[发明专利]利用低温热源进行发电与制备淡水的方法和设备

说明书

技术领域

本发明属于低温热源利用技术领域，特别是涉及一种利用低温热源进行发电与制备淡水的方法和设备。

背景技术

低温热源包括空气热能、土壤热能、工业废热、地热能、太阳能、海洋温差能等，探索低温热源利用新技术，是当今各国学者期待已久而又亟待解决的重要课题。目前低温热能转化为机械能或电能的实用方法仍是通过热力循环来实现这种转化，一般采用蒸汽动力循环，主要是工作在饱和蒸汽区的兰金循环。实现兰金循环按照使用不同的工质具体可分为使用水作为工质的开式循环和使用低沸点流体作为工质的闭式循环。开式循环的优点主要在于可以得到副产品淡水，缺点在于需要体积庞大的汽轮机，单机容量受到限制；闭式循环则不能副产淡水，其优点在于汽轮机的体积和成本远低于开式循环汽轮机，缺点在于需要体积庞大、造价高昂的换热器。为了克服上述热力循环的缺点，美国学者Ridgway提出了一种利用海洋温差进行发电简称为雾滴提升循环的新方案，该方案经改良后同样适用于陆地上开发诸如工业余热水、地热水和太阳能热水等低温热源。雾滴提升循环的能量转换过程是：热水的显热转换为饱和蒸汽的潜热；蒸汽焓减少使雾滴动能增大，并转换为势能；冷凝后势能转换为机械能，并最终转换为电能。该循环的优点在于用小型水轮机替代体积庞大的汽轮机，用直接喷淋冷凝代替体积庞大的表面冷凝器，从而使发电成本有望降低，但是该循环同样不能副产淡水。目前该循环主要存在以下几个问题：一是若饱和蒸汽的闪蒸温度低，则蒸汽焓降较小，提升高度低，若闪蒸温度高，则产生蒸汽量减少，流量提升比减小，由此从根本上制约了该循环的输出功率；二是靠两相之间的摩擦力把蒸汽的动能传给雾滴的效率是非常低的；三是饱和蒸汽容易在管壁发生冷凝造成降水，使流量提升比减小，提升高度降低，输出功率减少；四是热水泵和冷却水泵耗功很大，经理论分析，只有当实际提升高度大于80m，才有净功率输出。由于上述因素的影响，目前雾滴提升循环最高的有效提升高度仅为21m，由中国科学院广州能源研究所通过实验获得，因此该循环仍然看不到实用化的前景。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种效率高、成本低并可充分利用低温热源进行发电同时副产淡水的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种系统简单、操作方便、建设成本低并利用低温热源进行发电同时副产淡水的设备。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种利用低温热源进行发电与制备淡水的方法，它包括以下步骤：

（1）海水由海水泵输送至加热器，被温度在40～100℃之间的低温热源加热后进入闪蒸器；热海水在闪蒸器内发生降压闪蒸过程，生成低压饱和蒸汽进入过热器；

（2）低压饱和蒸汽在过热器内被温度在80℃～200℃之间的低温热源进一步加热升温，生成低压过热蒸汽进入混合室；同时，淡水池内的淡水由水锤泵输送至雾化喷嘴，然后呈雾状喷洒于混合室的内腔中，雾滴与低压过热蒸汽接触并由低压过热蒸汽携带进入上升管内；

（3）低压过热蒸汽携带雾滴在压差作用下上升至烟囱顶部并进入空气冷凝器的管内，管内的流体与管外的自然对流空气发生换热过程被冷却为凝结水；

（4）凝结水进入水箱并通过下降管向下流动冲动水轮发电机组做功发电；释放能量后的凝结水贮存在淡水池内，部分淡水由水锤泵利用淡水池的低水头势能输送至雾化喷嘴。

本发明还提供一种利用低温热源进行发电与制备淡水的设备，它包括海水泵、加热器、闪蒸器、过热器、混合室、上升管、烟囱、空气冷凝器、水箱、真空泵、下降管、水轮发电机组、淡水池、水锤泵、雾化喷嘴；

所述的加热器的海水入口连接海水管道并在海水管道上设置海水泵；所述的闪蒸器的海水入口通过管道连接加热器的海水出口；所述的过热器的饱和蒸汽入口通过管道连接闪蒸器的饱和蒸汽出口；所述的混合室的过热蒸汽入口通过管道连接过热器的过热蒸汽出口；混合室内腔的底部安装有雾化喷嘴，雾化喷嘴的进口与淡水池的出口连接，并在连接管道上设有水锤泵；所述的上升管分别与混合室内腔顶部的出口和空气冷凝器的蒸汽进口相连接；所述的空气冷凝器布置在烟囱顶部的内侧壁面上；所述的水箱布置在烟囱顶部的外侧壁面上，水箱顶部的入水口与空气冷凝器的凝结水出口连接，真空泵的入口与水箱顶部的排气口连接；所述的下降管上端入口与水箱底部的出水口连接；所述的水轮发电机组布置在下降管下端出口的位置；所述的淡水池布置在水轮发电机组下方的位置。

所述的加热器所使用的低温热源选自温度在40～100℃之间的空气热能、土壤热能、工业废热、太阳池热水、地热能热水。