專利名稱：聯合生產電、蒸汽和脫鹽水的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及電、蒸汽和脫鹽水的聯合生產。該發明涉及其中利用熱和/或電聯產(CHP)技術的脫鹽水生產i殳施。
技術背景現有技術中已知這種設施.在US 5 096 543和US 5 346 592所述的海 水淡化設備中，從排出汽輪機(steam turbine)的蒸汽中獲得處理海水所 需的熱量。GB 1 182 021描述了一種發電的汽輪機，在蒸發器中使用來自該汽輪 機的蒸汽來用海水生產蒸餾水，在蒸發器出口，蒸汽凝結物被引入鍋爐以 生產用于供給汽輪機的蒸汽.現有技術的設施的問題在于，這些設施設計成生產預定量的電、脫鹽 水和/或蒸汽。事實上，對這些原料的需求、尤其是對電的需求會隨時間變 化。現有技術的設施不允許根據各自的需求對三種不同的產量進行調整. 另外，不能儲存超出需求生產的多余的電。因此，本發明的目的在于提出一種用于聯合生產電、脫鹽水和蒸汽的 方法，該方法能適應對這三種產品、尤其是對電的需求的改變.發明內容為此，本發明涉及一種利用蒸汽發生單元、汽輪機和海水淡化單元生 產電、蒸汽和脫鹽水的方法，其中 -蒸汽發生單元產生蒸汽；-汽輪機利用至少部分由蒸汽發生單元產生的蒸汽，并產生電和蒸汽； -海水淡化單元通過與至少一部分由汽輪機產生的蒸汽進行熱交換來使海水蒸發以生產脫鹽水；其中，根據對電的需求、對脫鹽水的需求和對蒸汽的需求對由回收單 元產生的待供給汽輪機的蒸汽的量進行控制，本發明的方法包括利用蒸汽發生單元或鍋爐，這種單元通常包括產生 熱量以將水轉化為蒸汽的燃燒裝備，該燃燒裝備包括一 系列熱交換器如盤 管，水在熱交換器中流動并與燃燒產生的熱量相接觸。由該蒸汽發生單元 產生的蒸汽是高壓蒸汽，即具有適于供給汽輪機的壓力。該壓力值還取決 于所需的電能。通常，該壓力取決于熱法淡化所需的溫度，該溫度的最小 值對應于表壓為2bar的飽和蒸汽。由蒸汽發生單元產生的蒸汽被用于供給汽輪機，這樣，由鍋爐產生的 蒸汽在汽輪機中壓力降低，以達到發電的目的。從該汽輪機中抽出較低壓 力的蒸汽對于背壓式汽輪機(在I^Patm時產生蒸汽)，從最后一級抽 取蒸汽；對于生產熱水(或蒸汽，在P<Patm時)的凝汽式汽輪機，從中 間級抽取蒸汽。蒸汽以低于進口壓力的壓力從汽輪機排出。優選地，所用 汽輪機為背壓式汽輪機。離開汽輪機的蒸汽隨后被用于熱法海水淡化過程中使海水蒸發.上述 蒸發利用熱交換器在蒸汽和低溫海水之間進行熱交換來進行。通常，在一 系列容器中使海水蒸發，每一容器的壓力低于前一容器。因為蒸發溫度隨壓力的降低而降低，所以，在一個容器中蒸發的蒸汽可用于對下一個容器 進行加熱。只有壓力最高的第一容器需要外部熱量輸入；該熱量輸入由汽 輪機排出的蒸汽供給.才艮據本發明，按照對電的需求、對脫鹽水的需求和對蒸汽的需求，對 由蒸汽發生單元產生的待供給汽輪機的蒸汽的量進行控制.因此，如果對 電的需求減少，則向汽輪機中引入較少量的蒸汽，由蒸汽發生單元產生的 不供給汽輪機的那部分蒸汽與在汽輪機中膨脹的蒸汽混合。因此，海水淡 化單元通過與該部分由蒸汽發生單元產生的蒸汽和汽輪機產生的蒸汽組成 的混合物進行熱交換而^f吏海水蒸發生產脫鹽水。因此，多余的蒸汽并未損 失掉，而是在海水淡化單元中加以利用。如果對電的需求增加，則向汽輪機中引入較大量的從蒸汽發生單元排 出的蒸汽。通常，為了使該過程的能量回收最優化，采用下列可選方案 -由汽輪機產生的蒸汽在使海水蒸發后變成蒸汽凝結物，該蒸汽凝結物 用作蒸汽發生單元的輔助水源；-部分脫鹽水用作蒸汽發生單元的輔助水源；-該方法利用燃氣輪機(gas turbine)產生部分的電，蒸汽發生單元利 用該燃氣輪機廢氣中的熱量。術語"燃氣4^機"是指一種包括至少一個空 氣壓縮機、 一燃燒室和一膨脹式渦輪(expansion turbine)的裝備。在燃 氣輪機中，所制得的壓縮空氣與至少一種燃料一起^L引入該燃氣輪機的燃 燒室中，產生的廢氣通過膨脹式渦輪經由發電機發電。通常，這些氣體隨 后通過廢熱鍋爐來產生蒸汽。燃氣輪機的燃料通常是天然氣或液態碳氫化 合物燃料。蒸汽發生單元可回收燃氣輪機廢氣中的熱量；-海水淡化單元可部分地通過反滲透技術利用由汽輪機產生的電來生 產脫鹽水。本發明還涉及一種用于生產電、蒸汽和脫鹽水的設備，該設備包括曙蒸汽發生單元；-汽輪機；-海水淡化單元；-用于將由蒸汽發生單元產生的蒸汽供給汽輪機的裝置； -用于將至少一部分由汽輪機產生的蒸汽供給海水淡化單元的裝置； 其中，用于將由蒸汽發生單元產生的蒸汽供給汽輪機的裝置配備有用 于對供給汽輪機的蒸汽量進行控制的裝置。所述用于對供給汽輪機的蒸汽量進行控制的裝置包括一旁路，該旁路 設置在用于將由蒸汽發生單元產生的蒸汽供給汽輪機的裝置上，并適于使 一部分由蒸汽發生單元產生的蒸汽改變方向.該旁路通常配備有用于對供給汽輪機的蒸汽量進行控制的閥，優選地，該旁路使一部分由蒸汽發生單
元產生的蒸汽改變方向到達用于將至少一部分由汽輪4幾產生的蒸汽供給海 水淡化單元的裝置。根據一優選實施例，該旁路是4吏蒸汽發生等焓膨脹的 蝶形閥。等焓膨脹通過使所述氣體發生定焓的(指不存在至氣體或來自氣 體的熱量傳遞和不吸取外部功(例如經由透平))自由膨脹而使氣體溫度 升高或降低。實際上，為了發生定焓膨脹，優選使蒸汽膨脹通過安全閥(relief valve)，該安全閥必須完全絕熱以防止任何至蒸汽或來自蒸汽的 熱傳遞。單元的裝置，


圖1示出本發明的設備和方法,具體實施方式
圖1所示的本發明的設備包括供有燃料12并發電9的燃氣輪機1。該 燃氣輪機1排出高溫廢氣5。這些高溫廢氣5被引入蒸汽發生單元2。向該 單元2供給水13、 14;單元2使燃料12燃燒，將水轉變為高壓蒸汽6。將 高壓蒸汽6引入汽輪機3發電9,汽輪機3排出低壓蒸汽15和由汽輪機3 的冷凝器制得的蒸汽凝結物16;該凝結物16被用作蒸汽發生單元2的給 水14。由蒸汽發生單元2制得的高壓蒸汽6和由汽輪機3排出的蒸汽15 混合。該混合物的一部分7用于海水淡化單元4中，以通過熱交換使海水 17蒸發。熱交換之后，蒸汽7轉變為凝結物20，該凝結物20被用作蒸汽 發生單元2的給水14。海水淡化單元生產鹽水18、飲用水ll和/或去離子 水13和/或工藝用水19，該工藝用水19的等級低于飲用水的等級.去離子 水13被用于向蒸汽發生單元2供水，以補償蒸汽發生回路中的損失。工藝 用水19的一部分被送入冷卻塔22中，以向汽輪機3的冷凝器供給低溫水 23。閥24用于使一部分由蒸汽發生單元2產生的高壓蒸汽6在其被引入汽 輪機3之前改變方向。若閥24關閉，則所產生的全部高壓蒸汽6被引入汽輪機2中，生產出大量的電9。若閥24開啟，則較少量的蒸汽6被送入汽 輪機3，該汽輪機因而生產出較少的電。另一方面，該工業設施生產出更 多的蒸汽10。在閥24中，高壓蒸汽經歷等焓膨脹用從蒸汽發生單元2 的給水中獲取的水25對該高壓蒸汽進行冷卻，從而使得該蒸汽與汽輪機3 產生的低壓蒸氣15具有相同的溫度。本發明目的是，利用連續使用蒸汽的海水淡化設備，提高結合有用于 熱電聯產的裝置的設備的熱效率和電效率。在對蒸汽和/電的需求迅速變化 時，本發明是在能量方面有利的應對辦法。在脫鹽蒸發器中使用熱含量低 的蒸汽可用于有效調整熱和電的生產。海水淡化單元是一種靈活和生態的 存儲電的形式，因為該海水淡化單元使得可調整發電量。該海水淡化單元 還可制得具有不同脫鹽度的水，這些水可用于鄰近的市鎮或工業。制得的 鹽可在氯和苛性鈉產業中出售.由于脫鹽蒸發器中使用的蒸汽隨后在蒸汽 發生單元的脫氣器中被作為蒸汽凝結物回收，因此，根據本發明方法所生 產的幾乎全部熱量最終都被加以利用。最后，通過脫鹽制得的去離子水被 用作蒸汽發生單元的輔助給水，本發明用于根據電消費(electricitycosts)的變化調整產出，因此，若 電消費低，則較少的蒸汽被送至汽輪機，而較多的蒸汽經由旁路被送至海 水淡化單元，由此可獲得更多用于使海水蒸發的熱量(由于等焓膨脹)， 從而可生產出更多的脫鹽水，并且這種水與電不同具有可存儲的優點。若 對電的需求高和電價高，則由于可獲得較少的用于使海水蒸發的蒸汽，因 而該設備可制得較少的脫鹽7jC，但是，由于電價高和在電消耗低的時期已制有較多的脫鹽水一一因為脫鹽水可存儲，這種經濟損失由此得以補償。對于這三種產品一一電、蒸汽和脫鹽水一一的需求的變化在其變化頻 率和梯度方面具有非常不同的特性。鑒于常見的系統難以同時適應這些需 求的變化，本發明用于在面對這種情形時進行有效、經濟、迅速和技術上 靈活的調整，因為本發明具有通過協調工作而對電、蒸汽和水系統的慣性 進行最優化地吸收或調整的元件.
權利要求
1.利用蒸汽發生單元、汽輪機和海水淡化單元生產電、蒸汽和脫鹽水的方法，其中-蒸汽發生單元產生蒸汽；-汽輪機利用至少一部分由蒸汽發生單元產生的蒸汽，并產生電和蒸汽；-海水淡化單元通過與至少一部分由汽輪機產生的蒸汽進行熱交換來使海水蒸發以生產脫鹽水；其中，根據對電的需求、對脫鹽水的需求和對蒸汽的需求對由蒸汽發生單元產生的待供給汽輪機的蒸汽的量進行控制。
2. 根據前一權利要求所述的方法，其特征在于，由蒸汽發生單元產 生的不供給汽輪機的那部分蒸汽與由汽輪機產生的蒸汽混合。
3. 根據前一權利要求所述的方法，其特征在于，所述海水淡化單元 通過與 一部分由蒸汽發生單元產生的蒸汽和汽輪機產生的蒸汽組成的混合 物進行熱交換來使海水蒸發生產脫鹽水。
4. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，由汽輪機產生的蒸汽在4吏海水蒸發后變成蒸汽凝結物，該蒸汽凝結物用作蒸汽發生單元 的輔助水源。
5. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述脫鹽水的 一部分用作蒸汽發生單元的輔助水源.
6. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述由汽輪機 生產的蒸汽凝結物用作蒸汽發生單元的輔助水源.
7. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，該方法利用燃 氣輪機產生部分電，所述蒸汽發生單元利用該燃氣輪機廢氣的熱量，
8. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述海水淡化 單元部分地通過反滲透技術利用由汽輪機產生的電來生產脫鹽水。
9. 用于生產電、蒸汽和脫鹽水的設備，包括 -蒸汽發生單元；-汽輪機；-海水淡化單元；-用于將蒸汽發生單元產生的蒸汽供給汽輪機的裝置； -用于將至少一部分由汽輪機產生的蒸汽供給海水淡化單元的裝置； 其特征在于，所述用于將由蒸汽發生單元產生的蒸汽供給汽輪機的裝 置配備有用于對供給汽輪機的蒸汽量進行控制的裝置。
10. 根據前一權利要求所述的設備，其特征在于，所述用于對供給汽 輪機的蒸汽量進行控制的裝置包括一旁路，該旁游4殳置在用于將由蒸汽發 生單元產生的蒸汽供給汽輪機的裝置上，并適于使一部分由蒸汽發生單元 產生的蒸汽改變方向。
11. 根據前一權利要求所述的設備，其特征在于，所述旁路使一部分 由蒸汽發生單元產生的蒸汽改變方向到達用于將至少一部分由汽輪機產生 的蒸汽供給海水淡化單元的裝置。
12. 根據權利要求9至11之一所述的設備，其特征在于，所述用于 對供給汽輪機的蒸汽量進行控制的裝置包括一等焓的安全閥.
13. 根據權利要求9至12之一所述的設備，其特征在于，所述設備包括燃氣輪機和用于將該燃氣輪機的廢氣供給蒸汽發生單元的裝置。
全文摘要
本發明涉及利用蒸汽發生單元、汽輪機和海水淡化單元生產電、蒸汽和脫鹽水的方法，其中蒸汽發生單元產生蒸汽；汽輪機利用至少一部分由蒸汽發生單元產生的蒸汽，并產生電和蒸汽；海水淡化單元通過與至少一部分由汽輪機產生的蒸汽進行熱交換而使海水蒸發以生產脫鹽水；其中，根據對電的需求、對脫鹽水的需求和對蒸汽的需求對由蒸汽發生單元產生的待供給汽輪機的蒸汽的量進行控制。
文檔編號C02F1/04GK101157486SQ200710161748
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月25日 優先權日2006年10月2日
發明者J·戈梅-瓦萊羅, W·L·D·科赫 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司