閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)

此種系統(tǒng)的發(fā)電方式, 不論地?zé)豳Y源是濕蒸汽田或者是熱水層,都是直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽來推動汽輪機做功的。用100℃以下的地下熱水發(fā)電, 是如何把地下熱水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麃砉┢啓C做功的呢"para" label-module="para">

根據(jù)水的沸點和壓力之間的這種關(guān)系,我們就可以把100℃以下的地下熱水送入一個密閉的容器中抽氣降壓, 使溫度不太高的地下熱水因氣壓降低而沸騰,變成蒸汽。由于熱水降壓蒸發(fā)的速度很快,是一種閃急蒸發(fā)過程, 同時熱水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽時它的體積要迅速擴大,所以這個容器就叫做“ 閃蒸器” 或“ 擴容器”。用這種方法來產(chǎn)生蒸汽的發(fā)電系統(tǒng),叫做“ 閃蒸法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”,或者叫做“擴容法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”。它又可以分為單級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)、兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)和全流法發(fā)電系統(tǒng)等。

當(dāng)熱水溫度在80-130℃時, 兩級地?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19.4%; 當(dāng)熱水溫度在130-150℃時,閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量比兩級地?zé)衢W蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達5.5%. 兩級地?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.當(dāng)熱水溫度低于30℃并且熱水量較大時, 可以采用閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng),當(dāng)熱水溫度高于130℃,并且地?zé)崴械牟荒龤怏w含量低于3%時,可以考慮兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng);和兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng)尾水相比,較高溫度的閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)尾水資源梯級利用效率更高.地?zé)豳Y源按溫度分級,分為高溫(150℃)、中溫(90-150℃)、低溫(<90℃)三類,世界上開發(fā)利用的地?zé)豳Y源都是水熱型地?zé)豳Y源,地?zé)豳Y源最能發(fā)揮優(yōu)勢的利用方式是地?zé)岚l(fā)電.

兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng), 可比單級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)增加發(fā)電能力15%-20%;全流法發(fā)電系統(tǒng),可比單級閃蒸法和兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)的單位凈輸出功率,分別提高60%和30%左右采用閃蒸法的地?zé)犭娬? 基本上是沿用火力發(fā)電廠的技術(shù),即將地下熱水送入減壓設(shè)備擴容器,產(chǎn)生低壓水蒸汽,導(dǎo)入汽輪機做功。因熱水溫度低于100℃時,全熱力系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)。這種電站,設(shè)備簡單,易于制造,可以采用混合式熱交換器。缺點是,設(shè)備尺寸大,容易腐蝕結(jié)垢,熱效率較低。由于系直接以地下熱水蒸汽為工質(zhì),因而對于地下熱水的溫度、礦化度以及不凝氣體含量等有較高的要求 。

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)濟性,我們提出地?zé)崴l(fā)電的兩級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng), 并對兩級地?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)醿杉夐W蒸發(fā)電系統(tǒng)大, 當(dāng)熱水溫度在80-130℃時,兩級地?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19.4%;當(dāng)熱水溫度在130-150℃時,閃蒸-雙工質(zhì)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量比兩級地?zé)衢W蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達5.5%.

(2) 隨著地?zé)崴疁囟鹊纳?兩級閃蒸發(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閃蒸發(fā)電系統(tǒng),可以考慮地?zé)嵛菜奶菁壚?.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.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)值計算,分析地?zé)崴疁囟葘煞N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)和低沸點有機工質(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)犭娬静捎脙杉夐W蒸發(fā)電系統(tǒng),廣東豐順鄧屋地?zé)犭娬静捎脝渭夐W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)采用兩臺發(fā)電機組,所以其投資成本大于兩級閃蒸發(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)換級數(shù)愈多,發(fā)電量就愈大,但級數(shù)越多,發(fā)電量增加有限,而設(shè)備投資則增加較大,故一般以兩級為好.對閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)進行熱力計算和比較,并對選用條件進行論述 .

閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中,閃蒸溫度對系統(tǒng)凈發(fā)電量的影響.閃蒸溫度采用試選的方法,以觀察其對發(fā)電功率的影響,其范圍在冷凝溫度和熱源溫度之間.在同一熱源溫度下,隨著閃蒸溫度的升高,聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水發(fā)電量先增大后減小.當(dāng)聯(lián)合系統(tǒng)的單位熱水發(fā)電量達到最大時的溫度即為聯(lián)合系統(tǒng)的最佳溫度.地?zé)崴疁囟炔煌?聯(lián)合系統(tǒng)最佳溫度的取值也不同,地?zé)崴疁囟仍礁?聯(lián)合系統(tǒng)最佳溫度越高; 當(dāng)熱水溫度為80℃和150℃時,其最佳閃蒸溫度為60℃和125℃.

它比閃蒸 地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中的單級閃蒸法和兩級閃燕法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的單位凈輸出功率可分別提高60%和30%左右。 從現(xiàn)有的地?zé)豳Y源來看，人們對地?zé)岚l(fā)電最有興趣的地?zé)崴疁囟确秶?50~300C。而水中總?cè)芙夤虘B(tài)物 (TDS)的范圍為0.1%一25%。盡管這種資源構(gòu)成巨大的能源，但它的發(fā)展速度卻受到化學(xué)成分范圍和經(jīng) 濟性兩個方面的限制。

利用地下熱水來加熱某種低沸點工質(zhì)， 使其進入汽輪機工作的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)，又稱中間介質(zhì)法或低沸點工質(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入電站內(nèi)的蒸發(fā)器，加熱某一種低沸點介質(zhì)(如氟里昂11)，使之變?yōu)榈头悬c介質(zhì)蒸汽，然后通入汽輪機做功發(fā)電，汽輪機排出的乏汽經(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)過一個預(yù)熱器先預(yù)熱來自凝汽器的低沸點工質(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應(yīng)的飽和壓力。

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、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，進人換熱器換熱升溫后，達到狀態(tài)點3，然后送人發(fā)生器，由地?zé)崴訜峄旌瞎べ|(zhì)，低沸點工質(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進人汽輪機膨脹做功，汽輪機出口排氣5進人吸收器被來自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)流閥減壓后進人吸收器，吸收來自汽輪機出口排氣，完成整個循環(huán)過程。