CN109296416A - 一种地热能梯级利用的热电联产装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种地热能梯级利用的热电联产装置与方法，包括地热井、气液分离器、汽轮机、冷凝器、一级蒸发器、膨胀机、换热器和回灌井，其中，地热井的地热水出口连接气液分离器的入口，气液分离器的高温水蒸气出口连接汽轮机的入口，汽轮机的出口经过冷凝器连接回灌井的入口；气液分离器的高温液体出口连接一级蒸发器的水入口，一级蒸发器的高温有机工质出口连接膨胀机的入口，膨胀机的低温有机工质出口连接一级蒸发器的低温有机工质入口；一级蒸发器的低温水出口连接换热器的热侧入口，换热器的热侧出口连接回灌井的入口；换热器还连接外接设备；本***将这部分热水利用起来，实现地热能的综合梯级利用，提高地热能的能量利用效率；同时进行发电和供热，实现热电联产。

Description

一种地热能梯级利用的热电联产装置与方法
技术领域
本发明涉及地热发电技术领域，尤其是一种地热能梯级利用的热电联产装置与方法。
背景技术
地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点，是一种现实可行且具有竞争力的清洁能源。我国地热资源丰富，市场潜力巨大，发展前景广阔。加快开发利用地热能不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义，而且对培育新兴产业、促进新型城镇化建设、增加就业均具有显著的拉动效应，是促进生态文明建设的重要举措。
地热能的开发利用可分为发电和非发电两个方面，高温地热资源主要用于地热发电，中、低温地热资源主要是直接利用，多用于采暖、干燥、工业、农林牧副渔业、医疗、旅游及人民的日常生活等方面。我国地热发电存在尾水排放温度过高的问题，以羊八井地热电站为例，尾水排放温度高达70-90℃，能量损失较大。因此，有必要对地热能进行梯级利用，提高综合能源利用效率。
有机朗肯循环ORC是回收中低温余热的一种重要途径，它采用低沸点的有机工质作为朗肯循环的循环介质。主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成。有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。
而现有的地热发电闪蒸罐出口中低品位尾水存在热能浪费的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地热能梯级利用的热电联产装置与方法，解决了现有的地热发电闪蒸罐出口中低品位尾水存在热能浪费的问题。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种地热能梯级利用的热电联产装置，包括地热井、气液分离器、汽轮机、冷凝器、一级蒸发器、膨胀机、换热器和回灌井，其中，地热井的地热水出口连接气液分离器的入口，气液分离器的高温水蒸气出口连接汽轮机的入口，汽轮机的出口经过冷凝器连接回灌井的入口；
气液分离器的高温液体出口连接一级蒸发器的水入口，一级蒸发器的高温有机工质出口连接膨胀机的入口，膨胀机的低温有机工质出口连接一级蒸发器的低温有机工质入口；
一级蒸发器的低温水出口连接换热器的热侧入口，换热器的热侧出口连接回灌井的入口；换热器还连接外接设备。
优选地，膨胀机的低温有机工质出口和一级蒸发器的低温有机工质入口之间设置有凝汽器。
优选地，膨胀机的低温有机工质出口和一级蒸发器的低温有机工质入口之间设置有第一储罐。
优选地，第一储罐和一级蒸发器的低温有机工质入口之间设置有工质泵。
优选地，一级蒸发器的低温水出口连接有二级蒸发器，其中，一级蒸发器的低温水出口连接二级蒸发器的水入口，二级蒸发器的制冷剂出口连接换热器的热侧入口，换热器的热侧出口连接用于储存制冷剂的第二储罐的入口，第二储罐的出口连接二级蒸发器的制冷剂的入口；二级蒸发器的出水口连接回灌井的入口。
一种地热能梯级利用的热电联产方法，基于一种地热能梯级利用的热电联产装置，包括以下步骤：
地热水从地热井中抽出送至气液分离器中进行气液分离，气液分离器的高温蒸气送至汽轮机中做功发电；汽轮机的乏汽排入至冷凝器内进行降温排至回灌井内；
气液分离器的高温液体水送至一级蒸发器内对有机工质进行加热，升温后的有机工质进入膨胀机做功发电，之后再进入一级蒸发器内循环使用；
经过一级蒸发器降温后的液体水，进入换热器进行热交换，再次降温后的液体水送至回灌井内；通过换热器对外供热。
优选地，一级蒸发器的低温水出口连接有二级蒸发器，其中，一级蒸发器的低温水出口连接二级蒸发器的水入口，二级蒸发器的制冷剂出口连接换热器的热侧入口，换热器的热侧出口连接用于储存制冷剂的第二储罐的入口，第二储罐的出口连接二级蒸发器的制冷剂的入口；二级蒸发器的出水口连接回灌井的入口；其中，经过一级蒸发器降温后的液体水，进入二级蒸发器加热制冷剂，升温后的制冷剂进入换热器进行热交换，降温后的制冷剂送至第二储罐内进行储存，之后再送至二级蒸发器循环使用；换热器对外供热；二级蒸发器的降温后的液体水送至回灌井内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种地热能梯级利用的热电联产装置，动力***采用单级扩容方式，从地热井来的蒸汽在扩容器中扩容后进入汽轮机发电，扩容器出口的热水仍具有较高的温度，若直接排放存在较大的能量损失，本***将这部分热水利用起来，实现地热能的综合梯级利用，提高地热能的能量利用效率；同时，该装置可回收中低温余热同时进行发电和供热，实现热电联产。
进一步的，本装置分三级对中低温余热进行利用，将中低温余热降低到15度左右，扩大中低温余热的利用温区，大幅提升中低温余热的利用效率。
本发明提供的一种地热能梯级利用的热电联产方法，动力***采用单级扩容方式，从地热井来的蒸汽在扩容器中扩容后进入汽轮机发电，扩容器出口的热水仍具有较高的温度，若直接排放存在较大的能量损失，本***将这部分热水利用起来，实现地热能的综合梯级利用，提高地热能的能量利用效率；同时，该装置可回收中低温余热同时进行发电和供热，实现热电联产。
附图说明
图1是本发明涉及的热电联产装置结构示意图；
其中，1、地热井2、气液分离器3、汽轮机4、冷凝器5、一级蒸发器6、膨胀机7、凝汽器8、第一储罐9、工质泵10、二级蒸发器11、压缩机12、换热器13、第二储罐14、节流阀15、回灌井。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种地热能梯级利用的热电联产装置，包括地热井1、气液分离器2、汽轮机3、冷凝器4、一级蒸发器5、膨胀机6、凝汽器7、第一储罐8、工质泵9、二级蒸发器10、压缩机11、换热器12、第二储罐13、节流阀14和回灌井15，其中，地热井1的出口连接气液分离器2的入口，气液分离器2的水蒸气出口连接汽轮机3的入口，汽轮机3的出口连接冷凝器4的入口，冷凝器4的出口连接回灌井15的入口；
气液分离器2的水出口连接一级蒸发器5的水入口，一级蒸发器5的高温有机工质出口连接膨胀剂6的高温有机工质入口，膨胀机6的低温有机工质出口连接凝汽器7的有机工质入口，凝汽器7的有机工质出口连接第一储罐8的有机工质入口，第一储罐8的有机工质出口连接工质泵9的有机工质入口，工质泵9的有机工质出口连接一级蒸发器5的有机工质入口，一级蒸发器5的水出口连接二级蒸发器10的水入口；
二级蒸发器10的制冷剂出口连接压缩机11的制冷剂入口，压缩机11的制冷剂出口连接换热器12的制冷剂入口，换热器12的制冷剂出口连接第二储罐13的制冷剂入口，第二储罐13的制冷剂出口连接节流阀14的制冷剂入口，节流阀14的制冷剂出口连接二级蒸发器10的制冷剂入口；换热器12连接外接设备，二级蒸发器10的水出口连接回灌井15的入口。
该装置的工作过程：
地热水从地热井1抽出送至气液分离器2中进行气液分离，气液分离器2的高温蒸气送至汽轮机3中做功发电，汽轮机3的乏汽排入至冷凝器4内进行降温形成冷凝结水排入至回灌井15内；
气液分离器2的高温液体水送至一级蒸发器5内对有机工质进行加热，升温后的有机工质进入膨胀机6做功发电，之后进入凝汽器7中进行冷凝降温，然后进入第一储罐8内进行储存，再经工质泵9升压后再进入一级蒸发器5内。
高温液体水经一级蒸发器5降温后，进入二级蒸发器10加热制冷剂，升温后的制冷剂经压缩机11压缩后进入换热器12进行热交换，降温后的制冷剂送至第二储罐13内进行储存，之后再通过节流调节阀14送至二级蒸发器10循环使用；换热器12对外供热；二级蒸发器10的降温后的液体水送至回灌井15内。

Claims (7)

1.一种地热能梯级利用的热电联产装置，其特征在于，包括地热井(1)、气液分离器(2)、汽轮机(3)、冷凝器(4)、一级蒸发器(5)、膨胀机(6)、换热器(12)和回灌井(15)，其中，地热井(1)的地热水出口连接气液分离器(2)的入口，气液分离器的高温水蒸气出口连接汽轮机(3)的入口，汽轮机(3)的出口经过冷凝器(4)连接回灌井(15)的入口；
气液分离器(2)的高温液体出口连接一级蒸发器(5)的水入口，一级蒸发器(5)的高温有机工质出口连接膨胀机(6)的入口，膨胀机(6)的低温有机工质出口连接一级蒸发器(5)的低温有机工质入口；
一级蒸发器(5)的低温水出口连接换热器(12)的热侧入口，换热器(12)的热侧出口连接回灌井(15)的入口；换热器(12)还连接外接设备。
2.根据权利要求1所述的一种地热能梯级利用的热电联产装置，其特征在于，膨胀机(6)的低温有机工质出口和一级蒸发器(5)的低温有机工质入口之间设置有凝汽器(7)。
3.根据权利要求1所述的一种地热能梯级利用的热电联产装置，其特征在于，膨胀机(6)的低温有机工质出口和一级蒸发器(5)的低温有机工质入口之间设置有第一储罐(8)。
4.根据权利要求3所述的一种地热能梯级利用的热电联产装置，其特征在于，第一储罐(8)和一级蒸发器(5)的低温有机工质入口之间设置有工质泵(9)。
5.根据权利要求1所述的一种地热能梯级利用的热电联产装置，其特征在于，一级蒸发器(5)的低温水出口连接有二级蒸发器(10)，其中，一级蒸发器(5)的低温水出口连接二级蒸发器(10)的水入口，二级蒸发器(10)的制冷剂出口连接换热器(12)的热侧入口，换热器(12)的热侧出口连接用于储存制冷剂的第二储罐(13)的入口，第二储罐(13)的出口连接二级蒸发器(10)的制冷剂的入口；二级蒸发器(10)的出水口连接回灌井(15)的入口。
6.一种地热能梯级利用的热电联产方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种地热能梯级利用的热电联产装置，包括以下步骤：
地热水从地热井(1)中抽出送至气液分离器(2)中进行气液分离，气液分离器(2)的高温蒸气送至汽轮机(3)中做功发电；汽轮机(3)的乏汽排入至冷凝器(4)内进行降温排至回灌井(15)内；
气液分离器(2)的高温液体水送至一级蒸发器(5)内对有机工质进行加热，升温后的有机工质进入膨胀机(6)做功发电，之后再进入一级蒸发器(5)内循环使用；
经过一级蒸发器(5)降温后的液体水，进入换热器(12)进行热交换，再次降温后的液体水送至回灌井(15)内；通过换热器(12)对外供热。
7.根据权利要求6所述的一种地热能梯级利用的热电联产方法，其特征在于，一级蒸发器(5)的低温水出口连接有二级蒸发器(10)，其中，一级蒸发器(5)的低温水出口连接二级蒸发器(10)的水入口，二级蒸发器(10)的制冷剂出口连接换热器(12)的热侧入口，换热器(12)的热侧出口连接用于储存制冷剂的第二储罐(13)的入口，第二储罐(13)的出口连接二级蒸发器(10)的制冷剂的入口；二级蒸发器(10)的出水口连接回灌井(15)的入口；其中，经过一级蒸发器(5)降温后的液体水，进入二级蒸发器(10)加热制冷剂，升温后的制冷剂进入换热器(12)进行热交换，降温后的制冷剂送至第二储罐(13)内进行储存，之后再通过节流调节阀(14)送至二级蒸发器(10)循环使用；换热器(12)对外供热；二级蒸发器(10)的降温后的液体水送至回灌井(15)内。
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