动力与水联合供应装置的制作方法

本发明涉及能源动力供应系统，尤其涉及能够实现动力与水联合供应的装置。

背景技术：

岛屿、海上平台、舰船等由于受自然区位等条件限制，导致了无法实现能源动力及饮用水自给。通过船舶运输能源和淡水进行补给，具有运输高成本、补给不稳定等问题。海水淡化技术的发展与工业应用，已有半个世纪的历史，在此期间形成了以多级闪蒸、反渗透和多效蒸发为主要代表的工业技术。专家普遍认为，今后三、四十年在工业应用上，仍将是以这三项技术为主。

国外大部分海水淡化厂都是和发电厂建在一起的，这是当前大型海水淡化工程的主要建设模式。水电联产主要是指海水淡化水和电力联产联供。由于海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽的成本，水电联产可以利用电厂的蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。然而水电联产是非常复杂的系统工程，就主要工艺过程来说，包括海水预处理、淡化(脱盐)、淡化水后处理等，存在着能量的优化利用与回收、设备防垢和防腐、以及浓盐水的正确排放等一系列问题需要解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供动力与水联合供应装置，以克服现有技术中能源动力与淡水供应系统存在的上述问题。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

动力与水联合供应装置，包括氨供给装置、燃烧室、动力件和水收集装置，该氨供给装置能连接燃烧室以将氨供给燃烧室，该燃烧室还接收空气供给，该燃烧室连接动力件以通过燃烧室燃烧产生的排气推动动力件活动，该燃烧室具有排气通路，该水收集装置设在排气通路上并收集排气中的水。

我国是目前世界上氨产量和用量最多的国家，占世界总产量的1/3左右，因而我国有优异的条件逐步实现从现有的化石能源转向可再生的氨能源。

动力与水联合供应装置是以氨为燃料，该装置可以在输出动力的同时供应水。由于燃烧室内不存在碳基燃料燃烧，氨燃烧后成为n2和h2o，因此本系统无二氧化碳排放。控制氨在燃烧室中完全燃烧，水收集装置中即可得到纯净水。排气通路中氨燃烧生成的水以水蒸气的形式存在，水蒸气经由自然降温冷凝在排气通路中，再经由水收集装置集中收集。

一实施例之中：该水收集装置包含有冷凝机构。冷凝机构可加速水蒸气的冷凝速率，提高液态纯净水的产生效率。

一实施例之中：该氨供给装置供给的氨为液态氨，该液态氨经过该冷凝机构而从液态氨变化为气态氨，而将排气通路中的水蒸气冷凝为液态水。由于液氨的气化潜热较高(在-33.41℃和101.325kpa下，气化潜热达1371.18kj/kg)，可使水蒸气温度显著降低，甚至降低至冰点以下，联产纯度较高的冰。

一实施例之中：该氨供给装置供给的氨为液态氨，该液态氨经过该冷凝机构而从液态氨变化为气态氨，而将排气通路中的水蒸气冷凝为固态水。

液氨的气化潜热较高，在-33.41℃和101.325kpa下，气化潜热达1371.18kj/kg，因此本发明将氨作为燃料，液氨气化产生的气化潜热(或冷量)可以在本发明技术方案中被有效地回收或利用。

一实施例之中：该动力与水联合供应装置还包括冷量收集装置,该氨供给装置供给的氨为液态氨，该冷量收集装置连接在氨供给装置和燃烧室之间以同时气化液氨为氨气及利用液氨的气化潜热收集冷量以向外供冷。向外供冷是指向动力与水联合供应装置系统之外供冷。该冷量收集装置包含有空调设备、冷藏设备或冷冻设备中的至少一种。该动力与水联合供应装置还可以包括制冷设备，该冷量收集装置和制冷设备通过热交换器连接，该冷量收集装置通过热交换器冷却该制冷设备。该实施例是对液氨气化产生的气化潜热(或冷量)进一步利用的技术方案。

一实施例之中：该动力与水联合供应装置还包括氮气收集装置，该氮气收集装置连接排气通路以收集氮气。由于氨在空气中燃烧反应的产物为水和氮气，水收集装置设在排气通路上收集排气中的水，该燃烧反应生成的氮气与空气中氮气一并被氮气收集装置收集为高纯氮。该装置与传统的通过分离空气获得高纯氨的装置相比结构简单，并能显著降低能源消耗。

一实施例之中：该动力与水联合供应装置还包括发电机，该动力件连接发电机以驱动该发电机输出电能。进一步地实现电能和纯净水的联合生产。

一实施例之中：该动力与水联合供应装置，还包括氨裂解装置，该氨供给装置连接氨裂解装置以为氨裂解装置提供氨，该氨裂解装置分解氨并生成有氢气，该氨裂解装置连接燃烧室以为燃烧室提供包含有氢气的燃料。

该氨裂解装置能分解部分液氨并生成有氢气，该氨裂解装置连接燃烧室以为燃烧室提供包含有氢气和氨的燃料。其中：该氢的燃点低于氨的燃点，故氢在燃烧室内先燃烧放热以点燃燃烧室的氨，氢能加速燃烧进程，从而改善氨燃料的燃烧性能。本实施例中无需增加烃类燃料，因增加的烃类燃料需要额外的燃料存储、输送和控制系统，使系统趋于复杂。

一实施例之中：该动力与水联合供应装置，还包括热交换器，该热交换器配合燃烧室的排气，以使燃烧室的排气产生的热量经由换热器导入氨裂解装置以为氨裂解反应提供的反应热。

氨裂解反应为吸热反应，氨裂解装置由燃烧室的排气产生的热量提供裂解反应温度，并且无需增加额外的加热能源，提升了该该动力与水联合供应装置的能源利用效率。

本发明的动力与水联合供应装置是将氨与空气在燃烧室中混合燃烧，燃烧产生的排气推动动力件活动，并收集燃烧室排气中的水。一实施例之中：在氨与空气在燃烧室中混合燃烧之前还包括将液氨气化为气态氨的步骤，该液氨气化为气态氨产生的冷量用于将燃烧室排气中的水冷凝为液态水或者固态水。另一实施例之中：在氨与空气在燃烧室中混合燃烧之前还包括，将氨部分分解生成氢气的步骤，该燃烧产生的热为氨部分分解反应提供反应热。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

该动力与水联合供应装置在产生动力的同时生产纯净的水或冰。其中，该氨裂解装置能分解部分液氨并生成有氢气，氢能加速燃烧进程，从而改善氨燃料的燃烧性能，并且不会在纯净的水或冰中引入其它杂质。并且，氨裂解装置可由燃烧室的排气产生的热量提供裂解反应温度，无需增加额外的加热能源。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是实施例一的动力与水联合供应装置的系统图；

图2是实施例二的动力与水联合供应装置的系统图；

图3是实施例三的动力与水联合供应装置的系统图；

图4是实施例四的动力与水联合供应装置的系统图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的动力与水联合供应装置，包括燃烧室1、氨供给装置2、动力件3和水收集装置5，该氨供给装置2能连接燃烧室1以将氨供给燃烧室1，该燃烧室1还接收空气供给，该燃烧室1连接动力件3以通过燃烧室1燃烧产生的排气推动动力件3活动，该燃烧室1具有排气通路4，该水收集装置5设在排气通路4上并收集排气中的水。

该动力与水联合供应装置将氨与空气在燃烧室1中混合燃烧，燃烧产生的排气推动动力件3活动。动力件3可以为曲柄连杆机构或涡轮机构，动力件3驱动发电机9输出电能。同时收集燃烧室1排气中的水，可以实现在输出电力的同时供应水。该装置尤其适合岛屿、海上平台、舰船等环境条件下的电力和饮用水联合供应。由于燃烧室1内不存在碳基燃料燃烧，氨燃烧后成为n2和h2o，因此本系统无二氧化碳排放。控制氨在燃烧室1中完全燃烧，水收集装置5中即可得到纯净水。排气通路4中氨燃烧生成的水以水蒸气的形式存在，水蒸气经由自然降温冷凝在排气通路中，再经由水收集装置5集中收集。

为了加速水蒸气的冷凝速率，提高液态纯净水的产生效率，水收集装置5中可包括冷凝机构。冷凝机构可以是热管余热回收器、间壁式换热器、蓄热式换热器、陶瓷换热器或喷射式混合加热器。热管余热回收器是利用热管的高效传热特性及其环境适应性制造的换热装置，其结构形式为：整体式、分离式或组合式。间壁式换热器换热器可以是：冷却塔(或称冷水塔)、气体洗涤塔(或称洗涤塔)、喷射式热交换器、混合式冷凝器。

实施例2：

如图2所示的动力与水联合供应装置，包括燃烧室1、氨供给装置2、动力件3和水收集装置5，该氨供给装置2能连接燃烧室1以将氨供给燃烧室1，该燃烧室1还接收空气供给，该燃烧室1连接动力件3以通过燃烧室1燃烧产生的排气推动动力件3活动，该燃烧室1具有排气通路4，该水收集装置5设在排气通路4上并收集排气中的水。动力件3可以为曲柄连杆机构或涡轮机构。如果动力件3选择涡轮机构，可与压气机同轴配合而成燃气轮机。本实施例中，该氨供给装置2供给的氨为液态氨，该液态氨经过该冷凝机构5而从液态氨变化为气态氨，由于液氨的气化潜热较高(在-33.41℃和101.325kpa下，气化潜热达1371.18kj/kg)，可使水蒸气温度显著降低，

而将排气通路4中的水蒸气冷凝为液态水。可进一步增加液氨的换热量，水的温度降低至冰点以下，以联产纯度较高的冰。

实施例3：

如图3所示的动力与水联合供应装置，包括燃烧室1、氨供给装置2、

动力件3、水收集装置5和氨裂解装置6，该氨供给装置2连接氨裂解装置6以为氨裂解装置6提供氨，该氨裂解装置6分解氨并生成有氢气，该氨裂解装置6连接燃烧室以为燃烧室1提供包含有氢气的燃料。该燃烧室1还接收空气供给，该燃烧室1连接动力件3以通过燃烧室1燃烧产生的排气推动动力件3活动，动力件3驱动发电机9输出电能。该燃烧室1具有排气通路4，该水收集装置5设在排气通路4上并收集排气中的水。

该氨裂解装置6能分解部分液氨并生成有氢气，该氨裂解装置6连接燃烧室1以为燃烧室1提供包含有氢气和氨的燃料。其中：该氢的燃点低于氨的燃点，故氢在燃烧室内先燃烧放热以点燃燃烧室1的氨，氢能加速燃烧进程，从而改善氨燃料的燃烧性能。本实施例中无需增加烃类燃料，因增加的烃类燃料需要额外的燃料存储、输送和控制系统，使系统趋于复杂。

本实施例之中：该动力与水联合供应装置还包括氮气收集装置7，该氮气收集装置7连接排气通路4以收集氮气。由于氨在空气中燃烧反应的产物为水和氮气，水收集装置5设在排气通路4上收集排气中的水，该燃烧反应生成的氮气与空气中氮气一并被氮气收集装置7收集为高纯氮。

实施例4：

如图4所示的动力与水联合供应装置，包括燃烧室1、氨供给装置2、动力件3、排气通路4、水收集装置5、氨裂解装置6和热交换器7。该氨供给装置2连接氨裂解装置6以为氨裂解装置6提供氨，该氨裂解装置6分解氨并生成有氢气，该氨裂解装置6连接燃烧室以为燃烧室1提供包含有氢气的燃料。该燃烧室1还接收空气供给，该燃烧室1连接动力件3以通过燃烧室1燃烧产生的排气推动动力件3活动，动力件3驱动发电机9输出电能。该燃烧室1具有排气通路4，该水收集装置5设在排气通路4上并收集排气中的水。

该热交换器7配合燃烧室的排气，以使燃烧室1的排气产生的热量经由热交换器7导入氨裂解装置6以为氨裂解反应提供的反应热。氨裂解反应为吸热反应，氨裂解装置6由燃烧室1的排气产生的热量提供裂解反应温度，并且无需增加额外的加热能源，提升了该该动力与水联合供应装置的能源利用效率。

在氨裂解催化剂的催化作用下，氨裂反应温度也需要保持为200℃以上。其中，氨裂解催化剂可以为负载有钌、铑、镍和/或铁的催化剂。燃烧室1的排气推动动力件3后，进入排气通路4中的排气余热温度仍可达到300-400℃，可以为氨裂解反应提供热量，并且无需增加额外的加热能源。由于在燃烧室1内由氨和氢混合燃烧，氨裂解装置6将氨部分地裂解为氢，较佳的氨裂解装置中的温度控制在200℃-400℃。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。