回热循环和低温多效蒸馏海水淡化热力循环装置及方法制造方法及图纸

一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，由化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统耦合而成：前者烟气余热被用来生产动力蒸汽驱动后者，后者生产出的淡水供前者反应所需，两者实现了优势互补，系统实现了集成优化。在烟气余热的回收利用过程中，按照温度对口、能量梯级利用原则布置回热器、重整器和余热锅炉，不同的燃料（如天然气、甲醇）重整温度有所变化，需相应地调整系统结构，实现最佳换热匹配。与同样输出的分产系统相比较，效率可提高５～９个百分点，化石能源节约率可达１１～１９％。可见，本发明专利技术具有良好的经济性和广阔的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种结合化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的热力循环装置。本专利技术还涉及一种利用上述装置实现化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的方法。
技术介绍
目前与本专利技术相关的技术主要包括利用化学回热循环发电技术和低温多效蒸馏海水淡化技术，其各自技术的发展状况和系统特征如下：1)利用化学回热循环发电技术化学回热循环在燃气透平Brayton循环的基础上引进了燃料的化学重整反应，当燃料为甲烷时，反应主要为：ΔH＝206.11kJ/(mol CH4)ΔH＝-41.17kJ/(mol CO)当燃料是甲醇时，反应主要为：ΔH＝49.47kJ/(mol CH3OH)它们都是吸热反应，压力越小、温度越高、水碳比越高，燃料转化率越高。燃料转化为合成气后，燃料的热值得以改善，相比原来余热锅炉、回热器中对烟气余热的物理回收过程，化学回热循环增添了重整器中对烟气余热的化学回收过程，从而使循环达到较高的效率。尽管甲烷完全重整的温度在800℃以上，但受透平排烟温度限制，化学回热循环中甲烷重整温度通常为500～600℃，也即按照温度对口、能量梯级利用原则，重整器加热侧与透平排烟出口连接；相较而言，甲醇在200～300℃即可实现完全重整，故按照温度对口、能量梯级利用原则，重整器置于透平、回热器的下游。Kesser等人1994年模拟结果表明：以甲烷为燃料的基本化学回热循环(无间冷再热)的热效率达到48.8％，高于相同注汽率下的注蒸汽循环。同时，由于合成气中含有大量的水蒸汽，循环的NOx排放相当低、比功大幅提高，但随之而来的高水耗也成为其发展的瓶颈。2)低温多效蒸馏海水淡化技术我国沿海地区大部分存在严重的缺水问题，而沿海又是我国工业发达地区和人口密集地区。辽宁、河北、天津、山东、江苏、上海等沿海省市水资源严重低于全国平均水平，其中以天津最为严重，天津人均水资源量居于全国人均水资源的最后一位，仅为153m3/人，是全国人均水资源的6.9％。解决沿海水资源短缺问题对我国经济的可持续发展具有重要意义，海水淡化被认为是21世纪中国解决沿海地区淡水资源短缺问题的重要措施之一。多效蒸馏法历史悠久，通常设置8～12效，产水能耗为238.7～375kJ/kg淡水。目前具有商业价值的脱盐技术有竖管蒸馏和水平管蒸馏，其他方法由于结垢严重而被淘-->汰。以色列IDE公司生产的低温多效与其他生产厂家产品不同的是系统不设预热器，其最大特点是无承压换热管束，海水对产品淡水不易产生污染，产品水质易于得到保证，只是装置的热力性能有所降低，其产品系列中最大单机容量已达到21000t/d的规模。由于采用低温蒸馏过程，系统内最高海水温度不高于70℃，可以使用廉价的铝合金材料，因为使用了廉价的铝合金材料，可以通过增加效数和传热面积达到所需的造水比，保证低温运行时仍有较高的热力性能。国内多效蒸馏法在食品、化工等行业得到一定的运用，用于海水淡化的只有小型装置的研究，目前国内企业已开发出适用于海水的铝合金换热管材，并已批量出口，为国产低温多效海水淡化技术的研究开发创造了有利条件。对于热电联产海水淡化技术，蒸汽喷射器是必不可少的。因为电厂汽轮机抽汽压力很难与蒸馏法海水淡化装置需要的参数吻合。因此，可以引入蒸汽喷射器利用抽汽的富裕压头将装置中某一效的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽使用，既提高了造水比，又减少了系统运行消耗的冷却水、泵功。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化系统的热力循环装置。本专利技术还涉及一种利用上述装置实现化学回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的方法。为实现上述目的，本专利技术提供的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，主要包括：空气压气机：将空气升压至Brayton循环的最高压力；燃料压气机：将燃料升压至重整反应的压力；第一淡水增压泵：将淡水升压至重整反应的压力；第二淡水增压泵：将淡水升压至动力蒸汽的压力；混合室：压缩后燃料与过热水蒸汽在此混合后送入重整器；重整器：由烟气供热，使燃料与水蒸汽进行化学重整反应；燃烧室：合成气和空气发生燃烧反应，得到高温气体；燃气透平：高温燃气膨胀做功；回热器：对合成气、部分压缩后空气进行加热并冷却燃气透平排气；发电机：燃气透平连接，将燃气透平产生机械功转化为电能输出；余热锅炉：由烟气供热，加热淡水流股生成动力蒸汽；蒸汽喷射器：利用动力蒸汽的富裕压头，将蒸馏装置中间的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽送入第一效对海水进行加热；蒸发器：海水被蒸汽加热后，在饱和压力下实现低温蒸发。所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，还包括以下设备：预热器：除尾效外，每一效生成的蒸汽先对下一效蒸发器进料口分流出的海水进行预热，再送往下一效蒸发器提供海水蒸发所需热量；-->闪蒸器：在蒸发器中冷凝的热源蒸汽在此经历一个压降，二次蒸发；冷凝器：尾效产生的蒸汽送入其间进行冷凝，同时对低温多效蒸馏系统的进料海水进行预热；收集器：收集贮存各效生成的淡水；第三淡水增压泵：将生成的淡水加压到环境压力。所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲烷作燃料时，重整器热侧进口为燃气透平排气，出口连接余热锅炉，冷侧进口连接混合室，出口连接燃烧室；余热锅炉冷侧进口有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽；混合室进口与甲烷压气机出口、余热锅炉冷侧出口相连接，出口与重整器进料口连接。所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲醇作燃料时，回热器热侧进口为燃气透平排气，出口连接重整器，冷侧进口与空气压气机出口、重整器出口相连接，出口连接燃烧室；重整器热侧进口连接回热器，出口连接余热锅炉，进料口与余热锅炉甲醇、反应用水蒸汽出口相连接，出料口连接燃烧室；余热锅炉冷侧进口除了与甲醇增压泵连接以外，还有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、重整器作反应用蒸汽。本专利技术提供的利用上述装置实现回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的方法，以甲烷或甲醇为燃料，主要为：化学回热循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水经加压后送入余热锅炉加热，再进入混合室与压缩后的甲烷燃料气体混合，送入重整器发生吸热反应，生成的合成气送入燃烧室，与压缩后的空气燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；或化学回热循环中，低温多效蒸馏海水淡化系统供给的重整反应所需的水与甲醇经加压后送入余热锅炉加热，再进入重整器发生吸热反应，生成的合成气与压缩后的空气经回热器加热之后，送入燃烧室燃烧生成高温燃气，送入燃气透平膨胀做功，实现动力输出；低温多效蒸馏海水淡化系统中，动力蒸汽抽取自余热锅炉，送往蒸汽喷射器，引射入第五效的蒸汽，混和为加热蒸汽送往第一效加热海水，冷凝后一部分重新送入余热锅炉加热生成新的动力蒸汽，另一部分进入闪蒸器，压降生成部分蒸汽，余下的水进入下一级闪蒸器；闪蒸出的蒸汽与第一效产生的蒸汽、浓海水都进入第二效，对其中海水进行加热，生成新的蒸汽与浓海水，以此类推，只有第五效的部分蒸汽作为引射蒸汽被吸进喷射器；最后一效和最后一级闪蒸器的蒸汽送入尾部冷凝器对海水进行预热，所有冷凝水都本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，主要包括：空气压气机：将空气升压至Ｂｒａｙｔｏｎ循环的最高压力；燃料压气机：将燃料升压至重整反应的压力；第一淡水增压泵：将淡水升压至重整反应的压力；第二淡水增压泵：将淡水升压至动力蒸汽的压力；混合室：压缩后燃料与过热水蒸汽在此混合后送入重整器；重整器：由烟气供热，使燃料与水蒸汽进行化学重整反应；燃烧室：合成气和空气发生燃烧反应，得到高温气体；燃气透平：高温燃气膨胀做功；回热器：对合成气、部分压缩后空气进行加热并冷却燃气透平排气；发电机：燃气透平连接，将燃气透平产生机械功转化为电能输出；余热锅炉：由烟气供热，加热淡水流股生成动力蒸汽；蒸汽喷射器：利用动力蒸汽的富裕压头，将蒸馏装置中间的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽送入第一效对海水进行加热；蒸发器：海水被蒸汽加热后，在饱和压力下实现低温蒸发。

【技术特征摘要】
1.一种回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环的装置，主要包括：空气压气机：将空气升压至Brayton循环的最高压力；燃料压气机：将燃料升压至重整反应的压力；第一淡水增压泵：将淡水升压至重整反应的压力；第二淡水增压泵：将淡水升压至动力蒸汽的压力；混合室：压缩后燃料与过热水蒸汽在此混合后送入重整器；重整器：由烟气供热，使燃料与水蒸汽进行化学重整反应；燃烧室：合成气和空气发生燃烧反应，得到高温气体；燃气透平：高温燃气膨胀做功；回热器：对合成气、部分压缩后空气进行加热并冷却燃气透平排气；发电机：燃气透平连接，将燃气透平产生机械功转化为电能输出；余热锅炉：由烟气供热，加热淡水流股生成动力蒸汽；蒸汽喷射器：利用动力蒸汽的富裕压头，将蒸馏装置中间的蒸汽引射压缩，共同作为加热蒸汽送入第一效对海水进行加热；蒸发器：海水被蒸汽加热后，在饱和压力下实现低温蒸发。2.如权利要求1所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，还包括以下设备：预热器：除尾效外，每一效生成的蒸汽先对下一效蒸发器进料口分流出的海水进行预热，再送往下一效蒸发器提供海水蒸发所需热量；闪蒸器：在蒸发器中冷凝的热源蒸汽在此经历一个压降，二次蒸发；冷凝器：尾效产生的蒸汽送入其间进行冷凝，同时对低温多效蒸馏系统的进料海水进行预热；收集器：收集贮存各效生成的淡水；第三淡水增压泵：将生成的淡水加压到环境压力。3.如权利要求1所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲烷作燃料时，重整器热侧进口为燃气透平排气，出口连接余热锅炉，冷侧进口连接混合室，出口连接燃烧室；余热锅炉冷侧进口有来自低温多效蒸馏海水淡化系统的两股淡水，分别送往低温多效蒸馏海水淡化系统作动力蒸汽、混合室作重整反应用蒸汽；混合室进口与甲烷压气机出口、余热锅炉冷侧出口相连接，出口与重整器进料口连接。4.如权利要求1所述的回热循环和低温多效蒸馏海水淡化的热力循环装置，其中，当甲醇作燃料时，回热器热侧进口为燃气透平排气，出口连接重整器，冷侧进口与空气压气机出口、重整器出口相连接，出口连接燃烧室；重整器热侧进口连接回热器，出口连接余热锅炉，进料口与余热锅炉甲醇、反应用水蒸汽出口相连接，出料口连接燃烧室；余热锅炉冷侧进口除了与甲醇增压泵连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，罗尘丁，蔡睿贤，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]