CN101440785B - 中低温地热双工质循环发电装置 - Google Patents

中低温地热双工质循环发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种中低温地热双工质循环发电装置，包括发生器、蒸汽过热器、汽轮机，在发生器内顶部设有精馏器，发生器的一端通过所述蒸汽过热器、汽轮机与发电机连接，该汽轮机的另一端输出到吸收器，所述发生器和吸收器内的竖管管束表面均形成降膜；还包括有溶液热交换器，设置于吸收器底部并与其连通的储液罐，溶液热交换器的一端分别与所述发生器的底端和精馏器连通，溶液热交换器的另一端分别输出到吸收器储液罐，该储液罐还与所述精馏器连接；还包括有地热水管道和冷却水管道，该地热水管道通过蒸汽过热器输送到所述发生器内，并从该发生器另一侧输出；该冷却水管道与所述吸收器连通。本发电装置结构紧凑，充分利用空间的优势，占地面积小，装置可实现模块化，在建地热电站时，安装非常方便。

Description

中低温地热双工质循环发电装置
技术领域
本发明涉及中低温地热双工质循环发电装置，具体涉及一种利用70～100℃的中低温地热资源的发电方法及装置。
背景技术
目前全球范围内商业化的地热发电技术主要有三种形式：(1)干蒸汽发电；(2)闪蒸发电；(3)双工质发电。在我国，前两者的推广应用主要受到中高温地热资源的限制，而过去对双工质发电技术的试验也仅仅停留在以单一工质作为循环介质，由于系统热损失较大和工质的易燃易爆问题，使得这项技术没有得到顺利开展。前期勘探表明，我国具有丰富的中低温地热资源，且多分布在较为偏远的山区和经济落后的地区，由于应用技术的贫乏，使得70～100℃的中低温地热资源严重浪费。
相对于传统地热发电系统，双工质循环发电系统不仅保证地下水系统封闭，避免污染，而且，通过使用各种低沸点有机工质降低了热源温度，提高了地热资源的利用率。1967年，前苏联在帕拉唐卡(Paratunka)建立了世界上第一座地热双工质电站，装机容量500kW，使用低沸点有机工质。该机组逐渐扩容，总装机容量达到18MW。美国自70年代开始，在双工质发电技术实用领域一直领先，陆续在加州和爱德华州建成多个地热双工质发电站，装机容量从10kW、60kW、1500kW到10MW，至80年代仍不断扩大。
就目前来看，利用中低温地热资源来发电的实用技术主要有两类：(1)单级闪蒸发电系统；(2)以有机朗肯循环为主的双工质循环发电系统。我国惟一一座中低温地热电站——丰顺地热电站采用的就是单级闪蒸发电系统，而目前世界上普遍应用的是有机朗肯循环的双工质循环发电系统。这两种系统都为开发利用中低温地热资源提供有效的技术途径，但也存在如下一些缺陷：
1、单级闪蒸发电系统应用于中低温地热资源，其设备体积庞大，电站占地面积大，热效率较低，关键设备易腐蚀、结垢。尤其是当地热水中不凝气体含量超过3％时，抽气系统的耗功太大，造成电站净输出功率低；
2、双工质循环发电系统主要以有机朗肯循环为主，目前应用的循环工质存在一些安全隐患，最显著的一点就是由于有机工质在汽液两相区是定温过程，使得与热源和冷源的传热温差大，造成换热损失较大，影响其热效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术发电系统设别占地面积大、成本高、热效率低的问题，提供一种发电成本低，占地面积小、无任何污染物排放、热效率高、装置可实现模块化，安装非常方便的中低温地热双工质循环发电装置，。
为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种中低温地热双工质循环发电装置，包括发生器、蒸汽过热器、汽轮机，在发生器内顶部设有精馏器，所述发生器的一端通过所述蒸汽过热器、汽轮机与发电机连接，该汽轮机的另一端输出到吸收器，所述发生器和吸收器内的竖管管束表面均形成降膜；还包括有溶液热交换器，设置于吸收器底部并与其连通的储液罐，所述溶液热交换器的一端分别与所述发生器的底端和精馏器连通，溶液热交换器的另一端分别输出到吸收器储液罐，该储液罐还与所述精馏器连接；还包括有地热水管道和冷却水管道，该地热水管道通过蒸汽过热器输入到所述发生器内，并从该发生器另一侧输出；该冷却水管道与所述吸收器连通。
采用一定浓度的氨水溶液作为循环工质，经过发生器产生浓度非常纯的氨蒸汽推动汽轮机做功发电，发电后的氨蒸汽被吸收器吸收；本发电装置与外界的换热设备为发生器和吸收器。
在所述储液罐与所述精馏器之间、储液罐与所述溶液热交换器之间设有增压泵。
在所述溶液热交换器与吸收器之间设有减压阀。
本发明的工作原理是：
本发电装置主要包括两个循环过程：
1、发电循环过程：浓度较高的氨水溶液进入发生器上部，在发生器内的竖管管束表面形成降膜，被地热水加热，产生浓度可达95％的氨蒸汽；此浓度的氨蒸汽进入精馏器，除去氨蒸汽中的少量水蒸汽，使得氨蒸汽的浓度达到99％以上，接近饱和纯氨蒸汽；然后进入蒸汽过热器，产生高压高温的过热蒸汽，进入汽轮机做功带动发电机发电；发电后的低压氨蒸汽进入吸收器被吸收。
2、氨水溶液循环过程：从发生器底部出来的温度较高的氨水稀溶液，首先进入溶液热交换器降温，然后经过减压阀减压进入吸收器上部，在吸收器内的竖管管束表面形成降膜，吸收发电后的低压氨蒸汽，同时放出热量被冷却水带走；吸收器底部的氨水浓溶液储存在储液罐中，通过溶液增压泵，一部分溶液进入溶液热交换器升温，一部分溶液进入精馏器升温，最后汇合进入发生器上部。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、高效利用70～100℃的中低温地热资源，采用氨水溶液组成新型动力循环，热效率要优于有机朗肯循环，在90℃的地热水和30℃的冷却水条件下，合理配置氨水溶液的浓度，动力循环热效率可达9％～10％；
2、本发明结构简单，发电成本低，由于其利用的是中低温地热资源，勘探费用大大降低，发电成本大约为0.2～0.3元/kWh，低于目前的常规能源发电价格；
3、本发电装置结构紧凑，充分利用空间的优势，占地面积小，装置可实现模块化，在建地热电站时，安装非常方便，只需要把热源进出口与地热水管路连接以及把冷源进出口与冷却水连接即可；
4、本发明利用可再生的地热资源，在运行过程中没有污染物的排放，具有显著的环保效果，完全符合国家节能减排的方针政策。
附图说明
图1是本发明的结构图；
附图标记说明：1、发生器，2、精馏器，3、蒸汽过热器，4、汽轮机，5、发电机，6、吸收器，7、储液罐，8、溶液增压泵，9、溶液热交换器，10、减压阀，11、地热水进水管，12、地热水出水管，13、冷却水进水管，14、冷却水出水管，111、地热水管道，131、冷却水管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1所示，一种中低温地热双工质循环发电装置，包括发生器1、蒸汽过热器3、汽轮机4，在发生器1内顶部设有精馏器2，发生器1的一端通过蒸汽过热器3、汽轮机4与发电机5连接，该汽轮机4的另一端输出到吸收器6，发生器1和吸收器6内的竖管管束表面均形成降膜；还包括有溶液热交换器9，设置于吸收器6底部并与其连通的储液罐7，溶液热交换器9的一端分别与发生器1的底端和精馏器2连通，溶液热交换器9的另一端分别输出到吸收器6储液罐7，该储液罐7还与所述精馏器2连接；还包括有地热水管道111和冷却水管道131，该地热水管道111通过蒸汽过热器3输送到发生器1内，并从该发生器1另一侧输出；该冷却水管道131与吸收器6连通。
进一步的，为防止液体输送压力不够，在储液罐7与精馏器2之间和储液罐7与溶液热交换器9之间设有增压泵8。在溶液热交换器9与吸收器6之间设有减压阀10。
地热水管道111包括通过蒸汽过热器3输送地热水到发生器1内的地热水进水管11，以及从发生器1另一侧输出的地热水出水管12；冷却水管道131包括输送冷却水到吸收器6内的冷却水进水管13，以及从该吸收器6另一侧输出的冷却水出水管14。本发电装置的蒸汽过热器3的水侧管路与地热水进水管11连接，发生器1的水侧管路与地热水出水管12连接，吸收器6的水侧管路与冷却水的冷却水管道131连接。
本实施例的工作原理是：
1、发电循环过程：浓度较高的氨水溶液进入发生器1上部，在发生器1内的竖管管束表面形成降膜，被地热水加热，产生浓度可达95％的氨蒸汽；此浓度的氨蒸汽进入精馏器2，除去氨蒸汽中的少量水蒸汽，使得氨蒸汽的浓度达到99％以上，接近饱和纯氨蒸汽；然后进入蒸汽过热器3，产生高压高温的过热蒸汽，进入汽轮机4做功带动发电机5发电；发电后的低压氨蒸汽进入吸收器6被吸收。
2、氨水溶液循环过程：从发生器1底部出来的温度较高的氨水稀溶液，首先进入溶液热交换器9降温，然后经过减压阀10减压进入吸收器6上部，在吸收器6内的竖管管束表面形成降膜，吸收发电后的低压氨蒸汽，同时放出热量被冷却水带走；吸收器6底部的氨水浓溶液储存在储液罐7中，通过溶液增压泵8，一部分溶液进入溶液热交换器9升温，一部分溶液进入精馏器2升温，最后汇合进入发生器1上部。
本实施例与外界连接方式如下：中低温地热水通过地热水进水管11进入蒸汽过热器3，然后再进入发生器1提供热量，换热后从地热水出水管12出来回灌或用来其它用途；冷却水从吸收器6底部冷却水进水管13进入，吸收热量后从吸收器6上部冷却水出水管14出来。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种中低温地热双工质循环发电装置，其特征在于：包括发生器(1)、蒸汽过热器(3)、汽轮机(4)，在发生器(1)内顶部设有精馏器(2)，所述发生器(1)的一端通过所述蒸汽过热器(3)、汽轮机(4)与发电机(5)连接，该汽轮机(4)的另一端输出到吸收器(6)，所述发生器(1)和吸收器(6)内的竖管管束表面均形成降膜；还包括有溶液热交换器(9)，设置于吸收器(6)底部并与其连通的储液罐(7)，所述溶液热交换器(9)的一端分别与所述发生器(1)的底端和精馏器(2)连通，溶液热交换器(9)的另一端分别输出到吸收器(6)和储液罐(7)，该储液罐(7)还与所述精馏器(2)连接；还包括有地热水管道(111)和冷却水管道(131)，该地热水管道(111)通过蒸汽过热器(3)输入到所述发生器(1)内，并从该发生器(1)另一侧输出；该冷却水管道(131)与所述吸收器(6)连通。
2.如权利要求1所述的中低温地热双工质循环发电装置，其特征在于：在所述储液罐(7)与所述精馏器(2)之间、储液罐(7)与所述溶液热交换器(9)之间设有增压泵(8)。
3.如权利要求2所述的中低温地热双工质循环发电装置，其特征在于：在所述溶液热交换器(9)与吸收器(6)之间设有减压阀(10)。
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