CN106949024A - 一种利用地热热能的发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用地热热能的发电系统，属于地热热能能源开发与利用技术领域，其以通过使冷却塔、储蓄罐、管道泵、逆止阀及热交换器、蓄压罐和气动马达或汽轮机以及发电机经过联通管路的连接所形成的发电系统，来使蒸发器内的低于常温下水沸点(100℃)的低沸点液体气化膨胀产生的动压通过气动马达或汽轮机带动发电运转来发电，相比于现有技术，克服了常规抽取地下水源蒸汽所存在的热能损失问题。

Description

一种利用地热热能的发电系统

技术领域

本发明公开的一种利用地热能的发电系统，属于地热能源开发与利用技术领域。

背景技术

现有的利用地热能发电的驱动装置，多是将地热通过井引导至地面，该井要钻到足够深的的深度，以便能利用地壳中的热量使水或其它液体蒸发获得蒸汽，蒸汽再推动蒸汽透平机做功来发电，但由于蒸汽送至地面时，要损失很大一部分热量，而且温度在传送过程中逐步降低，这样就必须将大量的蒸汽输送到地面才能发出足够的电力，结果导致热传递效率较低，而且地热发电系统的适用范围小，制约地热能技术的发展。考虑出于对这地热热能的进一步利用，使用低于常温下水沸点(100℃)的低沸点液体(如乙醚、乙醇、氨水等)来进行地热的利用成为热点。试验结果表明，低沸点液体受热后气化膨胀产生的蒸汽气体进行再利用，而将地热热能来气化低沸点液体使之膨胀产生动压，相比于现有技术，能够更加有效地推动汽轮机带动发电机运转进行发电，从而克服了常规抽取地下水源蒸汽所存在的热能损失问题。

本发明基于此，提出一种新型的地热热能发电利用系统，同时由于能量转换必然存在损失，常规地热热能利用系统在使用过程中会出现不同部件的能耗损失，尤其是在关键部件比如冷却塔、热交换器等组件上的效能就显得很重要，本发明还提出了一种新型的冷却塔结构应用于地热发电。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用地热热能发电系统，其目的：以通过使冷却塔、储蓄罐、管道泵、逆止阀、水热交换器、蓄压罐和气动马达或汽轮机以及发电机经过联通管路的连接所设计的发电系统设施，来实现利用地热水或地热蒸汽使蒸发器内的低于常温下水沸点(100℃)的低沸点液体(如乙醚等)气化膨胀产生的动压(蒸汽压力)通过气动马达或汽轮机带动发电机运转来发电的新型技术。

具体来说，本发明采用以下技术方案：

一种利用地热热能的发电系统，该发电系统主要包括冷却塔、储蓄罐、管道泵、逆止阀、水热交换器、蓄压罐、气动马达或汽轮机以及发电机，其特征在于：其中冷却塔内最下层的球状分流缸通过冷凝液体回流管路与储蓄罐连通，冷却后的冷凝液体通过管道泵和逆止阀供给到水热交换器中进行热交换，在水热交换器内设置有蒸发器，水热交换器顶部设置有与之连通的蓄压罐，蓄压罐上方还设置有通过气压输送管路连接的气动马达或汽轮机，该气压输送管路上设置有蓄压罐输出管道阀门和温度及压力传感器，经过利用地热水或地热蒸汽与蒸发器内的低沸点液体进行热交换之后，所产生的气体通过蓄压罐和气压输送管路输送给气动马达或汽轮机来带动发电进行发电，做功后释放了压力的气体经由冷却塔冷凝还原成液体，以此循环。

作为本发明的一个方面，本发明的冷却塔结构如下，利用预埋在冷却塔墙体内的预埋螺栓和螺母固定有若干个分流缸托架，通过第二螺栓将横向焊接在球状分流缸底部的固定板固定在分流缸托架上面，利用第一螺栓使分流缸接口法兰与冷凝管法兰固定对接，则在上一个球状分流缸与下一个球状分流缸之间顺向交错的安装有若干个冷凝管，该冷凝管是由若干个钢管和若干个支撑固定板所固定的若干个冷凝管翅片管并使其两端穿过冷凝管法兰经过焊接而制成。

作为本发明的一个方面，冷却塔中最下层或最上层的球状分流缸通过分流缸外接管法兰联接与气动马达或汽轮机连通的冷凝联通管路，在上下球状分流缸之间通过联通管连通，该联通管通过冷凝液体回流管路将冷凝液体汇集回联通储蓄罐，其作用是以冷却塔向上抽取空气形成的气流来带走冷凝管散发出来的热量，从而使冷凝管内的气体得到冷凝后回流到储蓄罐内继续使用。

作为本发明的一个方面，当蓄压罐内的气体超压时经由安全阀联通管所联通的冷凝联通管路可以排放到冷凝管内，而在蓄压罐上方还设置有与气动马达或汽轮机联通的气压输送管路及蓄压罐输出管道阀门和温度及压力传感器。

作为本发明的一个方面，通过设置在蒸发器上面的液面传感器检测到的数据控制管道泵的转速来保障单位时间内供给蒸发器流体量的稳定，其次，是通过设置在气压输送管路上面的温度及压力传感器检测到的数据来控制地热水或地热蒸汽供给参与热交换的流体量。

作为本发明的一个方面，地热热能包括地热热水或地热蒸气或地热热水加热的蒸汽。

采用上述技术方案后，取得如下有益效果：

1)提出一种新型的地热热能发电利用系统，较为详细展示其结构细节，其部件之间紧密配合协同作用，利用低沸点液体可以最大程度利用地热能源进行发电，增加发电系统的环境友好性，节约能源；

2)相比于现有技术，能够更加有效地推动汽轮机带动发电机运转进行发电，从而克服了常规抽取地下水源蒸汽所存在的热能损失问题；

3)设计关键部件包括冷却塔、热交换器等组件，其结构独特性增加了其应用上的效能，例如冷却塔内部结构设计使得其既增大了冷却塔的冷却效率又节省了建造空间，使得在有限空间内最大效度发挥冷却性能。

附图说明

附图1为本发明公开的一种利用地热热能发电技术实施例示意图；

附图2为附图1的K2部位放大示意图；

附图3为附图1的K1部位放大示意图；

附图4为附图1的冷凝管部位放大示意图；

附图5为附图1的K部位放大示意图；

附图标记：1-冷却塔；1-1-预埋螺栓；2-球状分流缸；2-1-分流缸接口法兰；2-2-固定板；2-3-联通管，3-冷凝管；3-1-冷凝管法兰；3-2钢管；3-3-支撑固定板；3-4-冷凝管翅片管；4-第一螺栓；5-分流缸托架；6-第二螺栓；7-螺母；8-分流缸外接管法兰；9-冷凝联通管路；10-气动马达或汽轮机；11-联轴器；12-发电机；13-气压输送管路；14-安全阀联通管；15-冷凝液体回流管路；16-第三螺栓；17-储蓄罐；18-热水输入管道接口；19-水热交换器上盖紧固螺栓；20-蓄压罐输出管道阀门；21-温度及压力传感器；22-水热交换器上盖；23-蓄压罐接口法兰；24-蓄压罐；25-蒸发器；25-1-第四螺栓；25-2-下端盖；25-3-蒸发器翅片管；25-4-下封头法兰；25-5-下封头；25-6橡胶垫；25-7-密封垫；25-8-第五螺栓；25-9压盖法兰；25-10-液体输送管接口；25-11-上封头法兰；25-12-第六螺栓；25-14-上端盖；25-13-上封头；26-排放管；27-其它利用管路阀门；28-液面传感器；29-水热交换器；30-管道泵；31-逆止阀；32-对接管密封法兰；33-热水输出管接口法兰；34-热水回放管路阀门。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的利用地热热能的发电系统，该发电系统主要包括冷却塔1、储蓄罐17、管道泵30、逆止阀31、水热交换器29、蓄压罐24、气动马达或汽轮机10以及发电机12，其特征在于：其中冷却塔1内最下层的球状分流缸2通过冷凝液体回流管路15与储蓄罐17连通，冷却后的冷凝液体通过管道泵30和逆止阀31供给到水热交换器29中进行热交换，在水热交换器29内设置有蒸发器25，水热交换器29顶部设置有与之连通的蓄压罐24，蓄压罐24上方还设置有通过气压输送管路13连接的气动马达或汽轮机10，该气压输送管路13上设置有蓄压罐输出管道阀门20和温度及压力传感器21，经过地热热水或地热蒸汽与蒸发器25内的低沸点液体进行热交换之后，所产生的气体通过蓄压罐24和气压输送管路13输送给气动马达或汽轮机10来带动发电12进行发电，做功后释放了压力的气体经由冷却塔1冷凝还原成液体，以此循环。

以上即利用地热热水或地热蒸汽来使蒸发器25内的低于常温下水沸点(100℃)的低沸点液体(如乙醚等)气化膨胀产生的动压，经由气压输送管路13输送给气动马达或汽轮机10来带动发电机12运转，并对做功后释放了压力的气体使之经由冷却塔1冷凝还原成液体，对于冷凝还原成的液体，使之经由在冷凝液体回流管路15上面设置的储蓄罐17、管道泵30进行加压和逆止阀31的逆向止流再次输送到蒸发器25内继续使用的这一发电原理，以设计制作的发电设施，所实现的利用地热热能汽化低沸点液体产生动压进行发电。

其中，所涉及到的冷却塔、储蓄罐、管道泵、逆止阀、水热交换器、蓄压罐、气动马达或汽轮机、发电机的设计结构及联通形式和运行模式详细描述如下。

作为本发明重点方面之一，本发明的地热发电用冷却塔1或类似于冷却塔1的设施，外形如烟囱或通风井，可设置在地面、水面、山顶、楼顶或随建筑物一体建造，在其内部，参见图4-5，利用预埋在冷却塔1墙体内的预埋螺栓1-1和螺母7固定有若干个分流缸托架5，通过第二螺栓6将横向焊接在球状分流缸2底部的固定板2-2固定在分流缸托架5上面，利用第一螺栓4使分流缸接口法兰2-1与冷凝管法兰3-1固定对接，则在上一个球状分流缸与下一个球状分流缸之间顺向交错的安装有若干个冷凝管3，该冷凝管3是由若干个钢管3-2和若干个支撑固定板3-3所固定的若干个冷凝管翅片管3-4并使其两端穿过冷凝管法兰3-1经过焊接而制成。最下层或最上层的球状分流缸2通过分流缸外接管法兰8联接与气动马达或汽轮机10连通的冷凝联通管路9，在上下球状分流缸2之间连通有联通管2-3，联通管2-3通过冷凝液体回流管路15将冷凝液体汇集回联通储蓄罐17，其作用是以冷却塔1向上抽取空气形成的气流来带走冷凝管3散发出来的热量，从而使冷凝管3内的气体得到冷凝后回流到储蓄罐17内继续使用，这样的冷却塔构造既增大了冷却塔的有效冷却面积，而提升器冷却效率，同时又节省了建造空间，使得在有限空间内最大效度发挥冷却塔性能。

作为本发明重点方面之一，参见图2-3，本发明安装在水热交换器29内的蒸发器25，具体是将若干个蒸发器翅片管25-3穿过下端盖25-2和上端盖25-14并焊接牢固，利用第四螺栓25-1使下端盖25-2与下封头法兰25-4密封联接，使与下封头25-5联通的液体输送管接口25-10套垫橡胶垫25-6之后穿过对接管密封法兰32，利用第五螺栓25-8锁紧压盖法兰25-9和密封垫25-7，并使液体输送管接口25-10与联通储蓄罐17的管道泵30和逆止阀31的管路接通，以及利用第六螺栓25-12固定联接上端盖25-14和上封头法兰25-11，使联通在上封头25-13上面的管穿过水热交换器上盖22并焊接上法兰，使之利用第三螺栓16与蓄压罐接口法兰23紧固密封对接，对接的蓄压罐24上方设置有与冷凝联通管路9联接的安全阀联通管14，当蓄压罐24内的气体超压时经由安全阀联通管14所联通的冷凝联通管路9可以排放到冷凝管3内，而在蓄压罐24上方还设置有与气动马达或汽轮机10联通的气压输送管路13及蓄压罐输出管道阀门20和温度及压力传感器21。地热热水或地热蒸汽通过水泵管路接通水热交换器29上方的热水输入管道接口18，水热交换器29下方设置热水输出管接口法兰33联通的排放管26用于排放使用后的热水或热蒸汽，一方面经由其它利用管路阀门27可以用途其它，另一方面，经由热水回放管路阀门34可以排放到地下，向地下排放的水或蒸汽可以用于推动水轮发电机进一步用来发电。

在稳定性的控制设计方面，通过设置在蒸发器25上面的液面传感器28检测到的数据控制管道泵30的转速来保障单位时间内供给蒸发器25流体量的稳定，其次，是通过设置在气压输送管路13上面的温度及压力传感器21检测到的数据来控制地热热水或地热蒸汽供给参与热交换的流体数量，即以在保障供给蒸发器25流体量稳定的前提下，通过保障热水参与热交换的热容量的稳定来保障供给气动马达或汽轮机10动压的稳定，从而来保障通过联轴器11与气动马达或汽轮机10联接的发电机12输出电流功率的稳定。

其中，所涉及到的地热热能包括地热热水或地热热蒸气或地热热水加热的蒸汽。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用地热热能的发电系统，该发电系统主要包括冷却塔(1)、储蓄罐(17)、管道泵(30)、逆止阀(31)、水热交换器(29)、蓄压罐(24)、气动马达或汽轮机(10)以及发电机(12)，其特征在于：其中冷却塔(1)内最下层的球状分流缸(2)通过冷凝液体回流管路(15)与储蓄罐(17)连通，冷却后的冷凝液体通过管道泵(30)和逆止阀(31)供给到水热交换器(29)中进行热交换，在水热交换器(29)内设置有蒸发器(25)，水热交换器(29)顶部设置有与之连通的蓄压罐(24)，蓄压罐(24)上方还设置有通过气压输送管路(13)连接的气动马达或汽轮机(10)，该气压输送管路(13)上设置有蓄压罐输出管道阀门(20)和温度及压力传感器(21)，经过地热热水或地热蒸汽与蒸发器(25)内的低沸点液体进行热交换之后，所产生的气体通过蓄压罐(24)和气压输送管路(13)输送给气动马达或汽轮机(10)来带动发电(12)进行发电，做功后释放了压力的气体经由冷却塔(1)冷凝还原成液体，以此循环。

2.依据权利要求1所述的发电系统，其特征在于，所述冷却塔(1)结构如下，利用预埋在冷却塔(1)墙体内的预埋螺栓(1-1)和螺母(7)固定有若干个分流缸托架(5)，通过第二螺栓(6)将横向焊接在球状分流缸(2)底部的固定板(2-2)固定在分流缸托架(5)上面，利用第一螺栓(4)使分流缸接口法兰(2-1)与冷凝管法兰(3-1)固定对接，则在上一个球状分流缸与下一个球状分流缸之间顺向交错的安装有若干个冷凝管(3)。

3.依据权利要求1或2所述的发电系统，其特征在于，所述冷却塔(1)中最下层或最上层的球状分流缸(2)通过分流缸外接管法兰(8)联接与气动马达或汽轮机(10)连通的冷凝联通管路(9)，在上下分流缸(2)之间通过联通管(2-3)连通，该联通管(2-3)通过冷凝液体回流管路(15)将冷凝液体汇集回联通储蓄罐(17)。

4.依据权利要求1或2所述的发电系统，其特征在于，所述的地热热能包括地热热水或地热蒸气或地热热水加热的蒸汽。