CN103343734B - 一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统 - Google Patents
一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统。该系统由单螺杆膨胀机有机朗肯循环回路模块、单螺杆膨胀机润滑油循环回路模块、地热源循环回路模块、冷却系统循环回路模块和发电系统模块五个部分组成。单螺杆膨胀机具有适合中低温地热发电功率范围、适应湿蒸汽进入膨胀机带液膨胀进而减少膨胀机内泄漏的特点，该系统充分利用单螺杆膨胀机特性将中低温地热源加热下产生的高压有机工质蒸汽通过其膨胀做功带动发电机组，以此获得较高的热效率提高发电量。该系统降低了地热温度对地热资源勘探的高风险及地热资源开采和回灌难度，有效利用了工质的潜热、提升了能源利用率和地热发电系统循环热效率并降低循环不可逆损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机，涉及中低温地热发电系统领域，特别涉及一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统。
背景技术
地热发电是地热能利用的主要方式。目前国内外地热发电主要以高温地热源为主，而世界上只有不足1/4的地热源属于高温地热源，因此对中低温地热资源发电领域研究具有重要理论意义和经济价值。
目前地热发电系统主要分为干蒸汽地热发电系统、闪蒸地热发电系统、有机朗肯循环地热发电系统和干热岩地热发电系统，其中有机朗肯循环地热发电系统因能够利用低品位、盐量大、腐蚀性强和不凝气体含量高的地热资源而适用于中低温地热资源发电，该系统能显著降低地热资源开采和回灌难度，适应资源不稳定性。原动机效率是影响发电系统性能重要因素，传统汽轮机单机功率不能太小，进口气体需为过热蒸汽或饱和蒸汽，而地热发电系统对汽轮机运行条件要求比较苛刻，所以传统汽轮机只适用于大型发电系统。在部分有机朗肯循环中，若采用改进过的汽轮机，那么汽轮机末级叶片高度、排气管道尺寸及空冷冷凝器中的管道直径均较小，导致与有机朗肯循环的匹配效果并不理想。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统。单螺杆膨胀机具有适合中低温地热发电功率范围、适应湿蒸汽进入膨胀机带液膨胀进而减少膨胀机内泄漏的特点；该系统基于此充分利用中低温地热源，选择有机朗肯循环并在单螺杆膨胀机外部增加润滑油循环回路；通过采用低沸点有机工质，将中低温地热源加热下产生的高压有机工质蒸汽进入单螺杆膨胀机膨胀做功，进而带动发电机组发电以此获得较高的热效率并提高发电量；同时在符合中低温地热发电系统工作过程中的膨胀机内工质温度范围内，控制工质工作温度增加单螺杆膨胀机润滑油循环回路系统，可使单螺杆膨胀机的输出功率和扭矩增加、工质气耗率减小，单螺杆膨胀机出口压力降低、膨胀比增加，进而提高整个中低温地热源发电系统热效率、降低不可逆损失。
发明内容
本发明的目的在于提出一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统。该系统由单螺杆膨胀机有机朗肯循环回路模块、单螺杆膨胀机润滑油循环回路模块、地热源循环回路模块、冷却系统循环回路模块和发电系统模块五个部分组成；针对地热资源的地理位置及温度范围分布对地热发电制约，着眼于分布较广的中低温地热资源在发电过程中不易利用特点，解决膨胀机工作性能的缺陷以及提高膨胀机效率，进而提高地热发电系统循环热效率、降低循环不可逆损失并增加系统运行的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术解决方案是一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统。系统的五个部分模块由以下几个装置组成：单螺杆膨胀机有机朗肯循环回路模块包括工质泵、预热器、蒸发器、单螺杆膨胀机和冷凝器；单螺杆膨胀机润滑油循环回路模块包括单螺杆膨胀机、油路阀门、气液分离器、过滤器、储气罐、润滑油循环泵和油路阀门；地热源循环回路模块包括生产井、地热水供给泵、蒸发器、预热器、注入泵、过滤器和回灌井；冷却系统循环回路模块包括冷凝器、空气冷却器和冷水泵；发电系统模块包括单螺杆膨胀机、发电机组及负载。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该系统有效地利用了分布广泛的中低温地热资源，克服了地热资源分布对地热发电的制约，降低了地热温度对地热资源勘探的高风险及地热资源开采和回灌难度。
2、单螺杆膨胀机具有适合中低温地热发电功率范围、适应湿蒸汽进入膨胀机带液膨胀进而减少膨胀机内泄漏的特点，且其工作过程平稳、振动小、噪音低、寿命长，在中低温小规模热源发电系统中，能够有效利用工质的潜热提升能源利用率。
3、在单螺杆膨胀机外部通过增加润滑油循环回路，能够显著提高单螺杆膨胀机的工作性能、提高地热发电系统循环热效率和降低循环不可逆损失。
附图说明
图1为单螺杆膨胀机有机朗肯循环中低温地热发电系统结构图
图2为单螺杆膨胀机有机朗肯循环系统示意图
图3为单螺杆膨胀机润滑油循环回路示意图
图4为中低温地热源循环回路示意图
图5为冷却系统循环回路示意图
图中：1、工质泵；2、预热器；3、蒸发器；4、单螺杆膨胀机；5、冷凝器；6、油路阀门；7、气液分离器；8、过滤器；9、润滑油循环泵；10、油路阀门；11、储气罐；12、生产井；13、地热水供给泵；14、注入泵；15、过滤器；16、回灌井；17、空气冷却器；18、冷水泵；19、发电机组；20、负载。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示为单螺杆膨胀机有机朗肯循环中低温地热发电系统结构图。该系统包括工质泵1、预热器2、蒸发器3、单螺杆膨胀机4、冷凝器5、油路阀门6、气液分离器7、过滤器8、润滑油循环泵9、油路阀门10、储气罐11、生产井12、地热水供给泵13、注入泵14、过滤器15、回灌井16、空气冷却器17、冷水泵18、发电机组19及负载20。其中工质泵1、预热器2、蒸发器3、单螺杆膨胀机4和冷凝器5通过管路首尾依次相连组成单螺杆膨胀机有机朗肯循环回路模块；单螺杆膨胀机4、油路阀门6、气液分离器7、过滤器8、润滑油循环泵9、油路阀门10通过管路首尾依次相连形成单螺杆膨胀机润滑油循环回路，气液分离器7与储气罐11通过管路相连共同组成单螺杆膨胀机润滑油循环回路模块；生产井12、地热水供给泵13、蒸发器3、预热器2、注入泵14、过滤器15和回灌井16通过管路依次连接组成地热源循环回路模块；冷凝器5、空气冷却器17和冷水泵18通过管路依次连接组成冷却系统循环回路模块；单螺杆膨胀机4、发电机组19及负载20依次连接组成发电系统模块。
如图2所示为单螺杆膨胀机有机朗肯循环系统示意图，有机朗肯循环工作过程以单螺杆膨胀机为基础，液态有机工质通过工质泵1加压进入预热器2中与较低温的地热源热水换热后，通过蒸发器3与较高温地热源热水换热蒸发汽化（此时有机工质为高焓饱和气体），随后进入单螺杆膨胀机4中膨胀输出有用功；单螺杆膨胀机4作为发电机组的动力装置带动发电机组19运转，产生的电能供给负载20正常工作；单螺杆膨胀机4出口的有机工质为低压过热蒸汽，通过冷凝器5成为饱和液体重新回到工质泵1中开始一个新的循环，整个过程持续不断地产生电能供给用户。
如图3所示为单螺杆膨胀机润滑油循环回路示意图。单螺杆膨胀机润滑油循环工作过程为：润滑油从单螺杆膨胀机4中通过开启的油路阀门6进入到气液分离器7中；分离出的气体在储气罐11中被收集，分离出来的润滑油经过过滤器8滤出杂质后由润滑油循环泵9通过开启的油路阀门10重新回到单螺杆膨胀机4中工作。
如图4所示为中低温地热源循环回路示意图。中低温地热源循环工作过程为：中低温地热源热水从生产井12中抽出，通过地热水供给泵13将较高温的中低温地热水进入蒸发器3中加热有机工质到饱和气体状态；温降后的地热水通入到预热器2中预热有机工质，换热后的地热水由注入泵14和过滤器15回灌到回灌井16中；过滤器15用来解决物理堵塞和气体堵塞问题，保证地热水顺利回灌。
如图5所示为冷却系统循环回路示意图。冷却水循环工作过程为：冷却水从冷水泵18进入冷凝器5中将有机工质冷凝为饱和液体，然后再经过空气冷却器17重新回到冷水泵18中。
该中低温地热发电系统有效地利用了分布广泛的中低温地热资源，克服了地热资源分布对地热发电的制约，降低了地热温度对地热资源勘探的高风险及地热资源开采和回灌难度；同时单螺杆膨胀机具有适合中低温地热发电功率范围、适应湿蒸汽进入膨胀机带液膨胀进而减少膨胀机内泄漏的特点，保证了系统工作过程的平稳、振动小、噪音低、寿命长，在中低温地热源发电系统中，能够有效利用工质的潜热提升能源利用率；在单螺杆膨胀机外部通过增加润滑油循环回路系统，能够显著提高单螺杆膨胀机的工作性能、提高地热发电系统循环热效率和降低循环不可逆损失。
Claims (2)
1.一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统，其特征在于：该系统由单螺杆膨胀机有机朗肯循环回路模块、单螺杆膨胀机润滑油循环回路模块、地热源循环回路模块、冷却系统循环回路模块和发电系统模块五个部分组成；工质泵(1)、预热器(2)、蒸发器(3)、单螺杆膨胀机(4)和冷凝器(5)通过管路首尾依次相连组成单螺杆膨胀机有机朗肯循环回路模块；单螺杆膨胀机(4)、油路阀门(6)、气液分离器(7)、过滤器(8)、润滑油循环泵(9)、油路阀门(10)通过管路首尾依次相连形成单螺杆膨胀机润滑油循环回路，气液分离器(7)与储气罐(11)通过管路相连共同组成单螺杆膨胀机润滑油循环回路模块；生产井(12)、地热水供给泵(13)、蒸发器(3)、预热器(2)、注入泵(14)、过滤器(15)和回灌井(16)通过管路依次连接组成地热源循环回路模块；冷凝器(5)、空气冷却器(17)和冷水泵(18)通过管路依次连接组成冷却系统循环回路模块；单螺杆膨胀机(4)、发电机组(19)及负载(20)依次连接组成发电系统模块；过滤器(15)用来解决物理堵塞和气体堵塞问题，保证地热水顺利回灌。
2.根据权利要求1所述的一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统，其特征在于：有机朗肯循环工作过程以单螺杆膨胀机为基础，液态有机工质通过工质泵(1)加压进入预热器(2)中与较低温的地热源热水换热后，通过蒸发器(3)与较高温地热源热水换热蒸发汽化，此时有机工质为高焓饱和气体，随后进入单螺杆膨胀机(4)中膨胀输出有用功；单螺杆膨胀机(4)作为发电机组的动力装置带动发电机组(19)运转，产生的电能供给负载(20)正常工作；单螺杆膨胀机(4)出口的有机工质为低压过热蒸汽，通过冷凝器(5)成为饱和液体重新回到工质泵(1)中开始一个新的循环，整个过程持续不断地产生电能供给用户；润滑油从单螺杆膨胀机(4)中通过开启的油路阀门(6)进入到气液分离器(7)中；分离出的有机工质气体在储气罐(11)中被收集，分离出来的润滑油经过过滤器(8)滤出杂质后由润滑油循环泵(9)通过开启的油路阀门(10)重新回到单螺杆膨胀机(4)中工作；中低温地热源热水从生产井(12)中抽出，通过地热水供给泵(13)将较高温的中低温地热水进入蒸发器(3)中加热有机工质到饱和气体状态；温降后的地热水通入到预热器(2)中预热有机工质，换热后的地热水由注入泵(14)和过滤器(15)回灌到回灌井(16)中；冷却水从冷水泵(18)进入冷凝器(5)中将有机工质冷凝为饱和液体，然后再经过空气冷却器(17)再重新回到冷水泵(18)中。
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