專(zhuān)利名稱(chēng)：將發(fā)電和淡化相結(jié)合的設(shè)備以及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及發(fā)電并同時(shí)海水淡化。特別是，本發(fā)明涉及通過(guò)使用燃?xì)鉁u輪的排放氣體的熱量加熱用于海水淡化的水來(lái)改善熱效率。
背景技術(shù)：
市場(chǎng)上可得到的淡化技術(shù)通?？煞殖蓛深?lèi)。第一類(lèi)包括主要需要熱量以及用于輔助設(shè)備的電力的蒸餾方法。第二類(lèi)包括反滲透方法。在蒸餾方法中，將海水加熱到接近沸騰溫度以產(chǎn)生蒸氣，并將蒸氣在逐漸減小的壓力下輸送到一系列階段上，以便產(chǎn)生閃蒸。產(chǎn)生的蒸氣接著作為餾分凝結(jié)并冷卻。
在反滲透方法中，強(qiáng)迫純水在壓力下通過(guò)特殊的半滲透薄膜，同時(shí)排出鹽分。壓差必須足夠高以便克服由滲透壓力確定的水從薄膜的鹽濃度低的一側(cè)運(yùn)動(dòng)到濃度高一側(cè)的自然趨勢(shì)。
本發(fā)明特別適用于通常使用低壓蒸氣加熱海水以作為蒸餾過(guò)程中的第一步驟的蒸餾方法。
當(dāng)蒸餾設(shè)備結(jié)合到燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備時(shí)，它們可永久地結(jié)合成為使用氣體和蒸氣渦輪的組合式循環(huán)發(fā)電設(shè)備。在組合式循環(huán)發(fā)電設(shè)備中，采用高壓蒸氣產(chǎn)生電力，蒸氣通過(guò)與燃?xì)鉁u輪的排放氣體熱交換來(lái)產(chǎn)生，以便運(yùn)行渦輪，繼而運(yùn)行發(fā)電裝置。在典型的實(shí)例中，鍋爐產(chǎn)生約540℃(1000°F)的高壓蒸氣。當(dāng)蒸氣在渦輪內(nèi)膨脹時(shí)，其溫度和能量水平減小。蒸餾設(shè)備需要大約120℃(248°F)或更低溫度的蒸氣，并且在其大部分能量用來(lái)發(fā)電之后該蒸氣可通過(guò)在渦輪低壓端處汲取低溫蒸氣來(lái)獲得。該低溫蒸氣接著通過(guò)蒸餾設(shè)備的鹽水加熱器，由此增加流入海水的溫度。來(lái)自萃取蒸氣的冷凝物接著返回到鍋爐重新加熱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明使用燃?xì)鉁u輪排放氣體的熱量而不借助于組合式循環(huán)發(fā)電設(shè)備那樣的復(fù)雜和高成本的設(shè)施。更特別是，傳熱流體(例如軟化水)通過(guò)燃?xì)鉁u輪排放氣體加熱并代替低壓蒸氣進(jìn)行使用以便在蒸餾過(guò)程的初始步驟中加熱海水。
在示例性實(shí)施例中，鍋爐放置在燃?xì)鉁u輪排放氣體的流動(dòng)路徑內(nèi)。開(kāi)式循環(huán)排放煙囪上游的擋板使得燃?xì)鉁u輪排放氣體以熱電聯(lián)合的方式分流到鍋爐內(nèi)。排放氣體的熱量通過(guò)鍋爐內(nèi)的熱交換器傳遞到傳熱流體(軟化水)內(nèi)，并且該流體供應(yīng)到淡化設(shè)備，其中它以海水成熱交換的關(guān)系通過(guò)，以便以相當(dāng)傳統(tǒng)的蒸餾方式加熱后者。在熱交換之后，排放氣體釋放到大氣中。
使用熱水作為傳熱流體以便通過(guò)蒸餾來(lái)淡化的優(yōu)點(diǎn)包括a)鍋爐及其設(shè)施的簡(jiǎn)化；b)與使用蒸氣加熱海水的設(shè)施相比，成本低；c)循環(huán)泵的壓力低；以及d)不消耗傳熱流體。
使用熱水作為傳熱流體以便通過(guò)蒸餾來(lái)淡化的一個(gè)缺陷是與低壓蒸氣所需數(shù)量相比在回路中需要大量水流(以便傳導(dǎo)相同的熱量)。但是，所述優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)超過(guò)了此缺陷。
因此，在其更廣的方面，本發(fā)明涉及一種發(fā)電并同時(shí)將海水轉(zhuǎn)換成淡水的方法，其包括a)從用來(lái)發(fā)電的燃?xì)鉁u輪供應(yīng)排放氣體到位于燃?xì)鉁u輪下游和燃?xì)鉁u輪排放煙囪上游的鍋爐；b)在鍋爐和淡化設(shè)備之間采用循環(huán)閉式傳熱流體回路，以便在鍋爐內(nèi)的第一熱交換器和淡化設(shè)備內(nèi)的第二熱交換器之間循環(huán)傳熱流體，在淡化設(shè)備中傳熱流體以與海水處于熱交換的關(guān)系通過(guò)，以便作為蒸餾過(guò)程中的第一步驟來(lái)加熱海水。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種組合式發(fā)電設(shè)備和海水淡化設(shè)備，其包括用于產(chǎn)生電力和產(chǎn)生釋放到大氣內(nèi)的排放氣體的燃?xì)鉁u輪；從水中去除鹽分的淡化設(shè)備和布置在燃?xì)鉁u輪的排放氣體導(dǎo)管和淡化設(shè)備之間的閉式熱流體回路，該回路包括布置成通過(guò)來(lái)自燃?xì)鉁u輪排放氣體的熱量加熱傳熱流體的并將加熱的傳熱流體供應(yīng)到淡化設(shè)備以便與海水進(jìn)行熱交換的第一熱交換器。
現(xiàn)在本發(fā)明將結(jié)合下面的附圖進(jìn)行說(shuō)明。


該附圖是按照本發(fā)明示例性實(shí)施例的組合式燃?xì)鉁u輪發(fā)電/淡化設(shè)備的示意流程圖。
部件列表設(shè)備10、燃?xì)鉁u輪12、排放導(dǎo)管14、第一排放煙囪16、擋板18、控制裝置20、鍋爐22、熱交換器24、第二排放煙囪或?qū)Ч?6、淡化設(shè)備28、流體流30、蓄能裝置31、出口32、熱交換器34、入口36、出口流體流38、流體流40、循環(huán)泵42。
具體實(shí)施例方式
參考唯一的附圖，設(shè)備10包括傳統(tǒng)構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪12，它用來(lái)產(chǎn)生電力。燃?xì)鉁u輪設(shè)置有通向第一排放煙囪16的排放導(dǎo)管14，第一排放煙囪在渦輪以開(kāi)式模式操作時(shí)進(jìn)行使用。由控制裝置20操作的擋板18布置成開(kāi)啟或閉合通向煙囪16的入口。當(dāng)煙囪16被擋板閉合時(shí)，燃?xì)鉁u輪將以熱電聯(lián)合的模式操作，并且排放氣體將流入設(shè)置有熱交換器24的鍋爐22內(nèi)。排放氣體將流過(guò)熱交換器并通過(guò)第二排放煙囪26釋放到大氣。來(lái)自排放氣體的熱量傳導(dǎo)到在熱交換器24內(nèi)流動(dòng)的傳熱流體內(nèi)，并且加熱的傳熱流體接著通過(guò)流體流30供應(yīng)到淡化設(shè)備28。一種令人滿(mǎn)意的傳熱流體是軟化水，但可以采用其他適當(dāng)?shù)牧黧w。在淡化設(shè)備28的上游的流體流30內(nèi)采用蓄能裝置31，以便補(bǔ)償傳熱流體的膨脹。設(shè)備28是采用商業(yè)上使用的蒸餾方法使海水脫鹽的傳統(tǒng)單元。流體流30將熱量供應(yīng)到設(shè)備28內(nèi)的熱交換器34內(nèi)。海水通過(guò)入口36流入淡化設(shè)備28并流過(guò)熱交換器34以便將海水的溫度增加到蒸餾所需的水平。在蒸餾過(guò)程完成之后，鹽水返回到海水中并通過(guò)出口32排出，由蒸餾過(guò)程產(chǎn)生的淡水通過(guò)出口流體流38從設(shè)備取出。
通過(guò)與海水熱交換而冷卻的傳熱流體通過(guò)流體流40回到鍋爐22。因此，形成閉合傳熱流體回路，其包括絕熱管道(用于流體流30、40)、熱交換器24和34、蓄能裝置31和泵42。
簡(jiǎn)單和有效的設(shè)備可有效地利用燃?xì)鉁u輪的排放氣體以便在蒸餾過(guò)程中加熱海水。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合被認(rèn)為是當(dāng)前最實(shí)用和優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，將理解到本發(fā)明不局限于所披露的實(shí)施例，相反本發(fā)明打算覆蓋包括在所附權(quán)利要求精神和范圍內(nèi)的不同變型和改型。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電并同時(shí)將鹽水轉(zhuǎn)換成淡水的方法，其包括a)從用來(lái)發(fā)電的燃?xì)鉁u輪供應(yīng)排放氣體到位于燃?xì)鉁u輪下游和燃?xì)鉁u輪排放煙囪上游的鍋爐；b)在鍋爐和淡化設(shè)備之間采用循環(huán)閉式傳熱流體回路，以便在鍋爐內(nèi)第一熱交換器和淡化設(shè)備內(nèi)的第二熱交換器之間循環(huán)傳熱流體，在淡化設(shè)備中傳熱流體以與海水處于熱交換的關(guān)系通過(guò)，以便作為蒸餾過(guò)程中的第一步驟來(lái)加熱海水。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述傳熱流體的循環(huán)是通過(guò)設(shè)置在所述回路中的泵來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述傳熱流體包括軟化水。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其還包括在所述回路中在所述淡化設(shè)備上游設(shè)置蓄能裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)之前，布置擋板將燃?xì)鉁u輪排放氣體從第一開(kāi)式煙囪分流到所述鍋爐。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟b)期間，在所述第二熱交換器內(nèi)冷卻的傳熱流體返回到所述鍋爐以便通過(guò)燃?xì)鉁u輪排放氣體重新加熱。
7.一種組合式燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備和海水淡化設(shè)備，其包括用于產(chǎn)生電力和產(chǎn)生釋放到大氣內(nèi)的排放氣體的燃?xì)鉁u輪；從所述水中去除鹽分的淡化設(shè)備；以及布置在所述燃?xì)鉁u輪的排放氣體導(dǎo)管和所述淡化設(shè)備之間的閉式熱流體回路，所述回路包括布置成通過(guò)來(lái)自燃?xì)鉁u輪排放氣體的熱量加熱傳熱流體的并將加熱的傳熱流體供應(yīng)到所述淡化設(shè)備以便與海水進(jìn)行熱交換的第一熱交換器。
8.如權(quán)利要求7所述的組合式燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備和海水淡化設(shè)備，其特征在于，其還包括位于燃?xì)鉁u輪下游并容納所述第一熱交換器的鍋爐。
9.如權(quán)利要求8所述的組合式燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備和海水淡化設(shè)備，其特征在于，第一排放氣體煙囪位于鍋爐的上游，并且第二排放煙囪位于鍋爐的下游，并且其中在擋板布置成在所述第一排放氣體煙囪和所述鍋爐之間控制排放氣體流動(dòng)。
10.如權(quán)利要求7所述的組合式燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備和海水淡化設(shè)備，其特征在于，其還包括位于所述閉式回路內(nèi)所述淡化設(shè)備的出口一側(cè)以便將傳熱流體返回到所述第一熱交換器內(nèi)的泵。
全文摘要
一種發(fā)電并同時(shí)將鹽水轉(zhuǎn)換成淡水的方法，其包括a)從用來(lái)發(fā)電的燃?xì)鉁u輪供應(yīng)排放氣體到位于燃?xì)鉁u輪下游和燃?xì)鉁u輪排放煙囪上游的鍋爐；b)在鍋爐和淡化設(shè)備之間采用循環(huán)閉式傳熱流體回路，以便在鍋爐內(nèi)第一熱交換器和淡化設(shè)備內(nèi)的第二熱交換器之間循環(huán)傳熱流體，在淡化設(shè)備中傳熱流體以與海水處于熱交換的關(guān)系通過(guò)，以便作為蒸餾過(guò)程中的第一步驟來(lái)加熱海水。
文檔編號(hào)C02F1/16GK1572728SQ200410045778
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者E·M·L·芒然 申請(qǐng)人:通用電氣公司