氣通道上設立組合餘熱鍋爐，該組合餘熱鍋爐分成兩段:高溫段、低溫段，當使用反滲透膜式海水淡化器時，組合餘熱鍋爐高溫段設置過熱器，低溫段設置蒸發器； (4)、進入蒸發器的淡水經過內燃機冷卻水熱交換器，被內燃機冷卻水加熱，實現內燃機冷卻水餘熱回收，提高蒸汽產量。
【文檔編號】C02F1/16GK103663587SQ201310613684
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】鄒錦元, 沈鐵方, 李雨桐, 程名揚 申請人:遼寧中成永續水工科技有限公司