海水发电的综合利用工艺和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型的海水发电的综合利用工艺和装置。装置包括蒸汽发生器、发电机、海水淡化装置和多效蒸发器。以海水为原料，采用自主研发的成熟提钙技术，去除海水中的钙离子，再采用自主研发的蒸汽发生器（以天然气、煤炭、风能、太阳能等为能源）对海水进行蒸发，产生的0.8~1.0MPa蒸汽，供螺杆膨胀动力机发电。发电后余热蒸汽压力0.1-0.2MPa，供海水淡化使用。蒸汽发生器产155～165℃浓盐水通过浓盐水蒸发器蒸发，产生0.1~0.2MPa的低压蒸汽，继续供海水淡化使用。整套装置产生的高浓盐水直接进行综合利用，使海水发电、淡化、盐化工三大高耗能企业紧密结合，能量合理利用，实现三大行业整体循环经济零排放。
【专利说明】海水发电的综合利用工艺和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的海水发电的综合利用工艺和装置。具体说，以海水为原料，采用自主研发的成熟提钙技术，去除海水中的钙离子，再采用自主研发的蒸汽发生器(以天然气、煤炭、风能、太阳能等为能源)对海水进行蒸发。产生的0.8^1.0MPa蒸汽，供发电机发电，发电后余热蒸汽压力0.1~0.2 Mpa，供海水淡化。蒸汽发生器产155- 165°C浓盐水通过浓盐水蒸发器蒸发，产生0.1~0.2 Mpa的低压蒸汽，继续供海水淡化使用。整套装置产生的高浓盐水直接进行综合利用，该技术将为电厂提供低成本、零排放、高附加值副产品的发电模式。
【背景技术】
[0002]燃煤发电作为我国最传统、规模最大的发电方式，近年来其弊端和不足之处得以充分暴露:煤炭燃烧排放的C02、S02、N0X等气体不断增长，使得我国环境不断恶化；粉尘污染对人们的生活及植物的生长造成不良影响；PM2.5污染的频发与煤炭消耗量的增长也有直接关系，这些现象使得发电行业“以气代煤”的呼声越来越高。天然气作为清洁能源，燃烧后无废渣、废水产生。而且相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。但不论是燃煤还是燃气，火力发电都是通过水体受热产生蒸汽从而推动汽轮机转动开始发电，此过程需消耗大量的循环冷却水、工业冷却水和化学补充水。而我国又是一个人均水资源相对匮乏的国家(人均2200m3/年)，只相当于世界人均占有水资源的1/4，预测到2030年人均用水量将接近世界用水的紧张线(1700m3/年)，全国需水量已接近可利用水量的极限。“节能、环保、节水”已成为21世纪中国发电的主题，因此，在保证电力供应的前提下，最大限度的节约水资源及能源的发电技术的研发势在必行。
[0003]目前国家要求新建电厂必须自己解决水源，面对水资源短缺的局面，电厂一方面采用海水作为冷却水，另一方面通过建设海水淡化厂解决锅炉补给水，海水淡化成了新建电厂必须配套的建设项目。然而淡化投资和淡水成本较高，淡化后浓盐水的处理尚无成熟技术，成为制约海水淡化发展的瓶颈；燃煤发电已成为国家限制发展的产业，燃气发电替代燃煤发电已成为发展趋势，然而燃气发电的高成本需要政府付出高额的补贴，尚不能按照市场机制运行，如能使燃气发电和海水淡化结合，采用天然气对海水蒸发，产生蒸汽推动发电机发电，发电后余热低压蒸汽供海水淡化，不但可以将天然气热能充分利用，而且节省大量水资源，且可与海水综合利用技术紧密衔接，最终实现零排放，极大节省发电投资和运行成本，使燃气发电不再依靠政府补贴，靠市场机制运行。目前国内外尚无任何海水发电的成功案例，开发海水发电技术，将极大地降低投资和运行成本，将会使惠及民生的电价得到大幅度降低，将产生极大的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种新型的海水发电的综合利用工艺和装置。以海水为原料，去除海水中的钙离子，再采用蒸汽发生器(以天然气、煤炭、风能、太阳能等为能源)对海水进行蒸发，产生蒸汽，供螺杆膨胀动力机发电。发电后余热蒸汽供海水淡化使用。蒸汽发生器产浓盐水通过浓盐水蒸发器蒸发，继续供海水淡化使用。整套装置产生的高浓盐水直接进行综合利用，使海水发电、淡化、盐化工三大高耗能企业紧密结合，能量合理利用，实现三大行业整体循环经济零排放。
[0005]本发明提供的海水发电的综合利用工艺包括的步骤:
1)在蒸汽发生器中以天然气燃烧产生的高温烟气为热源，以除钙后海水为原料，对除钙后海水进行直接蒸发；
2)经蒸汽发生器蒸发产生的蒸汽进入发电系统，蒸汽供发电机进行发电，产生电能；
3)海水经蒸汽发生器蒸发后产生的浓盐水进入浓盐水多效蒸发器，经浓盐水多效蒸发器蒸发后产生淡水，低压蒸汽及高浓盐水；
4)发电后产生的余热低压蒸汽和浓盐水多效蒸发器产生的低压蒸汽进入热法海水淡化系统进行海水淡化，产生淡水、冷凝水及高浓盐水；
5)步骤3)和步骤4)产生的高浓盐水直接供综合利用。
[0006]步骤I)所述的除钙海水中钙离子的浓度小于50mg/l。
[0007]步骤I)所述的高温烟气的温度为650~800°C。
[0008]步骤I)所述的蒸汽发生器的换热面积需通过热量衡算进行计算。
[0009]步骤2)所述的蒸汽发生器产生蒸汽压力为0.8^1.0MPa，温度为16(Tl75°C。
[0010]步骤2)所述的发电机发电量依据蒸汽量确定。
[0011]步骤3)所述的浓盐水温度为155~165°C，浓度为:6000(T65000mg/l。
[0012]步骤3)所述的低压蒸汽的压力为0.1~ 0.2 MPa。
[0013]步骤3)所述的高浓盐水的浓度为22000(T260000mg/l，温度为38~40°C。
[0014]步骤4)所述的发电后产生的余热低压蒸汽的压力为0.1~ 0.2 MPa，高浓盐水的浓度为 22000(T260000mg/l，温度为 38~40°C。
[0015]本发明提供的海水发电的综合利用工艺的装置包括蒸汽发生器、发电机、海水淡化装置和多效蒸发器；蒸汽发生器通过管道分别连通螺杆膨胀发电机、海水淡化装置、多效蒸发器；螺杆膨胀发电机又通过管道连通多效蒸发器和海水淡化装置，多效蒸发器通过管道连通海水淡化装置。
[0016]蒸汽发生器、发电机和多效蒸发器，其中蒸汽发生器产生的蒸汽通过管道输送给发电机进行发电，余热用于热法海水淡化，蒸汽发生器蒸发后浓盐水进一步通过浓盐水多效蒸发器进行浓缩，使能量利用最大化。
[0017]本发明所述的新型海水发电的综合利用工艺及装置，将海水发电与淡化相结合，充分利用海水资源及发电过程的余热余能。具有优越性如下:
(1)首次采用天燃气对除钙后海水进行蒸发，产生的蒸汽用于发电，节省了蒸发淡水用量。传统汽轮机发电需要消耗大量淡水:300 MW发电机组，约需淡水1000 m3/h ；
(2)无须进行循环冷却，节省了冷却水用量。传统汽轮机发电需要消耗大量的冷却水。对于300 MW发电机组，如采用直流冷却，需冷却水量约60000 m3/h，如采用循环冷却，需循环冷却水量约50000 m3/h，补充水量约3500 ια/h ；
(3)发电后0.1~0.2Mpa低压蒸汽可用于热法海水淡化，充分利用蒸汽热能，产生淡水、蒸馏水及高附加值的高温浓盐水，能量有效利用。传统汽轮机发电后的余热蒸汽只能通过冷却方式损失掉，即每小时损失50000 m3/h海水10°C温差的热能,相当于0.6 MPa的蒸汽1000 t/h，如将这些热能用于海水淡化，将产生1000(Tl5000 m3/h蒸馏淡水，蒸馏水以10元计，300丽发电机组发电后电费将降低0.33元/kW.h ;
(4)蒸汽发生器产生的155~165°C高温浓盐水，经浓盐水多效蒸发器浓缩，实现高浓缩倍率至饱和，最终与真空制盐技术衔接，实现工厂化制盐，并最终实现零排放；并可产生
0.1~0.2Mpa低压蒸汽用于热法海水淡化，能量有效利用。
[0018](5)海水发电使淡化和发电共用预热器、蒸发器，并节省余热冷却系统的巨额投资和运行成本，在基本不增加发电投资的情况下，对海水进行了淡化，并得到了高温、高浓度、高附加值浓盐水，节省海水淡化的高额投资；
(6)海水发电可以将发电、海水淡化、盐化工三大利用海水产业紧密结合，能够实现共用海水取水设施，避免重复建设造成的巨大浪费；
(7)海水发电使发电、海水淡化、盐化工三大产业形成完整循环经济产业链，通过资源、能源整合，使能量和海水能够经济、合理、完全的得到利用；
(8)不仅产生巨额的经济效益，而且从根本上解决三大产业的排放问题，首先解决电厂冷却水排放问题，其次解决海水淡化后浓盐水排放问题，再次解决盐化工粗犷生产工艺造成的高浓齒水排放问题，最终实现零排放。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】`
[0020]图1海水发电装置及工艺流程示意图；
图2海水发电装置及工艺流程图。
【具体实施方式】
[0021]本发明结合附图详细描述如下:
本发明包括海水蒸汽发生器、发电系统、浓盐水多效蒸发器及热法海水淡化装置，使用的原材料为脱钙海水，能源主要是天然气，可以是其它能源，最终产生电能，冷凝水、淡水及具有一定温度和较高浓度的高浓盐水。
[0022]如图2所示，1-蒸汽发生器；2_螺杆膨胀发电机(江西华电电力有限责任公司生产);3-(热法)海水淡化装置(即高温海水淡化蒸馏的装置，CN201110253561.9) ；4~ (浓盐水)多效蒸发器。
[0023]蒸汽发生器通过管道连接螺杆膨胀发电机，蒸汽发生器产生的蒸汽通过管道输送给螺杆膨胀发电机，蒸汽推动螺杆旋转进行发电。本发明所用蒸汽发生器(蒸发器)、浓盐水多效蒸发器及高温多效蒸发器见CN201110253561.9记载的蒸发器和多效蒸发器，其他设备及试剂均为市售产品。
[0024]蒸汽发生器I通过管道分别连通螺杆膨胀发电机2、海水淡化装置3、多效蒸发器4 ;螺杆膨胀发电机2又通过管道连通多效蒸发器4和海水淡化装置3，多效蒸发器4通过管道连通海水淡化装置3。
[0025]实施例1:
以80L/h海水发电试验装置为例，其工艺方法包括下述步骤:O天然气燃烧产生高温烟气，高温烟气的温度为700°c，对蒸汽发生器中除钙后海水(海水浓度为32000mg/l，Ca离子浓度为30mg/l)进行直接蒸发；
2)脱钙海水蒸发产生压力为0.85MPa、蒸汽量为17L/h的蒸汽，供螺杆膨胀机进行发电，产生电能，发电后低压蒸汽压力为0.15Mpa，螺杆膨胀动力机发电量为0.8kw/h ；
3)脱钙海水蒸发产生温度为165°C、浓度为63000mg/L的浓盐水，浓盐水进入浓盐水多效蒸发器进行蒸发，产出压力为0.13Mpa的低压蒸汽，温度为42°C、浓度为243200mg/L的高浓海水，并产出淡水。
[0026]4)发电过程中产生的压力为0.15MPa余热低压蒸汽及浓盐水多效蒸发器蒸发产生的压力为0.13Mpa的低压蒸汽混合，共同进入热法海水淡化系统，通过高温多效蒸发器对海水进行淡化，淡水回收率高达80%以上。并产生温度为40°C、浓度为258000mg/L的高浓盐水。
[0027]5)步骤3)和步骤4)中的高浓海水供直接综合利用进行真空制盐，节约真空制盐过程中约10%的热能使用量。
[0028]海水发电的工艺流程示意图如图1所示，装置流程图如图2所示。
[0029]实施例2:
以2000m3/d海水发电试验装置为例， 其工艺方法包括下述步骤:
O天然气燃烧产生高温烟气，高温烟气的温度为704°C，对蒸汽发生器中除钙后海水(海水浓度为32000mg/l，Ca离子浓度为25mg/l)进行直接蒸发；
2)脱钙海水蒸发产生压力为0.8MPa、蒸汽量为12.5m3/h的蒸汽，蒸汽供螺杆膨胀机进行发电，产生电能.。发电后低压蒸汽压力为0.14Mpa，螺杆膨胀动力机发电量为850kw/h ；
3)脱钙海水蒸发产生温度为160°C的高温浓盐水，浓度为64800mg/L的浓盐水，浓盐水进入浓盐水多效蒸发器进行蒸发，产出压力为0.1Mpa的低压蒸汽，温度为39°C、浓度为252000mg/L的高浓海水，并产出淡水。
[0030]4)发电过程中产生的压力为0.14MPa余热低压蒸汽及浓盐水多效蒸发器蒸发产生的压力为0.1Mpa的低压蒸汽混合，共同进入热法海水淡化系统，通过高温多效蒸发器对海水进行淡化，淡水回收率高达80%以上。并产生温度为41°C、浓度为255000mg/L的高浓盐水。
[0031]5)步骤3)和步骤4)中的高浓海水供直接综合利用进行真空制盐，节约真空制盐过程中约10%的热能使用量。
【权利要求】
1.一种海水发电的综合利用工艺，其特征在于它包括的步骤: 1)在蒸汽发生器中以天然气燃烧产生的高温烟气为热源，以除钙后海水为原料，对除钙后海水进行直接蒸发； 2)经蒸汽发生器蒸发产生的蒸汽进入发电机，蒸汽供发电机进行发电，产生电能； 3)海水经蒸汽发生器蒸发后产生的浓盐水进入浓盐水多效蒸发器，经浓盐水多效蒸发器蒸发后产生淡水，低压蒸汽及高浓盐水； 4)发电后产生的余热低压蒸汽和浓盐水多效蒸发器产生的低压蒸汽进入热法海水淡化系统进行海水淡化，产生淡水、冷凝水及高浓盐水； 5)步骤3)和步骤4)产生的高浓盐水直接供综合利用。
2.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤I)所述的除钙海水中钙离子的浓度小于50mg/l ;所述的高温烟气的温度为650~800°C。
3.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤2)所述的蒸汽发生器产生蒸汽压力为0.8~1.0MPa，温度为 160~175。。。
4.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤3)所述的浓盐水温度为155~165°C，浓度为:6000(T65000mg/l。
5.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤3)所述的低压蒸汽的压力为0.1~ 0.2MPa。
6.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于骤3)所述的高浓盐水的浓度为220000~260000mg/l，温度为 38~40°C。
7.按照权利要求1所述的工艺，其特征在于步骤4)所述的发电后产生的余热低压蒸汽的压力为0.1~ 0.2 MPa，高浓盐水的浓度为22000(T260000mg/l，温度为38~40°C。
8.权利要求1所述的工艺的装置，其特征在于包括蒸汽发生器、发电机、海水淡化装置和多效蒸发器；蒸汽发生器通过管道分别连通螺杆膨胀发电机、海水淡化装置、多效蒸发器；螺杆膨胀发电机又通过管道连通多效蒸发器和海水淡化装置，多效蒸发器通过管道连通海水淡化装置。
9.一种海水发电的综合利用工艺，其特征在于它包括的步骤: 1)以天然气燃烧产生的热量为热源，以除钙后海水为原料，天然气燃烧产生的高温烟气对蒸汽发生器中除钙后海水直接蒸发，所述的高温烟气的温度为650~800°C，所述的除钙的海水中钙离子的浓度小于50mg/l ； 2)脱钙海水蒸发产生的蒸汽进入发电系统，蒸汽供发电机进行发电，产生电能；所述的蒸汽为0.8~1.0MPa，温度为160~175。。； 3)海水经蒸汽发生器蒸发后产生的浓盐水进入浓盐水多效蒸发器，经浓盐水多效蒸发器蒸发后产生淡水，低压蒸汽及高浓盐水，所述的浓盐水温度为155~165°C，浓度为:6000(T65000mg/l ;所述的低压蒸汽的压力为0.1~ 0.2 MPa ;所述的高浓盐水的浓度为220000~260000mg/l，温度为 38~40°C ； 4)发电后产生的余热低压蒸汽和浓盐水多效蒸发器产生的低压蒸汽进入热法海水淡化系统进行海水淡化，产生淡水、冷凝水及高浓盐水；所述的发电后产生的余热低压蒸汽及浓盐水多效蒸发器产生的低压蒸汽的压力均为0.f 0.2 MPa，高浓盐水的浓度为220000~260000mg/l，温度为 38~40°C ；5)步骤3)和步骤 4)产生的高浓盐水直接供综合利用。
【文档编号】C02F1/16GK103626250SQ201310649452
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】赵祈涵 申请人:天津滨瀚海水淡化有限公司