CN106640248B - 一种利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统，属于地热能发电领域。该系统包括低压工质泵，高压工质泵，预热器，低压工质加热器，高压工质加热器，低压膨胀机，高压膨胀机，冷凝器，分离器，混合器。整个发电过程包括低压跨临界朗肯循环发电和高压跨临界朗肯循环发电两个部分，实现了对地热能的充分利用，减少过程的不可逆损失，效率大幅提升，输出功和热效率也较高本，可广泛应用于地热能发电领域。
Description
技术领域
本发明属于利用地热能发电领域，特别涉及一种利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统。
背景技术
在能源危机日益严重的情况下，利用可再生能源显的尤为重要，如果能经济合理地对地热能做发电利用，将极大地促进地热资源的开发，减少发电用化石燃料消耗以及相应的温室气体，大气污染物的排放，为可持续发展提供重要的能源支持。
对于地热能的利用，最初的单级亚临界朗肯循环输出功很低，为了降低损失，提高输出功，出现了两种改进方式：一种是从工质入手，采用是循环性能优异的工质或采用非共沸混合工质；另一种是从循环形式上入手，采用单级跨临界循环或改变循环结构。
对于目前较为新型的两级蒸发朗肯循环，虽然输出功和热效率都得到了提高，但是由于加入了换热器或者额外的循环，这种提高是以增加成本为代价的，因此其循环形式有待进一步改善，在成本增加的同时，获得更大的输出功。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统。该系统能够极大地改善热源与工质的温度匹配，降低损失，提高输出功，进而充分利用地热提供电能。
本发明的技术方案：
一种利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统，包括低压工质泵、高压工质泵、预热器、低压工质加热器、高压工质加热器、低压膨胀机、高压膨胀机、分离器、混合器、冷凝器和发电机组；
热源为地热水，依次经过高压工质加热器5、低压工质加热器4和工质预热器3；
冷凝为水冷，冷却水在冷凝器10中与工质进行换热，将工质冷凝为饱和液体；
工质在冷凝器10中冷凝至饱和液体，由低压工质泵1加压至高于临界压力后流入工质预热器3，将工质加热至临界温度，然后经分离器8分为两股物流：一股进入低压工质加热器4加热为高温高压的超临界流体，再进入低压膨胀机7膨胀对外做功，使所连接的发电机组11发电；另一股由高压工质泵2加压，再流入高压工质加热器5加热，压力更大的超临界流体再进入高压膨胀机6膨胀对外做功，使所连接的发电机组11发电；两股物流由混合器9合并为一股物流进入冷凝器10冷凝为饱和液体，开始新的循环。
本发明的有益效果：
1.本发明由于地热能(可再生)进行发电，在节能减排方面获得较大收益，为可持续发展提供能源支持。
2.本发明采用两级跨临界循环，在地热水与工质的换热过程中，工质与热源温度匹配良好，损失大幅度降低，提高了循环的输出功。
3.本发明采用R125作为工质，利用地热能发电，也可采其他工质、利用其它热源，可根据工程实际情况，由可利用的热源确定合适的工质，因而本发明在应用上具有灵活方便的优点。
4.本发明因为两级均为跨临界循环，因此可以适当提高工质进入高压膨胀机和低压膨胀机的温度，产生更多电能，进一步提高循环效率。
5.本发明该系统易于控制，避免了独立循环回路多控制难，使用方便，可广泛应用于地热能发电领域。
综上所述，本发明以地热水作为热源，R125作为工质，采用两级冷凝系统，可以降低传热过程的不可逆损失，获得很高的输出功，且系统使用方便灵活性好。
附图说明
图1是本发明利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统的示意图。
图中：1低压工质泵；2高压工质泵；3工质预热器；4低压工质加热器；5高压工质加热器；6高压膨胀机；7低压膨胀机；8分离器；9混合器；10冷凝器；11发电机组。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例
本实施例热源采用压力为5MPa，温度为120℃的地热水，处理量为20kg/s，其组成假设为纯水，循环过程所需的工质为R125,冷却水流入温度15℃，预热器，低压工质加热器，高压工质加热器夹点温差均为10℃，冷凝器夹点温差5℃。
如图1所示，具体工艺步骤和工艺条件如下：
1.冷凝器10出口处工质液体为饱和液体(温度25℃，压力1.37MPa，流量54.45kg/s)，经低压工质泵1加压至超临界压力，压力为3.69MPa，温度为27.44℃，低压工质泵1消耗功率为140.17KW。
2.工质液体与地热水(从低压工质加热器4流出，压力为0.5MPa，温度变为76.02℃)在预热器3中进行热量交换，使工质温度变为66.02℃，压力不变(3.69MPa)，
3.工质从预热器3中流出，进入分离器8，分为两股物流：
物流一流量为14.45kg/s，进入低压工质加热器4与地热水(从高压工质加热器流出，温度85.45℃，压力0.5MPa)换热，温度升至74.46℃，压力不变(3.69MPa)。之后，该物流进入低压膨胀机7膨胀并对外做功(122.22KW)，经发电机组发电。膨胀后的工质温度为31.53℃，压力与工质在冷凝器10中压力相同(1.37MPa)。
物流二流量为40.00kg/s，进入高压工质泵2加压至5.79MPa，泵消耗功率为136.67KW。然后进入高压工质加热器5与热源(温度120℃，压力0.5MPa)换热，温度升至106.85℃，压力不变(5.79MPa)。之后该物流进入高压膨胀机6膨胀并对外做功(541.44KW)，经发电机组发电。膨胀后温度为47.48℃，压力与工质冷凝器出口压力相同(1.37MPa)。
4.物流一、二膨胀后进入混合器9混合，混合后温度43.25℃，压力不变(1.37MPa)。工质混合后进入冷凝器10冷凝为饱和液体状态(与第1步过程相同)，开始新的循环。
经计算在此过程中净输出功为388.82KW，热效率为5.23％，效率为37.18％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种利用地热能的两级跨临界朗肯循环发电系统，其特征在于，该两级跨临界朗肯循环发电系统包括低压工质泵(1)、高压工质泵(2)、工质预热器(3)、低压工质加热器(4)、高压工质加热器(5)、高压膨胀机(6)、低压膨胀机(7)、分离器(8)、混合器(9)、冷凝器(10)和发电机组(11)；
热源为地热水，依次经过高压工质加热器(5)、低压工质加热器(4)和工质预热器(3)；
冷凝为水冷，冷却水在冷凝器(10)中与工质进行换热，将工质冷凝为饱和液体；
工质在冷凝器(10)中冷凝至饱和液体，由低压工质泵(1)加压至高于临界压力后流入工质预热器(3)，将工质加热至临界温度，然后经分离器(8)分为两股物流：一股进入低压工质加热器(4)加热为高温高压的超临界流体，再进入低压膨胀机(7)膨胀对外做功，使所连接的发电机组(11)发电；另一股由高压工质泵(2)加压，再流入高压工质加热器(5)加热，压力更大的超临界流体再进入高压膨胀机(6)膨胀对外做功，使所连接的发电机组(11)发电；两股物流由混合器(9)合并为一股物流进入冷凝器(10)冷凝为饱和液体，开始新的循环。
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