基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法

技术领域

本发明涉及余热回收利用的技术领域，尤其涉及一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法。

背景技术

海水淡化技术为应对淡水资源有限问题的重要解决方案。传统的海水淡化技术以消耗化石燃料为能源，不仅成本较高且存在CO

目前，于2018年—2019年建成的浙江舟山绿色石化基地10.5万t/d的MED海水淡化工程、恒力石化大连4.5万t/d的MED海水淡化工程和河北纵横集团丰南钢铁2.5万t/d的MED海水淡化工程均采用了余热淡化技术，但该余热淡化海水技术仅单次利用工业排放的余热，该余热放热冷凝淡化海水后的剩余热量未被充分利用，存在热源单一和热利用率较低的问题，且制水成本削减难度大。

发明内容

一要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及方法，其解决了目前的余热淡化海水技术仅单次利用工业排放的余热，该余热放热冷凝淡化海水后的剩余热量未被充分利用，存在热源单一和热利用率较低的问题，且制水成本削减难度大的技术问题。

二技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，包括干熄炉、CO

干熄炉的惰性气体出口连通CO

CO

CO

根据本发明，还包括热泵回收模块；

第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置均为多效蒸馏淡化装置；第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的水蒸气出口均连通热泵回收模块；

第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入热泵回收模块中和S-CO

根据本发明，热泵回收模块包括第三蒸馏淡化装置、节流阀、冷凝器和第一压缩机；

第三蒸馏淡化装置为多效蒸馏淡化装置；

第一蒸馏淡化装置、第二蒸馏淡化装置和第三蒸馏淡化装置的水蒸气出口均连通冷凝器；第一蒸馏淡化装置、第二蒸馏淡化装置和第三蒸馏淡化装置的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入冷凝器中和S-CO

冷凝器的S-CO

根据本发明，还包括第一真空度调节阀、第二真空度调节阀、第三真空度调节阀和真空泵；

第一真空度调节阀设置在连通第一蒸馏淡化装置和真空泵的第一调压管路上；

第二真空度调节阀设置在连通第二蒸馏淡化装置和真空泵的第二调压管路上；

第三真空度调节阀设置在连通第三蒸馏淡化装置和真空泵的第三调压管路上；

根据本发明，还包括淡水换热器和浓水换热器；

第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的淡水出口均连通淡水换热器；淡水换热器内的淡水加热海水；

第一蒸馏淡化装置和第二蒸馏淡化装置的浓水出口均连通浓水换热器；浓水换热器内的浓水加热海水；

淡水换热器和浓水换热器的海水出口均连通反渗透海水淡化子系统。

根据本发明，反渗透海水淡化子系统包括第一S-CO

CO

进入S-CO

根据本发明，反渗透海水淡化子系统还包括能量回收装置；

反渗透淡化膜分离装置的浓水出口连通能量回收装置，能量回收装置用于收集反渗透淡化膜分离装置排出的浓水的压能。

根据本发明，S-CO

吸热后的S-CO

根据本发明，S-CO

第二S-CO

第二蒸馏淡化装置的S-CO

第二方面，本发明还提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的发电和海水淡化方法，包括如下步骤：

S1：干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入CO

S2：CO

S2：CO

CO2余热锅炉中吸热后的另一部分S-CO

三有益效果

本发明的有益效果是：本发明的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及其回收方法，利用冶金企业中的炼焦后得到的温度高达1000℃的焦炭的热量，同时进行发电和海水淡化，以充分利用余热，并为位置临海且淡水需求量较大的冶金企业提供淡水。同时，本发电和海水淡化系统以超过31.3℃、7.38MPa的处于气液两相之间状态的超临界二氧化碳S-CO

以S-CO

缩短海水淡化工艺流程、降低设备成本和设备体积。创新性的采用惰性气体和高压的S-CO

降碳、不耗水且产水并能增效。通过设置CO

提高了换热效率。因S-CO

提高了发电效率。由提取惰性气体热量后处于高温高压状态的S-CO

附图说明

图1为本发明的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的示意图。

【附图标记说明】

A：余热提取子系统：11：CO

B：S-CO

C：海水蒸馏淡化子系统：31：第一蒸馏淡化装置；32：第二蒸馏淡化装置；33：第三蒸馏淡化装置；34：节流阀；35：冷凝器；36：第一压缩机；

D：反渗透海水淡化子系统；51：第一S-CO

61：第一真空度调节阀；62：第二真空度调节阀；63：第三真空度调节阀；64：真空泵；

71：淡水换热器；72：浓水换热器；

81a：第一惰性气体管路；81b：第二惰性气体管路；81c：惰性气体回路；82a：第一S-CO

83a：第一海水管路；83b：第二海水管路；83c：第三海水管路；84：二次水蒸气管路；85a：第一淡水管路；85b：第二淡水管路；85c：第三淡水管路；86a：第一浓水管路；86b：第二浓水管路；86c：第三浓水管路；86d：第三浓水管路。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

参见图1，本发明提供一种基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统，包括余热提取子系统A、海水蒸馏淡化子系统C、S-CO

干熄炉的惰性气体出口连通CO

CO2余热锅炉11的惰性气体出口连通第一蒸馏淡化装置31，第一蒸馏淡化装置31的惰性气体出口连通干熄炉。

CO

具体地，基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统的发电和海水淡化方法，包括如下步骤：

S1：干熄炉内吸收赤热焦炭的热量后的惰性气体进入CO

S2：CO

S2：CO

CO

本发明的基于干熄焦余热回收的发电和海水淡化系统及其回收方法，利用冶金企业中的炼焦后得到的温度高达1000℃的焦炭的热量，同时进行发电和海水淡化，以充分利用焦炭余热，并为位置临海且淡水需求量较大的冶金企业提供淡水。本发电和海水淡化系统全流程利用干熄焦余热，利用余热提取子系统A、S-CO

以S-CO

缩短海水淡化工艺流程、降低设备成本和设备体积。创新性的采用惰性气体和高压的S-CO

降碳、不耗水且产水并能增效。通过设置CO

提高了换热效率。因S-CO

提高了发电效率。由提取惰性气体热量后处于高温高压状态的S-CO

优选地，惰性气体为N

进一步，在风机的作用下，向干熄炉内通入惰性气体。

循环气体在干熄炉内将1000℃左右的赤热焦炭冷却，循环气体被加热至900～980℃后进入CO

进一步，干熄炉的惰性气体出口通过第一惰性气体管路81a连通CO

CO

进一步，第二惰性气体管路81b上沿惰性气体的流动方向依次设置除尘器12和风机13。CO

进一步，S-CO

S-CO

吸热后温度约为850℃的S-CO

进一步，S-CO

第二S-CO

发电装置排出的S-CO

具体地，S-CO

进一步，反渗透海水淡化子系统D包括第一S-CO

CO

进入S-CO

进一步，反渗透海水淡化子系统D还包括能量回收装置53。

反渗透淡化膜分离装置54的浓水出口连通能量回收装置53，能量回收装置53用于收集反渗透淡化膜分离装置54排出的浓缩状态下的浓水的压能，以充分利用整个发电和海水淡化系统的能量。

具体地，CO

更具体地，第二海水管路83b连通能量回收装置53的海水进口，能量回收装置53的海水出口通过第三海水管路83c连通反渗透淡化膜分离装置54，反渗透淡化膜分离装置54的浓水出口通过第二浓水管路86b连通能量回收装置53。能量回收装置53的浓水出口通过第三浓水管路86c排出压能收集后的浓水。反渗透淡化膜分离装置54所制得的淡水通过第二淡水管路85b排出。

具体地，渗透海水淡化子系统D还包括沿海水流动方向依次设置在第二海水管路83b上的流量阀55和海水预处理单元56。流量阀55用于控制向渗透海水淡化子系统D通入的海水流量。海水预处理单元56用于过滤海水中的杂质。

进一步，还包括淡水换热器71和浓水换热器72。

第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的淡水出口均连通淡水换热器71。淡水换热器71内的淡水加热海水。第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的浓水出口均连通浓水换热器72。浓水换热器72内的浓水加热海水。淡水换热器71和浓水换热器72的海水出口均连通反渗透海水淡化子系统D。

反渗透海水淡化子系统D中海水的适宜工作温度为5-35℃。利用第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32生成的淡水和浓水的余热将海水预热至反渗透海水淡化子系统D的反渗透膜的膜通量处于最佳状态的适宜工作温度，替代增设其他加热设备，能够合理利用系统热能，降低成本，缩小设备体积。尤其适用于冬季或者环境温度较低时对海水余热。

具体地，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的淡水出口均通过第一淡水管路85a连通淡水换热器71。第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的浓水出口均通过第一浓水管路86a连通浓水换热器72。

更具体地，第一海水管路83a连通淡水换热器71和浓水换热器72的海水进口，以向淡水换热器71和浓水换热器72内通入海水。淡水换热器71的淡水出口通过第三淡水管路85c排出淡水。浓水换热器72的浓水出口通过第三浓水管路86d排出浓水。淡水换热器71的海水出口和浓水换热器72的海水出口均通过第二海水管路83b连通渗透海水淡化子系统D以向渗透海水淡化子系统D通过预热后的海水。

进一步，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32均为单效蒸馏淡化装置或者多效蒸馏淡化装置。单效蒸馏淡化装置中包括一个蒸发器，该蒸发器作为热泵冷凝器，将较高温度热能供给海水，使其蒸发。

优选地，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32均为多效蒸馏淡化装置，海水蒸馏淡化子系统C还包括热泵回收模块。第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的水蒸气出口均连通热泵回收模块。

其中，多效蒸馏淡化装置包括多个蒸发器，第1效蒸发器作为热泵冷凝器，将较高温度热能供给海水，使其蒸发，第1效蒸发器所产生的蒸汽又被输送到第2效作为蒸发器热源，在该效蒸发器中冷凝为淡水的同时使该效循环海水蒸发……如此逐效相连，末效产生的二次蒸汽进入热泵回收模块中，再次将热量传递给热泵回收模块形成循环。

具体地，第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入热泵回收模块中和S-CO

通过设置热泵回收模块能够回收第一蒸馏淡化装置31和第二蒸馏淡化装置32的末效生成的二次水蒸气的热量对海水蒸馏以淡化海水，进一步提高对干熄焦余热的利用率，且该海水淡化过程不采用水冷，节水效果明显。

具体地，热泵回收模块包括第三蒸馏淡化装置33、节流阀34、冷凝器35和第一压缩机36。

第三蒸馏淡化装置33为多效蒸馏淡化装置。

第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的水蒸气出口均连通冷凝器35；第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的末效生成的二次水蒸气经水蒸气出口进入冷凝器35中和S-CO

冷凝器35的S-CO

热泵回收模块中利用S-CO

具体地，第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33的水蒸气出口均通过二次水蒸气管路84连通冷凝器35。冷凝器35的S-CO

进一步，本发电和海水淡化系统还包括第一真空度调节阀61、第二真空度调节阀62、第三真空度调节阀63和真空泵64。

第一真空度调节阀61设置在连通第一蒸馏淡化装置31和真空泵64的第一调压管路上。第二真空度调节阀62设置在连通第二蒸馏淡化装置32和真空泵64的第二调压管路上。第三真空度调节阀63设置在连通第三蒸馏淡化装置33和真空泵64的第三调压管路上。第一真空度调节阀61、第二真空度调节阀62和第三真空度调节阀63相应调节第一蒸馏淡化装置31、第二蒸馏淡化装置32和第三蒸馏淡化装置33内的压力大小，以适用不同的操作温度，且可调节至负压或正压，并由真空泵20维持。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。