CN113738460B - 一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统，由检测系统、地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统和冷却系统组成，所述检测系统由依次连接的热电偶组件、压力传感器组件和涡轮流量计组件组成，所述检测系统包括第一检测系统、第二检测系统和第三检测系统，本发明该技术发明可以有效地降低CO2和H2S的排放，减少温室效应，因此，具有极大的经济价值和社会价值。

Description

一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统
技术领域
本发明涉及新能源开发利用技术领域，尤其涉及一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统。
背景技术
地热能大部分是来自地球深处的可再生性热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。还有一小部分能量来自太阳，大约占总的地热能的5％，表面地热能大部分来自太阳。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。其储量比人们所利用能量的总量多很多，大部分集中分布在构造板块边缘一带，该区域也是火山和地震多发区。它不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，意大利的皮也罗·吉诺尼·康蒂王子于1904年在拉德雷罗首次把天然的地热蒸气用于发电。地热发电是利用液压或爆破碎裂法把水注入到岩层，产生高温蒸气，然后将其抽出地面推动涡轮机转动使发电机发出电能。在这过程中，将一部分没有利用到的水蒸气或者废气，经过冷凝器处理还原为水送回地下，这样循环往复。1990年安装的发电能力达到6000MW，直接利用地热资源的总量相当于4.1Mt油当量。地热能是一种新的洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。其中距地表2000米内储藏的地热能为2500亿吨标准煤。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。在地热利用规模上，我国近些年来一直位居世界首位，并以每年近10％的速度稳步增长。在我国的地热资源开发中，经过多年的技术积累，地热发电效益显著提升。除地热发电外，直接利用地热水进行建筑供暖、发展温室农业和温泉旅游等利用途径也得到较快发展。全国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植和养殖的开发利用格局。各种可再生能源的应用中，地热能将有可能成为未来能源的重要组成部分。相对于太阳能和风能的不稳定性，地热能是较为可靠的可再生能源，目前，虽然地热能应得到了开发和利用，但是在利用过程中还存在一定的问题，比如由于地热气体中存在CO2和H2S等不凝气体，由于量的排放导致了温室效应的加剧，对环境存在一定的危害，因此，有待进一步的改进。
发明内容
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：
本发明提供一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统，由检测系统、地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统和冷却系统组成，所述检测系统由依次连接的热电偶组件、压力传感器组件和涡轮流量计组件组成，
所述检测系统包括第一检测系统、第二检测系统和第三检测系统；
所述第一检测系统连接所述地热发电系统，所述地热发电系统连接有气体压缩装置，所述气体压缩装置通过所述第二检测系统连接所述不凝气体吸收回灌系统，所述不凝气体吸收回灌系统通过所述第三检测系统连接回灌井；
所述地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统连接所述冷却系统。
进一步地，所述地热发电系统包括减压阀、第一气液分离器、气体蒸发器、湿式蒸发器、预热器、第二气液分离器、汽轮机和发电机，所述减压阀连接所述第一气液分离器，所述第一气液分离器分别连接所述气体蒸发器、湿式蒸发器，所述气体蒸发器、湿式蒸发器连接所述汽轮机，所述气体蒸发器连接所述第二气液分离器，
所述减压阀用于对来自生产井的地热湿蒸汽进行减压，
所述第一气液分离器用于对地热湿蒸汽进行分离，分离后的地热气体进入所述气体蒸发器，地热液体进入所述湿式蒸发器，
所述气体蒸发器用于将分离后的地热气体与来自所述预热器的液体有机工质进行热交换，加热有机工质，使有机工质液体变成过热饱和蒸汽，放热后的地热气体进入所述第二气液分离器，地热气体进一步被气液分离，分离后的气体经过压缩机后进入第一吸收器；
所述湿式蒸发器用于将地热液体与来自所述预热器的液体有机工质进行热交换，加热有机工质，使有机工质液体变成过热饱和蒸汽，放热后的地热液体与来自所述第二气液分离器的液体混合后，进入所述预热器。
所述气体蒸发器和所述湿式蒸发器中的过热饱和蒸汽混合后进入所述汽轮机，所述汽轮机推动所述发电机发电。
进一步地，所述冷却系统包括冷凝器，所述冷凝器一端连接有工质泵，所述工质泵连接所述预热器，所述冷凝器的另一端连接有冷却泵和冷却塔。
进一步地，所述汽轮机连接所述冷凝器。
进一步地，所述不凝气体吸收回灌系统包括与所述第二气液分离器连接的压缩机，与所述压缩机依次连接有第二检测系统、第一吸收器、催化氧化器、第二吸收器、结垢过滤器、第三检测系统和回灌井，
所述压缩机用于将经过所述第二气液分离器分离出来的地热气体增压后输送至所述第一吸收器，所述第一吸收器用于吸收地热气体中的Hg元素，消除Hg元素后的气体进入所述催化氧化器，所述催化氧化器对地热气体进行催化反应，并通过管道将气体送入第二吸收器。
进一步地，所述预热器连接所述第二吸收器，所述预热器中的地热液体与来自冷凝器的有机工质液体进行热交换，地热液体在预热器中放热，放热后的地热液体进入所述第二吸收器。
进一步地，所述第二吸收器与所述冷却塔连接，所述第二吸收器对地热液体中含有的碱性元素进行中和，中和后的液体经过所述结垢过滤器进入所述回灌井，剩余的气体则送入冷却塔进行冷却。
更进一步地，所述检测系统的热电偶、压力传感器和流量计通过导线连接有后台服务器，所述检测系统将数据传送至所述后台服务器读并保存，所述后台服务器根据采集到的温度、压力和流量测量值判断地热湿蒸汽、气体和液体对地的腐蚀性以及腐蚀速率，以便采取相应的措施优化系统，防止对系统装置造成危害。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的一种基于不凝气体吸收及测试的综合地热利用系统具主要由地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统和检测装置组成，地热发电系统分别采用气体和湿式蒸发器，使地热湿蒸汽分离后加热有机工质，推动汽轮机发电；气体吸收和回灌装置采用化学吸附法和催化氧化法，使地热湿蒸汽中的不凝气体分别吸收和氧化，进而被地热尾水中和，降低CO2和H2S等不凝气体的排放，减少温室效应；检测装置可以有效地测使生产井出口吸收器进口和回灌井进口的温度、压力和流量等参数，基于CO2和H2S饱和曲线图，结合测试地热流体的温度和压力，判定地热利用系统的设备和管道等部件是否在酸性腐蚀的允许范围内，从而优化地热利用系统，该技术发明可以有效地降低CO2和H2S的排放，减少温室效应，因此，具有极大的经济价值和社会价值。
附图说明
图1是本发明一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统的系统框图；
图2是本发明一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统的CO 2在水中的溶解度饱和曲线图；
图3是本发明一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统的H2S在水中的溶解度饱和曲线图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
如图1所示，本发明提供一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统，由检测系统、地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统和冷却系统组成，所述检测系统由依次连接的热电偶组件、压力传感器组件和涡轮流量计组件组成，
所述检测系统包括第一检测系统、第二检测系统和第三检测系统；
所述第一检测系统连接所述地热发电系统，所述地热发电系统连接有气体压缩装置，所述气体压缩装置通过所述第二检测系统连接所述不凝气体吸收回灌系统，所述不凝气体吸收回灌系统通过所述第三检测系统连接回灌井；
所述地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统连接所述冷却系统。
本实施例中，所述地热发电系统包括减压阀、第一气液分离器、气体蒸发器、湿式蒸发器、预热器、第二气液分离器、汽轮机和发电机，所述减压阀连接所述第一气液分离器，所述第一气液分离器分别连接所述气体蒸发器、湿式蒸发器，所述气体蒸发器、湿式蒸发器连接所述汽轮机，所述气体蒸发器连接所述第二气液分离器，
所述减压阀用于对来自生产井的地热湿蒸汽进行减压，
所述第一气液分离器用于对地热湿蒸汽进行分离，分离后的地热气体进入所述气体蒸发器，地热液体进入所述湿式蒸发器，
所述气体蒸发器用于将分离后的地热气体与来自所述预热器的液体有机工质进行热交换，加热有机工质，使有机工质液体变成过热饱和蒸汽，放热后的地热气体进入所述第二气液分离器，地热气体进一步被气液分离，分离后的气体经过压缩机后进入第一吸收器；
所述湿式蒸发器用于将地热液体与来自所述预热器的液体有机工质进行热交换，加热有机工质，使有机工质液体变成过热饱和蒸汽，放热后的地热液体与来自所述第二气液分离器的液体混合后，进入所述预热器。
所述气体蒸发器和所述湿式蒸发器中的过热饱和蒸汽混合后进入所述汽轮机，所述汽轮机推动所述发电机发电。
本实施例中，所述冷却系统包括冷凝器，所述冷凝器一端连接有工质泵，所述工质泵连接所述预热器，所述冷凝器的另一端连接有冷却泵和冷却塔。
本实施例中，所述汽轮机连接所述冷凝器。
本实施例中，所述不凝气体吸收回灌系统包括与所述第二气液分离器连接的压缩机，与所述压缩机依次连接有第二检测系统、第一吸收器、催化氧化器、第二吸收器、结垢过滤器、第三检测系统和回灌井，
所述压缩机用于将经过所述第二气液分离器分离出来的地热气体增压后输送至所述第一吸收器，所述第一吸收器用于吸收地热气体中的Hg元素，消除Hg元素后的气体进入所述催化氧化器，所述催化氧化器对地热气体进行催化反应，并通过管道将气体送入第二吸收器，本实施例中，所述第二气液分离器出来的地热气体中含有Hg，H2S和CO2等气体，经过增压后进入所述第一吸收器，第一吸收器中有吸附剂固定床，吸附剂可以是硫化活性炭等，吸收地热气体中的Hg元素；消除Hg元素后的气体，进入催化氧化器，H2S在催化氧化器中被氧化成SO2(2H2S+3O2＝2SO2+2H2O)，催化氧化器中的氧气由外界空气提供，通过管道进入催化氧化器；SO2和CO2等气体进入所述第二吸收器，由于进入第二吸收器的地热液体中含有氨等碱性元素，因此进入第二吸收器的气体可以被地热液体中和成亚硫酸盐和碳酸氢盐等可溶性的化合物，也可以通过外部加入NaOH等碱性物质到地热液体中。在第二吸收器中，中和后的液体经过结垢过滤器进入回灌井，剩余的气体则送入冷却塔，降温后，排放到环境中。
本实施例中，所述预热器连接所述第二吸收器，所述预热器中的地热液体与来自冷凝器的有机工质液体进行热交换，地热液体在预热器中放热，放热后的地热液体进入所述第二吸收器,有机工质液体吸热，变成饱和液体，分别进入气体蒸发器和湿式蒸发器，从而有机工质完成一个封闭循环。
本实施例中，所述第二吸收器与所述冷却塔连接，所述第二吸收器对地热液体中含有的碱性元素进行中和，中和后的液体经过所述结垢过滤器进入所述回灌井，剩余的气体则送入冷却塔进行冷却。
更本实施例中，所述检测系统的热电偶、压力传感器和流量计通过导线连接有后台服务器，所述检测系统将数据传送至所述后台服务器读并保存，所述后台服务器根据采集到的温度、压力和流量测量值判断地热湿蒸汽、气体和液体对地的腐蚀性以及腐蚀速率，以便采取相应的措施优化系统，防止对系统装置造成危害。
本实施例中，测试生产井出口地热湿蒸汽、第一吸收器进口气体、回灌井进口液体的温度、压力和流量。利用图2和图3，基于各测试点的压力和温度测量值，控制CO2的浓度在2LB CO2/100LB H2O以下，H2S的浓度在0.1mol％以下，使得地热系统的设备及管道不被腐蚀。
本实施例中，在第一吸收器和第二气液分离器之间增加压缩机，有利于提高不凝气体的压力，增加CO2在水中的溶解度，减少管道的腐蚀性。
本实施例中，地热发电也可以是地源热泵、地热干燥等利用形式。
本发明所提供的一种基于不凝气体吸收及测试的综合地热利用系统具主要由地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统和检测装置组成，地热发电系统分别采用气体和湿式蒸发器，使地热湿蒸汽分离后加热有机工质，推动汽轮机发电；气体吸收和回灌装置采用化学吸附法和催化氧化法，使地热湿蒸汽中的不凝气体分别吸收和氧化，进而被地热尾水中和，降低CO2和H2S等不凝气体的排放，减少温室效应；检测装置可以有效地测使生产井出口吸收器进口和回灌井进口的温度、压力和流量等参数，基于CO2和H2S饱和曲线图，结合测试地热流体的温度和压力，判定地热利用系统的设备和管道等部件是否在酸性腐蚀的允许范围内，从而优化地热利用系统。该技术发明可以有效地降低CO2和H2S的排放，减少温室效应，因此，具有极大的经济价值和社会价值。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 (3)

1.一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统，其特征在于：由检测系统、地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统和冷却系统组成，所述检测系统由依次连接的热电偶组件、压力传感器组件和涡轮流量计组件组成，
所述检测系统包括第一检测系统、第二检测系统和第三检测系统；
所述第一检测系统连接所述地热发电系统，所述地热发电系统连接有气体压缩装置，所述气体压缩装置通过所述第二检测系统连接所述不凝气体吸收回灌系统，所述不凝气体吸收回灌系统通过所述第三检测系统连接回灌井；
所述地热发电系统、不凝气体吸收回灌系统连接所述冷却系统，所述地热发电系统包括减压阀、第一气液分离器、气体蒸发器、湿式蒸发器、预热器、第二气液分离器、汽轮机和发电机，所述减压阀连接所述第一气液分离器，所述第一气液分离器分别连接所述气体蒸发器、湿式蒸发器，所述气体蒸发器、湿式蒸发器连接所述汽轮机，所述气体蒸发器连接所述第二气液分离器，
所述减压阀用于对来自生产井的地热湿蒸汽进行减压，
所述第一气液分离器用于对地热湿蒸汽进行分离，分离后的地热气体进入所述气体蒸发器，地热液体进入所述湿式蒸发器，
所述气体蒸发器用于将分离后的地热气体与来自所述预热器的液体有机工质进行热交换，加热有机工质，使有机工质液体变成过热饱和蒸汽，放热后的地热气体进入所述第二气液分离器，地热气体进一步被气液分离，分离后的气体经过压缩机后进入第一吸收器；
所述湿式蒸发器用于将地热液体与来自所述预热器的液体有机工质进行热交换，加热有机工质，使有机工质液体变成过热饱和蒸汽，放热后的地热液体与来自所述第二气液分离器的液体混合后，进入所述预热器；
所述气体蒸发器和所述湿式蒸发器中的过热饱和蒸汽混合后进入所述汽轮机，所述汽轮机推动所述发电机发电；
所述冷却系统包括冷凝器，所述冷凝器一端连接有工质泵，所述工质泵连接所述预热器，所述冷凝器的另一端连接有冷却泵和冷却塔；
所述汽轮机连接所述冷凝器；
所述不凝气体吸收回灌系统包括与所述第二气液分离器连接的压缩机，与所述压缩机依次连接有第二检测系统、第一吸收器、催化氧化器、第二吸收器、结垢过滤器、第三检测系统和回灌井，
所述压缩机用于将经过所述第二气液分离器分离出来的地热气体增压后输送至所述第一吸收器，所述第一吸收器用于吸收地热气体中的Hg元素，消除Hg元素后的气体进入所述催化氧化器，所述催化氧化器对地热气体进行催化反应，并通过管道将气体送入第二吸收器；
所述预热器连接所述第二吸收器，所述预热器中的地热液体与来自冷凝器的有机工质液体进行热交换，地热液体在预热器中放热，放热后的地热液体进入所述第二吸收器。
2.根据权利要求1所述的一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统，其特征在于：所述第二吸收器与所述冷却塔连接，所述第二吸收器对地热液体中含有的碱性元素进行中和，中和后的液体经过所述结垢过滤器进入所述回灌井，剩余的气体则送入冷却塔进行冷却。
3.根据权利要求1所述的一种基于不凝气体吸收及检测的综合地热利用系统，其特征在于：所述检测系统的热电偶、压力传感器和流量计通过导线连接有后台服务器，所述检测系统将数据传送至所述后台服务器读并保存，所述后台服务器根据采集到的温度、压力和流量测量值判断地热湿蒸汽、气体和液体对地的腐蚀性以及腐蚀速率，以便采取相应的措施优化系统，防止对系统装置造成危害。
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