海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，它包括閃蒸器、溫海水管道、溫海水泵、低壓蒸汽管道、前置小汽輪機(jī)、蒸汽壓縮機(jī)、高壓蒸汽管道、主汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、排汽管道、表面式冷凝器、冷海水管道、冷海水泵、抽汽管道、換熱管束。本發(fā)明的低壓蒸汽分成兩路：一路低壓蒸汽進(jìn)入前置小汽輪機(jī)做功帶動(dòng)蒸汽壓縮機(jī)工作，另一路低壓蒸汽經(jīng)由蒸汽壓縮機(jī)壓縮后變成高溫高壓蒸汽，再進(jìn)入主汽輪機(jī)做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并從主汽輪機(jī)抽取部分蒸汽用于加熱閃蒸器內(nèi)的海水，增加閃蒸器產(chǎn)生的蒸汽量。本發(fā)明不僅有效減小了現(xiàn)有的開(kāi)式循環(huán)中汽輪機(jī)的體積，突破了單機(jī)容量受限制的問(wèn)題，而且具有系統(tǒng)熱效率較高、水能利用率較高、凈發(fā)電功率較高等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]海洋熱能是指海洋表層的溫海水和深層冷海水之間存在著溫差而蘊(yùn)有的能量。海洋熱能的優(yōu)點(diǎn)是能量來(lái)源穩(wěn)定可靠，不受時(shí)間和氣候限制，不存在出力不均或間歇性問(wèn)題，在諸種海洋能發(fā)電方式中，海洋熱能最終將壓倒其他海洋能發(fā)電而居領(lǐng)先地位。海洋熱能發(fā)電的熱循環(huán)過(guò)程根據(jù)所用工質(zhì)和流程的不同，可分為開(kāi)式循環(huán)和閉式循環(huán)。開(kāi)式循環(huán)使用水作工質(zhì)，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成任何污染，開(kāi)式循環(huán)使用的閃蒸器不存在金屬換熱面，金屬耗量少，比閉式循環(huán)的熱交換器造價(jià)低且效益高，同時(shí)由于沒(méi)有金屬換熱面，因此不存在換熱面的沾污、結(jié)垢和腐蝕問(wèn)題，這給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)極大的方便。最重要的是，開(kāi)式循環(huán)既能提供電力，又能提供淡水，而我國(guó)的南沙群島和西沙群島遠(yuǎn)離大陸，缺少能源和淡水，但這兩個(gè)群島都位于開(kāi)發(fā)海洋熱能最佳區(qū)域，故非常適合運(yùn)用開(kāi)式循環(huán)在海島上建設(shè)電站提供電力和淡水，從而開(kāi)辟我國(guó)的邊疆，維護(hù)國(guó)家的海洋主權(quán)。因此開(kāi)式循環(huán)具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和國(guó)防價(jià)值。
[0003]但是目前開(kāi)式循環(huán)存在兩個(gè)非常顯著的缺點(diǎn):一是低壓下水蒸氣的比容太大，使得汽輪機(jī)體積過(guò)于龐大，不僅制造相當(dāng)困難而且成本昂貴，因此開(kāi)式循環(huán)的單機(jī)功率受到很大的限制；二是閃蒸器內(nèi)只有不到0.5%的溫海水變成水蒸汽，因此不得不泵送大量溫海水以便產(chǎn)生足夠的蒸汽，水能利用率極低，泵耗功占總發(fā)電功率比重過(guò)大，使得凈發(fā)電功率大為減少。由于上述因素的制約，目前開(kāi)式循環(huán)發(fā)展過(guò)于緩慢，當(dāng)今世界各國(guó)更傾向于比較容易實(shí)現(xiàn)的閉式循環(huán)的開(kāi)發(fā)工作，并且已經(jīng)取得較大的發(fā)展，但是閉式循環(huán)的換熱器效率低下并且容易被腐蝕和海洋生物附著依然是難以攻克的技術(shù)難題，更不能忽視的是閉式循環(huán)不能副產(chǎn)淡水，對(duì)于建設(shè)于海島上的海洋熱能電站，使用閉式循環(huán)的這個(gè)缺點(diǎn)將非常明顯。因此加快開(kāi)式循環(huán)的技術(shù)發(fā)展對(duì)于海洋熱能的開(kāi)發(fā)利用具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種汽輪機(jī)單機(jī)功率較大、熱循環(huán)效率較高、凈發(fā)電功率較高的海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述的技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明是一種海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，它包括閃蒸器、溫海水管道、溫海水泵、低壓蒸汽管道、至少一臺(tái)前置小汽輪機(jī)、至少一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)、高壓蒸汽管道、主汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、排汽管道、表面式冷凝器、冷海水管道、冷海水泵、抽汽管道、換熱管束、淡水出口管道；所述的閃蒸器的海水入口連接溫海水管道并在溫海水管道上設(shè)置溫海水泵，閃蒸器的蒸汽出口連接低壓蒸汽管道；所述的低壓蒸汽管道分別連接前置小汽輪機(jī)的蒸汽入口和蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽入口 ；所述的前置小汽輪機(jī)與蒸汽壓縮機(jī)同軸連接；所述的蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽出口通過(guò)高壓蒸汽管道與主汽輪機(jī)的蒸汽入口連接；所述的主汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸連接；所述的排汽管道由兩路排汽支管組成，一路排汽支管與前置小汽輪機(jī)的排汽口連接，另一路排汽支管與主汽輪機(jī)的排汽口連接，兩路排汽支管匯合在一起與表面式冷凝器的進(jìn)汽口連接；所述的表面式冷凝器的管程連接冷海水管道并在冷海水管道上設(shè)置冷海水泵，表面式冷凝器的底部設(shè)有淡水出口 ；所述的抽汽管道分別與主汽輪機(jī)的抽汽口和換熱管束相連接；所述的換熱管束布置在閃蒸器內(nèi)腔的底部并與淡水出口管道連接。
[0006]所述的至少一臺(tái)前置小汽輪機(jī)為一臺(tái)前置小汽輪機(jī)，所述的至少一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)為一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)；所述的低壓蒸汽管道分成兩路:一路低壓蒸汽支管連接前置小汽輪機(jī)的蒸汽入口，另一路低壓蒸汽支管連接蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽入口 ；
所述的至少一臺(tái)前置小汽輪機(jī)為二臺(tái)前置小汽輪機(jī)，所述的至少一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)為二臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)；該系統(tǒng)的低壓蒸汽管道分成四路支管，該四條低壓蒸汽支管分別連接兩臺(tái)前置小汽輪機(jī)的蒸汽入口和兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽入口，兩臺(tái)前置小汽輪機(jī)分別與兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)同軸連接；兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽出口通過(guò)高壓蒸汽管道與主汽輪機(jī)的蒸汽入口連接。
[0007]采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有的開(kāi)式循環(huán)對(duì)比具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
一、汽輪機(jī)體積減小、單機(jī)功率增大。本發(fā)明的低壓蒸汽分成兩股，小股的低壓蒸汽進(jìn)入前置小汽輪機(jī)做功帶動(dòng)蒸汽壓縮機(jī)工作，大股的低壓蒸汽經(jīng)由蒸汽壓縮機(jī)壓縮后升溫升壓形成高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進(jìn)入主汽輪機(jī)做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于前置小汽輪機(jī)進(jìn)汽量少，體積較小，而主汽輪機(jī)的汽源為高溫高壓蒸汽，其與低壓蒸汽相比，密度增大、比容減小，因此主汽輪機(jī)的體積大為減小，單機(jī)功率增大，制造成本降低，突破了開(kāi)式循環(huán)的單機(jī)容量受限制的問(wèn)題。
[0008]二、系統(tǒng)熱效率較高。本發(fā)明中主汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)較高，對(duì)應(yīng)的理想循環(huán)效率較高，同時(shí)主汽輪機(jī)的體積較小，對(duì)應(yīng)的相對(duì)內(nèi)效率較高，因此主汽輪機(jī)的絕對(duì)內(nèi)效率較高。再者，主汽輪機(jī)的單機(jī)功率較大，對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)效率較高。但由于蒸汽壓縮機(jī)不可逆過(guò)程造成的能量損失，這點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)熱效率造成不利的影響，因此只有當(dāng)兩股蒸汽合理分配并且壓縮機(jī)的效率足夠高時(shí)，系統(tǒng)熱效率才能真正提高。另外，基于主汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)較高的特點(diǎn)，本發(fā)明采用從主汽輪機(jī)抽取部分蒸汽用于加熱閃蒸器內(nèi)海水的方法，回收利用了部分蒸汽的汽化潛熱，降低了主汽輪機(jī)的排汽量，減少了冷海水帶走的冷源損失，系統(tǒng)熱效率進(jìn)一步得到提聞。
[0009]三、水能利用率較高、凈發(fā)電功率較高。本發(fā)明采用從主汽輪機(jī)抽取部分蒸汽用于加熱閃蒸器內(nèi)海水的方法，還有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):一是不僅減少了冷海水帶走的冷源損失，而且減少了冷海水的用量，冷海水泵的耗功減少，凈發(fā)電功率增大；二是增加了閃蒸器產(chǎn)生的蒸汽量，溫海水對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)份額變大，水能利用率提高，減少了溫海水的用量，溫海水泵的耗功減少，凈發(fā)電功率進(jìn)一步增大。
[0010]綜上所述，本發(fā)明與現(xiàn)有的開(kāi)式循環(huán)相比，不僅有效減小了開(kāi)式循環(huán)中汽輪機(jī)的龐大體積，突破了單機(jī)容量受限制的問(wèn)題，而且具有系統(tǒng)熱效率較高、水能利用率較高、凈發(fā)電功率較高等特點(diǎn)。因此本發(fā)明極大地推進(jìn)了開(kāi)式循環(huán)在海洋熱能發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)程，在未來(lái)發(fā)展中具有良好的應(yīng)用前景。
[0011]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例一:
如圖1所示，是本發(fā)明海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的第一個(gè)實(shí)施例，它是基于最簡(jiǎn)單形式的單臺(tái)前置小汽輪機(jī)搭配單臺(tái)主汽輪機(jī)的海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，它包括閃蒸器
1、溫海水管道2、溫海水泵3、低壓蒸汽管道4、前置小汽輪機(jī)5、蒸汽壓縮機(jī)6、高壓蒸汽管道
7、主汽輪機(jī)8、發(fā)電機(jī)9、排汽管道10、表面式冷凝器11、冷海水管道12、冷海水泵13、抽汽管道14、換熱管束15、淡水出口管道16。
[0014]所述的閃蒸器I的海水入口連接溫海水管道2并在溫海水管道2上設(shè)置溫海水泵3，閃蒸器I的蒸汽出口連接低壓蒸汽管道4。
[0015]所述的低壓蒸汽管道4分成兩路:一路低壓蒸汽支管4A連接前置小汽輪機(jī)5的蒸汽入口，另一路低壓蒸汽支管4B連接蒸汽壓縮機(jī)6的蒸汽入口。
[0016]所述的前置小汽輪機(jī)5與蒸汽壓縮機(jī)6同軸連接。
[0017]所述的蒸汽壓縮機(jī)6的蒸汽出口通過(guò)高壓蒸汽管道7與主汽輪機(jī)8的蒸汽入口連接。
[0018]所述的主汽輪機(jī)8與發(fā)電機(jī)9同軸連接。
[0019]所述的排汽管道10由兩路排汽支管組成，一路排汽支管IOA與前置小汽輪機(jī)5的排汽口連接，另一路排汽支管IOB與主汽輪機(jī)8的排汽口連接，兩路排汽支管匯合在一起與表面式冷凝器11的進(jìn)汽口連接。
[0020]所述的表面式冷凝器11的管程連接冷海水管道12并在冷海水管道12上設(shè)置冷海水泵13，表面式冷凝器11的底部設(shè)有淡水出口 111。
[0021]所述的抽汽管道14分別與主汽輪機(jī)8的抽汽口和換熱管束15連接；所述的換熱管束15布置在閃蒸器I內(nèi)腔的底部并與淡水出水管道16連接。
[0022]本發(fā)明的工作原理如下:
來(lái)自海洋表層的溫海水經(jīng)由溫海水泵3抽取進(jìn)入閃蒸器I內(nèi)發(fā)生閃蒸過(guò)程產(chǎn)生低壓蒸汽。一部分低壓蒸汽進(jìn)入前置小汽輪機(jī)5做功帶動(dòng)蒸汽壓縮機(jī)6工作，另一部分低壓蒸汽經(jīng)由蒸汽壓縮機(jī)6壓縮后升溫升壓形成高溫高壓蒸汽，高溫高壓蒸汽進(jìn)入主汽輪機(jī)8做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)9發(fā)電輸出電能。前置小汽輪機(jī)5和主汽輪機(jī)8的排汽引入表面式冷凝器11,而來(lái)自海洋深層的冷海水經(jīng)由冷海水泵13抽取進(jìn)入表面式冷凝器11內(nèi)用于冷卻排汽，排汽被冷卻成凝結(jié)水作為產(chǎn)品淡水A輸出。從主汽輪機(jī)8引出抽汽經(jīng)過(guò)布置在閃蒸器I內(nèi)腔的換熱管束15對(duì)外放熱，閃蒸器I內(nèi)的海水被加熱促使部分蒸發(fā)產(chǎn)生低壓蒸汽，而抽汽被冷卻成凝結(jié)水作為產(chǎn)品淡水B輸出。
[0023]實(shí)施例二:
如圖2所示，是本發(fā)明海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例，它是根據(jù)本發(fā)明工作原理進(jìn)行演化而來(lái)的兩臺(tái)前置小汽輪機(jī)搭配單臺(tái)主汽輪機(jī)的海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)的低壓蒸汽管道4分成四路支管4A、4B、4C、4D:低壓蒸汽支管4A連接前置小汽輪機(jī)5A的蒸汽入口，低壓蒸汽支管4B連接蒸汽壓縮機(jī)6A的蒸汽入口 ；前置小汽輪機(jī)5A與蒸汽壓縮機(jī)6A同軸連接；低壓蒸汽支管4C連接前置小汽輪機(jī)5B的蒸汽入口，低壓蒸汽支管4D連接蒸汽壓縮機(jī)6B的蒸汽入口 ；前置小汽輪機(jī)5B與蒸汽壓縮機(jī)6B同軸連接；兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)6A、6B的蒸汽出口通過(guò)高壓蒸汽管道7與主汽輪機(jī)8的蒸汽入口連接；主汽輪機(jī)8與發(fā)電機(jī)9同軸連接。
[0024]本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作原理皆與第一個(gè)實(shí)施例相同。采用該系統(tǒng)的電站規(guī)模相當(dāng)于總汽耗量相同的四套汽輪發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行的開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比可知，該系統(tǒng)需增設(shè)兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)，但其好處在于可以少用一臺(tái)汽輪機(jī)，同時(shí)可以用一臺(tái)效率高的大型發(fā)電機(jī)取代四臺(tái)效率低的小型發(fā)電機(jī)，不僅結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且全廠發(fā)電效率較高。而該實(shí)施例僅是本發(fā)明中眾多經(jīng)濟(jì)可行的方案之一。
[0025]需要說(shuō)明的是，前置小汽輪機(jī)和蒸汽壓縮機(jī)數(shù)量可據(jù)需要配置，故可形成多個(gè)實(shí)施例。
[0026]以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，并且各設(shè)備之間的數(shù)量搭配和管路之間的布置皆可有多種方式，故不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:它包括閃蒸器、溫海水管道、溫海水泵、低壓蒸汽管道、至少一臺(tái)前置小汽輪機(jī)、至少一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)、高壓蒸汽管道、主汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、排汽管道、表面式冷凝器、冷海水管道、冷海水泵、抽汽管道、換熱管束、淡水出口管道；所述的閃蒸器的海水入口連接溫海水管道并在溫海水管道上設(shè)置溫海水泵，閃蒸器的蒸汽出口連接低壓蒸汽管道；所述的低壓蒸汽管道分別連接前置小汽輪機(jī)的蒸汽入口和蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽入口 ；所述的前置小汽輪機(jī)與蒸汽壓縮機(jī)同軸連接；所述的蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽出口通過(guò)高壓蒸汽管道與主汽輪機(jī)的蒸汽入口連接；所述的主汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)同軸連接；所述的排汽管道由兩路排汽支管組成，一路排汽支管與前置小汽輪機(jī)的排汽口連接，另一路排汽支管與主汽輪機(jī)的排汽口連接，兩路排汽支管匯合在一起與表面式冷凝器的進(jìn)汽口連接；所述的表面式冷凝器的管程連接冷海水管道并在冷海水管道上設(shè)置冷海水泵，表面式冷凝器的底部設(shè)有淡水出口 ；所述的抽汽管道分別與主汽輪機(jī)的抽汽口和換熱管束相連接；所述的換熱管束布置在閃蒸器內(nèi)腔的底部并與淡水出口管道連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的至少一臺(tái)前置小汽輪機(jī)為一臺(tái)前置小汽輪機(jī)，所述的至少一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)為一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)；所述的低壓蒸汽管道分成兩路:一路低壓蒸汽支管連接前置小汽輪機(jī)的蒸汽入口，另一路低壓蒸汽支管連接蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽入口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的至少一臺(tái)前置小汽輪機(jī)為二臺(tái)前置小汽輪機(jī)，所述的至少一臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)為二臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)；該系統(tǒng)的低壓蒸汽管道分成四路支管，該四條低壓蒸汽支管分別連接兩臺(tái)前置小汽輪機(jī)的蒸汽入口和兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽入口，兩臺(tái)前置小汽輪機(jī)分別與兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)同軸連接；兩臺(tái)蒸汽壓縮機(jī)的蒸汽出口通過(guò)高壓蒸汽管道與主汽輪機(jī)的蒸汽入口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋熱能開(kāi)式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述的閃蒸器所使用的溫海水為海洋表層海水或電廠冷卻水以及工業(yè)廢熱水。
【文檔編號(hào)】F03G7/05GK103790793SQ201410055996
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】陳志強(qiáng), 何宏舟, 蔣俊堯, 林芳, 張亮 申請(qǐng)人:集美大學(xué)