雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)

與閃蒸系統(tǒng)相比，雙循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：①低沸點(diǎn)工質(zhì)的蒸汽比容比閃蒸系統(tǒng)減壓擴(kuò)容后的蒸汽比容小得多， 而汽輪機(jī)的幾何尺寸主要取決于末級(jí)葉輪和排汽管的尺寸(它取決于工質(zhì)的體積流量)，因此，雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的管道和汽輪機(jī)尺寸都十分緊湊， 造價(jià)也低;②地下熱水與低沸點(diǎn)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)是間接換熱，地?zé)崴⒉恢苯訁⒓訜崃^程， 所以汽輪機(jī)內(nèi)避免了地?zé)崴袣狻⒐屉s質(zhì)所導(dǎo)致的腐蝕問題;③可以適應(yīng)各種不同化學(xué)類型的地下熱水; ④能利用溫度較低的地?zé)崴?⑤如果地?zé)崤潘毓嗟叵?，則水中的各種不凝氣體仍保留在熱水里并一起回到地下， 避免了地面的大氣污染。由于熱水從地?zé)峋槌鲆恢钡交毓嗟叵率冀K處于壓力之下，因而水中的結(jié)垢組分不會(huì)析出，從而避免了井管及管道系統(tǒng)中的結(jié)垢。這種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：①低沸點(diǎn)工質(zhì)價(jià)貴，來源不廣，有的還易燃易爆，或有毒性，因而要求系統(tǒng)各處的密封性好，技術(shù)要求高。②由于蒸發(fā)器、凝汽器和預(yù)熱器都必須采用間壁式換熱器，增加了傳熱溫差引起的不可逆熱損失。低沸點(diǎn)工質(zhì)一般傳熱性能較差， 換熱面積要求較大， 從而增加了投資。③操作和維修要求高。

雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的低沸點(diǎn)工質(zhì)選擇十分重要，它既要有化學(xué)穩(wěn)定性以及有較好的熱力學(xué)特性，又要有價(jià)廉、來源廣、無毒、不易燃燒等特點(diǎn)。要滿足上述所有要求的低沸點(diǎn)工質(zhì)是難找的， 選擇時(shí)只能根據(jù)設(shè)計(jì)要求抓其主要的方面。在現(xiàn)有的一些雙循環(huán)地?zé)犭娬局?，采用較多的低沸點(diǎn)工質(zhì)有異丁烷、正丁烷、氟里昂11、氟里昂114等。為了充分利用不同工質(zhì)的不同優(yōu)點(diǎn)，采用混合工質(zhì)(如異丁烷和異戊烷)也是正在發(fā)展的有前途的一種選擇。

雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)所采用的低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)一般為軸流式，特別是在單機(jī)功率較大時(shí)。對(duì)較小功率的汽輪機(jī)采用軸流式，可以獲得很高的相對(duì)內(nèi)效率。軸流式低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)， 其原理與水蒸氣汽輪機(jī)相同。然而，在應(yīng)用地?zé)崃黧w的條件下，低沸點(diǎn)有機(jī)化合物的性質(zhì)與水蒸氣性質(zhì)有著顯著的差別， 因而設(shè)計(jì)也就存在某些不同之點(diǎn)。例如，低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽中的聲速差不多是水蒸氣聲速的一半， 因而其汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)使其轉(zhuǎn)子直徑為水蒸氣汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑的一半， 或者轉(zhuǎn)速是后者的一半。此外，在相同溫度范圍內(nèi)，低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽的密度比水蒸氣高一個(gè)數(shù)量級(jí)， 而等熵焓降產(chǎn)生的功則少一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此， 為了產(chǎn)生相同的功率， 低沸點(diǎn)工質(zhì)的質(zhì)量流量應(yīng)比水蒸氣的高一個(gè)數(shù)量級(jí)，雖然容積流量幾乎是相等的。低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)的高密度和小焓降，再加上不夠理想的性質(zhì)，對(duì)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)有特殊要求。 2100433B

利用地下熱水來加熱某種低沸點(diǎn)工質(zhì)， 使其進(jìn)入汽輪機(jī)工作的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，又稱中間介質(zhì)法或低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)。它是為克服閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的一種循環(huán)系統(tǒng)。地下熱水用深井泵抽到地面進(jìn)入電站內(nèi)的蒸發(fā)器，加熱某一種低沸點(diǎn)介質(zhì)(如氟里昂11)，使之變?yōu)榈头悬c(diǎn)介質(zhì)蒸汽，然后通入汽輪機(jī)做功發(fā)電，汽輪機(jī)排出的乏汽經(jīng)凝汽器冷凝成液體，用工質(zhì)泵再打回蒸發(fā)器重新加熱，循環(huán)使用。為充分利用地?zé)崴挠酂幔?讓從蒸發(fā)器排出的地?zé)崴?jīng)過一個(gè)預(yù)熱器先預(yù)熱來自凝汽器的低沸點(diǎn)工質(zhì)液體， 使其溫度上升至接近蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)飽和溫度，再進(jìn)入蒸發(fā)器。為了保證從地?zé)峋畞淼牡責(zé)崴谳斔瓦^程中不閃蒸成蒸汽和不使溶解氣體從水中逸出， 在管路中的熱水始終保持承受超過其溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力。

為了有效地利用我國中低溫地?zé)豳Y源和提高地?zé)岚l(fā)電的經(jīng)濟(jì)性,我們提出地?zé)崴l(fā)電的兩級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng), 并對(duì)兩級(jí)地?zé)衢W蒸和閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量、電站凈效率等熱力學(xué)性能進(jìn)行比較,得出如下結(jié)論.

(1) 地?zé)衢W蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量隨地?zé)崴疁囟鹊脑黾恿勘鹊責(zé)醿杉?jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)大, 當(dāng)熱水溫度在80-130℃時(shí),兩級(jí)地?zé)衢W蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量比閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達(dá)19.4%;當(dāng)熱水溫度在130-150℃時(shí),閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量比兩級(jí)地?zé)衢W蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達(dá)5.5%.

(2) 隨著地?zé)崴疁囟鹊纳?兩級(jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電凈熱效率逐漸增加,閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的閃蒸發(fā)電凈熱效率先增加后減小,地?zé)崴疁囟仍礁?對(duì)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中雙工質(zhì)發(fā)電就越有利.

(3) 兩級(jí)地?zé)衢W蒸發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量總和約為閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量的2-3倍,地?zé)崴疁囟仍礁?兩者之間的差值就越大.

(4) 閃蒸-雙工質(zhì)地?zé)崧?lián)合發(fā)電系統(tǒng)的尾水溫度高于兩級(jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng),可以考慮地?zé)嵛菜奶菁?jí)利用 .2100433B

我國中低溫地?zé)豳Y源主要分布在東南沿海地區(qū),主要用于洗浴等,使得大量熱能白白浪費(fèi).為提高我國中低溫地?zé)豳Y源的能量轉(zhuǎn)換利用率,提出了兩級(jí)地?zé)衢W蒸和地?zé)衢W蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合發(fā)電方式,以單位熱水發(fā)電量、熱效率和產(chǎn)汽率為性能指標(biāo),通過數(shù)值計(jì)算,分析地?zé)崴疁囟葘?duì)兩種不同地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的性能指標(biāo)影響以及地?zé)嵛菜疁囟鹊挠绊?并對(duì)兩種發(fā)電系統(tǒng)的選用條件作了論述.結(jié)果表明,閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的單位熱水的發(fā)電量隨溫度升高的增加量大于兩級(jí)閃蒸的增加量.

我國高溫地?zé)豳Y源僅分布在滇藏和川西地區(qū),大部分為中低溫地?zé)豳Y源,即溫度低于150℃的地?zé)豳Y源.熱水發(fā)電有兩種基本的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),即閃蒸系統(tǒng)和低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)的雙工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng),世界上僅有菲律賓萊特島唐古納地?zé)犭娬?、新西蘭懷拉基地?zé)犭娬竞湍獎(jiǎng)P地?zé)犭娬静捎瞄W蒸-雙工質(zhì)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng),我國西藏羊八井地?zé)犭娬静捎脙杉?jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng),廣東豐順鄧屋地?zé)犭娬静捎脝渭?jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng).相同熱源和冷源條件下,由于閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)采用兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組,所以其投資成本大于兩級(jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng).為使地?zé)豳Y源能夠得到高效利用,可采用兩級(jí)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng).

從理論上講,熱水發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)愈多,發(fā)電量就愈大,但級(jí)數(shù)越多,發(fā)電量增加有限,而設(shè)備投資則增加較大,故一般以兩級(jí)為好.對(duì)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱力計(jì)算和比較,并對(duì)選用條件進(jìn)行論述 .

采用NH3? -H?0混合工質(zhì)的地?zé)犭p工質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)流程如《氨水混合工質(zhì)動(dòng)力循環(huán)流程圖》所示。

該循環(huán)系統(tǒng)由發(fā)生器、換熱器、汽輪機(jī)、吸收器、節(jié)流閥以及泵組成。壓力為7. 5 xlOSPa，濃氨水溶液被冷卻水冷卻由狀態(tài)1經(jīng)過泵加壓到狀態(tài)2，進(jìn)人換熱器換熱升溫后，達(dá)到狀態(tài)點(diǎn)3，然后送人發(fā)生器，由地?zé)崴訜峄旌瞎べ|(zhì)，低沸點(diǎn)工質(zhì)氨開始蒸發(fā)，并從混合物中分離出來。從發(fā)生器出來工質(zhì)蒸氣4進(jìn)人汽輪機(jī)膨脹做功，汽輪機(jī)出口排氣5進(jìn)人吸收器被來自6的稀溶液吸收，釋放的熱量由冷卻水帶走，并回到狀態(tài)1的濃氨水溶液。發(fā)生器出口7為稀氨水溶液，它首先通過換熱器放熱到狀態(tài)8，再經(jīng)過節(jié)流閥減壓后進(jìn)人吸收器，吸收來自汽輪機(jī)出口排氣，完成整個(gè)循環(huán)過程。