Комбинированная установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии Российский патент 2019 года по МПК C02F1/04 

Комбинированная установка относится к теплоэнергетике, а точнее к направлению опреснения морской воды и выработки электроэнергии.

Наибольшее распространение в мире применение получили установки опреснения морской воды в многоступенчатых испарителях многоэффективного действия со сжатием теплового пара (MED - TVC) (http://www.wabag.com/wp-content/uploads/2012/04/WABAG_desalination_ru_2012_rev01_proof.pdf).

Известна опреснительная установка с термоумягчителем (патент РФ №2554720, МПК B63J 1/00, C02F 1/04, C02F 5/00, B01D 1/00, опубл. 27.06.2015), служащая для получения пресной воды путем обессоливания морской воды. Эта установка содержит адиабатный многоступенчатый опреснитель морской воды, включающий отдельные ступени вакуумного испарения морской воды нагретой паром внешнего источника, в каждой из которых в верхней зоне установлен двухходовой (по охлаждающей воде) кожухотрубный конденсатор вторичного пара, ступени имеют разделительную перегородку, в средней части корпусов ступеней испарения установлены сепаратор вторичного пара жалюзийного типа, полость для сбора не сконденсировавшейся паровой смеси. Соседние камеры ступеней испарения последовательно сообщены между собой в нижней зоне перепускными трубами, в ступенях последующих за первой камерах испарения размещены дроссельные распылители нагретой жидкости. Дистиллят отводится к потребителям из сборников дистиллята по общему трубопроводу дистиллята. В установке также применен трубопровод удаления из нее несконденсировавшейся морской воды с высоким солесодержанием, двухступенчатый пароструйный эжектор; конденсатор двухступенчатого пароструйного эжектора. Входная часть эжектора первой ступени эжекторов подключена к трубопроводу подачи рабочего пара с давлением 1,3 МПа, а эжектора второй ступени подключена параллельно к трубопроводу греющего пара с давлением 1,25 МПа подаваемого в первую ступень испарителя. По сравнению с известными установками обессоливания эта установка содержит термоумягчитель обеспечивающей снижение скорости накипеобразования на поверхностях теплообмена, повышает надежности работы опреснительной установки и позволяет снизить расход рабочего пара на пароструйный эжектор второй ступени.

Недостатками рассмотренной адиабатической многоступенчатой испарительной установки является ее невысокая экономичность из-за необходимости применения рабочего пара подаваемого из внешнего источника.

Известна комбинированная установка, используемая для опреснения (дистилляции) морской воды и выработки электроэнергии (Автореферат диссертации «Моделирование и технико-экономическая оптимизация газотурбинной установки для опреснения морской воды», стр. 10, рис. 5 http://dlib.rsl.ru/viewer/01006654924#?page=10). Эта комбинированная установка содержит газотурбинную установку, паровой котел-утилизатор, внешний теплообменник для подогрева морской воды, паровой эжектор и многоступенчатую адиабатную испарительную с паровым эжектором по схеме MTD-NVC. Меньшую часть пара выработанного в котле-утилизаторе подают с давлением с давлением 1,3 МПа в сопло парового эжектора, большую его с давлением 120-125 кПа подают в первую ступень многоступенчатого испарителя морской воды, содержащего не менее 5 ступеней. Давление пара в ступенях испарителя снижается равномерно с давления в первой ступени 0,12 МПа до 50-60 кПа в последней ступени испарителя. В верхней части каждой ступени испарителя, также как в рассмотренной выше адиабатной испарительной установки размещены двухходовые (по охлаждающей воде) кожухотрубные последовательно соединенные по морской воде. Исходная морская вода подается по трубопроводу морской воды в конденсатор вторичного пара последней ступени испарителя.

Недостатками комбинированной установки опреснения морской воды и выработки электроэнергии, принятой в качестве прототипа изобретения, являются ее недостаточная производительность по получению питьевой воды, невысокая электрическая мощность и количество вырабатываемой электроэнергии, а также пониженная тепловая экономичность.

Задачей предлагаемой комбинированной установки опреснения морской воды и выработки электроэнергии является увеличение количества обессоленной воды, выработки электроэнергии и повышение ее тепловой эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что комбинированная установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии, содержащей газотурбинную установку с компрессором, газовой турбиной и электрогенератором, паровой котел-утилизатор, многоступенчатую испарительную установку, паровой эжектор, внешние теплообменники первой и второй ступеней; ротор газовой турбины соединен с компрессором и электрогенератором, выхлоп парового котла-утилизатора связан с атмосферой; сопло парового эжектора соединено паропроводом с регулируемым отбором высокого давления, камера смешения которого соединена вакуумным паропроводом с последней ступенью многоступенчатого испарителя, в верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатой опреснительной установки размещены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, в средней зоне ступеней размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную зону и нижнюю испарительную зоны и полости сбора дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещен приемник рассола с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства, каждая из этих перепускных труб содержит в верхней части дроссельное устройство, ступени испарения последовательно соединены перепускными трубами охлаждающей воды конденсаторов вторичного пара и снабжены трубами для перепуска образующейся паровоздушной смеси из полостей конденсаторов вторичного пара из первой ступени испарения к последней, нижние зоны камер испарения соседних ступеней сообщены между собой перепускными трубами из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения, многоступенчатый адиабатный испаритель также содержит систему межступенчатых дроссельных шайб, установленных на трубах последовательного перепуска паровоздушной смеси из конденсаторов вторичного пара в последующую ступень испарителя, при этом паровоздушная полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения сообщена с приемной полостью камеры смешения пароструйного эжектора, выходная диффузорная часть которого сообщена с внешним теплообменником первой ступени, входная сопловая часть эжектора подключена к трубопроводу подачи рабочего пара, первый внешний теплообменник соединен по конденсату с трубопроводом конденсата второго внешнего теплообменника подключенного к трубопроводу греющего пара, причем паровой-котел утилизатор, установленный с возможностью выработки пара высокого давлени, содержит пароперегреватель, испаритель и экономайзер, установка дополнительно снабжена паровой турбиной с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, деаэратором, химводоочисткой, трубопроводом питательной воды с питательным насосом, трубопроводом подпиточной воды котла-утилизатора, при этом ротор паровой турбины соединен с электрогенератором, пароперегреватель соединен паропроводом перегретого пара с входом паровой турбины, регулируемый отбор высокого давления которой связан с входным соплом парового эжектора, а регулируемый отбор низкого давления связан паропроводом греющего пара с корпусом первой ступени адиабатного многоступенчатого испарителя и также со второй ступенью внешнего теплообменника, выхлоп паровой турбины соединен с теплообменником предварительного подогрева исходной морской воды, связанного по морской воде с входом кожухотрубного конденсатора вторичного пара последней ступени многоступенчатого испарителя

Схема комбинированной установки показана на чертеже. Установка содержит: 1 - газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной, 2 - электрогенератор, 3 - паропровод перегретого пара, 4 - паровую турбину с регулируемыми отборами пара, 5 - электрогенератор, 6 - паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем и экономайзером, 7 - деаэратор, 8 - теплообменник предварительного подогрева морской воды, 9 - трубопровод морской воды, 10 - экономайзер, 11 - трубопровод питательной воды с питательным насосом, 12 - паропровод 1,3 МПа, 13 - паропровод 0,125 - 0,13 МПа, 14 -паровой эжектор, 15 - вакуумный паропровод, 16 - паропровод греющего пара, 17 - внешний теплообменник первой ступени, 18 - трубопроводы перепуска паровоздушной смеси, 19 - трубопровод подогретой морской воды, 20 - трубопровод подпиточной химочищенной воды, 21 - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, 22 - внешний теплообменник второй ступени, 23 - жалюзийные сепараторы вторичного пара, 24 - сборные камеры дистиллята, 25 трубопровод дистиллята, 26 - трубопровод подогретой морской воды, 27 - трубы дроссельно-распылительного устройства, 28 - приемники рассола, 29 - химводоочистка, 30 - трубопровод сброса рассола.

Комбинированная установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии работает следующим образом. Атмосферный воздух, сжатый компрессором газотурбинной установки 1 подают в ее камеру сгорания, сжигают в ней топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине, приводящей электрогенератор 2. Выхлопные газы газовой турбины подают в паровой котел-утилизатор 6, вырабатывающий перегретый пар высокого давления. По паропроводу перегретого пара 3 его подают на вход паровой турбины 4 с регулируемыми отборами пара, где его расширяют, полезную работу паровой турбины используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 5. Пар, расширенный в паровой турбине подают в теплообменник 8 предварительного подогрева морской воды. Конденсат этого пара по трубопроводу питательной воды 11 с питательным насосом подают на вход эжектора 10. Его выход связан с трубопроводом 20 подпиточной химочищенной воды и с деаэратором 7, где происходит очистка питательной воды от коррозионно активных газов. По трубопроводу 9 морскую воду подают в теплообменник 8 предварительного подогрева морской воды за счет конденсации пара расширенного в паровой турбине 4. По трубопроводу подогретой морской воды 19 ее направляют на вход двухходового кожухотрубного конденсатора 21 вторичного пара последней ступени адиабатного многоступенчатого испарителя и далее в двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара 21 ступеней испарителя, где морская вода вначале последовательно подогревается теплом конденсата вторичных паров ступеней, а затем теплом конденсата греющего пара подаваемого в первую ступень многоступенчатого испарителя по паропроводу греющего пара 16 из регулируемого отбора паровой турбины 4. Дальнейший подогрев морской воды производят вначале во внешнем теплообменнике первой ступени 17 теплом пара подводимого из диффузора парового эжектора 14, а затем во внешнем теплообменнике второй ступени 22 теплом конденсирующегося греющего пара подводимого в этот теплообменник по паропроводу греющего пара 16. Конденсат пара из этих теплообменников подают в трубопровод подпиточной химочищенной воды 20. Подогретая вода во внешних теплообменниках 17 и 22 подается по трубопроводу подогретой морской воды 26 в трубу дроссельно-распылительного устройства 27 первой ступени испарителя, где происходит частичное испарение распыленной горячей морской воды. Образовавшийся при этом вторичный пар проходит через жалюзийный сепаратор вторичного пара 23 первой ступени испарителя. После его конденсации на трубах двухходового кожухотрубного конденсатора 21 и подогреве в нем морской воды, полученный конденсат поступает в сборную камеру дистиллята 24 первой ступени. Не испарившаяся морская вода с повышенным содержанием солей поступает в приемник рассола 28 первой ступени, откуда через перепускные трубы дроссельно-распылительных устройств 27 подается в последующие ступени испарения, где давление ниже чем в предыдущих ступенях. Дистиллят из сборных камер дистиллята 24 ступеней испарителя поступает в трубопровод дистиллята 25. Большая часть дистиллята направляют потребителям как питьевую воду. Меньшую ее часть пропускают через химводоочистку, где она дополнительно обессоливается и по трубопроводу 20 подпиточной химочищенной воды подается в деаэратор 7. Из приемника рассола 28 последней ступени испарителя весь рассол поступает в трубопровод сброса рассола 30.

Предлагаемое изобретение за счет применения парогазового цикла с паровой турбиной позволяет увеличить электрическую мощность комбинированной установки, выработку электроэнергии и получение из морской воды большего количества питательной воды. Применение паровой турбины с регулируемыми отборами в использование теплоты отработавшего пара для подогрева морской воды (теплофикационное противодавление) позволяет значительно повысить тепловую экономичность установки.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а точнее к направлению опреснения морской воды и выработки электроэнергии. Установка содержит: газотурбинную установку 1 с компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной, электрогенератор 2, паропровод 3 перегретого пара, паровую турбину 4 с регулируемыми отборами пара, электрогенератор 5, паровой котел-утилизатор 6 с пароперегревателем, испарителем и экономайзером, деаэратор 7, теплообменник 8 предварительного подогрева морской воды, трубопровод 9 морской воды, экономайзер 10, трубопровод питательной воды 11 с питательным насосом, паропровод 12, паропровод 13, паровой эжектор 14, вакуумный паропровод 15, паропровод 16 греющего пара, внешний теплообменник 17 первой ступени, трубопроводы 18 перепуска паровоздушной смеси, трубопровод 19 подогретой морской воды, трубопровод 20 подпиточной химочищенной воды, двухходовые кожухотрубные конденсаторы 21 вторичного пара, внешний теплообменник 22 второй ступени, жалюзийные сепараторы 23 вторичного пара, сборные камеры 24 дистиллята, трубопровод 25 дистиллята, трубопровод 26 подогретой морской воды, трубы 27 дроссельно-распылительного устройства, приемники рассола 28, химводоочистку 29, трубопровод 30 сброса рассола. Техническим результатом комбинированной установки является увеличение количества обессоленной воды, выработки электроэнергии и повышение ее тепловой эффективности. 1 ил.

Комбинированная установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии, содержащая газотурбинную установку с компрессором, газовой турбиной и электрогенератором, паровой котел-утилизатор, адиабатную многоступенчатую испарительную установку, паровой эжектор, внешние теплообменники первой и второй ступеней; ротор газовой турбины соединен с компрессором и электрогенератором, выхлоп парового котла-утилизатора связан с атмосферой, сопло парового эжектора соединено паропроводом с регулируемым отбором высокого давления, камера смешения которого соединена вакуумным паропроводом с последней ступенью адиабатного многоступенчатого испарителя, в верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатой опреснительной установки размещены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, а в средней зоне ступеней размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную зону и нижнюю испарительную зону и полости сбора дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещен приемник рассола с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства, каждая из этих перепускных труб содержит в верхней части дроссельное устройство, ступени испарения последовательно соединены перепускными трубами охлаждающей воды конденсаторов вторичного пара и снабжены трубами для перепуска образующейся паровоздушной смеси из полостей конденсаторов вторичного пара из первой ступени испарения к последней, нижние зоны камер испарения соседних ступеней сообщены между собой перепускными трубами - из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения, многоступенчатый адиабатный испаритель также содержит систему межступенчатых дроссельных шайб, установленных на трубах последовательного перепуска паровоздушной смеси из конденсаторов вторичного пара в последующую ступень испарителя, при этом паровоздушная полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения сообщена с приемной полостью камеры смешения пароструйного эжектора, выходная диффузорная часть которого сообщена с внешним теплообменником первой ступени, входная сопловая часть эжектора подключена к трубопроводу подачи рабочего пара, первый внешний теплообменник соединен по конденсату с трубопроводом конденсата второго внешнего теплообменника, подключенного к трубопроводу греющего пара, отличающаяся тем, что паровой котел-утилизатор, установленный с возможностью выработки пара высокого давлени, содержит пароперегреватель, испаритель и экономайзер, установка дополнительно снабжена паровой турбиной с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, деаэратором, химводоочисткой, трубопроводом питательной воды с питательным насосом, трубопроводом подпиточной воды котла-утилизатора, при этом ротор паровой турбины соединен с электрогенератором, пароперегреватель соединен паропроводом перегретого пара с входом паровой турбины, регулируемый отбор высокого давления которой связан с входным соплом парового эжектора, а регулируемый отбор низкого давления связан паропроводом греющего пара с корпусом первой ступени адиабатного многоступенчатого испарителя и также со второй ступенью внешнего теплообменника, выхлоп паровой турбины соединен с теплообменником предварительного подогрева исходной морской воды, связанным по морской воде с входом кожухотрубного конденсатора вторичного пара последней ступени многоступенчатого испарителя.