CN202579063U - Tr有机郎肯循环地热发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种TR有机郎肯循环地热发电装置，由集热蒸发器、透平膨胀机、发电机、冷凝器、回热器、储液罐、工质加压泵、汲热水泵、冷水泵、循环工质管及各种管道构成，其特征是集热蒸发器、透平膨胀机、回热器、冷凝器、储液罐、工质加压泵与回热器、集热蒸发器构成一密闭TR工质循环回路，选用新研制的高效安全低沸点无CFCs有机TR液体工质利用地热发电，安全、环保、无污染，发电稳定，效率高，在目前全球性化石能源紧缺、环境压力增大的背景下，具有十分深远的意义。

Description

TR有机郎肯循环地热发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，具体讲是一种高效环保安全的TR有机郎肯循环地热发电装置。
背景技术
有机郎肯循环地热发电是利用地下低品位地热能动力源发出高品位电能的新型发电技术。地热能是来自地球自身深处的热能，是无污染的清洁能源，在热量提取速度不超过补充的速度下，地热能是取之不尽用之不竭的再生能源。相对于太阳能和风能的不稳定性，地热能也是取之不尽的可靠的可再生能源。
随着化石能源的紧缺、环境压力的加大，人们对于清洁可再生绿色能源越来越重视，地热发电是利用清结可再生绿色能源发电的理想模式之一。但地热发电在我国热利用技术发展中处于严重失衡状态，我国大部分地区地热资源属低温地热，且藏量巨大，而国内低温地热发电热利用的关键技术却甚缺，特别是低温发电有机郎肯循环技术，国外向我国严格保密，致使我国低温地热发电30多年来徘徊不前，至今也无ORC装置的专业设计和制造单位。一个典型的案例是：美国联合技术公司(UTC)掌握全球地热中低温利用的先进技术，我国的某油田与他们进行技术合作，但技术上最终还必须依赖美国人，甚至连掉了螺丝钉都得打电话让美国方面来人解决，一年要价30万美金。
发明内容
本发明是为打破国外技术封锁，采用有机朗肯循环(ORC)原理，以高效安全低沸点TR液体为工质，设计成的一种双循环低温地热发电装置，也称有机TR工质朗肯循环系统。它用新研制的与环境友好的低沸点有机物TR工质在流动系统中从地热流体中获得热量，产生有机工质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。其方案如下：
一种TR有机郎肯循环地热发电装置，由集热蒸发器、透平膨胀机、发电机、冷凝器、回热器、储液罐、工质加压泵、汲热水泵、冷水泵、循环工质管及各种管道构成，其特征是集热蒸发器由过热水热交换器和过工质热交换器组成，过热水热交换器通过输热水管道、汲热水泵与地热井连接，地热井中的低温热水经输热水管道进入集热蒸发器的过热水热交换器，将地热能传导给过工质热交换器，使流经过工质热交换器中的TR液体工质迅速蒸发为工质蒸汽。过工质热交换器的出口通过循环工质管道与透平膨胀机连接，工质蒸汽由循环工质管道进入透平膨胀机内做功，带动发电机发电。透平膨胀机通过循环工质管道与回热器的入口连通，回热器的出口通过循环工质管道与冷凝器的进气口连通，冷凝器的出液口与储液罐进口连通，储液罐的出口通过工质加压泵与回热器的进液口连通，回热器的出液口与集热蒸发器的过工质热交换器的进口连通。由透平膨胀机膨胀后的排气进入回热器、再进入冷凝器凝结成液体进入储液罐，再被工质加压泵加压进入回热器预热后又进入集热蒸发器的过工质热交换器，汲取过热水热交换器传导来的地热能继续蒸发，完成一个循环，周而复始，发电机连续发电。
整个工质循环回路为密闭状态，TR液体工质装在整个工质循环回路中。
所述的装在整个工质循环回路的TR液体介质是新研制的高效安全低沸点无CFCs的有机液体工质，外观无色透明，易流动，极易挥发，冰点-150℃，临界温度260℃，临界压力460Kpa，其换热能力强，对于传热温差小、换热面积大的低温地热发电有机郎肯循环回路而言，是一关键物质。
所述的冷凝器由两组热交换器组成，一组为过气热交换器，一组为过液热交换器，在冷凝器中冷却介质为冷却水或者空气，冷却介质经过过液热交换器可以将透平排气中的热量带走，被加热的水经排水管道排出可以综合利用：为了提高冷凝器的工作效率冷凝器中装有超导散热装置。采用冷却水冷却的特点是水温低，在冷凝器中换热系数高，可使动力循环在比较低的凝结温度下运行，同时冷凝器的传热面积也可做小。在有河流的地方还可利用河水进行工质气体冷却凝结。
所述的回热器由两组热交换器组成，一组为过气热交换器，一组为过液热交换器，在回热器中透平排气将从工质加压泵来的液态工质加热后进入集热蒸发器，这样可以降低集热蒸发器的加热负荷和冷凝器的冷却负荷，提高系统的热效率。
所述的储液罐上安装有超导散热装器，可以将储液罐中TR液体工质的热量散发，降低集热蒸发器的加热负荷和冷凝器的冷却负荷，提高系统的热效率。
所述的透平膨胀机也可以是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。
TR有机郎肯循环地热发电装置可以充分利用地下低品位地热能源高效率发出高品位电能，安全、可靠、环保、无污染、发电稳定、效率高，在目前全球性化石能源紧缺、环境压力增大的背景下，利用巨大的地热发电具有十分重要的意义。
附图说明
图1是本发明的循环系统原理示意图。
图1中1、集热蒸发器  2、透平膨胀机  3、发电机  4、冷凝器  5、回热器  6、储液罐  7、工质加压泵  8、汲热水泵  9、冷水泵  10、循环工质管道  11、过热水热交换器  12、过工质热交换器  13、输热水管道  14、地热井  15、温水管道  16、TR液体工质  17、循环工质管道  18、回热器入口  19、回热器出口20、循环工质管道  21、冷凝器进气口  22、冷凝器出液口  23、储液罐进口  24、储液罐出口  25、回热器进液口  26、回热器出液口  27、过工质热交换器进口  28、过气热交换器  29、过液热交换器  30、冷却水  31、超导散热装置  32、排水管道  33、过工质热交换器出口  34、超导散热装置  18  19、过气热交换器25-26、过液热交换器
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步说明：
一种TR有机郎肯循环地热发电装置，出集热蒸发器1、透平膨胀机2、发电机3、冷凝器4、回热器5、储液罐6、工质加压泵7、汲热水泵8、冷水泵9、循环工质管道10及各种管道构成，其特征是集热蒸发器1由过热水热交换器11和过工质热交换12器组成，过热水热交换器11通过输热水管道13、汲热水泵8与地热井14连接，地热井14中的热水经输热水管道13进入集热蒸发器1的过热水热交换器11，将地热能传导给过工质热交换器12，使流经过给质热交换器12中的TR液体工质16迅速蒸发为工资蒸汽。过工质热交换器出口33通过循环工质管道10与透平膨胀机2连接，集热蒸发器1中产生的工质蒸汽由循环工质管道10进入透平膨胀机2内做功，带动发电机3发电。透平膨胀机2通过循环工质管道17与回热器5的入口18连通，回热器5的出口19通过循环工质管道20与冷凝器4的进气口21连通，冷凝器4的出液口22与储液罐进口23连通，储液罐6的出口24通过工质加压泵7与回热器5的进液口25连通，回热器5的出液口26与集热蒸发器1的过工质热交换器12的进口27连通。由透平膨胀机2膨胀后的排气进入回热器5、再进入冷凝器4凝结成液体进入储液罐6，再被工质加压泵7加压进入回热器5预热后又进入集热蒸发器1的过工质热交换器12，汲取过热水热交换器11来的地热能继续蒸发，完成一个循环，周而复始，发电机3连续发电。
整个工质循环回路均为密闭状态，TR液体工质装在整个工质循环回路中。
所述的装在整个工质循环回路的TR液体工质16是新研制的高效安全低沸点无CFCs的有机液体工质。
所述的冷凝器4由两组热交换器组成，一组为过气热交换器28，一组为过液热交换器29，在冷凝器4中冷却介质为冷却水30或者空气，冷却介质经过过液热交换器29可以将透平排气中的热量带走，被加热的水经排水管道32排出可以综合利用；为了提高冷凝器4的工作效率，冷凝器4中装有超导散热装置34。采用冷却水冷却的特点是水温低，在冷凝器4中换热系数高，可使动力循环在比较低的凝结温度下运行，同时冷凝器4的传热面积也可以做小。在有河流的地方还可以利用河水进行工质气体冷却凝结。
所述的回热器5由两组热交换器组成，一组为过气热交换器18-19，一组为过液热交换器25-26，在回热器5中透平排气将从工质加压泵7来的液态工质加热后进入集热蒸发器1，这样可以降低集热蒸发器1的加热负荷和冷凝器4的冷却负荷，提高系统的热效率。
所述的储液罐6上安装有超导散热装器31，可以将储液罐6中的TR液体工质16的热量散发，降低集热蒸发器1的加热负荷和冷凝器4的冷却负荷，提高系统的热效率。
所述的透平膨胀机2也可以是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。

Claims (6)

1.一种TR有机郎肯循环地热发电装置，由集热蒸发器(1)、透平膨胀机(2)、发电机(3)、冷凝器(4)、回热器(5)、储液罐(6)、工质加压泵(7)、汲热水泵(8)、冷水泵(9)、循环工质管道(10)及各种管道构成，其特征是集热蒸发器(1)由过热水热交换器(11)和过工质热交换(12)器组成，过热水热交换器(11)通过输热水管道(13)、汲热水泵(8)与地热井(14)连接，过工质热交换器出口(33)通过循环工质管道(10)与透平膨胀机(2)连接，透平膨胀机(2)通过循环工质管道(17)与回热器(5)的入口(18)连通，回热器(5)出口(19)通过循环工质管道(20)与冷凝器(4)的进气口(21)连通，冷凝器(4)的出液口(22)与储液罐进口(23)连通，储液罐(6)的出口(24)通过工质加压泵(7)与回热器(5)的进液口(25)连通，回热器(5)的出液口(26)与集热蒸发器(1)的过工质热交换器(12)的进口(27)连通，所构成的整个工质循环回路为密闭状态，TR液体工质(16)装在整个工质循环回路中。
2.根据权利要求1所述的TR有机郎肯循环地热发电装置，其特征是所述的装在整个工质循环回路的TR液体工质(16)是高效低沸点无CFCs的有机液体工质。
3.根据权利要求1所述的TR有机郎肯循环地热发电装置，其特征是所述的冷凝器(4)由两组热交换器组成，一组为过气热交换器(28)，一组为过液热交换器(29)，在冷凝器(4)中冷却介质为冷却水(30)或者空气，冷凝器(4)中装有超导散热装置(34)。
4.根据权利要求1所述的TR有机郎肯循环地热发电装置，其特征是所述的回热器(5)由两组热交换器组成，一组为过气热交换器(18-19)，一组为过液热交换器(25-26)。
5.根据权利要求1所述的TR有机郎肯循环地热发电装置，其特征是所述的储液罐(6)上安装有超导散热装器(31)。
6.根据权利要求1所述的TR有机郎肯循环地热发电装置，其特征是所述的透平膨胀机(2)是螺杆膨胀机，或者向心透平机，或者滚动转子膨胀机，或者涡旋式膨胀机。
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