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CN110259654A - 太阳能湿空气透平水电联产系统及其工作方法 - Google Patents

太阳能湿空气透平水电联产系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能湿空气透平水电联产系统及其工作方法，属于工业节能技术领域。该系统包括太阳能湿空气透平子系统和淡水循环子系统；其中太阳能湿空气透平子系统主要包括压气机、饱和器、太阳能集热器、水轮机、发电机、燃气轮机等设备；淡水循环子系统主要包括填料塔、海水泵、换热器、循环泵以及水箱等设备。其特征在于：本发明提出的水电联产系统为水闭气开式，可以同时满足用户对水负荷和电负荷的要求，特别是在淡水循环子系统中充分利用透平后的高温湿空气余热，采用淡水循环设计将冷凝潜热高效传递给来料海水，以此来提高能量梯级利用效率，减少系统能耗。本系统具有运行稳定、发电效率高、能耗低等优点。

Description

太阳能湿空气透平水电联产系统及其工作方法
技术领域
本发明设计了一种太阳能湿空气透平水电联产系统及其工作方法，属于工业节能技术领域。
背景技术
分布式能源系统（Distributed Energy System）在许多国家、地区已经是一种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。分布式能源系统已经呈现出多种形式，区域化或建筑群或独立的大中型企业的水电联供是其中一种十分重要的形式。受我国能源结构的影响，目前我国的水电供需还大多以集中式供能方式完成，而随着社会的快速发展，新型的水电联产系统层出不穷，以应对现有社会结构的高要求。作为新一代供能方式，水电联产系统尚不完善，效率低、产能低以及能量利用率低等问题数不胜数。
如何提高水电联产系统的能源利用效率，简化现有系统结构，使其具有良好的经济效益和社会效益,是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有水电联产系统热效率低、能耗大等问题，提出一种热效率高、能耗小的太阳能驱动湿空气透平水电联产系统。
一种太阳能湿空气透平水电联产系统，包括太阳能湿空气透平子系统和淡水循环子系统,其特征在于：其中太阳能湿空气透平子系统包括压气机、饱和器、太阳能集热器、水轮机、第一连接轴、第一发电机、燃气轮机、第二连接轴、第二发电机和第三连接轴；压气机出口与饱和器湿空气侧进口相连, 饱和器湿空气侧出口与太阳能集热器进口相连，太阳能集热器出口与燃气轮机进口相连；压气机和燃气轮机通过第三连接轴相连，水轮机和第一发电机通过第一连接轴相连，燃气轮机和第二发电机通过第二连接轴相连；其中淡水循环子系统包括填料塔、海水泵、换热器、循环泵、阀门和水箱；太阳能湿空气透平子系统中的燃气轮机出口与填料塔湿空气侧进口相连，填料塔湿空气侧出口与大气相通；填料塔淡水侧出口与换热器淡水侧进口相连，换热器淡水侧出口一路通过阀门与水箱进口相连；另一路通过循环泵与填料塔淡水侧进口相连；海水泵出口与换热器海水侧进口相连，换热器海水侧出口与太阳能湿空气透平子系统中的饱和器海水侧进口相连，饱和器海水侧出口与水轮机进口相连，水轮机出口与大气相通；
所述的太阳能湿空气透平水电联产系统的工作方法，其特征在于：在太阳能湿空气透平子系统中，湿空气首先通过压气机压缩，升温升压后的湿空气进入饱和器加湿，然后进入太阳能集热器加热升温，高温高压的湿空气进入燃气轮机膨胀做功，在第二连接轴和第三连接轴的作用下同时带动第二发电机发电和压气机工作。
在淡水循环子系统中，来自太阳能湿空气透平子系统中燃气轮机的高温湿空气进入填料塔内进行除湿降温，降温后的湿空气排出系统；在填料塔底部冷凝得到的淡水进入换热器中加热由海水泵加压进入系统的海水，降温后的淡水分为两路：一路进入水箱进行储存，一路通过循环泵进入填料塔冷凝湿空气，进而得到淡水完成循环，淡水循环量由与水箱支路串联的阀门控制；加热后的海水进入太阳能湿空气透平子系统中的饱和器加湿湿空气，然后进入水轮机中做功，同时通过第一连接轴带动第一发电机发电，做功后的浓海水排出系统。
本发明的有益效果是：本发明提出的水电联产系统为开式湿空气热力循环结构形式，其中在太阳能湿空气透平子系统中采用太阳能驱动,为系统提供能量，并回收浓缩海水势能用以发电；而在淡水循环子系统中充分利用透平后的高温湿空气余热，采用淡水循环设计将冷凝潜热传递给来料海水，以此来提高能量梯级利用效率，同时满足用户对水负荷和电负荷的要求；这样不仅节省了热蒸汽能源的供应，还提高了燃气轮机的发电效率，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为本发明提出的太阳能湿空气透平水电联产系统流程图；
图中标号名称：A-太阳能湿空气透平子系统；B-淡水循环子系统；1-压气机；2-饱和器；3-太阳能集热器；4-水轮机；5-第一连接轴；6-第一发电机；7-燃气轮机；8-第二连接轴；9-第二发电机；10-第三连接轴；11-填料塔；12-海水泵；13-换热器；14-循环泵；15-阀门；16-水箱。
具体实施方法
图1是本发明提出的太阳能湿空气透平水电联产系统，下面参照图1说明系统的工作过程：
在太阳能湿空气透平子系统A中，湿空气首先通过压气机1压缩，升温升压后的湿空气进入饱和器2加湿，然后进入太阳能集热器3加热升温，高温高压的湿空气进入燃气轮机7膨胀做功，在第二连接轴8和第三连接轴10的作用下同时带动第二发电机9发电和压气机1工作。
在淡水循环子系统B中，来自太阳能湿空气透平子系统A中燃气轮机7的高温湿空气进入填料塔11内进行除湿降温，降温后的湿空气排出系统；在填料塔11底部冷凝得到的淡水进入换热器13中加热由海水泵12加压进入系统的海水，降温后的淡水分为两路：一路进入水箱16进行储存，另一路通过循环泵14进入填料塔11冷凝湿空气，进而得到淡水，完成循环；淡水循环量由与水箱16支路串联的阀门15控制；加热后的海水进入太阳能湿空气透平子系统A中的饱和器2加湿湿空气，然后进入水轮机4中做功，同时通过第一连接轴5带动第一发电机6发电，做功后的浓海水排出系统。

Claims (2)

1.一种太阳能湿空气透平水电联产系统，包括太阳能湿空气透平子系统（A）和淡水循环子系统（B）,其特征在于：
其中太阳能湿空气透平子系统（A）包括压气机（1）、饱和器（2）、太阳能集热器（3）、水轮机（4）、第一连接轴（5）、第一发电机（6）、燃气轮机（7）、第二连接轴（8）、第二发电机（9）和第三连接轴（10）；压气机（1）出口与饱和器（2）湿空气侧进口相连, 饱和器（2）湿空气侧出口与太阳能集热器（3）进口相连，太阳能集热器（3）出口与燃气轮机（7）进口相连；压气机（1）和燃气轮机（7）通过第三连接轴（10）相连，水轮机（4）和第一发电机（6）通过第一连接轴（5）相连，燃气轮机（7）和第二发电机（9）通过第二连接轴（8）相连；
其中淡水循环子系统（B）包括填料塔（11）、海水泵（12）、换热器（13）、循环泵（14）、阀门（15）和水箱（16）；太阳能湿空气透平子系统（A）中的燃气轮机（7）出口与填料塔（11）湿空气侧进口相连，填料塔（11）湿空气侧出口与大气相通；填料塔（11）淡水侧出口与换热器（13）淡水侧进口相连，换热器（13）淡水侧出口分成两路，一路通过阀门（15）与水箱（16）进口相连；另一路通过循环泵（14）与填料塔（11）淡水侧进口相连；海水泵（12）出口与换热器（13）海水侧进口相连，换热器（13）海水侧出口与太阳能湿空气透平子系统（A）中的饱和器（2）海水侧进口相连，饱和器（2）海水侧出口与水轮机（4）进口相连，水轮机（4）出口与大气相通。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能湿空气透平水电联产系统的工作方法，其特征在于，包括以下工作过程：
在太阳能湿空气透平子系统（A）中，湿空气首先通过压气机（1）压缩，升温升压后的湿空气进入饱和器（2）加湿，然后进入太阳能集热器（3）加热升温，高温高压的湿空气进入燃气轮机（7）膨胀做功，在第二连接轴（8）和第三连接轴（10）的作用下同时带动第二发电机（9）发电和压气机（1）工作；
在淡水循环子系统（B）中，来自太阳能湿空气透平子系统（A）中燃气轮机（7）的高温湿空气进入填料塔（11）内进行除湿降温，降温后的湿空气排出系统；在填料塔（11）底部冷凝得到的淡水进入换热器（13）中加热由海水泵（12）加压进入系统的海水，降温后的淡水一路进入水箱（16）进行储存，一路通过循环泵（14）进入填料塔（11）冷凝湿空气，进而得到淡水完成循环，淡水循环量由与水箱（16）支路串联的阀门（15）控制；加热后的海水进入太阳能湿空气透平子系统（A）中的饱和器（2）加湿湿空气，然后进入水轮机（4）中做功，同时通过第一连接轴（5）带动第一发电机（6）发电，做功后的浓海水排出系统。
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