ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F03G7/00 F01K27/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к геотермальным энергетическим установкам с использованием для выработки электроэнергии теплоты геотермальных источников.

Известны геотермальные энергетические установки с использованием для выработки электроэнергии теплоты геотермальных источников, в которых геотермальная среда из эксплуатационной скважины поступает в последовательно установленные ступени расширителей, соединенных линиями подачи рабочего тела с соответствующими ступенями проточной части турбины (авт. св. СССР N 1513175, кл. F 03 G 7/00, 1989).

Недостатком такой установки является то, что значительное количество растворенных в воде газов, выделяясь в расширителе, попадает в турбину, а затем в конденсатор, снижая вакуум, в связи с чем повышается мощность эжектора, что снижает экономичность установки. Кроме того, установка характеризуется высокой влажностью пара на последних ступенях турбины.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату при его использовании является геотермальная энергетическая установка, содержащая газоотделитель с линиями отвода газов и подачи рабочего тела в турбину, снабженная на линии подачи рабочего тела камерой сгорания с воздушным патрубком, подключенной к линии отвода газа от газоотделителя (авт.св. N1038543, кл. F 03 G, 7/00, 1983).

Недостатком такой установки является низкий КПД, определяемый низкими начальными параметрами пара, поступающего в турбину.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности установки.

Геотермальная энергетическая установка, содержащая соединенный со скважиной источника геотермальной воды газоотделитель, подключенный линией отвода газов к камере сгорания, а линией отвода воды к парогенератору, выход которого подключен к паровой турбине, при этом выход конденсатора турбины соединен со скважиной закачки геотермальной воды, дополнительно снабжена газотурбинной установкой, а также утилизационными и регенеративными теплообменниками и линией отбора пара из турбины, при этом камера сгорания в линии, соединяющей компрессор и турбину газотурбинной установкой, выхлопной патрубок которой соединен линиями сброса отходящих газов с теплообменника-утилизатора и парогенератором, причем первый по ходу газов теплообменник-утилизатор установлен в линии отвода воды из газоотделителя в парогенератор, а второй - в линии подачи геотермальной воды из скважины в газоотделитель, регенеративный теплообменник по нагреваемой среде установлен в линии отвода воды из газоотделителя после теплообменника-утилизатора, по греющей среде его вход подключен к линии отбора пара, а выход - к газоотделителю.

Таким образом изобретением достигается увеличение глубины (уровня) утилизации (использования) теплоты геотермальных источников и отработавших газов газотурбинной установки и на этой основе повышение КПД геотермальной энергетической установки.

На чертеже изображена принципиальная схема геотермальной энергетической установки.

Геотермальная энергетическая установка содержит эксплуатационную скважину 1 геотермальной среды, насос 2 подачи термальной воды в газоотделитель 3, из которого парогазовый теплоноситель поступает в камеру сгорания 4 газотурбинной установки, состоящей также из компрессора 5, газовой турбины 6 и электрического генератора 7. Выход газовой турбины 6 подключен к парогенератору 8 и к теплообменникам-утилизаторам 9 и 10, установленным соответственно на отводящем от газоотделителя и подводящем трубопроводах термальной воды. Паросиловая установка, кроме парогенератора 8, содержит паровую турбину 11, электрический генератор 12, конденсатор 13, конденсатный насос 14 и регенеративный подогреватель 15. Для подачи термальной воды после газоотделителя 3 в паровой котел 8 установлен перекачивающий насос 16. После конденсатора термальная вода закачивается в реинжекционную скважину 17. Отводящий трубопровод термальной воды от газоотделителя включен в тракт питательной воды паротурбинной установки, а дренажный патрубок подогревателя высокого давления 15 подключен к газоотделителю 3.

Геотермальная энергетическая установка работает следующим образом.

Геотермальная среда из эксплуатационной скважины 1 насосом 2 подается в теплообменник-утилизатор 10, где она дополнительно подогревается отходящими газами газовой турбины и затем с повышенной температурой поступает в парогазоотделитель 3. Парогазовая фракция термального теплоносителя, состоящая из водяного пара и горючих газов, после газоотделителя 3 поступает в камеру сгорания, где при дополнительном подводе топлива в атмосфере кислорода воздуха происходит сгорание горючих газов, поступивших из газоотделителя и дополнительно подведенного в камеру сгорания топлива. После камеры сгорания 4 рабочее тело, состоящее из продуктов сгорания и водяного пара, поступившего из парогазоотделителя 3, поступает в газовую турбину 6, где вырабатывает электрическую мощность генератором 7, причем газовая турбина по сравнению с обычной газотурбинной установкой будет иметь повышенную мощность за счет дополнительного подвода рабочего тела из парогазоотделителя 3. После газовой турбины 6 часть продуктов сгорания направляется в котел 8, а часть - параллельным потоком в теплообменники-утилизаторы 9 и 10 на отводящий от газоотделителя и подводящий линиях термальной воды соответственно. Соотношение частей газов, подаваемых в котел и в теплообменники-утилизаторы, может регулироваться с помощью регулирующих органов, установленных на подводящих к ним линиях. Работа паросилового контура при использовании геотермальной воды в качестве теплоносителя паротурбинной установки осуществляется следующим образом. Жидкая фаза теплоносителя после парогазоотделителя 3, служащего в данном случае одновременно и деаэратором для паросиловой установки, насосом 16 через теплообменник-утилизатор 9 поступает непосредственно в водопитательный тракт котла на входе в регенеративный подогреватель высокого давления 15, дренаж пара отбора турбины 11 из которого поступает в пароотделитель 3, а отработавший в турбине 11 пар конденсируется в конденсаторе 13 и закачивается насосом 14 в реинжекционную скважину 17.

Известно, что дополнительный ввод пара в продукты сгорания газотурбинной установки позволяет снизить образование и выброс в атмосферу окислов азота с отходящими газами газовой турбины или парогенератора.

Использование: в области энергетики, преимущественно при выработке энергии на геотермальных энергетических установках. Сущность изобретения: установка содержит соединенный со скважиной источника геотермальной воды газоотделитель, подключенный линией отвода газов к камере сгорания, а линией отвода воды к парогенератору, выход которого подключен к паровой турбине, при этом выход конденсатора турбины соединен со скважиной закачки геотермальной воды, причем установка дополнительно снабжена газотурбинной установкой, а также утилизационными и регенеративными теплообменниками и линией отбора пара из турбины, при этом камера сгорания установлена в линии, соединяющей компрессор и турбину газотурбинной установки, выхлопной патрубок которой соединен линиями сброса отходящих газов с теплообменниками-утилизаторами и парогенератором, причем первый по ходу газов теплообменник-утилизатор установлен в линии отвода воды из газоотделителя в парогенератор, а второй - в линии подачи геотермальной воды из скважины в газоотделитель, регенеративный теплообменник по нагреваемой среде установлен в линии отвода воды из газоотделителя после теплообменника-утилизатора, по греющей среде его вход подключен к линии отбора пара, а выход - к газоотделителю. 1 ил.

Геотермальная энергетическая установка, содержащая соединенный со скважиной источника геотермальной воды газоотделитель, подключенный линией отвода газов к камере сгорания, а линией отвода воды к парогенератору, выход которого подключен к паровой турбине, при этом выход конденсатора турбины соединен со скважиной закачки геотермальной воды, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена газотурбинной установкой, а также утилизационными и регенеративными теплообменниками и линией отбора пара из турбины, при этом камера сгорания установлена в линии, соединяющей компрессор и турбину газотурбинной установки, выхлопной патрубок которой соединен линиями сброса отходящих газов с теплообменниками-утилизаторами и парогенератором, причем первый по ходу газов теплообменник-утилизатор установлен в линии отвода воды из газоотделителя в парогенератор, а второй - в линии подачи геотермальной воды из скважины в газоотделитель, регенеративный теплообменник по нагреваемой среде установлен в линии отвода воды из газоотделителя после теплообменника-утилизатора, по греющей среде его вход подключен к линии отбора пара, а выход - к газоотделителю.