Установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии Российский патент 2019 года по МПК C02F9/10 C02F1/04 C02F1/58 C02F5/00 C02F103/08 B01D1/00 F01K17/04 

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

Наибольшее распространение в мире получили установки опреснения морской воды в многоступенчатых испарителях со сжатием внешнего греющего пара в пароструйных эжекторах (MED - TVC).

Известна опреснительная установка с термоумягчителем, служащая для получения пресной воды путем обессоливания морской воды (Патент РФ №2554720, МПК B63J 1/00, C02F 1/04, C02F 5/00, B01D 1/00, опубл. 27.06.2015). Она содержит адиабатный многоступенчатый опреснитель (испаритель) морской воды, содержащий несколько корпусов ступеней вакуумного испарения морской воды нагретой паром от внешнего источника, 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 дистиллята из сборников дистиллята. В установке также применены трубопровод удаления рассола - не сконденсировавшейся морской воды с высоким солесодержанием, пароструйные эжекторы первой и второй ступеней; конденсаторы пара, вышедшего из пароструйных эжекторов. Сопло эжектора первой ступени подключено к трубопроводу подвода рабочего пара (греющего пара) подаваемого из внешнего источника при давлении 1,3 МПа, а сопло эжектора второй ступени подключено к трубопроводу греющего пара с давлением 1,25 МПа, подаваемого в первую ступень многоступенчатого испарителя. Эта установка также содержит термоумягчитель.

Недостатками этой опреснительной установки принятой в качестве прототипа предполагаемого изобретения, является ее невысокая тепловая экономичность и неспособность наряду с опреснением морской воды производить выработку электроэнергии. Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков и создание установки обеспечивающей экономичное совместное производство обессоленной воды и выработку электроэнергии.

Техническим результатом является обеспечение экономичного опреснения морской воды и выработке электроэнергии для энергоснабжения этой установки и внешних потребителей.

Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемой установке для опреснения морской воды и выработки электроэнергии, содержащей адиабатный многоступенчатый испаритель, двухступенчатый пароструйный эжектор, внешний теплообменник, при этом многоступенчатый испаритель состоит из ряда последовательно включенных испарительных ступеней (камер) с нагревательными элементами (конденсаторами), паропровод греющего пара соединен с первой ступенью испарителя, а корпус последней ступени многоступенчатого испарителя связан с камерой смешения первой ступени испарителя, причем в верхней зоне каждой из ступеней установлены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, в их средней зоне размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными между ними полостями сбора (сборными камерами) дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещен приемник рассола с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства, сборная камера дистиллята последней ступени испарителя соединена с трубопроводом дистиллята, а приемник рассола этой ступени соединен с трубопроводом сброса рассола, камеры смешения всех предыдущих ступеней многоступенчатого испарителя соединены между собой трубопроводами перепуска паровоздушной смеси из первой ступени испарения к последней, нижние зоны камер испарения соседних ступеней испарителя сообщены перепускными трубами - из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения, полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения связана с камерой смешения пароструйного эжектора, выходная часть эжектора связана с внешним теплообменником, сопловая часть пароструйного эжектора подключена к внешнему трубопроводу, причем в ней дополнительно применены: газотурбинная установка с компрессором, газовой турбиной и электрогенератором, паровой котел-утилизатор высокого давления, паровая турбина с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления и конденсатором, снабженным системой рециркуляции подогреваемой морской воды с насосом, при этом трубопровод морской воды соединен через конденсатор и трубопровод подогретой морской воды с входом кожухотрубного конденсатора вторичного пара последней ступени адиабатного многоступенчатого испарителя, ротор газовой турбины соединен с электрогенератором, а ротор паровой турбины соединен с электрогенератором, пароперегреватель соединен паропроводом перегретого пара с входом паровой турбины, регулируемый отбор высокого давления которой связан с соплом парового эжектора второй ступени, а регулируемый отбор низкого давления паровой турбины связан паропроводом с соплом эжектора первой ступени, камера смешения которого соединена паровоздушным трубопроводом с корпусом первой ступени многоступенчатого испарителя, сборная камера дистиллята последней ступени соединена через химводоочистку с трубопроводом подпиточной химочищенной воды.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена тепловая схема установки 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 - паровую турбину с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, 5 - электрогенератор, 6 - паровой котел-утилизатор с пароперегревателем, испарителем и экономайзером, 7 - деаэратор, 8 - конденсатор паровой турбины, 9 - трубопровод исходной морской воды, 10 - трубопровод рециркуляции с насосом, 11 - экономайзер, 12 - трубопровод питательной воды, 13 - паропровод отборного пара высокого давления, 14 - паропровод отборного пара низкого давления, 15 - трубопровод подпиточной химочищенной воды, 16 - пароструйный эжектор высокого давления, 17 - пароструйный эжектор низкого давления, 18 - паровоздушный трубопровод, 19 - трубопровод связи, 20 - трубопроводы перепуска паровоздушной смеси, 21 - внешний теплообменник, 22 - трубопровод подогретой морской воды, 23 - трубопровод горячей воды, 24 - двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, 25 - сборные камеры дистиллята, 26 - трубопровод конденсата пара, 27 - трубопровод дистиллята, 28 - трубы дроссельно-распылительного устройства, 29 - приемники рассола, 30 - химводоочистку, 31 - трубопровод сброса рассола.

Установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии работает следующим образом. Атмосферный воздух, сжатый в компрессоре газотурбинной установки 1, подают в камеру сгорания и 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 перегретого пара высокого давления. По паропроводу перегретого пара 3 его подают на вход паровой турбины 4 с регулируемыми отборами 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 конденсатор 8. Теплоту конденсации пара используют в теплообменной поверхности конденсатора 8 для подогрева морской воды подводимой по трубопроводу исходной морской воды 9 на вход насоса трубопровода рециркуляции 10 системы рециркуляции морской воды в конденсаторе. Система рециркуляции обеспечивает увеличение расхода воды через конденсатор 8 при постоянной величине расхода в трубопроводе исходной морской воды 9. При этом увеличивается величина нагрева воды в конденсаторе 8 за счет повышения расхода в конденсатор пара расширенного в паровой турбине 4. Это вызывает повышение ее мощности и увеличение выработки электроэнергии в электрогенераторе 5. Соответственно, при этом увеличивается паропроизводительность котла-утилизатора 6 и паропроизводительность парового котла-утилизатора 6 с увеличением расхода подводимых в него отработавших газов из газовой турбины газотурбинной установки 1, что связано с повышением выработки электроэнергии в электрогенераторе 2. Конденсат пара из конденсатора 8 по трубопроводу питательной воды 12 с питательным насосом подают через экономайзер 11 в первый вход деаэратора 7. Его второй вход связан по греющему пару с паропроводом отборного пара высокого давления 13. Выход деаэратора 7 связан с испарителем котла-утилизатора 6. Подогретая в конденсаторе 8 вода по трубопроводу подогретой морской воды 22 поступает на вход двухходового кожухотрубного конденсатора вторичного пара последней ступени испарителя где происходит ее подогрев теплотой паровоздушной смеси подводимой из предыдущей ступени по трубопроводу перепуска паровоздушной смеси 20. Поток этой воды проходит последовательно установленные по ее ходу двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара 24 предыдущих ступеней многоступенчатого испарителя. В каждом из них производится подогрев воды теплотой паровоздушной смеси, подводимой по трубопроводам перепуска паровоздушной смеси 20. Морская вода вышедшая из кожухотрубного конденсатора первой ступени испарителя затем подается в теплообменную поверхность внешнего теплообменника 21, где подогревается теплом пара подводимого из выхода пароструйного эжектора 16 высокого давления. Конденсат по трубопроводу конденсата пара 26 подается в трубопровод подпиточной химочищенной воды 15. Вода подогретая во внешнем теплообменнике 21 по трубопроводу горячей воды 23 подается в трубу 28 дроссельно-распылительного устройства первой ступени испарителя. Распыленная 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 неиспарившейся воды поступает в находящийся в средней части этого корпуса сепаратор вторичного пара жалюзийного типа. В нем дистиллят отделяется от не сконденсировавшейся паровой смеси и поступает в полость 25 сбора дистиллята. Неиспарившаяся вода с высоким содержанием солей поступает в приемник рассола 29 первой ступени испарителя и отводится из испарительной установки по трубопроводу сброса рассола 31. Последующие ступени многоступенчатого испарителя работают аналогично вышеописанному. Из приемника рассола 29 предыдущей ступени рассол по трубам 28 дроссельно-распылительных устройств подается в нижнюю часть камеры последующей ступени, где распыляется. Образовавшийся в каждой ступени дистиллят из полостей 25 сбора дистиллята объединяется и подается в трубопровод дистиллята 27. Из этого трубопровода большая часть полученного дистиллята (опресненной воды) подается к потребителям пресной воды, а меньшая его часть подается через химводоочистку 30 в трубопровод 15 подпиточной химочищенной воды котла-утилизатора 6.

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. Применение системы рециркуляции воды в конденсаторе 8 позволяет увеличить расход пара через турбину, паропроизводительность котла-утилизатора, электрическую мощность газотурбинной установки, паровой турбины и выработку электроэнергии. Применение химводоочистки и системы подпитки котла-утилизатора химочищенной подпиточной водой позволяет повысить надежность установки.

Изобретение может быть использовано в теплоэнергетике и экологии. Установка для опреснения морской воды и выработки электроэнергии содержит газотурбинную установку 1 с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и электрогенератором 2, паропровод перегретого пара 3, паровую турбину 4 с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления, электрогенератор 5, паровой котел-утилизатор 6, деаэратор 7, конденсатор паровой турбины 8, трубопровод морской воды 9, трубопровод (систему) рециркуляции с насосом 10, трубопровод подпиточной химочищенной воды 15, двухступенчатый пароструйный эжектор, включающий пароструйный эжектор высокого давления 16 и пароструйный эжектор низкого давления 17, трубопроводы перепуска паровоздушной смеси 20, внешний теплообменник 21, трубопровод подогретой морской воды 22, двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара 24 адиабатного многоступенчатого испарителя, сборные камеры дистиллята 25 адиабатного многоступенчатого испарителя, трубопровод дистиллята 27, трубы дроссельно-распылительного устройства 28 адиабатного многоступенчатого испарителя, приемники рассола 29 адиабатного многоступенчатого испарителя, химводоочистку 30, трубопровод сброса рассола 31. Изобретение позволяет повысить тепловую экономичность установки и обеспечить экономичное опреснение морской воды и выработку электроэнергии для энергоснабжения установки и внешних потребителей. 1 ил.

Установка опреснения морской воды и выработки электроэнергии, содержащая адиабатный многоступенчатый испаритель, двухступенчатый пароструйный эжектор, внешний теплообменник, при этом многоступенчатый испаритель состоит из ряда последовательно включенных испарительных ступеней (камер) с нагревательными элементами (конденсаторами), паропровод греющего пара соединен с первой ступенью испарителя, а корпус последней ступени многоступенчатого испарителя связан с камерой смешения первой ступени испарителя, причем в верхней зоне каждой из ступеней установлены двухходовые кожухотрубные конденсаторы вторичного пара, в их средней зоне размещены жалюзийные сепараторы вторичного пара, разделяющие корпуса ступеней на верхнюю конденсационную и нижнюю испарительную зоны с расположенными между ними полостями сбора (сборными камерами) дистиллята, в нижней зоне каждой ступени размещен приемник рассола с подключенными к нему перепускными трубами дроссельно-распылительного устройства, сборная камера дистиллята последней ступени испарителя соединена с трубопроводом дистиллята, а приемник рассола этой ступени соединен с трубопроводом сброса рассола, камеры смешения всех предыдущих ступеней многоступенчатого испарителя соединены между собой трубопроводами перепуска паровоздушной смеси из первой ступени испарения к последней, нижние зоны камер испарения соседних ступеней испарителя сообщены перепускными трубами из приемников рассола данной ступени испарения к дроссельно-распылительным устройствам последующей ступени испарения, полость конденсатора вторичного пара последней ступени испарения связана с камерой смешения пароструйного эжектора, выходная часть эжектора связана с внешним теплообменником, сопловая часть пароструйного эжектора подключена к внешнему трубопроводу, отличающаяся тем, что в ней дополнительно применены газотурбинная установка с компрессором, газовой турбиной и электрогенератором, паровой котел-утилизатор высокого давления, паровая турбина с регулируемыми отборами пара высокого и низкого давления и конденсатором, снабженным системой рециркуляции подогреваемой морской воды с насосом, при этом трубопровод морской воды соединен через конденсатор и трубопровод подогретой морской воды с входом кожухотрубного конденсатора вторичного пара последней ступени адиабатного многоступенчатого испарителя, ротор газовой турбины соединен с электрогенератором, а ротор паровой турбины соединен с электрогенератором, пароперегреватель соединен паропроводом перегретого пара с входом паровой турбины, регулируемый отбор высокого давления которой связан с соплом парового эжектора второй ступени, а регулируемый отбор низкого давления паровой турбины связан паропроводом с соплом эжектора первой ступени, камера смешения которого соединена паровоздушным трубопроводом с корпусом первой ступени многоступенчатого испарителя, сборная камера дистиллята последней ступени соединена через химводоочистку с трубопроводом подпиточной химочищенной воды.