CN1004720B - 地热电站及其运行方法 - Google Patents

Abstract

靠地热流体运行的地热电站，包括产生动力和热量耗尽的地热流体开式循环比热流体电站，与其相连的是产生动力的封闭式兰金循环有机流体电站。来自地热流体的热量被送到封闭循环电站；将热量耗尽的地热流体注入舍弃井。开式循环电站包括在大于或等于约大气压力下运行的冷凝器，冷凝液体可直接排入舍弃井。地热流体中不凝性气体可直接排入舍弃井，使电站不污染环境，因冷凝器在大于或等于约大气压下运行，从而排除了设置真空泵的必要性，并增加电站所产生的有用功，简化了设计和运行过程。

Description

地热电站及其运行方法

本发明是关于一种地热电站及其运行方法，该电站具有生产热的地热流体的生产井，该电站使用地热流体产生有用功，以及接收已热量耗尽的地热流体的舍弃井，下文称之为已述类型的地热电站。

一个简单的地热电站包括一个热机，由生产井提取的地热流体所驱动，把流体中的一部分热量转变成有用的功。如果从热机排出的已热量耗尽的地热流体能直接排到环境里的话，那建造和运行就简单了。然而，地热流体中几乎总含有大量的不凝性气体，像二氧化碳和硫化氢，有时也含有大量的其他气体。在这种情况下，为保护环境通常严禁从热机直接排到环境里。

因为环境法规的约束和为了从地热流体中提取更多的功，通常的途径是从热机排到一个冷凝器里，其中的冷却水间接地被用来提高通过热交换器时的温降，借以增加热机上的热位差。这种情况下，冷凝器必须在真空下运行，为此，需要一个容量相当大的真空泵，因为地热流体中存在不凝性气体，需要由泵将其送回到舍弃井里，而不是排放到大气里。除了真空泵外还需要一个冷凝液体泵，以把冷凝液体送到舍弃井里。这样，利用水冷却器可获得更大热效率，但需要更复杂和昂贵的设备，而热机产生的有用功大部分被用去直接驱动真空泵。此外，在井的使用期间，随着井的使用期限的增加，从生产井提取的地热流体中所含各种气体的量常常会增加，从而，所需真空泵的容量也随之增加。

因此，本发明的一个目的是提供一种新的改进的已述类型的地热电站，及其运行的方法，其中电站的总效率也得到改进。

根据本发明，已述类型的地热电站包括一个为产生动力而由热的地热流体所驱动的热机，一个用以吸热的吸热装置，和一个与吸热装置联合运行并且接受热机排出的地热流体的第一冷凝器，它在大于或等于大气压下运行，并产生热量耗尽的地热流体。本发明也包括把来自第一冷凝器热量耗尽的地热流体送返回到舍弃井里的装置，和把来自第一冷凝器的不凝性气体排放到舍弃井里的装置（如单级压缩机）。

通过维持第一冷凝器中压力大于或等于大气压力，可避免在第一冷凝器中形成真空。此外，因为只需要一个压缩机，而不需真空泵和压缩机，所以简化了把来自冷凝器的不凝性的气体排放到舍弃井里的过程。因为第一冷凝器中的压力增加，超过它的常规值时，第一冷凝器中的不凝性气体对于热传递系数的不利影响减少，因此，第一冷凝器的热传递面可以减小到常规值以下，这样，第一冷凝器中不凝性气体量的改变对于系统正常运行的影响就减小了。

吸热装置最好包括一个封闭式的兰金循环有机流体电站。有机流体电站包括一个与第一冷凝器联合运行并且含有有机流体用以产生蒸汽的蒸发器，一个由蒸汽驱动产生动力和热量耗尽的蒸汽的汽轮机，一个使来自汽轮机的蒸汽凝成冷凝液体的第二冷凝器，以及一个把冷凝液体送返回到蒸发器里的装置，第二冷凝器用来自冷却塔的冷却水或者用空气间接冷却。

虽然第一冷凝器在大于或等于大气压力下运行，限制了电站的地热液体热机可以产生的功，但是使用封闭式兰金循环有机流体电站从第一冷凝器中提取热量，并把该热量提供给一个汽轮机，因此，使得如此建造的这种混合电站更为有效。

本发明除了适用于地热电站外，也适用于其他电站，以去除蒸汽中的不凝性气体。除此之外，本发明也适用于利用蒸汽的工业过程中以及利用地热井产生蒸汽的工业生产中。

如下附图表明了本发明的实施方案，其中：

图1 表示一种现有技术中的地热电站;

图2 为已述类型的普通地热电站的示意图;

图3 为本发明地热电站的方块流程示意图;

图4 为本发明另一实施方案的地热电站方块流程示意图。

现在参照流程图，图1中标号10表示一个简单的地热电站，它适合于利用含有少量允许排向大气的不凝性气体的地热流体。因此电站10包括生产地热蒸汽的生产井11，和驱动发电机（未画出）产生有用功的并由来自生产井的蒸汽所驱动的汽轮机12。正如图1指出的，汽轮机12的蒸汽直接排向大气。

正如上述所指出的那样，环境法规通常规定禁止向大气排放废气，这是因为大量的不凝性的气体，如二氧化碳和硫化氢，还可能有氨，包含在由与电站相关连的生产井提取的地热流体中。为了避免地热流体对环境的污染，和增加汽轮机的热位差，由此增加可以从地热流体中提取的有用功可以采用图2所示的排列系统。图2所示的地热电站20包括生产地热流体的生产井11A，和汽轮机12A，它是由生产井生产的地热流体所驱动，并驱动发电机（未画出），从而产生有用动。汽轮机12A的蒸汽排入到第一冷凝器21内，该冷凝器21为一抽空容器由真空泵22维持真空，真空泵的入口23与第一冷凝器连接。来自冷凝器的热量由散热装置24排掉，为此，可把冷凝液体输送到热交换器的蛇管25里，该蛇管装在此冷凝器内，以冷却和冷凝由汽轮机12A排出的蒸汽。用泵27把冷凝器底部的冷凝水26送往与电站相连的舍弃井28中。

冷凝器中的压力由真空泵22维持在一较低值，这取决于连续从冷凝器抽除不凝性气体时冷凝液体温度，该不凝性的气体是与由汽轮机12A排出的蒸汽一起进入冷凝器的。这些不凝性的气体由喷射泵29注入到舍弃井28里，由此防止这些气体进入到大气里。

电站20一般比电站10更有效，这是因为冷凝器21的存在，使汽轮机12A从地热流体中提取的功比没有冷凝器时大。然而，由于地热流体中含有大量的不凝性气体，所以需要容量相当大的真空泵22，并要求这样大量的功，就使由电站20产生的纯有用功常常并不比图1所示的向大气排放型电站所能获得的纯有用功大很多。然而，电站20的优点是减少了地热流体中所含不凝性气体对环境的污染。由于这个原因，虽然电站20每千瓦小时有用功的费用比电站10大的多，但是从环境保护角度还是可接受的。

如图3所示为本发明的电站30，它包括生产地热流体的生产井31，该地热流体可能含很高的不凝性气体。将这种流体提供给普通的汽轮机32，把地热流体中所含的一部分热量通过驱动发电机（未画出）转变成有用功。热量耗尽的地热流体从汽轮机32排放到第一冷凝器33，该冷凝器33与吸热装置34联合运行，使冷凝器在压力大于大约大气压下运行。由于这样安排的结果，汽轮机32产生的功比图2所示的汽轮机要小。但是，冷凝器33运行不需真空泵。由于冷凝器内的压力高于大气压力，从汽轮机32排出的地热流体所载带的、在冷凝器中的不凝性气体，由装置45，如单级压缩机，直接排放到舍弃井35内。由冷凝器33产生的冷凝流体可以靠泵36提高压力后或者直接通过管道送入舍弃井中。

如图3所见，装在冷凝器33中的热交换器37与吸热装置34联合运行，以输送来自冷凝器33的地热流体中的热量。这部分热量是在一个封闭式兰金循环有机流体电站应用的，如图中38所指。美国专利3393515号中公布了一种适用的有机流体电站的实例，通过参考将其内容并入本文。热交换器37作为电站38中含有的有机流体的蒸发器运行。蒸发器产生的有机蒸汽提供给有机蒸汽汽轮机39。有机蒸汽中的一部分热量被驱动发电机（未画出）的汽轮机39所取用，以产生有用功。热量耗尽的有机蒸汽排入第二冷凝器40，在这里，由于热交换器41的存在，该有机蒸汽被通过该热交换器41泵入的冷却水所冷凝，被冷凝的有机流体42由泵43输送回热交换37，这样构成一个完整的有机流体循环。

因此电站30是含有一个靠地热流体运行的部分44和靠有机蒸汽运行的部分38的混合电站。混合电站的热回收基本上与图2所示电站20的热回收相同。然而，在相同条件下，电站30产生的有用功超过了电站20产生的有用功，这是因为电站30不需要与第一冷凝器相连的真空泵。

图4为本发明另一种形式的电站，如标号30A所指。电站30A基本上与图3所示的电站30相同，不同之处是压缩冷凝器中冷凝液体的泵36将被加压的冷凝液体压入喷射泵45A中，这样将有效地压缩冷凝器中的不可冷凝的气体，被压缩的不凝性的气体和被加压的冷凝液体直接排入舍弃井内，如图所示。

我们相信通过上述对本发明的优选实施例的描述，清楚地看到本发明的方法和装置具有很多优点和改进后的效果。在不脱离权利要求中所描述的本发明的精神和范围内，可以做多种变更和改进。

Claims (10)

1、一种利用地热蒸汽运行地热电站的方法，将包含不凝性气体的地热蒸汽通入汽轮机以产生功和排出蒸汽，在蒸汽冷凝器中从排出的蒸汽中提取热量以收集不凝性气体并且产生蒸汽冷凝液体，其特征在于：蒸汽冷凝器在大于或等于大约大气压力下运行，用压缩机压缩来自冷凝器的不凝性气体并对冷凝液体加压，并将被压缩的不凝性气体和被加压的冷凝液体送返回到舍弃井里。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于：通过向蒸汽冷凝器中提供一种有机流体，以从蒸汽冷凝器中提取热量，使有机流体被蒸发，把蒸汽的有机流体提供给有机流体汽轮机以产生功，并排出有机蒸汽，将排出的有机蒸汽送入有机流体冷凝器中，从有机冷凝器中提取热量以产生冷凝液体，产生的冷凝液体再送返回蒸汽冷凝器。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于：有机流体循环与地热蒸汽循环相隔开。

4、一个地热电站，它具有一个生产含不凝性气体的地热流体的生产井，一个由热的地热流体驱动并产生动力的热机，一个用以吸热的吸热装置，一个与吸热装置联合运行并且接受由热机排出的地热流体的第一冷凝器以产生热量耗尽的地热流体和将来自第一冷凝器的热量耗尽的地热流体送返回到舍弃井的装置，其特征在于：所说的第一冷凝器在不低于大约大气压的压力下运行，另外还装有一个压缩机，用以压缩所述的不凝性气体，并且将来自第一冷凝器的不凝性气体直接排入舍弃井里。

5、根据权利要求4的地热电站，其特征在于：吸热装置包括一个封闭式兰金循环电站，该电站用不同于地热流体的一种有机流体运行。

6、根据权利要求5的地热电站，其特征在于：有机流体电站包括一个与第一冷凝器联合运行并且含有有机流体的蒸发器用以产生有机蒸汽，一个由有机蒸汽驱动产生动力和热量耗尽的蒸汽的有机流体汽轮机，一个接受由有机流体汽轮机排出蒸汽的第二冷凝器，将蒸汽冷凝成冷凝液体，以及将冷凝液体返回到蒸发器的装置。

7、根据权利要求6的地热电站，其特征在于：具有冷却第二冷凝器的装置。

8、一种靠含有不可冷凝气体的地热蒸汽运行的地热电站，其中包括：一个产生动力和热量耗尽的地热蒸汽驱动的开式循环电站，一个产生动力并由有机流体运行的封闭式兰金循环电站，一个将热量耗尽的地热蒸汽中热量传送到封闭式兰金循环电站的热交换器，其特征在于：所说的热交换器包括一个在大于或等于大约大气压的下运行的冷凝器，以产生地热冷凝液体，并收集不凝性气体，另外还具有将所说的地热冷凝液体加压并将其注入舍弃井中的装置，同时还具有一个压缩机，将冷凝器中不凝性气体输送到所说的舍弃井里。

9、一种靠含有不凝性气体的蒸汽运行的地热电站，其中包括：一个产生动力并且具有第一冷凝器的由所说蒸汽驱动的开式循环电站，一个产生动力的靠有机液体运行的封闭式兰金循环电站，和一个将第一冷凝器中的热量排放到封闭式兰金循环电站的热交换器，其特征在于：所说的第一冷凝器在大于或等于大约大气压力下运行，另外还装有一个压缩机，以压缩来自第一冷凝器的不凝性气体，并且把被压缩的不凝性气体排入舍弃井，同时还有一个泵，以将来自第一冷凝器的冷凝液体加压，并把被加压的冷凝液体返回到舍弃井里。

10、根据权利要求9的电站，其特征在于：所说的压缩机是一种由被加压冷凝液体所驱动的喷射压缩机。

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