热泵海水淡化联产电系统及方法技术方案

一种热泵海水淡化联产电系统及方法，属于节能领域。该系统包括热泵子系统和海水淡化子系统；其中热泵子系统包括压缩机（3）、蒸发器（4）、节流阀（8）、冷凝器（15）；海水淡化子系统包括膨胀机（2）、凝水泵（6）、储水罐（7）、第三球阀（9）、浓海水泵（10）、第二球阀（11）、第一球阀（13）、预热器（14）、汽液分离器（19）、真空泵（20）。该系统通过回收浓海水（18）的热量和冷凝器（15）散出的热量分别对海水进行预热和蒸发，实现海水淡化；此外，该系统还利用膨胀机（2）回收水蒸汽（1）的内能来做功发电，因此该系统与常规热泵海水淡化系统相比，不仅节能高效，而且实现了水电联产。

Combined system and method for heat pump desalination and desalination

The invention relates to a heat pump desalination combined production system and a method thereof, which belongs to the field of energy conservation. The system includes a heat pump subsystem and a desalination subsystem, in which the heat pump subsystem includes a compressor (3), an evaporator (4), a throttle valve (8) and a condenser (15), and a desalination subsystem includes an expander (2), a condensate pump (6), a water storage tank (7), a third ball valve (9), a concentrated sea water pump (10), and a second ball. Valve (11), first ball valve (13), preheater (14), vapor-liquid separator (19), vacuum pump (20). The system preheates and evaporates the seawater by recovering the heat of the concentrated seawater (18) and the heat of the condenser (15), respectively. In addition, the system uses the expander (2) to recover the internal energy of the steam (1) for power generation, so the system is compared with the conventional heat pump seawater desalination system. Energy saving and high efficiency, and realize the co production of water and electricity.

【技术实现步骤摘要】
热泵海水淡化联产电系统及方法
本专利技术涉及一种热泵海水淡化系统联产电的系统及方法，属于节能领域。技术背景随着经济社会的高速发展和人口的急剧增加,水资源危机已成为仅次于全球汽候变暖的世界第二大环境问题。世界范围的普遍缺水使海水淡化技术从中东的沙漠地区扩展到全球的主要沿海国家,形成了海水淡化水装备制造产业。但是随着近海水淡化规模不断增加，海水淡化过程的能耗也不断增加。常规的海水淡化过程是直接对海水进行加热蒸发，此过程要消耗大量的外来热量，导致经济效益不好，且浓缩后的浓海水被直接排出，余热得不到利用，造成了能量浪费；另外，对于蒸发得到的水蒸汽，常规的系统是将其直接冷凝，导致其内能得不到利用，同时用于冷却的冷却水的耗量也相应的较高。在常规的热泵系统中，冷凝器热量被直接排出，其废热得不到利用，蒸发器需消耗大量的外来热量对冷媒加热蒸发，压缩机需消耗大量的电能来驱动。如果能把海水淡化系统和热泵系统结合起来，将散出的能量回收起来，供给耗能的设备，那么问题将得到有效的解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出了一种热泵海水淡化系统联产电系统，其特征在于：该系统包括热泵子系统和海水淡化子系统；其中热泵子系统压缩机、蒸发器、节流阀、冷凝器；海水淡化子系统包括膨胀机、凝水泵、储水罐、第三球阀、浓海水泵、第二球阀、第一球阀、预热器、汽液分离器、真空泵。蒸发器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；冷凝器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；预热器包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；汽液分离器包括入口、出口、汽体出口、液体出口；自然海水通过第一球阀与预热泵冷侧进口相连；预热器冷侧出口与冷凝器冷侧进口相连，冷凝器冷侧出口与汽液分离器入口相连，汽液分离器液体出口与预热器热侧进口相连，预热器热侧出口通过第二球阀与浓海水泵相连；汽液分离器汽体出口通过膨胀机与蒸发器热侧进口相连，蒸发器热侧出口依次通过凝水泵、储水罐、第三球阀与用户相连；汽液分离器出口与真空泵相连；冷凝器热侧出口通过节流阀与蒸发器冷侧进口相连，蒸发器冷侧出口通过压缩机与冷凝器热侧进口相连；根据本专利技术所述的热泵海水淡化系统联产电系统的方法，其特征在于包括以下过程：在海水淡化子系统中：首先，真空泵通过作用于气液分离器的真空出口使海水淡化子系统处于真空状态；自然海水在压差的作用下，通过第一球阀进入预热器的冷侧被其热侧的浓海水加热，从预热器冷侧出口流出，再进入冷凝器的冷侧被其热侧的冷媒加热，海水受热蒸发，从冷凝器冷侧出口流出的是汽液混合物，汽液混合物从入口进入汽液分离器进行汽液分离，分离出水蒸汽和浓海水；水蒸汽从汽液分离器汽体出口流出，进入膨胀机降温降压，并膨胀做功发电，发出的电能将供给压缩机，做功后的水蒸汽从膨胀机出口流出，进入蒸发器热侧被其冷侧的冷媒冷凝，形成淡水，淡水在凝水泵的作用下排入储水罐、当储水罐水量达到一定程度时，打开第三球阀，淡水从储水罐出口流出，供给于用户；浓海水从汽液分离器液体出口流出，进入预热器热侧，把自身的余热传递给冷侧的自然海水，从预热器热侧出口流出，并通过第二球阀进入浓海水泵，在浓海水泵作用下，浓海水被排出；在热泵子系统中：冷媒进入冷凝器的热侧，将热量传递给冷侧的自然海水，降温后的冷媒变成液态，从冷凝器的热侧出口流出，通过节流阀再次降温降压后进入蒸发器冷侧，冷却热侧的水蒸汽，冷媒升温蒸发变成汽态，从蒸发器冷侧出口流出，进入压缩机进行加压，加压后的冷媒又进入冷凝器的热侧，如此往复循环；由于该系统通过回收浓海水的热量和冷凝器散出的热量分别对海水进行预热和蒸发，实现海水淡化，所以较常规的淡化系统更加节能；此外，该系统还利用膨胀机回收水蒸汽内能来做功发电，该电能将供给压缩机，系统在节能的同时，也实现了水电联产。附图说明：图1一种热泵海水淡化系统联产电的系统及方法.图中标号名称：1、水蒸汽，2、膨胀机，3、压缩机，4、蒸发器，5、淡水，6、凝水泵，7、储水罐，8、节流阀，9、第三球阀，10、浓海水泵，11、第二球阀，12、自然海水，13、第一球阀，14、预热器，15、冷凝器，16、汽液混合物，17、冷媒，18、浓海水，19、汽液分离器，20、真空泵。具体实施方法下面参照附图1说明热泵海水淡化系统联产电运行过程：首先，在系统运行前，关闭第一球阀13、第二球阀11和第三球阀9，开启真空泵20对海水淡化子系统进行真空操作，当该系统保持真空状态时，依次打开压缩机3、第一球阀13、第二球阀11、膨胀机2、凝水泵6和浓海水泵10，系统开始运行；自然海水12将在压差的作用下，通过第一球阀13进入预热器14的冷侧被其热侧的浓海水18加热，从预热器14冷侧出口流出，然后进入冷凝器15的冷侧被其热侧的冷媒17加热，部分海水受热蒸发，从冷凝器15冷侧出口流出的是汽液混合物16，而后，汽液混合物16从入口进入汽液分离器19进行汽液分离，分离出水蒸汽1和浓海水18；水蒸汽1从汽液分离器19汽体出口流出，进入膨胀机2降温降压，并膨胀做功发电，发出的电能将供给压缩机3，而后从膨胀机2出口流出，进入蒸发器4热侧被其冷侧的冷媒17冷凝，形成淡水5，淡水5在凝水泵6的作用下排入储水罐7、当储水罐7水量达到一定程度时，打开第三球阀9，淡水5将从储水罐7出口流出，供给于用户；浓海水18从汽液分离器19液体出口流出，进入预热器14热侧，把余热传递给冷侧的自然海水12，然后从预热器14热侧出口流出，并通过第二球阀11进入浓海水泵10，在浓海水泵10作用下，浓海水18被排入自然环境；冷媒17进入冷凝器15的热侧，将热量传递给冷侧的自然海水12，降温后的冷媒17变成液态，从冷凝器15的热侧出口流出，通过节流阀8再次降温降压后进入蒸发器4冷侧，冷却热侧的水蒸汽1，冷媒17升温蒸发变成汽态，从蒸发器4冷侧出口流出，进入压缩机3进行加压，加压后的冷媒17又进入冷凝器15）的热侧，如此往复循环；当系统结束运行时，先关闭压缩机3，待无水蒸汽产生时，关闭凝水泵6、浓海水泵10和膨胀机2，最后关闭第一球阀13、第二球阀11和第三球阀9，结束运行。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热泵海水淡化联产电系统，其特征在于：该系统包括热泵子系统和海水淡化子系统；其中热泵子系统包括压缩机（3）、蒸发器（4）、节流阀（8）、冷凝器（15）；海水淡化子系统包括膨胀机（2）、凝水泵（6）、储水罐（7）、第三球阀（9）、浓海水泵（10）、第二球阀（11）、第一球阀（13）、预热器（14）、汽液分离器（19）、真空泵（20）；蒸发器（4）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；冷凝器（15）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；预热器（14）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；汽液分离器（19）包括入口、真空出口、汽体出口、液体出口；自然海水（12）通过第一球阀（13）与预热器（14）冷侧进口相连；预热器（14）冷侧出口与冷凝器（15）冷侧进口相连，冷凝器（15）冷侧出口与汽液分离器（19）入口相连，汽液分离器（19）液体出口与预热器（14）热侧进口相连，预热器（14）热侧出口通过第二球阀（11）与浓海水泵（10）相连；汽液分离器（19）汽体出口通过膨胀机（2）与蒸发器（4）热侧进口相连，蒸发器（4）热侧出口依次通过凝水泵（6）、储水罐（7）、第三球阀（9）与用户相连；汽液分离器（19）真空出口与真空泵（20）相连；冷凝器（15)热侧出口通过节流阀（8）与蒸发器（4）冷侧进口相连，蒸发器（4）冷侧出口通过压缩机（3）与冷凝器（15)热侧进口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种热泵海水淡化联产电系统，其特征在于：该系统包括热泵子系统和海水淡化子系统；其中热泵子系统包括压缩机（3）、蒸发器（4）、节流阀（8）、冷凝器（15）；海水淡化子系统包括膨胀机（2）、凝水泵（6）、储水罐（7）、第三球阀（9）、浓海水泵（10）、第二球阀（11）、第一球阀（13）、预热器（14）、汽液分离器（19）、真空泵（20）；蒸发器（4）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；冷凝器（15）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；预热器（14）包括热侧进口、热侧出口、冷侧进口和冷侧出口；汽液分离器（19）包括入口、真空出口、汽体出口、液体出口；自然海水（12）通过第一球阀（13）与预热器（14）冷侧进口相连；预热器（14）冷侧出口与冷凝器（15）冷侧进口相连，冷凝器（15）冷侧出口与汽液分离器（19）入口相连，汽液分离器（19）液体出口与预热器（14）热侧进口相连，预热器（14）热侧出口通过第二球阀（11）与浓海水泵（10）相连；汽液分离器（19）汽体出口通过膨胀机（2）与蒸发器（4）热侧进口相连，蒸发器（4）热侧出口依次通过凝水泵（6）、储水罐（7）、第三球阀（9）与用户相连；汽液分离器（19）真空出口与真空泵（20）相连；冷凝器（15)热侧出口通过节流阀（8）与蒸发器（4）冷侧进口相连，蒸发器（4）冷侧出口通过压缩机（3）与冷凝器（15)热侧进口相连。2.根据权利要求1所述的热泵海水淡化联产电系统的方法，其特征在于包括以下过程：在海水淡化子系统中：首先，真空泵（20）通过作用于气液分离器（19）的真空出口使海水淡化...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晨，王鹏恩，韩东，蒲文灏，何玮峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32