閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)閃蒸系統(tǒng)地熱發(fā)電

此種系統(tǒng)的發(fā)電方式, 不論地熱資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“ 閃蒸法地熱發(fā)電系統(tǒng)”,或者叫做“擴容法地熱發(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。

當熱水溫度在80-130℃時, 兩級地熱閃蒸發(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)電量比兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達5.5%. 兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量總和約為閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量的2-3倍.當熱水溫度低于30℃并且熱水量較大時, 可以采用閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng),當熱水溫度高于130℃,并且地熱水中的不凝氣體含量低于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,較高溫度的閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)尾水資源梯級利用效率更高.地熱資源按溫度分級,分為高溫(150℃)、中溫(90-150℃)、低溫(<90℃)三類,世界上開發(fā)利用的地熱資源都是水熱型地熱資源,地熱資源最能發(fā)揮優(yōu)勢的利用方式是地熱發(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熱電站, 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,導入汽輪機做功。因熱水溫度低于100℃時,全熱力系統(tǒng)處于負壓狀態(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 。

我國中低溫地熱資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熱資源的能量轉(zhuǎn)換利用率,提出了兩級地熱閃蒸和地熱閃蒸-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,通過數(shù)值計算,分析地熱水溫度對兩種不同地熱發(fā)電系統(tǒng)的性能指標影響以及地熱尾水溫度的影響,并對兩種發(fā)電系統(tǒng)的選用條件作了論述.結(jié)果表明,閃蒸地熱發(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.

我國高溫地熱資源僅分布在滇藏和川西地區(qū),大部分為中低溫地熱資源,即溫度低于150℃的地熱資源.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熱電站、新西蘭懷拉基地熱電站和莫凱地熱電站采用閃蒸-雙工質(zhì)地熱發(fā)電系統(tǒng),我國西藏羊八井地熱電站采用兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng),廣東豐順鄧屋地熱電站采用單級閃蒸發(fā)電系統(tǒng).相同熱源和冷源條件下,由于閃蒸地熱發(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).為使地熱資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.對閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)進行熱力計算和比較,并對選用條件進行論述 .

閃蒸地熱發(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.地熱水溫度不同,聯(lián)合系統(tǒng)最佳溫度的取值也不同,地熱水溫度越高,聯(lián)合系統(tǒng)最佳溫度越高; 當熱水溫度為80℃和150℃時,其最佳閃蒸溫度為60℃和125℃.

為了有效地利用我國中低溫地熱資源和提高地熱發(fā)電的經(jīng)濟性,我們提出地熱水發(fā)電的兩級能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng), 并對兩級地熱閃蒸和閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量、電站凈效率等熱力學性能進行比較,得出如下結(jié)論.

(1) 地熱閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量隨地熱水溫度的增加量比地熱兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng)大, 當熱水溫度在80-130℃時,兩級地熱閃蒸發(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)電量比兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的單位熱水凈發(fā)電量多達5.5%.

(2) 隨著地熱水溫度的升高,兩級閃蒸發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電凈熱效率逐漸增加,閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)的閃蒸發(fā)電凈熱效率先增加后減小,地熱水溫度越高,對閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)中雙工質(zhì)發(fā)電就越有利.

(3) 兩級地熱閃蒸發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量總和約為閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)閃蒸產(chǎn)汽量的2-3倍,地熱水溫度越高,兩者之間的差值就越大.

(4) 閃蒸-雙工質(zhì)地熱聯(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),可以考慮地熱尾水的梯級利用 .2100433B

它比閃蒸 地熱發(fā)電系統(tǒng)中的單級閃蒸法和兩級閃燕法地熱發(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)有的地熱資源來看，人們對地熱發(fā)電最有興趣的地熱水溫度范圍是150~300C。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熱發(fā)電系統(tǒng)，又稱中間介質(zhì)法或低沸點工質(zhì)循環(huán)。它是為克服閃蒸地熱發(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。為充分利用地熱水的余熱， 讓從蒸發(fā)器排出的地熱水經(jīng)過一個預熱器先預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。為了保證從地熱井來的地熱水在輸送過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)的地熱雙工質(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，由地熱水加熱混合工質(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。