專利名稱：海洋熱能發(fā)電的介質(zhì)蒸汽等壓加熱和汽液化相變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海水熱能發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及到同質(zhì)冷卻后的混合介質(zhì)蒸汽的等壓 加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、混合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)的汽液化相變、液體冷 媒介質(zhì)的冷卻方法。
背景技術(shù)：
與本發(fā)明相近的現(xiàn)有技術(shù)為閉式循環(huán)的海水溫差發(fā)電技術(shù)，該類技術(shù)采用丙烷、 氨、氟利昂等低沸點的物質(zhì)做為工作介質(zhì)(簡稱工質(zhì))，以抽取表層高溫海水加熱蒸發(fā)工 質(zhì)；抽取500m以下的低溫海水冷卻液化工質(zhì)乏汽，由此形成工質(zhì)的溫差，又由工質(zhì)的溫差 而形成工質(zhì)的壓力差，以工質(zhì)的壓力差形成動力推動汽輪機(jī)(或稱之為渦輪機(jī)、透平機(jī))旋 轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于冷、熱海水的溫度相對比較固定，且溫差較小，致使由所抽取的海 水給定工質(zhì)的增焓和熵降絕大部分被用于工質(zhì)的蒸發(fā)和液化，只有2. 5-10%的增焓和熵降 被用來形成工質(zhì)的溫差。這一方面，造成極高的工藝難度和系統(tǒng)能耗；另一方面也加大了海 水熱能的不必要損耗。本發(fā)明還以本人公布號為CN1012511092A的《海水溫差發(fā)電工作介 質(zhì)二次加熱和同質(zhì)冷卻的方法及裝置》專利文件為基礎(chǔ)，該對比文件公開了液體冷媒介質(zhì) 的深海水冷、工作介質(zhì)的同質(zhì)冷卻和工作介質(zhì)二次加熱的方法，該方法以冷媒介質(zhì)代替深 層冷海水與工作介質(zhì)進(jìn)行同質(zhì)冷卻，以此取消抽取冷、熱海水的工序，可以大幅提高工作介 質(zhì)的溫差和系統(tǒng)的熱效率。但該方法的工作介質(zhì)的汽、液化相變方法和冷媒介質(zhì)的水冷方 法仍然不盡合理，耗能過大的問題也沒有得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除背景技術(shù)和對比文件存在的諸多弊端，本發(fā)明以對比文件中的同質(zhì)冷卻 方法和相關(guān)裝置為基礎(chǔ)，采用混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、混 合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)的汽液化相變、液體冷媒介質(zhì)的冷卻方法，將經(jīng)過同質(zhì)冷卻后 的混合介質(zhì)蒸汽吸引至表層高溫海水中做等壓加熱，使其盡可能地接近于表層高溫海水的 溫度；將加熱后的混合介質(zhì)蒸汽絕熱加壓后，予以冷卻液化；將液體混合介質(zhì)采用液體加 壓泵加壓至1. 5-3. 5Mpa，并按工藝比例將加壓后的液體混合介質(zhì)重新分割為液體冷媒介質(zhì) 和液體工作介質(zhì)；當(dāng)混合介質(zhì)蒸汽冷卻液化時，將分割出來的液體工作介質(zhì)同時進(jìn)行減壓 加熱蒸發(fā)，兩者共用同一個換熱器，以淡水或冷卻油為換熱媒介，將混合介質(zhì)蒸汽冷卻液化 時排放出來的汽化潛熱，傳遞給處于蒸發(fā)汽化過程的液體工作介質(zhì)，促使液體工作介質(zhì)完 全蒸發(fā)汽化；將分割出來的液體冷媒介質(zhì)引入表層海水中冷卻至20-35°C。本發(fā)明由于采用了上述方法，不僅具有對比文件所例舉的優(yōu)勢，還具備以下優(yōu)點 1.混合介質(zhì)蒸汽冷卻液化與液體工作介質(zhì)的蒸發(fā)汽化共同進(jìn)行，可使汽化潛熱在兩者之間 實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，協(xié)同混合介質(zhì)蒸汽等壓加熱方法，大幅度減少了對表層高溫海水的熱能消耗，有 利于表層海水溫度的恢復(fù)，為大面積開發(fā)海洋熱能發(fā)電項目奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)；2.混 合介質(zhì)蒸汽加熱后再行絕熱壓縮，最終大幅度提升了工作介質(zhì)的最高工作溫度，與同質(zhì)冷
3卻的低溫效果(零下20°C至零下30°C ) 一起構(gòu)成較大的工作介質(zhì)的工作溫差，大幅度提高 了系統(tǒng)的熱效率；3.冷媒介質(zhì)的冷卻方法，以較高的溫度實現(xiàn)，擯棄了深海水冷，縮減了發(fā) 電船的縱向尺寸，改善了系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)，使設(shè)備的制作、安裝和日常維護(hù)更為便利；4.以 上優(yōu)點協(xié)同一致，使海洋熱能發(fā)電項目真正做到了系統(tǒng)的小型化和裝機(jī)容量的大型化，不 僅擴(kuò)大了可供利用的海區(qū)面積，也有利于陸基形式的海洋熱能發(fā)電甚至可以適用于大型的 內(nèi)陸湖泊。
具體實施例方式本發(fā)明以下述方法及具體步驟實現(xiàn)1.同質(zhì)冷卻方法，其具體方法為在同一個熱交換箱中，將冷媒介質(zhì)減壓汽化， 吸收汽輪機(jī)排出的工作介質(zhì)乏汽的熱量，然后與工作介質(zhì)乏汽相混合，形成混合介質(zhì)蒸汽 (詳見CN1012511092A的對比文件)，本發(fā)明所指的混合介質(zhì)蒸汽就是經(jīng)過同質(zhì)冷卻而產(chǎn)生 的。2.混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱方法，實施的目的為，提取用于發(fā)電的海洋熱能，并防 止因受熱造成混合介質(zhì)蒸汽壓強(qiáng)升高而給工作介質(zhì)乏汽的冷卻效果帶來負(fù)面影響，混合介 質(zhì)蒸汽的擴(kuò)容加熱也有利于提取更多的海洋熱能，其具體方法為將由方法1產(chǎn)生的混合 介質(zhì)蒸汽吸引至表層高溫海水中，在維持其壓強(qiáng)基本不變的條件下，確保其擴(kuò)容加熱至接 近于表層高溫海水的溫度。3.混合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)的汽、液化相變方法，實施的目的為，根據(jù)氣體壓 縮可致其溫度升高的原理，將混合介質(zhì)蒸汽擴(kuò)容加熱時吸收的熱能體現(xiàn)出來，提高混合介 質(zhì)蒸汽的冷卻液化溫度，并以共同完成汽、液化相變?yōu)榧夹g(shù)手段，將混合介質(zhì)蒸汽液化時排 放出來的汽化潛熱傳遞給處于蒸發(fā)階段的液體工作介質(zhì)，以確保蒸發(fā)后的工作介質(zhì)蒸汽的 有效工作溫度，其具體實施步驟為(1).將方法2所述的完成等壓加熱的混合介質(zhì)蒸汽，采 用氣體壓縮機(jī)絕熱壓縮，在進(jìn)行絕熱壓縮時，可供選擇的壓縮比在1. 5-5之間，選擇的依據(jù) 為，使經(jīng)過壓縮后的過熱混合介質(zhì)蒸汽的溫升達(dá)到30-90°C或使過熱混合介質(zhì)蒸汽壓縮后 的溫度達(dá)到50-100°C;(2).將壓縮后的過熱混合介質(zhì)蒸汽進(jìn)行冷卻液化；(3).將冷卻液化 的液體混合介質(zhì)以液體加壓泵加壓至1. 5-3. 5Mpa，并按原有比例重新分割為液體工作介質(zhì) 和液體冷媒介質(zhì)；(4).將液體工作介質(zhì)減壓汽化，液體工作介質(zhì)的減壓汽化過程與本方法 步驟(2)所述的混合介質(zhì)蒸汽的冷卻液化過程同時進(jìn)行，兩者使用同一個換熱器，以淡水 或冷卻油為換熱媒介，將混合蒸汽介質(zhì)冷卻液化時所排放出的汽化潛熱傳遞給處于蒸發(fā)汽 化過程的液體工作介質(zhì)，促使液體工作介質(zhì)完成其汽化過程；(5).由方法3的步驟4所述 的汽化潛熱的轉(zhuǎn)換過程中，由于混合蒸汽介質(zhì)的質(zhì)量大于液體工作介質(zhì)的質(zhì)量，會導(dǎo)致?lián)Q 熱媒介的溫度過高，使混合介質(zhì)蒸汽不能完全冷凝，有必要對換熱媒介采取冷卻塔、海水水 冷等循環(huán)冷卻方法或?qū)τ煞椒?所述的完成等壓加熱后的混合介質(zhì)蒸汽，再行共用同一個 換熱器對其進(jìn)行二次等壓加熱，以充分利用液體冷媒介質(zhì)的廢熱，并將換熱媒介的溫度控 制在混合介質(zhì)蒸汽液化的額定溫度之下，以確?；旌辖橘|(zhì)蒸汽完全液化。(6).完成蒸發(fā)汽 化的工作介質(zhì)蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)工作，排出的工作介質(zhì)乏汽與冷媒介質(zhì)進(jìn)行同質(zhì)冷卻。4.冷媒介質(zhì)的冷卻方法，實施的目的為，代替對比文件中的冷媒介質(zhì)深海水冷的 方法，以縮減系統(tǒng)的縱向尺寸，改善系統(tǒng)的受力結(jié)構(gòu)，使設(shè)備的制作、安裝和日常維護(hù)更為便利，其具體實施步驟為(1)將方法3的步驟(3)所述的完成分割的液體冷媒介質(zhì)，傳輸 至與方法2所述的混合介質(zhì)蒸汽等壓加熱過程的海區(qū)進(jìn)行冷卻或使兩者共用同一個換熱 器對混合介質(zhì)蒸汽進(jìn)行二次等壓加熱，以充分利用液體冷媒介質(zhì)的廢熱；(2).冷卻后的液 體冷媒介質(zhì)進(jìn)入對比文件所述的熱交換箱中與方法3的步驟(6)所述的工作介質(zhì)乏汽相混 合，所產(chǎn)生的混合介質(zhì)蒸汽進(jìn) 入下一個工作循環(huán)。
權(quán)利要求
一種混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、混合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)的汽液化相變、液體冷媒介質(zhì)的冷卻方法，以公開號為CN101251092A的對比文件公布的一種工作介質(zhì)同質(zhì)冷卻方法做為現(xiàn)有技術(shù)是本方法的基礎(chǔ)，本方法所指的混合介質(zhì)蒸汽就是經(jīng)過同質(zhì)冷卻而產(chǎn)生的，做為后續(xù)工序本方法的工藝步驟的特征在于(1).將混合介質(zhì)蒸汽吸引至表層高溫海水區(qū)，在保持其壓強(qiáng)基本不變的前提下，對其進(jìn)行擴(kuò)容加熱；(2).采用氣體壓縮機(jī)絕熱壓縮受熱膨脹后的混合介質(zhì)蒸汽；(3).將壓縮后的過熱混合介質(zhì)蒸汽冷卻液化；(4).采用液體加壓泵將液體混合介質(zhì)加壓至1.5-3.5Mpa，并按照原有比例將加壓后的液體混合介質(zhì)重新分割為液體工作介質(zhì)和液體冷媒介質(zhì)；(5).將分割后的液體冷媒介質(zhì)冷卻至20-35℃；(6).將分割后的液體工作介質(zhì)減壓加熱蒸發(fā)汽化用于推動汽輪機(jī)工作，所排出的工作介質(zhì)乏汽與液體冷媒介質(zhì)進(jìn)行同質(zhì)冷卻，從而進(jìn)入下一個工作循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、 混合介質(zhì)與液體工作介質(zhì)的汽液化相變、液體冷媒介質(zhì)的冷卻方法，其特征是，由步驟(1) 所述的混合介質(zhì)蒸汽在高溫海水區(qū)做等壓受熱膨脹時，在維持其壓強(qiáng)基本不變的條件下， 確保其擴(kuò)容加熱至接近于表層高溫海水的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、 混合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)的汽液化相變、液體冷媒介質(zhì)的冷卻方法，其特征是，由步驟(2)所述的采用氣體壓縮機(jī)絕熱壓縮受熱膨脹后的混合介質(zhì)蒸汽，在進(jìn)行絕熱壓縮時，可 供選擇的壓縮比在1.5-5之間，選擇的依據(jù)為，使經(jīng)過壓縮后的混合介質(zhì)蒸汽的溫升達(dá)到 30-90 V或使過熱混合介質(zhì)蒸汽壓縮后的溫度達(dá)到50-100 V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、 混合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)汽液化相變、液體冷媒介質(zhì)的冷卻方法，其特征是，由步驟(3)所述的壓縮后的過熱混合介質(zhì)蒸汽的冷卻液化與步驟(6)所述的分割后的液體工作介 質(zhì)的減壓加熱汽化過程，在同一個換熱器中同時進(jìn)行，兩者以淡水或冷卻油為換熱媒介，將 混合蒸汽介質(zhì)冷卻液化時排放出的汽化潛熱傳遞給處于蒸發(fā)汽化過程的液體工作介質(zhì)，促 使液體工作介質(zhì)完成其汽化過程。
5.由權(quán)利要求4所述的過熱混合介質(zhì)蒸汽的冷卻液化和液體工作介質(zhì)的減壓蒸發(fā)汽化 過程，其特征是，由于混合蒸汽介質(zhì)的質(zhì)量大于液體工作介質(zhì)的質(zhì)量，會導(dǎo)致?lián)Q熱媒介的溫度 過高，使混合介質(zhì)蒸汽不能完全冷凝，應(yīng)該對換熱媒介采取循環(huán)冷卻等冷卻方法，將換熱媒介 的溫度控制在混合介質(zhì)蒸汽液化的額定溫度之下，以確保混合介質(zhì)蒸汽的完全液化。
6.由權(quán)利要求5所述的換熱媒介的循環(huán)冷卻方法，其特征是，采用冷卻塔、海水水冷等 方法或?qū)?quán)利要求1的步驟(1)所述的完成等壓加熱后的混合介質(zhì)蒸汽，再行共用同一個 換熱器對混合介質(zhì)蒸汽進(jìn)行二次等壓加熱，以充分利用液體冷媒介質(zhì)的廢熱，并將換熱媒 介的溫度控制在混合介質(zhì)蒸汽液化的額定溫度之下，以確?；旌辖橘|(zhì)蒸汽完全液化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合介質(zhì)蒸汽的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、 混合介質(zhì)蒸汽與液體工作介質(zhì)的汽液化相變、冷媒介質(zhì)的冷卻方法，其特征是，由步驟(5) 所述的液體冷媒介質(zhì)的冷卻過程與權(quán)利要求1的步驟(1)所述的混合介質(zhì)蒸汽等壓加熱過 程，在同一個海區(qū)內(nèi)進(jìn)行或使兩者共用同一個換熱器對混合介質(zhì)蒸汽進(jìn)行二次等壓加熱， 以充分利用液體冷媒介質(zhì)的廢熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及海水熱能發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及到同質(zhì)冷卻后的混合蒸汽介質(zhì)的等壓加熱、氣體加壓、冷卻液化、液體加壓、工作(混合)介質(zhì)的汽液化相變、液體冷媒介質(zhì)的冷卻方法。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是本發(fā)明采用混合介質(zhì)蒸汽等壓吸收海洋熱能、加壓并冷卻液化、液體再加壓，將混合介質(zhì)與工作介質(zhì)的汽、液化過程同時進(jìn)行，以液體工作介質(zhì)減壓汽化的方式吸收混合蒸汽介質(zhì)冷卻液化時所排放出的汽化潛熱，即可將低壓工作介質(zhì)蒸汽轉(zhuǎn)化為高壓工作介質(zhì)蒸汽，該方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有工作溫差大、熱能轉(zhuǎn)換效率高、系統(tǒng)耗能低等顯著特點，可以真正做到整體裝置的小型化和裝機(jī)容量的大型化。
文檔編號F03G7/05GK101825076SQ20101014535
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者甘玉祥 申請人:甘玉祥