CN102226447B - 中低温地热发电机组系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中低温地热发电机组系统装置。在结构上：由第二冷凝器、溶剂泵、蒸发器、吸收器依次连接构成吸收增温系统。高温回热器通过管路接于分离器下部，在发生器与吸收器壳侧之间接有第二溶液加压泵。吸收器串接于发生器与高温回热器之间、以及汽轮机的乏汽管接入第二冷凝器的溶剂侧，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为带有吸收增温装置的中低温地热发电机组。地热水进入发生器水侧经蒸发器水侧排出。本装置可产生100℃左右的吸收温度，将地热废水的排放温度降至60℃左右，达到用低品位的地热能提高机组发电效率的目的。本发明无需对Kalina系统设备各项参数进行大规模调整，工质种类及状态参数也均与系统相吻合。

Description

中低温地热发电机组系统装置

技术领域

本发明属于地热资源利用，具体涉及一种与卡林那(Kalina)循环耦合的中低温地热能发电装置。

背景技术

目前利用中低温地热能进行发电大部分是采用朗肯循环，Kalina循环可采用NH₃-H₂O作为非共沸工质，通过分馏改变工质的浓度，吸收地热能来进行发电，其循环效率比有机朗肯循环(ORC)提高20％-40％。Kalina循环用于中低温地热发电，地热水源温度要求在200-120℃之间，而发电后排放的地热水温度则高于80℃，即排放温度不能进一步降低，其所含的热能也不能被利用。在地热水排放温度低于80℃的条件下如果采用Kalina循环，所带来的问题是：较低的地热水排放温度对应的氨水溶液蒸发压力也较低，汽轮机进口压力随着降低，造成循环发电效率降低；另外地热水温度较低时，系统中换热设备的换热温差减小，提高换热面积将导致系统投资增大，造成发电系统的经济性降低。所以如何利用较低温度的地热水能量，成为新能源领域技术开发的热点。基于此，本发明所提出的中低温地热能发电装置，可以有效改善上述缺陷，使地热发电的效率提高，系统经济性更好。

发明内容

为了弥补Kalina循环用于中低温地热发电机组之不足，本发明的目的是，通过采用吸收增温的方法使提高地热水的利用温位，而提供了一种与Kalina循环相耦合的中低温地热能发电装置。

以下结合附图对本发明原理和结构装置进行说明。本发明的原理是借鉴第二类吸收式热泵的循环理论，将部分汽轮机出口低压的氨蒸气引入吸收增温装置，经冷凝增压后，在蒸发器中吸收排放地热水的热量，并在吸收器中以更高的吸收温度向发电系统工质放热，实现排放地热水中地热能向发电工质能量的转移，并最终由发电工质在汽轮机中做功，产生电能。对于本发明来说，基于Kalina地热发电循环增加一套吸收增温装置，利用较低温度的地热能与Kalina循环进行耦合，由此提高地热发电的热经济性。装置结构如附图所示：高温回热器、发生器、分离器、汽轮机、低温回热器、第一冷凝器以及第一溶液加压泵依次串接；第一节流阀并联接于高温回热器与低温回热器之间，构成Kalina地热发电系统。由第二冷凝器、溶剂泵、蒸发器、吸收器依次连接构成吸收增温系统(附图中的虚线框)。吸收增温系统与Kalina地热发电系统的连接：高温回热器通过管路接于分离器下部，在发生器与吸收器壳侧之间接有第二溶液加压泵。第二节流阀一端接于吸收器与蒸发器之间；另一端接于高温回热器与第一节流阀之间。吸收器串接于发生器与高温回热器之间、以及汽轮机的乏汽管接入第二冷凝器的溶剂侧，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为带有吸收增温装置的中低温地热发电机组。地热水进入发生器水侧经蒸发器水侧排出。

纯质(工质)在不同压力下，其冷凝/蒸发的温度不同，应用工质(氨)的压力越高，冷凝/蒸发温度也越高。另外氨溶液在吸收氨蒸气时为放热反应，将产生比氨蒸发温度高的吸收温度，如稀氨水溶液吸收氨蒸气时，将发出大量的热。装置循环过程为：

(1)来自汽轮机出口的低温低压氨蒸气(压力＜10bar)进入第二冷凝器，管内流动低温冷凝水，管外为氨蒸气，氨蒸气被冷凝为低温低压的氨液，汇集在该冷凝器下部，通过溶剂泵抽取加压至高压(蒸发压力)，氨液变为高压低温的液体，进入到蒸发器中。

(2)氨液喷淋到蒸发器换热管束外侧，与换热管内侧流动的排放地热水进行换热，在给定蒸发压力的条件下，氨液蒸发形成高温高压的氨蒸气；尚未蒸发的氨液，汇集到蒸发器下方，在压差作用下经管道回流至第二冷凝器，被溶剂泵重新抽取至蒸发器进行充分蒸发，实现氨液的充分蒸发。

(3)然后进入经第一冷凝器以及第一溶液加压泵、低温回热器、高温回热器、吸收器、发生器，实现氨水溶液工质的循环。氨蒸气透过蒸发器与吸收器间的挡板，被喷淋在换热管上稀氨溶液(来自分离器)吸收，产生吸收反应热，使吸收氨蒸气后形成的浓氨溶液温度升高，达到较高的吸收温度(100℃左右)，使溶液的温度升高，加热用于系统发电的氨水溶液(管内)同时，采用溶液加压泵将高温的溶液直接送入发生器。放热后的浓氨溶液(管外)，进入高温回热器、低温回热器，吸收其余的氨蒸气，回收热量。通过上述循环实现了排放地热水与发电工质(氨水溶液)热量交换，吸收更多的地热能用于发电。

本发明的特点和有益效果是，在Kalina地热发电机系统中加入增温装置，可产生100℃左右的吸收温度，同时将地热废水的排放温度降至60℃左右，达到利用低品位的地热能(80℃)来提高机组发电效率的目的。本发明不需要对原系统设备的各项设计参数进行大规模调整，工质种类及状态参数也均与Kalina系统相吻合。本发明装置结构紧凑，连接管道少，便于安装和保证密闭性要求。由于装置自身耗能低，除溶剂泵和加压泵少量耗电外，其余流体的流动可依靠系统剩余压力和换热器间氨蒸气的密度差。耦合式Kalina地热发电系统的经济性可提高10％。

附图说明

所示附图为本发明系统原理结构示意简图。图中虚线框为吸收增温装置。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明原理和结构装置做进一步的说明。带有吸收增温装置的中低温地热发电机组具有：发生器、分离器、汽轮机、回热器、冷凝器、节流阀、溶液加压泵、吸收器以及溶剂泵等。高温回热器1、发生器2、分离器3、汽轮机4、低温回热器5、第一冷凝器6-1以及第一溶液加压泵7-1依次串接；第一节流阀8-1并联接于高温回热器1与低温回热器5之间，构成Kalina地热发电系统。由第二冷凝器6-2、溶剂泵9、蒸发器10、吸收器11依次连接构成吸收增温系统(如图)。高温回热器1通过管路接于分离器3下部，在发生器2与吸收器11壳侧之间接有第二溶液加压泵7-2。第二节流阀8-2一端接于吸收器11与蒸发器10之间；另一端接于高温回热器1与第一节流阀8-1之间。吸收器11串接于发生器2与高温回热器1之间、以及汽轮机4的乏汽管接入第二冷凝器6-2的溶剂侧，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为带有吸收增温装置的中低温地热发电机组。地热水进入发生器2水侧经蒸发器10水侧排出。第一和第二冷凝器6-1、6-2进水管设有水泵12，为两个冷凝器供水。冷凝器出水经水塔冷却。溶剂泵9为屏蔽式增压泵，并变频调节，用于调节工质流量和调整蒸发器压力。吸收增温装置中的各设备间工质溶液的流动与状态参数变化具有关联性。在蒸发器内设置压力仪表，监测设备启动、运行过程中的蒸发压力。对于本实施例：进入吸收增温装置(蒸发器)的地热水温度为80℃，排水温度为60℃。

第二冷凝器为钢管水平降膜式换热器；管内流体为循环冷凝水，管外流体为氨蒸气，作用是将氨蒸气冷凝为液体。溶剂泵为屏蔽式增压泵，屏蔽隔绝泵两侧的流体，对氨液加压，提高蒸发器内的压力。蒸发器管内流体为地热水，管外流体为氨液，蒸发器吸收地热能将高压氨液蒸发。节流阀将分离器出口的高压稀氨水溶液压力降低至蒸发器内的压力。吸收器管内为浓氨水溶液，管外稀氨水溶液，管外稀氨水溶液吸收来自蒸发器产生的氨蒸气，向管内浓氨水溶液传递热量。考虑氨具有毒性和爆炸性，上述所有设备都需具有较好的密封性。

Claims (3)

1.中低温地热发电机组系统装置，具有发生器、分离器、汽轮机、回热器、冷凝器、蒸发器节流阀、溶液加压泵、吸收器以及溶剂泵，其中高温回热器(1)、发生器(2)、分离器(3)、汽轮机(4)、低温回热器(5)、第一冷凝器(6-1)以及第一溶液加压泵(7-1)依次串接；第一节流阀(8-1)并联接于高温回热器(1)与低温回热器(5)之间，构成Kalina地热发电系统，由第二冷凝器(6-2)、溶剂泵(9)、蒸发器(10)、吸收器(11)依次连接构成吸收增温系统，其特征是高温回热器(1)通过管路接于分离器(3)下部，在发生器(2)与吸收器(11)壳侧之间接有第二溶液加压泵(7-2)，第二节流阀(8-2)一端接于吸收器(11)与蒸发器(10)之间；另一端接于高温回热器(1)与第一节流阀(8-1)之间；吸收器(11)串接于发生器(2)与高温回热器(1)之间、以及汽轮机(4)的乏汽管接入第二冷凝器(6-2)的溶剂侧，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为带有吸收增温装置的中低温地热发电机组，地热水进入发生器(2)水侧经蒸发器(10)水侧排出。

2.按照权利要求1所述的中低温地热发电机组系统装置，其特征是将所述第一和第二冷凝器(6-1、6-2)进水管设有水泵(12)，冷凝器出水经水塔冷却。

3.按照权利要求1或2所述的中低温地热发电机组系统装置，其特征是将所述溶剂泵(9)为屏蔽式增压泵，并变频调节。

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