Комплексная установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии Российский патент 2019 года по МПК C02F9/10 C02F1/04 C02F5/00 C02F103/08 B01D1/00 F01K17/04 

Комплексная установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии относится к теплоэнергетике и экологии, а точнее к направлению опреснения морской воды и выработки электроэнергии.

Известна парогазовая энергетическая установка (патент РФ №2139430), содержащая газотурбинную установку с электрогенератором, в выхлопном газоходе газовой турбины установлен паровой котел-утилизатор, связанный паропроводом перегретого пара с противодавленческой паровой турбиной, выхлоп которой связан паропроводом с тепловым потребителем. Установка этого типа не применяется для опреснения морской воды.

Известна установка опреснения морской воды в многоступенчатых испарителях со сжатием внешнего греющего пара в пароструйных эжекторах - Патент РФ №2554720, МПК B63J 1/00, C02F 1/04, C02F 5/00, B01D 1/00. Недостатком этой установки является ее недостаточная экономичность связанная с применением пароструйных эжекторов.

Известна также опреснительная установка с термоумягчителем, служащая для получения пресной из соленой морской воды (Патент РФ №2554720) принятая в качестве прототпа предполагаемого изобретения. Эта установка содержит трубопровод холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый опреснитель (испаритель) морской воды, содержащий несколько корпусов ступеней вакуумного испарения морской воды нагретой паром от внешнего источника, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята, трубопровод сброса рассола; в верхней зоне каждой ступени установлен двухходовой (по охлаждающей воде) кожухотрубный конденсатор вторичного пара, ступени имеют разделительную перегородку, в средней части каждой ступени установлены сепараторы вторичного пара жалюзийного типа и полости для сбора дистиллята не сконденсировавшейся паровой смеси. Нижние зоны соседних ступеней испарения последовательно связаны перепускными трубами, в ступенях, последующих за первой ступенью, размещены дроссельные распылители нагретой жидкости. Дистиллят отводится к потребителям по общему трубопроводу отвода дистиллята из сборников дистиллята. Установка имеет трубопровод удаления рассола - не сконденсировавшейся морской воды с высоким солесодержанием, трубопроводы подвода греющего и рабочего пара от внешнего источника к пароструйным эжекторам первой и второй ступеней снабженных конденсаторами сжатого в пароструйных эжекторах вторичного пара, который образуется в ступенях многоступенчатого испарителя.

Недостатками опреснительной установки принятой в качестве прототипа предполагаемого изобретения является ее невысокая тепловая экономичность, невозможность производить собственную выработку электроэнергии, использование греющего и рабочего пара подводимого из внешнего источника пара, применение пароструйных эжекторов, используемых для сжатия вторичного пара низкого давления.

Целью изобретения является устранение этих недостатков и обеспечение экономичного совместного производства из морской воды большого количества обессоленной воды, и собственную выработку греющего пара и электроэнергии.

Техническим результатом является повышение тепловой экономичности и надежности комбинированной установки, увеличение расхода пара через паровую турбину, повышение электрической мощности и выработки электроэнергии.

Технический результат достигается за счет того, что комплексная установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии, содержащей трубопровод холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, трубопроводы греющего пара высокого и низкого давления, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята, трубопровод отвода рассола, при этом в верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатого испарителя размещены нагревательные элементы - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, установленные последовательно по ходу нагреваемой в них морской воды от последней к первой ступени испарителя, в средней зоне каждой ступени размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными под жалюзийными сепараторами каждой ступени полостями сбора (сборными камерами) дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещены приемники рассола с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарителя, причем каждая из перепускных труб содержит дроссельное устройство и распылитель струй воды; сборные камеры дистиллята вторичного пара отдельных ступеней последовательно сообщены между собой перепускными трубами, сборная камера дистиллята последней ступени соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям, а верхняя часть корпусов ступеней испарения соединена перепускными трубами паровоздушной смеси последовательно от первой ступени испарения к последней, приемник рассола последней ступени испарения сообщен с трубопроводом отвода рассола, трубопровод пара высокого давления подключен к внешнему теплообменнику, трубопровод греющего пара низкого давления подключен к верхней зоне испарителя первой ступени, дополнительно снабжена газотурбинной установкой, паровым котлом-утилизатором, противодавленческой паровой турбиной с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, деаэратором, паропроводом перегретого пара, химводоочисткой, трубопроводом конденсата с конденсатным насосом, трубопроводом подпиточной воды, трубопроводом подогретой морской воды, теплообменником предварительного подогрева морской воды, конденсатором вторичного пара, паровой отсасывающей эжекторной установкой, при этом паровой котел-утилизатор содержит экономайзер, испаритель и пароперегреватель, а выхлоп противодавленческой паровой турбины соединен по пару с входом подогревателя морской воды, который имеет трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды с насосом, выход этого подогревателя по конденсату пара соединен трубопроводом конденсата, имеющим конденсатный насос с экономайзером котла-утилизатора, выход пароперегревателя котла-утилизатора соединен паропроводом с противодавленческой паровой турбиной, регулируемый отбор пара высокого давления которой соединен паропроводом с внешним подогревателем, регулируемый отбор пара низкого давления соединен паропроводом с верхней частью корпуса первой ступени испарителя, выход внешнего подогревателя по конденсату пара соединен с трубопроводом подпиточной воды, подогреватель предварительного подогрева холодной морской воды и конденсатор вторичного пара размещены в верхней зоне испарителя последней ступени, которая трубопроводом отсоса неконденсирующихся газов связана через паровую эжекторную установку с атмосферой, пароструйная эжекторная установка соединена с паропроводом отборного пара низкого давления, а трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям связан через химводоочистку и трубопровод подпиточной воды с входом деаэратора, причем трубопровод холодной морской воды установлен с возможностью разделения воды на два потока, первый поток, который затем подлежит опреснению, направлен через теплообменник предварительного подогрева холодной морской воды в трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды и далее в кожухотрубный теплообменник предпоследней ступени многоступенчатого испарителя, второй поток холодной морской воды направлен в конденсатор вторичного пара, который установлен с возможностью подогрева и перенаправления потока в трубопровод сброса морской воды, при этом роторы газовой турбины и противодавленческой паровой турбины связаны валами с их электрогенераторами, а трубопровод отвода дистиллята соединен через химводоочистку с трубопроводом подпиточной воды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена тепловая схема комплексной установки для опреснения морской воды и выработки электроэнергии.

Установка содержит: 1 - газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором 2, 3 - паропровод перегретого пара, 4 - противодавленческую паровую турбину с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, 5 - электрогенератор, 6 - паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем и экономайзером, 7 - деаэратор, 8 - теплообменник подогрева морской воды (конденсатор пара), 9 - трубопровод холодной морской воды, 10 - водяной экономайзер, 11 - трубопровод питательной воды, 12 - паропровод отборного пара высокого давления, 13 - трубопровод рециркуляции с насосом, 14 - паропровод отборного пара низкого давления, 15 - трубопровод, 16 - трубопровод подпиточной воды, 17 - трубопровод перепуска паровоздушной смеси, 18 - трубопровод подогретой морской воды, 19 - пароструйную эжекционную установку, 20 - внешний теплообменник, 21 - трубопровод воды нагретой в конденсаторах вторичного пара, 22 - теплообменник предварительного подогрева морской воды, 23 - трубопровод воды нагретой во внешнем теплообменнике, 24 - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, 25 - сборные камеры дистиллята, 26 - конденсатор вторичного пара, 27 - трубопровод конденсата, 28 - трубы дроссельно-распылительного устройства, 29 - трубопровод отвода нагретой морской воды, 30 - трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям, 31 - сборную камеру рассола последней ступени, 32 - трубопровод сброса рассола, 33 - химводоочистку.

Комплексная установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии работает следующим образом. Атмосферный воздух, сжатый в компрессоре газотурбинной установки 1, подают в камеру сгорания, сжигают в ней топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине приводящей электрогенератор 2 и вырабатывающий электроэнергию. Выхлопные газы газовой турбины подают в паровой котел-утилизатор 6 для выработки в нем перегретого пара высокого давления. По паропроводу перегретого пара 3 его подают на вход противодавленческой паровой турбины 4, имеющей регулируемые отборы пара высокого и низкого давления. Полезную работу паровой турбины 4 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 5. Пар, расширенный в паровой турбине 4 подают в теплообменник подогрева морской воды 8 (конденсатор пара) снабженный трубопроводом рециркуляции 13 с насосом. Рециркуляция обеспечивает увеличение расхода воды через теплообменник подогрева морской воды 8. В описываемую установку по трубопроводу холодной морской воды 9 подают его общий поток и разделяют на два потока. Первый поток направляют в теплообменник 22 предварительного подогрева морской воды и по трубопроводу 15 подают в трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды 13. Второй поток подают в конденсатор вторичного пара 26 подогревают, производя конденсацию вторичного пара, поступившего в верхнюю часть последней ступени многоступенчатого испарителя и выводят его из установки по трубопроводу 29 отвода нагретой морской воды. Рециркуляция воды в теплообменнике подогрева морской воды 8 (конденсаторе пара) позволяет увеличить ее расход через этот теплообменник, увеличить расход пара в противодавленческой турбине 4, ее полезную мощность и мощность электрогенератора 5. При этом, соответственно, увеличивается выработка перегретого пара в паровом котле-утилизаторе 6. Конденсат пара из теплообменника подогрева морской воды 8 (конденсатора пара) подают по трубопроводу питательной воды с конденсатным насосом через водяной экономайзер 10 котла-утилизатора 6 в первый вход деаэратора 7, где из него удаляют агрессивные газы. Выход деаэратора 7 связан с испарителем котла-утилизатора 6. Вода из теплообменника подогрева морской воды 8 подается по трубопроводу подогретой морской воды 18 на вход двухходового кожухотрубного конденсатора вторичного пара предпоследней ступени испарителя. Далее она проходит через последовательно включенные кожухотрубные конденсаторы 24 предыдущих ступеней, где подогревается за счет тепла конденсации вторичного пара подводимого в последнюю ступень из предыдущих ступеней испарителя по трубопроводам перепуска паровоздушной смеси 17.

Вода вышедшая из кожухотрубного конденсатора первой ступени испарителя, нагретая в конденсаторах вторичного пара 21, дополнительно подогревается во внешнем теплообменнике 20 паром подводимым из паровой турбины 4 по паропроводу 12 отборного пара высокого давления и подается по трубопроводу 23 воды нагретой во внешнем теплообменнике 20 в трубы дроссельно-распылительного устройства 28 первой ступени испарителя. Распыленная в них горячая вода частично испаряется. Образовавшаяся пароводяная смесь проходит из нижней полости этой ступени испарения через разделительную перегородку в верхнюю полость ступени и частично конденсируется на внешней поверхности кожухотрубного конденсатора 24 первой ступени испарителя. Полученная при этом смесь конденсата и не спарившейся воды поступает в находящийся в средней части корпуса сепаратор вторичного пара жалюзийного типа. Капли дистиллята отделяется от не сконденсировавшейся паровой смеси и поступают в полость 25 сбора дистиллята этой ступени. Неиспарившаяся вода с высоким содержанием солей поступает в приемник рассола, находящийся в нижней части корпуса первой ступени испарителя и затем последовательно отводится в сборники рассола последующих ступеней испарительной установки и поступает затем в сборную камеру рассола последней ступени 31. Последующие ступени многоступенчатого испарителя работают аналогично вышеописанному процессу. Из приемника рассола предыдущей ступени рассол по трубам 28 дроссельно-распылительных устройств подается в нижнюю часть камеры последующей ступени и распыливается. Образовавшийся в каждой ступени дистиллят, отводится из полостей 25 сбора дистиллята и подается в трубопровод 30 отвода дистиллята внешним потребителям. Меньшая часть дистиллята подается через химводоочистку 33 в трубопровод 16 подпиточной воды котла-утилизатора 6. Большая часть пара низкого давления подается по паропроводу отборного пара низкого давления 14 в качестве греющего агента в верхнюю часть корпуса испарителя первой ступени, а его меньшая часть поступает в паровую эжекторную установку 19, которая производит отсос из верхней части корпуса последней ступени испарителя несконденсированных газов с их сбросом в атмосферу.

Предлагаемое изобретение за счет применения парогазовой установки с ГТУ, паровым котлом-утилизатором и противодавленческой паровой турбины, позволяет производить выработку электроэнергии в электрогенераторах, и подачу в испарительную установку греющего пара из регулируемых отборов пара высокого и низкого давления. Использование теплообменника предварительного подогрева холодной морской воды 22 и теплообменника 8, использующего теплоту пара расширенного в паровой турбине, позволяет увеличить количество получаемой в испарителе осветленной воды и повысить тепловую экономичность комбинированной установки. Применение системы рециркуляции в теплообменнике -конденсаторе 8 позволяет увеличить расход пара через паровую турбину, паропроизводительность котла-утилизатора, электрическую мощность комплексной установки и выработку электроэнергии. Применение дополнительного конденсатора вторичного пара 26 позволяет отказаться в установке от применения систем сжатия вторичного пара, например, пароструйных эжекторов. Применение химводоочистки 33 и системы подпитки котла-утилизатора химочищенной подпиточной водой позволяет повысить надежность комплексной установки.

Изобретение относится к теплоэнергетике и экологии и может быть использовано для опреснения морской воды и выработки электроэнергии. Комплексная установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии содержит трубопровод 9 холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, внешний теплообменник 20, трубопровод отвода дистиллята 30, трубопровод отвода рассола 32, газотурбинную установку 1, паровой котел-утилизатор 6, противодавленческую паровую турбину 4 с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, деаэратор 7, паропровод 3 перегретого пара, химводоочистку 33, трубопровод конденсата 27, трубопроводы подпиточной 16 и подогретой 18 морской воды, теплообменник 22 предварительного подогрева морской воды, конденсатор 26 вторичного пара, пароструйную эжекторную установку 19. Паровой котел-утилизатор 6 содержит экономайзер 10, испаритель и пароперегреватель. Выхлоп противодавленческой паровой турбины 4 соединен с входом подогревателя 8 морской воды, имеющего трубопровод рециркуляции 13 подогреваемой морской воды с насосом. Выход подогревателя 8 морской воды с экономайзером 10 котла-утилизатора 6. Выход пароперегревателя котла-утилизатора 6 соединен с противодавленческой паровой турбиной 4, регулируемый отбор пара высокого давления которой соединен с внешним подогревателем 20. Регулируемый отбор пара низкого давления соединен с верхней частью корпуса первой ступени адиабатного многоступенчатого испарителя. В верхней зоне последней ступени адиабатного многоступенчатого испарителя размещены подогреватель 22 предварительного подогрева холодной морской воды и конденсатор 26 вторичного пара. Трубопровод 30 отвода дистиллята внешним потребителям связан через химводоочистку 33 и трубопровод подпиточной воды 16 с входом деаэратора 7. Трубопровод 9 холодной морской воды установлен с возможностью разделения воды на два потока. Роторы газовой турбины газотурбинной установки 1 и противодавленческой паровой турбины 4 связаны валами с их электрогенераторами 2, 5. В ступенях многоступенчатого испарителя размещены нагревательные элементы - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара 24, жалюзийные сепараторы вторичного пара, приемники рассола, перепускные трубы дроссельно-распылительного устройства 28, сборные камеры дистиллята вторичного пара 25. Приемник рассола 31 последней ступени адиабатного многоступенчатого испарителя сообщен с трубопроводом отвода рассола 32. Изобретение позволяет повысить тепловую экономичность и надежность комбинированной установки, увеличить расход пара через паровую турбину, повысить электрическую мощность и выработку электроэнергии. 1 ил.

Комплексная установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии, содержащая трубопровод холодной морской воды, адиабатный многоступенчатый испаритель, трубопроводы греющего пара высокого и низкого давления, внешний теплообменник, трубопровод отвода дистиллята, трубопровод отвода рассола, при этом в верхней зоне каждой из ступеней многоступенчатого испарителя размещены нагревательные элементы - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, установленные последовательно по ходу нагреваемой в них морской воды от последней к первой ступени испарителя, в средней зоне каждой ступени размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными под жалюзийными сепараторами каждой ступени полостями сбора (сборными камерами) дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещены приемники рассола с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства последующей ступени испарителя, причем каждая из перепускных труб содержит дроссельное устройство и распылитель струй воды; сборные камеры дистиллята вторичного пара отдельных ступеней последовательно сообщены между собой перепускными трубами, сборная камера дистиллята последней ступени соединена с трубопроводом отвода дистиллята к внешним потребителям, а верхняя часть корпусов ступеней испарения соединена перепускными трубами паровоздушной смеси последовательно от первой ступени испарения к последней, приемник рассола последней ступени испарения сообщен с трубопроводом отвода рассола, трубопровод пара высокого давления подключен к внешнему теплообменнику, трубопровод греющего пара низкого давления подключен к верхней зоне испарителя первой ступени, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена газотурбинной установкой, паровым котлом-утилизатором, противодавленческой паровой турбиной с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, деаэратором, паропроводом перегретого пара, химводоочисткой, трубопроводом конденсата с конденсатным насосом, трубопроводом подпиточной воды, трубопроводом подогретой морской воды, теплообменником предварительного подогрева морской воды, конденсатором вторичного пара, паровой отсасывающей эжекторной установкой, при этом паровой котел-утилизатор содержит экономайзер, испаритель и пароперегреватель, а выхлоп противодавленческой паровой турбины соединен по пару с входом подогревателя морской воды, который имеет трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды с насосом, выход этого подогревателя по конденсату пара соединен трубопроводом конденсата, имеющим конденсатный насос с экономайзером котла-утилизатора, выход пароперегревателя котла-утилизатора соединен паропроводом с противодавленческой паровой турбиной, регулируемый отбор пара высокого давления которой соединен паропроводом с внешним подогревателем, регулируемый отбор пара низкого давления соединен паропроводом с верхней частью корпуса первой ступени испарителя, выход внешнего подогревателя по конденсату пара соединен с трубопроводом подпиточной воды, подогреватель предварительного подогрева холодной морской воды и конденсатор вторичного пара размещены в верхней зоне испарителя последней ступени, которая трубопроводом отсоса неконденсирующихся газов связана через паровую эжекторную установку с атмосферой, пароструйная эжекторная установка соединена с паропроводом отборного пара низкого давления, а трубопровод отвода дистиллята внешним потребителям связан через химводоочистку и трубопровод подпиточной воды с входом деаэратора, причем трубопровод холодной морской воды установлен с возможностью разделения воды на два потока, первый поток, который затем подлежит опреснению, направлен через теплообменник предварительного подогрева холодной морской воды в трубопровод рециркуляции подогреваемой морской воды и далее в кожухотрубный теплообменник предпоследней ступени многоступенчатого испарителя, второй поток холодной морской воды направлен в конденсатор вторичного пара, который установлен с возможностью подогрева и перенаправления потока в трубопровод сброса морской воды, при этом роторы газовой турбины и противодавленческой паровой турбины связаны валами с их электрогенераторами, а трубопровод отвода дистиллята соединен через химводоочистку с трубопроводом подпиточной воды.