海洋熱能開式循環發電系統的製作方法
2023-05-01 00:33:06
海洋熱能開式循環發電系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種海洋熱能開式循環發電系統，它包括閃蒸器、溫海水管道、溫海水泵、低壓蒸汽管道、前置小汽輪機、蒸汽壓縮機、高壓蒸汽管道、主汽輪機、發電機、排汽管道、表面式冷凝器、冷海水管道、冷海水泵、抽汽管道、換熱管束。本發明的低壓蒸汽分成兩路：一路低壓蒸汽進入前置小汽輪機做功帶動蒸汽壓縮機工作，另一路低壓蒸汽經由蒸汽壓縮機壓縮後變成高溫高壓蒸汽，再進入主汽輪機做功帶動發電機發電，並從主汽輪機抽取部分蒸汽用於加熱閃蒸器內的海水，增加閃蒸器產生的蒸汽量。本發明不僅有效減小了現有的開式循環中汽輪機的體積，突破了單機容量受限制的問題，而且具有系統熱效率較高、水能利用率較高、淨髮電功率較高等特點。
【專利說明】海洋熱能開式循環發電系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於新能源發電【技術領域】，特別是涉及一種海洋熱能開式循環發電系統。【背景技術】
[0002]海洋熱能是指海洋表層的溫海水和深層冷海水之間存在著溫差而蘊有的能量。海洋熱能的優點是能量來源穩定可靠，不受時間和氣候限制，不存在出力不均或間歇性問題，在諸種海洋能發電方式中，海洋熱能最終將壓倒其他海洋能發電而居領先地位。海洋熱能發電的熱循環過程根據所用工質和流程的不同，可分為開式循環和閉式循環。開式循環使用水作工質，不會對環境造成任何汙染，開式循環使用的閃蒸器不存在金屬換熱面，金屬耗量少，比閉式循環的熱交換器造價低且效益高，同時由於沒有金屬換熱面，因此不存在換熱面的沾汙、結垢和腐蝕問題，這給運行維護帶來極大的方便。最重要的是，開式循環既能提供電力，又能提供淡水，而我國的南沙群島和西沙群島遠離大陸，缺少能源和淡水，但這兩個群島都位於開發海洋熱能最佳區域，故非常適合運用開式循環在海島上建設電站提供電力和淡水，從而開闢我國的邊疆，維護國家的海洋主權。因此開式循環具有很高的經濟價值和國防價值。
[0003]但是目前開式循環存在兩個非常顯著的缺點:一是低壓下水蒸氣的比容太大，使得汽輪機體積過於龐大，不僅製造相當困難而且成本昂貴，因此開式循環的單機功率受到很大的限制；二是閃蒸器內只有不到0.5%的溫海水變成水蒸汽，因此不得不泵送大量溫海水以便產生足夠的蒸汽，水能利用率極低，泵耗功佔總發電功率比重過大，使得淨髮電功率大為減少。由於上述因素的制約，目前開式循環發展過於緩慢，當今世界各國更傾向於比較容易實現的閉式循環的開發工作，並且已經取得較大的發展，但是閉式循環的換熱器效率低下並且容易被腐蝕和海洋生物附著依然是難以攻克的技術難題，更不能忽視的是閉式循環不能副產淡水，對於建設於海島上的海洋熱能電站，使用閉式循環的這個缺點將非常明顯。因此加快開式循環的技術發展對於海洋熱能的開發利用具有非常重要的意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種汽輪機單機功率較大、熱循環效率較高、淨髮電功率較高的海洋熱能開式循環發電系統。
[0005]本發明的目的是通過下述的技術方案加以實現的:
本發明是一種海洋熱能開式循環發電系統，它包括閃蒸器、溫海水管道、溫海水泵、低壓蒸汽管道、至少一臺前置小汽輪機、至少一臺蒸汽壓縮機、高壓蒸汽管道、主汽輪機、發電機、排汽管道、表面式冷凝器、冷海水管道、冷海水泵、抽汽管道、換熱管束、淡水出口管道；所述的閃蒸器的海水入口連接溫海水管道並在溫海水管道上設置溫海水泵，閃蒸器的蒸汽出口連接低壓蒸汽管道；所述的低壓蒸汽管道分別連接前置小汽輪機的蒸汽入口和蒸汽壓縮機的蒸汽入口 ；所述的前置小汽輪機與蒸汽壓縮機同軸連接；所述的蒸汽壓縮機的蒸汽出口通過高壓蒸汽管道與主汽輪機的蒸汽入口連接；所述的主汽輪機與發電機同軸連接；所述的排汽管道由兩路排汽支管組成，一路排汽支管與前置小汽輪機的排汽口連接，另一路排汽支管與主汽輪機的排汽口連接，兩路排汽支管匯合在一起與表面式冷凝器的進汽口連接；所述的表面式冷凝器的管程連接冷海水管道並在冷海水管道上設置冷海水泵，表面式冷凝器的底部設有淡水出口 ；所述的抽汽管道分別與主汽輪機的抽汽口和換熱管束相連接；所述的換熱管束布置在閃蒸器內腔的底部並與淡水出口管道連接。
[0006]所述的至少一臺前置小汽輪機為一臺前置小汽輪機，所述的至少一臺蒸汽壓縮機為一臺蒸汽壓縮機；所述的低壓蒸汽管道分成兩路:一路低壓蒸汽支管連接前置小汽輪機的蒸汽入口，另一路低壓蒸汽支管連接蒸汽壓縮機的蒸汽入口 ；
所述的至少一臺前置小汽輪機為二臺前置小汽輪機，所述的至少一臺蒸汽壓縮機為二臺蒸汽壓縮機；該系統的低壓蒸汽管道分成四路支管，該四條低壓蒸汽支管分別連接兩臺前置小汽輪機的蒸汽入口和兩臺蒸汽壓縮機的蒸汽入口，兩臺前置小汽輪機分別與兩臺蒸汽壓縮機同軸連接；兩臺蒸汽壓縮機的蒸汽出口通過高壓蒸汽管道與主汽輪機的蒸汽入口連接。
[0007]採用上述方案後，本發明與現有的開式循環對比具有以下幾個優點:
一、汽輪機體積減小、單機功率增大。本發明的低壓蒸汽分成兩股，小股的低壓蒸汽進入前置小汽輪機做功帶動蒸汽壓縮機工作，大股的低壓蒸汽經由蒸汽壓縮機壓縮後升溫升壓形成高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進入主汽輪機做功帶動發電機發電。由於前置小汽輪機進汽量少，體積較小，而主汽輪機的汽源為高溫高壓蒸汽，其與低壓蒸汽相比，密度增大、比容減小，因此主汽輪機的體積大為減小，單機功率增大，製造成本降低，突破了開式循環的單機容量受限制的問題。
[0008]二、系統熱效率較高。本發明中主汽輪機的蒸汽參數較高，對應的理想循環效率較高，同時主汽輪機的體積較小，對應的相對內效率較高，因此主汽輪機的絕對內效率較高。再者，主汽輪機的單機功率較大，對應的發電機效率較高。但由於蒸汽壓縮機不可逆過程造成的能量損失，這點對系統熱效率造成不利的影響，因此只有當兩股蒸汽合理分配並且壓縮機的效率足夠高時，系統熱效率才能真正提高。另外，基於主汽輪機蒸汽參數較高的特點，本發明採用從主汽輪機抽取部分蒸汽用於加熱閃蒸器內海水的方法，回收利用了部分蒸汽的汽化潛熱，降低了主汽輪機的排汽量，減少了冷海水帶走的冷源損失，系統熱效率進一步得到提聞。
[0009]三、水能利用率較高、淨髮電功率較高。本發明採用從主汽輪機抽取部分蒸汽用於加熱閃蒸器內海水的方法，還有以下兩個優點:一是不僅減少了冷海水帶走的冷源損失，而且減少了冷海水的用量，冷海水泵的耗功減少，淨髮電功率增大；二是增加了閃蒸器產生的蒸汽量，溫海水對應的蒸發份額變大，水能利用率提高，減少了溫海水的用量，溫海水泵的耗功減少，淨髮電功率進一步增大。
[0010]綜上所述，本發明與現有的開式循環相比，不僅有效減小了開式循環中汽輪機的龐大體積，突破了單機容量受限制的問題，而且具有系統熱效率較高、水能利用率較高、淨髮電功率較高等特點。因此本發明極大地推進了開式循環在海洋熱能發電領域的應用進程，在未來發展中具有良好的應用前景。
[0011]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明第一個實施例的結構示意圖；
圖2是本發明第二個實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]實施例一:
如圖1所示，是本發明海洋熱能開式循環發電系統的第一個實施例，它是基於最簡單形式的單臺前置小汽輪機搭配單臺主汽輪機的海洋熱能開式循環發電系統，它包括閃蒸器
1、溫海水管道2、溫海水泵3、低壓蒸汽管道4、前置小汽輪機5、蒸汽壓縮機6、高壓蒸汽管道
7、主汽輪機8、發電機9、排汽管道10、表面式冷凝器11、冷海水管道12、冷海水泵13、抽汽管道14、換熱管束15、淡水出口管道16。
[0014]所述的閃蒸器I的海水入口連接溫海水管道2並在溫海水管道2上設置溫海水泵3，閃蒸器I的蒸汽出口連接低壓蒸汽管道4。
[0015]所述的低壓蒸汽管道4分成兩路:一路低壓蒸汽支管4A連接前置小汽輪機5的蒸汽入口，另一路低壓蒸汽支管4B連接蒸汽壓縮機6的蒸汽入口。
[0016]所述的前置小汽輪機5與蒸汽壓縮機6同軸連接。
[0017]所述的蒸汽壓縮機6的蒸汽出口通過高壓蒸汽管道7與主汽輪機8的蒸汽入口連接。
[0018]所述的主汽輪機8與發電機9同軸連接。
[0019]所述的排汽管道10由兩路排汽支管組成，一路排汽支管IOA與前置小汽輪機5的排汽口連接，另一路排汽支管IOB與主汽輪機8的排汽口連接，兩路排汽支管匯合在一起與表面式冷凝器11的進汽口連接。
[0020]所述的表面式冷凝器11的管程連接冷海水管道12並在冷海水管道12上設置冷海水泵13，表面式冷凝器11的底部設有淡水出口 111。
[0021]所述的抽汽管道14分別與主汽輪機8的抽汽口和換熱管束15連接；所述的換熱管束15布置在閃蒸器I內腔的底部並與淡水出水管道16連接。
[0022]本發明的工作原理如下:
來自海洋表層的溫海水經由溫海水泵3抽取進入閃蒸器I內發生閃蒸過程產生低壓蒸汽。一部分低壓蒸汽進入前置小汽輪機5做功帶動蒸汽壓縮機6工作，另一部分低壓蒸汽經由蒸汽壓縮機6壓縮後升溫升壓形成高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進入主汽輪機8做功帶動發電機9發電輸出電能。前置小汽輪機5和主汽輪機8的排汽引入表面式冷凝器11,而來自海洋深層的冷海水經由冷海水泵13抽取進入表面式冷凝器11內用於冷卻排汽，排汽被冷卻成凝結水作為產品淡水A輸出。從主汽輪機8引出抽汽經過布置在閃蒸器I內腔的換熱管束15對外放熱，閃蒸器I內的海水被加熱促使部分蒸發產生低壓蒸汽，而抽汽被冷卻成凝結水作為產品淡水B輸出。
[0023]實施例二:
如圖2所示，是本發明海洋熱能開式循環發電系統的第二個實施例，它是根據本發明工作原理進行演化而來的兩臺前置小汽輪機搭配單臺主汽輪機的海洋熱能開式循環發電系統。該系統的低壓蒸汽管道4分成四路支管4A、4B、4C、4D:低壓蒸汽支管4A連接前置小汽輪機5A的蒸汽入口，低壓蒸汽支管4B連接蒸汽壓縮機6A的蒸汽入口 ；前置小汽輪機5A與蒸汽壓縮機6A同軸連接；低壓蒸汽支管4C連接前置小汽輪機5B的蒸汽入口，低壓蒸汽支管4D連接蒸汽壓縮機6B的蒸汽入口 ；前置小汽輪機5B與蒸汽壓縮機6B同軸連接；兩臺蒸汽壓縮機6A、6B的蒸汽出口通過高壓蒸汽管道7與主汽輪機8的蒸汽入口連接；主汽輪機8與發電機9同軸連接。
[0024]本實施例的其他結構和工作原理皆與第一個實施例相同。採用該系統的電站規模相當於總汽耗量相同的四套汽輪發電機組並列運行的開式循環發電系統，通過對比可知，該系統需增設兩臺蒸汽壓縮機，但其好處在於可以少用一臺汽輪機，同時可以用一臺效率高的大型發電機取代四臺效率低的小型發電機，不僅結構相對簡單，而且全廠發電效率較高。而該實施例僅是本發明中眾多經濟可行的方案之一。
[0025]需要說明的是，前置小汽輪機和蒸汽壓縮機數量可據需要配置，故可形成多個實施例。
[0026]以上所述，僅為本發明較佳實施例而已，並且各設備之間的數量搭配和管路之間的布置皆可有多種方式，故不能以此限定本發明實施的範圍，即依本發明申請專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
【權利要求】
1.一種海洋熱能開式循環發電系統，其特徵在於:它包括閃蒸器、溫海水管道、溫海水泵、低壓蒸汽管道、至少一臺前置小汽輪機、至少一臺蒸汽壓縮機、高壓蒸汽管道、主汽輪機、發電機、排汽管道、表面式冷凝器、冷海水管道、冷海水泵、抽汽管道、換熱管束、淡水出口管道；所述的閃蒸器的海水入口連接溫海水管道並在溫海水管道上設置溫海水泵，閃蒸器的蒸汽出口連接低壓蒸汽管道；所述的低壓蒸汽管道分別連接前置小汽輪機的蒸汽入口和蒸汽壓縮機的蒸汽入口 ；所述的前置小汽輪機與蒸汽壓縮機同軸連接；所述的蒸汽壓縮機的蒸汽出口通過高壓蒸汽管道與主汽輪機的蒸汽入口連接；所述的主汽輪機與發電機同軸連接；所述的排汽管道由兩路排汽支管組成，一路排汽支管與前置小汽輪機的排汽口連接，另一路排汽支管與主汽輪機的排汽口連接，兩路排汽支管匯合在一起與表面式冷凝器的進汽口連接；所述的表面式冷凝器的管程連接冷海水管道並在冷海水管道上設置冷海水泵，表面式冷凝器的底部設有淡水出口 ；所述的抽汽管道分別與主汽輪機的抽汽口和換熱管束相連接；所述的換熱管束布置在閃蒸器內腔的底部並與淡水出口管道連接。
2.根據權利要求1所述的海洋熱能開式循環發電系統，其特徵在於:所述的至少一臺前置小汽輪機為一臺前置小汽輪機，所述的至少一臺蒸汽壓縮機為一臺蒸汽壓縮機；所述的低壓蒸汽管道分成兩路:一路低壓蒸汽支管連接前置小汽輪機的蒸汽入口，另一路低壓蒸汽支管連接蒸汽壓縮機的蒸汽入口。
3.根據權利要求1所述的海洋熱能開式循環發電系統，其特徵在於:所述的至少一臺前置小汽輪機為二臺前置小汽輪機，所述的至少一臺蒸汽壓縮機為二臺蒸汽壓縮機；該系統的低壓蒸汽管道分成四路支管，該四條低壓蒸汽支管分別連接兩臺前置小汽輪機的蒸汽入口和兩臺蒸汽壓縮機的蒸汽入口，兩臺前置小汽輪機分別與兩臺蒸汽壓縮機同軸連接；兩臺蒸汽壓縮機的蒸汽出口通過高壓蒸汽管道與主汽輪機的蒸汽入口連接。
4.根據權利要求1所述的海洋熱能開式循環發電系統，其特徵在於:所述的閃蒸器所使用的溫海水為海洋表層海水或電廠冷卻水以及工業廢熱水。
【文檔編號】F03G7/05GK103790793SQ201410055996
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月19日 優先權日:2014年2月19日
【發明者】陳志強, 何宏舟, 蔣俊堯, 林芳, 張亮 申請人:集美大學