JPS5846679B2 - Geothermal steam turbine power station and its operation method - Google Patents

Geothermal steam turbine power station and its operation method

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JPS5846679B2
JPS5846679B2 JP54153686A JP15368679A JPS5846679B2 JP S5846679 B2 JPS5846679 B2 JP S5846679B2 JP 54153686 A JP54153686 A JP 54153686A JP 15368679 A JP15368679 A JP 15368679A JP S5846679 B2 JPS5846679 B2 JP S5846679B2
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steam
turbine
geothermal
steam turbine
contaminated
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ジヨン・ハワ−ド・エスケセン
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General Electric Co
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Description

【発明の詳細な説明】 高い濃度の非凝縮性ガスで汚染された地熱蒸気で効果的
に運転することが出来る地熱蒸気タービン・サイクルを
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A geothermal steam turbine cycle is described that can operate effectively with geothermal steam contaminated with high concentrations of non-condensable gases.

汚染蒸気を使って、ガス分のないきれいなタービン復水
を蒸発させ、これを復水器付き蒸気タービンに再び供給
する。
The contaminated steam is used to evaporate clean gas-free turbine condensate, which is then fed back to the condenser steam turbine.

従来の地熱蒸気タービン・サイクルでは、液体源から1
又は2段階でフラッシュ蒸発によって蒸気を作り、分離
された蒸気を取入口が1つ又は2つの蒸気タービンで使
う。
In a conventional geothermal steam turbine cycle, 1
Alternatively, steam is produced by flash evaporation in two stages and the separated steam is used in a one- or two-inlet steam turbine.

源の非凝縮性ガスの濃度が高い場合、それを復水器から
除去するのに必要な機械的な仕事は、禁止的な程大きく
なる惧れがある。
If the concentration of the source non-condensable gas is high, the mechanical work required to remove it from the condenser can be prohibitively large.

この問題の1つの解決策は、汚染蒸気を使って、閉ラン
キン・サイクルで有機流体を蒸発させることである。
One solution to this problem is to use contaminated steam to evaporate the organic fluid in a closed Rankine cycle.

ガスは熱交換器から加圧状態で逃がし、サイクルの性能
低下は比較的少ない。
Gas escapes from the heat exchanger under pressure and there is relatively little degradation in cycle performance.

上に述べたことが米国特許第3862545号及び同第
3845627号に詳しく記載されている。
The above is described in detail in US Pat. No. 3,862,545 and US Pat. No. 3,845,627.

米国特許第3862545号には、その図面に示された
配管14を介して、タービンの復水器から非凝縮性ガス
を除去することが記載されている。
US Pat. No. 3,862,545 describes the removal of non-condensable gases from the condenser of a turbine via piping 14 shown in the drawings.

このガスは硫化水素又は2酸化炭素であることがある。This gas may be hydrogen sulfide or carbon dioxide.

閉ランキン・サイクルの一例が米国特許第384562
7号の第4図に示されている。
An example of a closed Rankine cycle is U.S. Pat. No. 384,562.
It is shown in Figure 4 of No. 7.

既に述べた様に、タービンの復水器から非凝縮性ガスを
除去するには、ポンプ・エネルギの点で、かなりの動力
消費を必要とすることがあり、その為、サイクルの性能
に悪影響を及ぼすことがある。
As previously mentioned, removing non-condensable gases from the turbine condenser can require significant power consumption in terms of pump energy, which can have a negative impact on cycle performance. It may be harmful.

地熱用では、閉ランキン・サイクルには蒸気タービン技
術を使わない。
For geothermal applications, closed Rankine cycle does not use steam turbine technology.

これは、有機化合物が最も良い作業流体になるからであ
る。
This is because organic compounds make the best working fluids.

米国特許第3782468号には、地熱流体を高温の液
体と汚染蒸気とに分離することが記載されている。
US Pat. No. 3,782,468 describes the separation of geothermal fluids into hot liquids and contaminated vapors.

汚染蒸気を更に処理してCO2を解放し、これを地熱井
戸に再び注入して、有害な鉱床を形成せずに、地熱流体
を上昇させる助けとする。
The contaminated steam is further processed to liberate CO2, which is reinjected into the geothermal well to help elevate the geothermal fluids without forming harmful ore deposits.

高温の液体は非汚染蒸気を通じてタービンを駆動する為
に使われる。
The hot liquid is used to drive a turbine through clean steam.

米国特許第3953972号では、復水(蒸溜水)と地
熱流体を非接触形の熱交換に通して、復水を加熱するこ
とにより、蒸気タービンに対する蒸気を発生する。
No. 3,953,972, condensate (distilled water) and a geothermal fluid are passed through a non-contact heat exchange to heat the condensate and generate steam for a steam turbine.

この時、液体状の地熱流体を蒸発器でフラッシュ蒸発さ
せて、非凝縮性ガスをにがす。
At this time, the liquid geothermal fluid is flash-evaporated in an evaporator to remove non-condensable gases.

米国特許第4026111号には、地熱液体を予じめフ
ラッシュ蒸発させ、残っている液相を使って非汚染蒸気
を発生することにより、タービンの動力流体から非凝縮
性ガスを除去する方法が記載されている。
U.S. Pat. No. 4,026,111 describes a method for removing non-condensable gases from a turbine power fluid by pre-flash vaporizing a geothermal liquid and using the remaining liquid phase to generate clean steam. has been done.

最後に挙げた2つの米国特許は、米国特許第39539
72号では、タービンを駆動する動力流体を発生する為
に、地熱流体を直接的に使うことがないと云う点で、関
心が持たれる。
The last two U.S. patents listed are U.S. Patent No. 39539.
No. 72 is of interest in that it does not directly use geothermal fluid to generate the power fluid that drives the turbine.

この意味で、この米国特許は、復水がタービンの駆動に
使われる唯一の流体なので、殆んど2元サイクルである
In this sense, this US patent is almost a binary cycle since condensate is the only fluid used to drive the turbine.

米国特許第4026111号では、この逆である。In US Pat. No. 4,026,111, the opposite is true.

即ち、唯一の動力流体は汚染されていない地熱流体であ
る。
That is, the only power fluid is uncontaminated geothermal fluid.

ここで説明する解決策では、汚染蒸気を使って、タービ
ンのきれいな復水を蒸発させる。
The solution described here uses dirty steam to evaporate clean condensate from the turbine.

やはりガスは熱交換器から加圧状態でにかすが、サイク
ルの性能低下は比較的少ない。
Again, the gas escapes from the heat exchanger under pressure, but there is relatively little deterioration in cycle performance.

然し、実に重要なことは、このサイクルに普通の蒸気タ
ービンを使うことである。
However, what is really important is the use of an ordinary steam turbine for this cycle.

この発明は、地熱流体を利用して蒸気タービンに対する
1つの汚染されていない蒸気源を作ると共に、加熱され
た復水を利用してタービンに対するもう1つの汚染され
ていない蒸気源を作る蒸気タービン用の地熱サイクルを
提供することにより、従来技術を改良する。
The invention is for a steam turbine that utilizes geothermal fluid to create one clean source of steam to the steam turbine and utilizes heated condensate to create another clean steam source to the turbine. improves on prior art by providing a geothermal cycle of

前記別の源は、汚染蒸気を復水と熱交換させることによ
って作る。
The other source is created by exchanging contaminated steam with condensate.

この発明の目的は、改良された地熱蒸気タービン・サイ
クルを提供することである。
It is an object of this invention to provide an improved geothermal steam turbine cycle.

次にこの発明の好ましい実施例を図面について説明する
Next, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図面にはこの発明の地熱蒸気タービン・サイクルが示さ
れている。
The drawing shows a geothermal steam turbine cycle of the invention.

地熱資源、即ち、発生井戸1が配管2を介して1次液体
−気体分離器(フラッシュ蒸発槽)3に高温液体蒸気を
供給する。
A geothermal resource, ie a generation well 1 , supplies high temperature liquid vapor to a primary liquid-gas separator (flash evaporator) 3 via a pipe 2 .

この発明は任意の地熱資源イこ用いることが出来るが、
地熱資源が非凝縮性ガスを含む時、特に有利である。
Although this invention can use any geothermal resource,
It is particularly advantageous when the geothermal resource contains non-condensable gases.

液体と気体を分離する目的は、汚染蒸気として非凝縮ガ
スをブライン(brine )から解放すると共に、ブ
ラインを保有することである。
The purpose of separating liquid and gas is to retain the brine while releasing non-condensable gases from the brine as contaminated vapors.

この為、地熱資源からのブラインを1次フラッシュ蒸発
で高温の液相と、汚染蒸気を含む高温のガス相とに分離
する。
For this purpose, brine from geothermal resources is separated into a high-temperature liquid phase and a high-temperature gas phase containing contaminated steam by primary flash evaporation.

地熱サイクルの目的は、地熱資源から利用し得る動力を
発生することである。
The purpose of the geothermal cycle is to generate usable power from geothermal resources.

蒸気タービン4を使って、蒸気のエネルギーを、負荷6
の駆動に使うことの出来る軸5の機械的な出力に変換す
ることである。
Using steam turbine 4, steam energy is transferred to load 6
The purpose of this is to convert the mechanical output of the shaft 5 into a mechanical output that can be used to drive the motor.

この負荷は例えば発電機であってよい。タービンが蒸気
を高圧部分7及び下流側の低圧部分8に受入れ、排気端
9から復水器10に蒸気を排出する。
This load may be, for example, a generator. A turbine receives steam into a high pressure section 7 and a downstream low pressure section 8 and discharges the steam through an exhaust end 9 to a condenser 10 .

この図には、原動機の一例として、両向き流れ蒸気ター
ビンを示しである。
This figure shows a bidirectional flow steam turbine as an example of a prime mover.

然し、他の形の蒸気タービンを使っても、この発明の範
囲を逸脱しないことは言うまでもない。
However, it will be appreciated that other forms of steam turbines may be used without departing from the scope of the invention.

復水がポンプ11によって圧送され、図示の様に、蒸気
を発生する為に使われる。
Condensate is pumped by pump 11 and is used to generate steam as shown.

ポンプの復水の一部分を冷却塔12で使うことが出来る
A portion of the pump condensate can be used in the cooling tower 12.

その反面、冷却塔の液体の一部分が復水器10で使われ
る。
On the other hand, a portion of the cooling tower liquid is used in the condenser 10.

冷却塔の過剰の液体が配管13を介して再注入井戸14
に送られる。
Excess liquid in the cooling tower is transferred via piping 13 to reinjection well 14
sent to.

フラッシュ蒸発槽3に於ける1次的な液体と気体の分離
により、液相部分(ブライン)15と、ガス相で汚染さ
れた蒸気部分16とが出来る。
The primary liquid and gas separation in the flash evaporation tank 3 produces a liquid phase portion (brine) 15 and a vapor portion 16 contaminated with the gas phase.

この汚染蒸気は蒸気と非凝縮性ガスとから成る。This contaminated vapor consists of steam and non-condensable gases.

液相15がフラッシュ蒸発槽17に送られ、そこで2次
フラッシュ蒸発によって蒸発させられ、蒸気管寄せ18
に対する汚染されていない蒸気を発生する。
The liquid phase 15 is sent to a flash evaporation tank 17 where it is evaporated by secondary flash evaporation and steam header 18
generates uncontaminated steam against

フラッシュ蒸発しなかった液体は、導管19を介して排
出される。
Liquid that has not been flashed is discharged via conduit 19.

導管19に入るブラインは冷却塔の液体13と一緒にし
て、帯水層14に再び注入することが出来る。
Brine entering conduit 19 can be combined with cooling tower liquid 13 and reinjected into aquifer 14.

この代りに、立地条件に応じて、導管19のブラインを
もう一度フラッシュ蒸発して、更に多くの蒸気を発生す
ることが出来る。
Alternatively, depending on site conditions, the brine in conduit 19 can be flash evaporated once more to generate more steam.

配管18の汚染されていない蒸気が、低圧タービン部分
8に導入される。
Uncontaminated steam in line 18 is introduced into low pressure turbine section 8 .

配管16の汚染蒸気が逆流湿熱交換器20に導入される
Contaminated steam in pipe 16 is introduced into counterflow heat-and-moisture exchanger 20 .

復水器10から取出した復水を熱交換器20の反対側の
端に圧送する。
The condensate taken out from the condenser 10 is pumped to the opposite end of the heat exchanger 20.

復水と汚染蒸気の間で熱伝達が行なわれ、汚染されてい
ない蒸気が熱交換器から配管21に出力され、タービン
4の高圧部分7に対する高圧蒸気となる。
Heat transfer takes place between the condensate and the contaminated steam, and the uncontaminated steam is output from the heat exchanger to the pipe 21 and becomes high pressure steam for the high pressure section 7 of the turbine 4.

汚染蒸気は液体として熱交換器20から出て行き、この
時、非凝縮性ガスを配管22ににがし、残りの復水を配
管23を介して復水器10に戻すことが出来る。
The contaminated vapor exits the heat exchanger 20 as a liquid, at which point the non-condensable gas can be vented into line 22 and the remaining condensate can be returned to the condenser 10 via line 23.

表1に地熱蒸気タービン・サイクルの予想される性能と
して、資源の条件及び蒸気原動所の条件を示す。
Table 1 shows the resource conditions and steam power plant conditions as the expected performance of the geothermal steam turbine cycle.

以上説明したサイクルの利点は次の通りである。The advantages of the cycle described above are as follows.

明細書の冒頭に挙げた従来技術のように、1次フラッシ
ュ蒸発の程度がサイクルを左右するものではないので、
井戸のポンプ動作を必要としない。
Unlike the prior art mentioned at the beginning of the specification, the degree of primary flash evaporation does not affect the cycle.
Does not require well pump operation.

これは、1次フラッシュ蒸発より下流側に、汚染しては
いるが解放された蒸気の熱を利用する蒸気発生用の熱交
換器があるからである。
This is because, downstream of the primary flash evaporation, there is a heat exchanger for steam generation that utilizes the heat of the released steam, although it is contaminated.

タービンには、2つの汚染されていない蒸気の源を使う
The turbine uses two sources of clean steam.

即ち、フラッシュ蒸発槽17からのフラッシュ蒸発によ
って得られた蒸気と、熱交換器20からの高圧蒸気とで
ある。
That is, the steam obtained by flash evaporation from the flash evaporation tank 17 and the high pressure steam from the heat exchanger 20.

非凝縮性ガスを切離すのにポンプ動作を必要とせず、こ
のガスは、汚染蒸気を熱交換器20で凝縮させた後、に
がすことか出来る。
No pumping is required to separate the non-condensable gas, which can be stripped after the contaminated vapors have been condensed in the heat exchanger 20.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図はこの発明の地熱蒸気タービン・サイクルを示す略図
である。 主な符号の説明、3.17:フラッシュ蒸発槽、4:蒸
気タービン、10:復水器、20:熱交換器。
The figure is a schematic diagram illustrating the geothermal steam turbine cycle of the present invention. Explanation of main symbols, 3.17: Flash evaporator, 4: Steam turbine, 10: Condenser, 20: Heat exchanger.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 非凝縮性ガスで汚染された高温地熱ブラインを、利
用し得る動力出力に変換する地熱蒸気タービン原動所に
於て、少なくとも1台の蒸気タービンと、地熱ブライン
を高温液体部分と汚染蒸気部分とに分離する手段と、前
記高温液体部分を受取って前記蒸気タービンに対する汚
染されていない低圧の第1の蒸気入力を作る第1の蒸気
発生手段と、前記汚染蒸気部分を受取って、該蒸気部分
をタービン給水と間接的に熱交換させて、前記蒸気ター
ビンに対する汚染されていない高圧の第2の蒸気入力を
作る第2の蒸気発生手段とを有する地熱蒸気タービン原
動所。 2、特許請求の範囲1に記載した地熱蒸気タービン原動
所に於て、前記第1の蒸気発生手段が、前記高温液体部
分を受取って蒸気タービンに対する前記汚染されていな
い低圧の第1の蒸気入力を作るフラッシュ蒸気槽を含み
、前記第2の蒸気発生手段が、前記汚染ガス部分を受取
って前記蒸気タービンの復水と熱交換させ、前記蒸気タ
ービンに対する前記汚染されていない高圧の第2の蒸気
入力を作る非接触逆流形熱交換器を含んでいる地熱蒸気
タービン原動所。 3 特許請求の範囲1に記載した地熱蒸気タービン原動
所に於て、前記分離手段が、高温地熱ブラインを高温液
体部分と汚染ガス部分とに分離する第1のフラッシュ蒸
発部で構成され、前記低圧の第1の蒸気発生手段が、前
記高温液体部分を受取って、前記蒸気タービンに対する
汚染されていない第1の蒸気入力を作る第2のフラッシ
ュ蒸発部で構成され、前記第2の蒸気発生手段が、前記
第1のフラッシュ蒸発部に接続されていて前記汚染ガス
部分を受取る非接触逆流湿熱交換装置で構成され、該熱
交換装置がタービンの復水給水に接続されて該復水給水
を前記汚染ガス部分と熱交換させて、前記蒸気タービン
に対する前記汚染されていない高圧の第2の蒸気入力を
作る地熱蒸気タービン原動所。 4 非凝縮性ガスで汚染された高温地熱ブラインを、利
用し得る動力出力に変換する地熱蒸気原動所を運転する
方法に於て、地熱ブラインを高温液体部分と汚染蒸気部
分とに分離し、前記高温液体部分をフラッシュ蒸発させ
て蒸気タービンに対する汚染されていない低圧の第1の
動力蒸気を供給し、前記汚染蒸気をタービンの復水と非
接触の間接的な逆流湿熱交換を行なわせて前記蒸気ター
ビンに対する汚染されていない高圧の第2の動力蒸気を
供給し、前記第1及び第2の動力蒸気で前記蒸気タービ
ンを運転する工程から成る方法。
[Scope of Claims] 1. A geothermal steam turbine power station for converting high temperature geothermal brine contaminated with non-condensable gases into usable power output, including at least one steam turbine and a geothermal brine contaminated with high temperature liquids. first steam generating means for receiving the hot liquid portion and producing a first uncontaminated low pressure steam input to the steam turbine; and means for receiving the contaminated steam portion; a second steam generation means for indirectly exchanging heat of said steam portion with turbine feed water to produce a second uncontaminated high pressure steam input to said steam turbine. 2. In the geothermal steam turbine power plant according to claim 1, the first steam generation means receives the high temperature liquid portion and supplies the uncontaminated low pressure first steam input to the steam turbine. said second steam generating means receives said contaminated gas portion for heat exchange with condensate of said steam turbine and generates said uncontaminated high pressure second steam to said steam turbine. A geothermal steam turbine power station containing a non-contact counterflow heat exchanger that produces input. 3. In the geothermal steam turbine power plant according to claim 1, the separation means is constituted by a first flash evaporation section that separates the high temperature geothermal brine into a high temperature liquid part and a contaminated gas part, and the low pressure a first steam generating means of comprises a second flash evaporator receiving said hot liquid portion to produce a first uncontaminated steam input to said steam turbine; , a non-contact counterflow moist heat exchanger connected to the first flash evaporator and receiving the contaminated gas portion, the heat exchanger being connected to the condensate feedwater of the turbine to remove the condensate feedwater from the a geothermal steam turbine power plant for exchanging heat with a gas portion to produce the uncontaminated, high pressure second steam input to the steam turbine; 4. In a method of operating a geothermal steam power plant for converting high temperature geothermal brine contaminated with non-condensable gases into usable power output, the geothermal brine is separated into a hot liquid portion and a contaminated steam portion, and the The hot liquid portion is flash-evaporated to provide a first, uncontaminated, low-pressure power steam to the steam turbine, and the contaminated steam is subjected to non-contact, indirect, heat-and-moisture exchange with the turbine condensate to form the steam. A method comprising the steps of providing a second, uncontaminated, high pressure power steam to a turbine and operating the steam turbine with the first and second power steam.
JP54153686A 1978-12-01 1979-11-29 Geothermal steam turbine power station and its operation method Expired JPS5846679B2 (en)

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JPS5596306A JPS5596306A (en) 1980-07-22
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