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基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩与发电联合系统及方法

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1.本发明涉及基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩与发电联合系统及方法,属于清洁发电系统及工业废水处理领域。


背景技术:

2.在常规的湿空气透平循环中,需要补充给水用于空气加湿,空气湿化之后进入燃烧室燃烧,不但能够减低nox的生成,还能够增大输出比功。但是实现这一循环需要不断的补充给水,而涡轮排气中的水蒸气通常直接排放,无法回收,从而造成了水资源的浪费,也使得经济性下降。因此,利用含有大量水的料液作为给水补充,这里的料液包涵范围广,可以为各种工业废水,将料液带入循环系统后,通过膜蒸馏器提取水蒸气输送给空气从而加湿,这里使用到的膜蒸馏技术已在工业上大量应用,膜材料种类丰富,可以根据不同情况下的使用要求进行设计。在改进循环中,采用多级换热器重复利用低温余热,不仅加湿了燃烧所需的空气,同时因无需给水补充从而有效节约了水资源的使用,同时得到了浓缩料液,可以作为后续蒸发结晶的预处理,具有重要的应用价值。


技术实现要素:

3.本发明的目的在于提出一种节能环保的基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩和发电联合系统及方法。
4.基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩与发电联合系统,其特征在于包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、涡轮、发电机、中冷器、后冷器、第一输液泵、料液泵、第二输液泵、料液分配箱、膜蒸馏器、料液回流箱、第三输液泵、离心机、第四输液泵、回热器、经济器。
5.初始料液与料液泵进口相连,料液泵出口与料液分配箱进口相连,料液分配箱第一出口与第一输液泵进口相连,第一输液泵出口与中冷器冷端进口相连,中冷器冷端出口与料液回流箱第一进口相连;料液分配箱第二出口与第二输液泵入口相连,第二输液泵出口与后冷器冷端进口相连,后冷器冷端出口与料液回流箱第二进口相连;料液分配箱第三出口与第三输液泵入口相连,第三输液泵出口与经济器冷端进口相连,经济器冷端出口与料液回流箱第三进口相连。料液回流箱出口与第四输液泵入口相连,第四输液泵出口与膜蒸馏器顶部入口相连,膜蒸馏器底部浓缩料液出口与离心机进口相连。
6.空气与低压压缩机入口相连,低压压缩机出口与中冷器热端入口相连,中冷器热端出口与高压压缩机入口相连,高压压缩机出口与后冷器热端入口相连,后冷器热端出口与膜蒸馏器底部空气入口相连,膜蒸馏器顶部空气出口与回热器冷端入口相连,回热器冷端出口与燃烧室空气入口相连,燃烧室烟气出口与涡轮入口相连。
7.涡轮出口与回热器热端入口相连,回热器热端出口与经济器热端入口相连,经济器热端出口与大气相连。
8.上述的基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩与发电联合系统的方法,其特征在于包括以下过程:在该系统中,料液经料液泵进入料液分配箱后,分三支流出,第一支经第一输液泵进
入中冷器吸热后流出回到料液回流箱中;第二支经第二输液泵进入后冷器吸收热量后回到料液回流箱中;第三支经第三输液泵进入经济器吸收烟气余热后回到料液回流箱中,料液回流箱中的高温料液经第四输液泵从膜蒸馏器顶部进入,与从底部进入的空气进行传热传质,水蒸气从料液端透过多孔疏水膜后进入空气被空气带走,浓缩后的料液从膜蒸馏器底部出来后进入离心机进行后续的结晶等操作。空气从低压压缩机进入被压缩后进入中冷器与第一支料液进行换热,再进入高压压缩机被压缩后在后冷器中与第二支料液进行换热,随后从膜蒸馏器底部进入吸收水蒸气后从顶部出口进入回热器,进一步吸收涡轮排烟热量后进入燃烧室进行燃烧。涡轮排烟从涡轮出口进入回热器热端入口,释放热量给湿空气后进入经济器加热第三支料液。
9.上述膜蒸馏器为无机陶瓷膜。
10.上述中冷器、后冷器、回热器、经济器采用的是管式换热器。
11.与现有的技术相比,本发明至少具有如下优点:本发明将膜蒸馏技术引入到传统的湿空气透平循环中,在为湿空气提供了一种新型加湿方式的同时,有效的利用了低温余热;与此同时,将传统的补充给水替换为料液等各种废水,经过膜蒸馏器之后将会进一步得到浓缩液,可用于后续的蒸发结晶或各种物质提取等操作。该系统不仅能够提高传统燃气轮机循环的效率,而且为企业处理各种废液提供了一种新的思路,节约了水资源的同时,减少了对环境的污染,符合国家节能减排的战略要求。
12.附图说明
13.图1是基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩与发电联合系统,图中1低压压缩机、2高压压缩机、3燃烧室、4涡轮、5发电机、6中冷器、7后冷器、8第一输液泵、9料液泵、10第二输液泵、11料液分配箱、12膜蒸馏器、13料液回流箱、14第三输液泵、15离心机、16第四输液泵、17回热器、18经济器。
具体实施方式
14.下面参照图1说明基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩与发电联合系统的运行过程。
15.在该系统中,料液经料液泵进入料液分配箱后,分三支流出,第一支经第一输液泵进入中冷器吸热后流出回到料液回流箱中;第二支经第二输液泵进入后冷器吸收热量后回到料液回流箱中;第三支经第三输液泵进入经济器吸收烟气余热后回到料液回流箱中,料液回流箱中的高温料液经第四输液泵从膜蒸馏器顶部进入,与从底部进入的空气进行传热传质,水蒸气从料液端透过多孔疏水膜后进入空气被空气带走,浓缩后的料液从膜蒸馏器底部出来后进入离心机进行后续的结晶等操作。空气从低压压缩机进入被压缩后进入中冷器与第一支料液进行换热,再进入高压压缩机被压缩后在后冷器中与第二支料液进行换热,随后从膜蒸馏器底部进入吸收水蒸气后从顶部出口进入回热器,进一步吸收涡轮排烟热量后进入燃烧室进行燃烧。涡轮排烟从涡轮出口进入回热器热端入口,释放热量给湿空气后进入经济器加热第三支料液。


技术特征:
1.一种基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩和发电联合系统,其特征在于:包括低压压缩机(1)、高压压缩机(2)、燃烧室(3)、涡轮(4)、发电机(5)、中冷器(6)、后冷器(7)、第一输液泵(8)、料液泵(9)、第二输液泵(10)、料液分配箱(11)、膜蒸馏器(12)、料液回流箱(13)、第三输液泵(14)、离心机(15)、第四输液泵(16)、回热器(17)、经济器(18);初始料液与料液泵(9)进口相连,料液泵(9)出口与料液分配箱(11)进口相连,料液分配箱(11)第一出口与第一输液泵(8)进口相连,第一输液泵(8)出口与中冷器(6)冷端进口相连,中冷器(6)冷端出口与料液回流箱(13)第一进口相连;料液分配箱(11)第二出口与第二输液泵(10)入口相连,第二输液泵(10)出口与后冷器(7)冷端进口相连,后冷器(7)冷端出口与料液回流箱(13)第二进口相连;料液分配箱(11)第三出口与第三输液泵(14)入口相连,第三输液泵(14)出口与经济器(18)冷端进口相连,经济器(18)冷端出口与料液回流箱(13)第三进口相连;料液回流箱(13)出口与第四输液泵(16)入口相连,第四输液泵(16)出口与膜蒸馏器(12)顶部入口相连,膜蒸馏器9(12)底部浓缩料液出口与离心机(15)进口相连;空气与低压压缩机(1)入口相连,低压压缩机(1)出口与中冷器(6)热端入口相连,中冷器(6)热端出口与高压压缩机(2)入口相连,高压压缩机(2)出口与后冷器(7)热端入口相连,后冷器(7)热端出口与膜蒸馏器(12)底部空气入口相连,膜蒸馏器(12)顶部空气出口与回热器(17)冷端入口相连,回热器(17)冷端出口与燃烧室(3)空气入口相连,燃烧室(3)烟气出口与涡轮(4)入口相连;涡轮(4)出口与回热器(17)热端入口相连,回热器(17)热端出口与经济器(18)热端入口相连,经济器(18)热端出口与大气相连。2.根据权利要求1 所述的基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩和发电联合系统,其特征在于:上述膜蒸馏器(12)为无机陶瓷膜。3.根据权利要求1 所述的基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩和发电联合系统,其特征在于:上述中冷器(6)、后冷器(7)、回热器(17)、经济器(18)采用的是管式换热器。4.权利要求1 所述的基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩和发电联合系统的方法,包括以下过程:在该系统中,料液经料液泵(9)进入料液分配箱(11)后,分三支流出,第一支经第一输液泵(8)进入中冷器(6)吸热后流出回到料液回流箱(13)中;第二支经第二输液泵(10)进入后冷器(7)吸收热量后回到料液回流箱(13)中;第三支经第三输液泵(14)进入经济器(18)吸收烟气余热后回到料液回流箱(13)中,料液回流箱(13)中的高温料液经第四输液泵(16)从膜蒸馏器(12)顶部进入,与从底部进入的空气进行传热传质,水蒸气从料液端透过多孔疏水膜后进入空气被空气带走,浓缩后的料液从膜蒸馏器(12)底部出来后进入离心机(15)进行后续的结晶操作;空气从低压压缩机(1)进入被压缩后进入中冷器(6)与第一支料液进行换热,再进入高压压缩机(2)被压缩后在后冷器(7)中与第二支料液进行换热,随后从膜蒸馏器(12)底部进入吸收水蒸气后从顶部出口进入回热器(17),进一步吸收涡轮(4)排烟热量后进入燃烧室(3)进行燃烧;涡轮(4)排烟从涡轮(4)出口进入回热器(17)热端入口,释放热量给湿空气后进入经济器(18)加热第三支料液。

技术总结
基于膜蒸馏加湿的蒸发浓缩和发电联合系统及方法,属于清洁发电系统及工业废水处理领域。该系统包括低压压缩机、高压压缩机、燃烧室、涡轮、发电机、中冷器、后冷器、回热器、经济器、料液分配箱、料液回流箱、输液泵、料液泵、管式膜蒸馏器、离心机。本发明利用多处换热器加热料液,使得高温料液在膜蒸馏器中将水蒸气透膜后传递给燃烧所需的空气,空气加湿后燃烧提升循环效率,高温料液得以浓缩进入离心机中进行结晶操作。本系统由于无需外来供给水从而有效节约了水资源,提升了动力循环效率的同时可以得到浓缩料液结晶产物,符合国家节能减排和水资源可持续发展的战略需求。水资源可持续发展的战略需求。水资源可持续发展的战略需求。


技术研发人员:施其乐 何纬峰 高燕飞 路裕 安浩浩 周萱 韩东 蒲文灏
受保护的技术使用者:南京航空航天大学
技术研发日:2021.12.02
技术公布日:2022/3/8

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