EA018364B1 - Геотермальная энергоустановка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к средствам выработки электрической энергии из глубинного тепла пласта горячих горных пород. Задача изобретения - повышение эффективности и безопасности работы геотермальной энергоустановки, преобразующей тепло пласта горячих горных пород в электрическую энергию. Технический результат - усиление энергетических параметров пара за счет увеличения площади и улучшение условий парообразования, роста интенсивности теплообмена, исключения потери пара и его отделения от газа в скважине до паровой турбины. Геотермальная энергоустановка содержит входную и выходную скважины, соединенные поперечными штреками на разных уровнях пласта горячих горных пород в вертикальной плоскости, где поперечные штреки выполнены с промежуточным внутренним уступом, большим диаметром со стороны входной скважины и меньшим диаметром, выходящими в выходную скважину, причем часть поперечного штрека с большим диаметром заполнена наполнителем, представляющим собой куски графита, а другая часть с меньшим диаметром закреплена трубами, при этом паровая турбина размещена в выходной скважине над пластом горячих горных пород и снизу дополнительно снабжена сепаратором, имеющим изолированный выход на поверхность земли.

Description

Изобретение относится к средствам выработки электрической энергии из глубинного тепла пласта горячих горных пород.

Известна схема геотермальной энергоустановки, содержащая нагнетательную и подъемную скважины, проведенные к пласту горячих горных пород, и паровую турбину для выработки электрической энергии. Аренс В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых. Москва, Недра, 1986, с. 266.

В известной схеме нагнетательная и подъемная скважины непосредственно не связаны между собой в пласте горячих горных пород, паровая турбина расположена на поверхности земли, что ведет к потере пара в местах образования и снижению его энергетических характеристик при транспортировке.

Прототипом предлагаемого изобретения является геотермальная энергоустановка, содержащая входную и отнесенную от нее выходную скважины, которые проведены с поверхности земли и соединены расположенным в пласте горячих горных пород поперечным штреком с наполнителем, и паровую турбину. Патент И8 6301894ВА, Кл. 7 Р03С 7/00, 2000.

Недостаток известной геотермальной энергоустановки состоит в том, что входная и отнесенная от нее выходная скважины соединены поперечным штреком на одном уровне пласта горячих горных пород, что сужает объемы парообразования, прямолинейный поперечный штрек с наполнителем допускает проскок воды между входной и выходными скважинами без парообразования, что наряду с расположением паровой турбины на поверхности земли и присутствием газа в выходной скважине снижают эффективность и безопасность работы геотермальной энергоустановки.

Задача изобретения - повышение эффективности и безопасности работы геотермальной энергоустановки, преобразующей тепло пласта горячих горных пород в электрическую энергию.

Технический результат - повышение энергетических параметров пара за счет увеличения площади и улучшения условий парообразования, роста интенсивности теплообмена, исключения потери пара и его отделения от газа в скважине до паровой турбины.

Это достигается тем, что в известной геотермальной энергоустановке, содержащей входную и отнесенную от нее выходную скважины, которые проведены с поверхности земли и соединены расположенным в пласте горячих горных пород поперечным штреком с наполнителем, и паровую турбину, согласно изобретению, входная и выходная скважины соединены поперечными штреками на разных уровнях пласта горячих горных пород в вертикальной плоскости, где поперечные штреки выполнены с промежуточным внутренним уступом, большим диаметром со стороны входной скважины и меньшим диаметром, выходящими в выходную скважину, причем часть поперечного штрека с большим диаметром заполнена наполнителем, представляющим собой куски графита, а другая часть с меньшим диаметром закреплена трубами, при этом паровая турбина размещена в выходной скважине над пластом горячих горных пород и снизу дополнительно снабжена сепаратором, имеющим изолированный выход на поверхности земли.

Отличительными признаками - соединением входной и отнесенной от нее выходной скважины поперечными штреками на разных уровнях пласта горячих горных пород - достигается расширение площади парообразования и упорядоченный переход воды в пар в полости поперечного штрека, выполнением поперечных штреков с промежуточным внутренним уступом с большим диаметром со стороны входной скважины и заполнением этой части штрека наполнителем, представляющим собой куски графита, обеспечивается замедление скорости потока воды и улучшение условий превращения воды в пар, тем самым исключается проскок воды между скважинами без парообразования, а за счет высокой теплопроводности наполнителя в виде кусков графита происходит рост интенсивности теплообмена и ускорение процесса парообразования с усилением энергетических параметров.

При выполнении части поперечного штрека, выходящей в выходную скважину с меньшим диаметром, и креплением этой части трубами в ней образуется силовой поток сужающегося пара с динамическим ускорением, что за счет эффекта всасывания создает зону низкого давления в части поперечного штрека с большим диаметром, заполненной кусками графита, способствующую интенсивному поступлению в нее тепла пласта горячих горных пород и исключению потери пара.

Размещением паровой турбины в выходной скважине над пластом горячих горных пород и дополнительным снабжением ее снизу сепаратором, имеющим изолированный выход на поверхность земли, осуществляется централизованный отбор очищенного от газа пара в скважине, что повышает показатели работы паровой турбины, а выводом газа по изолированному выходу на поверхность земли обеспечивается безопасность работы геотермальной энергоустановки.

Приведенные признаки изобретения имеют причинно-следственную связь, в совокупности обеспечивают повышение эффективности и безопасности работы геотермальной энергоустановки, преобразующей тепло пласта горячих горных пород в электрическую энергию.

На чертеже изображена схема геотермальной энергоустановки, вертикальный разрез.

Геотермальная энергоустановка содержит входную скважину 1 и выходную скважину 2, которые проведены с поверхности земли и соединены поперечными штреками 3 на разных уровнях пласта горячих горных пород 4 в вертикальной плоскости, где поперечные штреки 3 выполнены с промежуточным внутренним уступом 5, с большим диаметром 6 со стороны входной скважины 1 и меньшим диаметром 7, выходящими в выходную скважину 2. Часть поперечного штрека 3 с большим диаметром 6 заполнена наполнителем 8, представляющим собой куски графита, а другая часть с меньшим диаметром 7 закреп

- 1 018364 лена трубами 9.

Паровая турбина 10 размещена в выходной скважине 2 над пластом горячих горных пород 4 и снизу дополнительно снабжена сепаратором 11, имеющим изолированный выход через трубопровод 12 на поверхность земли.

На поверхности земли расположены входящие в состав геотермальной энергоустановки газохранилище 13, связанное с сепаратором 11, отстойник 14, сообщающийся с выходной скважиной 2, и промывочный насос 15, соединенный с отстойником 14.

Геотермальная энергоустановка работает следующим образом.

С поверхности земли вода промывочным насосом 15 через входную скважину 1 закачивается в поперечные штреки 3, расположенные на разных уровнях пласта горячих горных пород 4. Протекая по части поперечного штрека 3 с большим диаметром 6 до уступа 5 через наполнитель 8, представляющий собой куски графита высокой теплопроводности, вода теряет скорость, и под воздействием тепла пласта горячих горных пород 4 происходит парообразование. Далее пар поступает в часть поперечного штрека 3 с меньшим диаметром 7, закрепленную трубами 9, где образуется силовой поток сужающегося пара с динамическим ускорением, что вызывает за счет эффекта всасывания интенсивное поступление тепла пласта горячих горных пород 4 в часть штрека 3 с большим диаметром 6, и проходит в выходящую скважину 2 и направляется в сепаратор 11, отделяющий пар от газа. Далее очищенный пар входит в паровую турбину 10, вырабатывая электрическую энергию. Отделенный от пара газ через изолированный выход по трубопроводу 12 перетекает в газохранилище 13.

Отработанный в паровой турбине 10 пар по выходной скважине 2 поступает в отстойник 14, охлаждаясь, превращается в воду и промывочным насосом 15 закачивается в входную скважину 1. Цикл повторяется.

Предлагаемая схема геотермальной энергоустановки, встроенная в пласт горячих горных пород, представляется простой по конструктивному исполнению, эффективна и безопасна при преобразовании тепла пласта горячих горных пород в электрическую энергию.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Геотермальная энергоустановка, содержащая входную и отнесенную от нее выходную скважины, которые проведены с поверхности земли и соединены расположенным в пласте горячих горных пород поперечным штреком с накопителем, и паровую турбину, отличающаяся тем, что входная и выходная скважины соединены поперечными штреками на разных уровнях пласта горячих горных пород в вертикальной плоскости, где каждый поперечный штрек выполнен из двух участков разного диаметра: участка с большим диаметром со стороны входной скважины и участка с меньшим диаметром, выходящего в выходную скважину, причем участок поперечного штрека с большим диаметром заполнен наполнителем, представляющим собой куски графита, а участок с меньшим диаметром закреплен трубами, при этом паровая турбина размещена в выходной скважине над пластом горячих горных пород, а под турбиной установлен сепаратор, имеющий изолированный выход на поверхность земли.