CN1055582A - 地热电站的消声器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种接受地热流体的消声器，包括一个腔室，地 热流体在该腔室中发生闪蒸，释放出地热蒸汽，如水 蒸汽和不凝结气体，并产生富含矿物质的卤水。该腔 室具有一个让卤水流出的下部出口，和一个让地热蒸 汽流过的上部出口。一个热交换器与该上部出口相 连，该热交换器具有一个接受地热蒸汽的第一部分， 和一个容纳工作流体的第二部分。工作流体用地热 蒸汽所含的热量汽化。冷却了的地热蒸汽从而在上 述第一部分产生低pH值凝结液和不凝结气体。通 过上述下部出口流出消声器的卤水与低pH值凝结 液和不凝结气体混合，形成废液。废液可用注入回注 井的办法清除。

Description

本发明涉及一种地热电站的消声器，及以生态学上可接受方式使用该消声器的方法

美国和世界上其他地方许多地热电站是以开式循环运行的。所消耗的蒸汽和凝结气体，如开采井开采的地热流中所含的硫化氢，二氧化碳，氨气等，直接向大气排放。除了向大气排入有害气体外，这些电站还将电站用过的地热流的最终产物富含二氧化硅的卤水用地表排入的办法进行清除。因此，常规地热电站的运行对生态常常构成危害。

典型的常规开式循环地热电站如图1所示。这类电站具有一个开采井，生产饱和蒸汽和热卤水的混合地热流，典型地为400°F和60磅/英寸²。该混合地热流被送往汽水分离器，将饱和蒸汽和不凝结气体从地热流中分离出来。

由图1中的汽水分离器生产出的饱和蒸汽和不凝结气体，被送至透平发电机，它从蒸汽中吸收热量，并发出电能。从透平机中排出的放热后的蒸汽在冷凝器中冷凝。冷凝器由冷却塔供给冷却水，由透平机排出的蒸汽送往冷却塔。结果，水蒸汽和不凝结气体被排入大气。汽水分离器生产出的富含二氧化硅之类的矿物质的热卤水，被收集并用管道送往存储区域。由汽水分离器送往透平发电机的地热混合物部分中所含的全部有害气体都排入了大气。

美国专利第4542625号公开了一种减少大气污染的方法，它是通过冷却冷凝器，并将冷凝器中的凝结液和不凝结气体泵入回注井实现的。这样，所有被抽出的地热流体都送回了地下，防止环境受到有害气体的排放和必需地面储存富含矿物质的卤水造成的污染。

由图1中的汽水分离器分离出的地热液体送到闪蒸分离器，产生蒸汽和热地热流混合物，典型地为20磅/英寸²和300°F。蒸汽送往常规蒸汽透平机，排入冷凝器。冷凝器采用与排汽相连的冷却塔供给的冷却水冷却。余下的仍是热的和具有压力的地热流体直接排入了大气;另有一部分闪蒸成蒸汽。流体的闪蒸引起巨大的噪声，并产生含有水蒸汽，水滴和不凝结气体的蒸汽羽烟。通常，用让余下的流体通过消声器的办法消除噪声。消声器通常是一个水泥腔室，其上有许多蒸汽出口，每一出口与一个垂直烟囱相连，烟囱通常用玻璃纤维制成。此外，消声器还用来调节蒸汽输送系统的压力，以及用来减少地热流体和流体流动产生的噪声。尽管消声器减少了一部分噪声，但含有向大气排放的有害气体的蒸汽羽烟仍是不希望的。此外，在消声器的下部出口产生了浓缩的富含二氧化硅的卤水，这种卤水必须处理。

因此，本发明的目的在于提供一种新的改进的消声器和使用该消声器的方法，它即可减少噪声，又可让通常用于地热电站中的地热混合流体中所含的有害气体以生态可接受方式得到处理。

本发明涉及改进开式循环地热电站的运行。该地热电站属于那种具有采用地基形式的消声器的排放热地热流体的烟囱类型，该地热流体包含有热地热蒸汽和热地热卤水。地热蒸汽包括水蒸汽和不凝结气体，通过烟囱排入到大气中。卤水通过消声器基础，送入地表水流。本发明的方法包括如下步骤：将烟囱排出的地热蒸汽转送至热交换器，该热交换器最好采用管-壳式热交换器，其中容有工作流体。工作流体从地热蒸汽中吸热，从而变成汽化工作流体。地热蒸汽放出热量，产生低PH值的凝结液体和不凝结气体，该热交换器最好用不锈钢等材料制成，这些材料表现出对地热蒸气的明显抗腐蚀性质。

汽化工作流体用于发电;而热交换器产生的凝结和不凝结气体与地热卤水混合，以形成废液，最好将该废液注入回注井。

用汽化工作流体发电的步骤是：汽化工作流体在透平发电机中膨胀，以产生放热后的工作流体，将放热后的工作流体冷凝成凝结工作流体，将凝结工作流体送回热交换器。

工作流体可以是有机流体或水。

下面结合附图以举例方式说明本发明的实施例。其中：

图1为常规开式循环地热电站的示意框图;

图2为一种用于图1所示地热电站的现有技术的消声器剖面图;

图3为按本发明构成的消声器和地热电站框图;

图4为本发明的消声器水平侧视剖面图。

参见附图2，标号10表示一种适用于常规开式循环地热电站，如附图1所示的地热电站的普通消声器。消声器10由水泥腔室11构成，它具有与管道13相连的进口12，富含矿物质的热地热液流由电站通过管道13送至消声器10。该地热流（典型地为300°F、20磅/英寸²）流入腔室11，在室内膨胀至大气压，引起地热液流中的一部分水闪蒸成蒸汽，并析出不凝结气体。这一膨胀过程中伴有巨大噪声，由该消声器降低这种噪声。

如图所示，流入消声器的液流吸入外面的空气，因此，上述腔室充满了由空气、卤水和水的液滴、蒸汽和不凝结气体构成的混合物。由于闪蒸，消声器内液体比流入液体受到更强烈浓缩，浓缩后的液体在该腔室底壁上流动，到达与将浓缩卤水送至储液池的水泥通道15相连的下部出口14。

卤水中的部分矿物质由于卤水闪蒸造成的浓度加大则沉淀在消声器的底部。由于卤水在流至储液池的途中不断冷却，在通道15中造成进一步的沉积。这就需要周期性地清理通道，以防止堵塞。

腔室11还包括上部出口16，空气、液滴、蒸汽和不凝结气体可通过该出口。复盖出口16的去雾器17将液滴与向上流动的物质分开，基本上只允许空气、蒸汽和不凝结气体向上通过通常是由玻璃纤维制成的垂直烟囱18。其结果是，在消声器上升起热羽烟，它含有蒸汽、水滴、二氧化碳、硫化氢和其他有害气体。这种地热羽烟之高导致不希望有的气体的大范围地域分布，这种气体尤其还会造成邻近地热电站广大区域形成酸雨。本发明通过这种或相似类型的消声器减少这类物质向大气的排放。

现参见附图3，它示出了本发明，标号10A表示类似图2所示的消声器10的一种消声器。与图2所示采用烟囱18将腔室中的空气、蒸汽和不凝结气体混合物排放至大气的办法不同，它是通过消声器10A将地热蒸汽输送至热交换器20。该热交换器20最好用不锈钢等耐地热蒸汽腐蚀的材料制成，它有一个接受地热蒸汽的第一部分，和一个容有工作流体的第二部分，工作流体用地热蒸汽所含的热量汽化。由地热蒸汽中传递热量使地热蒸汽中可凝结的气体发生冷凝，产生的液体吸收部分气体。结果，在热交换器的贮液槽21中产生了低PH值的凝结液。贮液槽21中凝结水上面是含有地热蒸汽中不凝结气体的空间22。

以接头23和泵24形式的混合装置，将从消声器10A引出的管道26中的卤液与从贮液槽21中排出的低PH值凝结液混合成废液，该废液可送到回收池，那里的水头足以使废液送入回注井27，并在井中进行处理。另一种可置换的办法是，将废液加压，并送至接头23。最好是用压缩机25将热交换器空间22中的不凝结气体压缩，并与废液相混合，以在回注井中处理。

流出消声器10A的富含矿物质的卤水中，含有热交换器20产生的低PH值凝结液，减少了通向回注井的管道中冷却的卤水中矿物质的析出量。这对于减少与回注井相通的各管道中的沉淀物（主要是二氧化硅）的堵塞是有利的。

热交换器20中的工作流体可以是一种有机流体或水，它在热交换器中被汽化，并送至透平发电机28，以发出电力，同时产生放热后的工作流体。放热后的工作流体被送至冷凝器29，在冷凝器中冷凝，并用泵30送回热交换器，以使循环重复进行。冷凝器29最好用适当的冷却水冷却。

最佳形式的热交换器20表示在图4中，它表示出了具有按照本发明的消声器10A的普通腔室11A。特别表示出了用密封40密封的腔室11A进口，与图2所示的普通消声器比较，可以减少周围空气的吸入。这样，热地热液流流入腔室11A，气体成份、进入的液态水和卤水液点向上流动，通过出口16A流出。与去雾器17A相遇后，蒸汽、汽化物和不凝结气体送至管-壳式热交换器20A的管41内。该热交换器最好安装有水平布置的管。

气态组份流过热交换器中的管41，向该管外的工作流体放热。由于沿管长度的传热作用，工作流体被汽化。管的外端是气室22A，在其下端有贮液槽21A。气室22A容纳的基本上是不凝结气体，而贮液槽21A存有低PH值凝结液。液态凝结液通过管道42排至泵24，以连同流过腔室11A中的出口14A的卤水43一起注入回注井27。同时腔室11A的地板19是相对水平面倾斜的，以有助于减少腔室中二氧化硅等沉淀物的堆积。

出口14A的大小用可调节的闸门44控制，以与卤水43的流量相协调。闸门44减少了周围空气流入腔室内部的流量。

管41外面的工作流体可以是水或有机流体，由于与管道41内流动的蒸汽、汽化物和不凝结气体间传热的结果，受到汽化。热交换器20A设有中央圆拱45，它起收集被汽化的工作流体的气包的作用。汽化工作流体通过管道47送给透平发电机28的透平机46。气室22A中的不凝结气体通过48处排至压缩机25。

从对本发的上述最佳实施例的说明可清楚看出本发明的方法和装置带来的优点和效果。还可作各种变化和变型，但这均不脱离权利要求所述的本发明的划定范围。

Claims (24)

1、一种改进开式循环地热电站运行的方法，该地热电站属于具有基础形式的消声器和排放热地热流体的烟囱类型，地热流体由热地热蒸汽和热地热卤水组成，地热蒸汽包括水蒸汽和不凝结气体，通过烟囱自排放到大气中，卤水通过消声器基础，送入地表水流，所述的方法包括下述步骤：

a)将烟囱排出的地热蒸汽转送至容有工作流体的管壳式热交换器，工作流体从地热蒸汽中吸热，从而变成汽化工作流体，地热蒸汽放出热量，产生低PH值的凝结液和不凝结气体；

b)用汽化工作流体发电；

c)将热交换器产生的凝结液和不凝结气体与地热卤水混合，以形成废液。

2、按照权利要求1所述的方法，其中包括将所述废液注入回注井这一附加步骤。

3、按照权利要求2所述的方法，其中用汽化工作流体发电是通过这样的步骤进行的：在透平发电机中使汽化工作流体膨胀，以产生放热工作流体，将放热工作流体冷凝成凝结工作流体，以及将凝结工作流体送回热交换器。

4、按照权利要求3所述的方法，其中工作流体是有机流体。

5、按照权利要求3所述的方法，其中工作流体是水。

6、一种利用含有水蒸汽、不凝结气体和含有不溶性矿物质的卤水的地热流体，减少地热卤水中的矿物质沉淀的方法，该方法包括如下步骤：

a）将水蒸汽和不凝结气体从卤水中分离出来;

b）在有所述不凝结气体存在的情况下凝结所述水蒸汽，以产生低PH值凝结液和不凝结气体;

c）将所述凝结液与所述卤水混合。

7、一种用于排入含有不凝结气体的热地热流体和含矿物质卤水的消声器，该消声器包括：

a）一个腔室，它具有一个接受所述流体和产生地热蒸汽、不凝结气体和液体的进口，具有一个所述卤水流入的下部出口，以及具有一个所述地热蒸汽流入的上部出口;

b）一个与上部出口相连的热交换器，它具有一个接受所述地热蒸汽的第一部分，和一个容纳工作流体的第二部分，工作流体用所述地热蒸汽所含热量汽化，地热蒸汽被冷凝，从而在所述的第一部分产生低PH值凝结液和不凝结气体。

8、按照权利要求7所述的消声器，包括能对汽化工作流体作出反应的以发出电能的发电装置。

9、按照权利要求8所述的消声器，其中所述的发电装置包括一台能对所述汽化工作流体作出反应，以产生电能和放热后的工作流体的透平发电机，一台将所述放热后的工作流体冷凝成工作流体凝结液的冷凝器，和将所述工作流体凝结液送回所述热交换器的装置。

10、按照权利要求14所述的消声器，其中所述的混合装置是设计和布置成可将所述废液注入回注井。

11、按照权利要求14所述的消声器，其中所述的混合装置是设计和布置成可从热交换器的第一部分抽出不凝结气体，和将抽出的气体注入回注井。

12、按照权利要求7所述的消声器，其中所述的热交换器具有管壳形状，所述的第一部分是管子内部。

13、按照权利要求12所述的消声器，其中所述管子是水平设置的。

14、按照权利要求7所述的消声器，其中包括有将排出所述下部出口的卤水和所述低PH值凝结液相混合，以形成废液的混合装置。

15、一种用于地热流体的消声器，该地热流体包括以水蒸汽和不凝结气体形式出现的地热蒸汽和以含矿物质的卤水形式出现的地热液体，所述消声器包括：

a）一个接受所述地热流体的腔室，具有一个供所述卤水流入的下部出口，和一个供所述地热蒸汽流入的上部出口;

b）一个与上部出口连接的热交换器，该热交换器具有一个接受所述地热蒸汽的第一部分，和一个容纳工作流体的第二部分，该工作流体用所述地热蒸汽所含热量汽化，所述地热蒸汽被凝结，从而产生低PH值凝结液和所述第一部分中的不凝结气体。

16、按照权利要求15所述的消声器，包括用以将排出所述下部出口的卤水和所述低PH值凝结液相混合以形成废液的混合装置。

17、按照权利要求15所述的消声器，包括对汽化工作流体作出反应以发出电能的发电装置。

18、按照权利要求17所述的消声器，其中所述的发电装置包括一台透平发电机，它对所述汽化工作流体作出反应以产生电能和放热后的工作流体，一台冷凝器，它将所述放热后的工作流体冷凝成工作流体凝结液，和用以将所述工作流体凝结液送回所述热交换器的装置。

19、按照权利要求16所述的消声器，其中所述的混合装置是设计和布置成可将所述废液注入回注井。

20、按照权利要求16所述的消声器，其中所述的混合装置是设计和布置成可从所述热交换器的第一部分吸出不凝结气体，并将吸出的气体注入回注井。

21、按照权利要求15所述的消声器，其中所述的热交换器具有管壳形状，所述第一部分为管子的内部。

22、按照权利要求21所述的消声器，其中所述管子是水平设置的。

23、按照权利要求15所述的消声器，其中所述的热交换器是由不腐蚀材料制成的。

24、按照权利要求15所述的消声器，其中所述的热交换器是由不锈钢制成的。