地熱發(fā)電

雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢有哪些?

  雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)是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、氯乙烷等),使之變?yōu)榈头悬c介質(zhì)蒸氣,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氣和不使溶解氣體從水中逸出,在管路中的熱水始終保持超過其溫度對應的飽和壓力。
 
  圖為該系統(tǒng)的流程圖。
  與閃蒸系統(tǒng)相比,雙循環(huán)系統(tǒng)有如下優(yōu)點。
 
  ①低沸點工質(zhì)的蒸氣比容比閃蒸系統(tǒng)減壓擴容后的蒸氣比容小得多,而汽輪機的幾何尺寸主要取決于末級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)的管道和汽輪機尺寸都十分緊湊,造價也低。
 
  ②地下熱水與低沸點工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)是間接換熱,地熱水并不直接參加熱力過程,所以汽輪機內(nèi)避免了地熱水中氣、固雜質(zhì)所導致的腐蝕問題。
 
  ③可以適應各種不同化學類型的地下熱水。
 
  ④能利用溫度較低的地熱水。
 
  ⑤如果地熱排水回灌地下,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。由于熱水從地熱井抽出一直到回灌地下始終處于壓力之下,因而水中的結(jié)垢組分不會析出,從而避免了井管及管道系統(tǒng)中的結(jié)垢。
 
  不過這種系統(tǒng)存在以下缺點。
 
  ①低沸點工質(zhì)價貴,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,技術要求高。
 
  ②由于蒸發(fā)器、凝汽器和預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)地熱發(fā)電系統(tǒng)的低沸點工質(zhì)選擇十分重要,它既要有化學穩(wěn)定性以及有較好的熱力學特性,又要有價廉、來源廣、無毒、不易燃燒等特點。要滿足上述所有要求的低沸點工質(zhì)是難找的,選擇時只能根據(jù)設計要求抓其主要的方面。在現(xiàn)有的一些雙循環(huán)地熱電站中,采用較多的低沸點工質(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,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)所采用的低沸點工質(zhì)汽輪機一般為軸流式,特別是在單機功率較大時。對較小功率的汽輪機采用軸流式,它可以獲得很高的相對內(nèi)效率。軸流式低沸點工質(zhì)汽輪機的設計原理與水蒸氣汽輪機相同。然而,在應用地熱流體的條件下,低沸點有機化合物的性質(zhì)與水蒸氣性質(zhì)有著顯著的差別,因而設計也就存在某些不同點。例如,低沸點工質(zhì)蒸氣中的聲速差不多是水蒸氣聲速的一半,因而其汽輪機的設計應使其轉(zhuǎn)子直徑為水蒸氣汽輪機轉(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),低沸點工質(zhì)蒸氣的密度比水蒸氣高一個數(shù)量級,而等熵焓降產(chǎn)生的功則少一個數(shù)量級。因此,雖然容積流量幾乎是相等的,但為了產(chǎn)生相同的功率,低沸點工質(zhì)的質(zhì)量流量應比水蒸氣的高一個數(shù)量級。低沸點有機工質(zhì)的高密度和小焙降,再加上不夠理想的性質(zhì),故對汽輪機設計有特殊要求。