КОМПЛЕКС ТЕПЛОЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2001 года по МПК G21F9/24 F24D15/00 F03G4/02 

Изобретение относится к области получения тепловой и электрической энергии и обработки отходов производства на основе использования высокотемпературных гидротермальных систем, в частности к использованию пароводяных смесей из геотермальных скважин.

Известен комплекс теплоэлектроснабжения, содержащий эксплуатационную скважину, теплообменник с контуром вторичного теплоснабжения, турбину с генератором, систему сброса геотермальной жидкости (Э. Берман. Геотермальная энергия. - М. : Мир, 1978, с. 299, Фиг. 6.16, схема с вторичным теплоносителем).

Недостатком данного комплекса является низкий процент использования тепла, т. к. вторичным теплоносителем является изобутан, за счет его нагрева получают электроэнергию, а геотермальную еще горячую воду сбрасывают, частично использовав для теплосети.

Известен комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов, содержащий эксплуатационную геотермальную скважину, теплообменник с контуром вторичного теплоносителя, турбину с генератором, конденсатор пара, насос и систему обработки отходов (см. И.М. Дворов. Глубинное тепло земли. - М.: Наука, Геотермальная станция с теплообменником, с. 110, рис. 27). Данный комплекс взят за прототип.

Прототип имеет недостаток - снижение температурных и упругих параметров пара перед турбиной, пониженный коэффициент полезного действия, узкий круг обрабатываемых отходов.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом данного изобретения является повышение коэффициента использования геотермальной скважины, расширение диапазона обрабатываемых отходов, улучшение экологических характеристик месторождения гидротермальной системы.

Технический результат достигается тем, что в комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов производства, содержащий эксплуатационную геотермальную скважину, теплообменник, контур вторичного теплоносителя, турбину с генератором, конденсатор пара, насос и систему обработки отходов, введены нагнетательная и наблюдательная скважины, насос выполнен дозировочным, выход эксплуатационной скважины связан с турбосепаратором, который соединен с генератором, один из выходов турбосепаратора соединен со входом теплообменника, в качестве вторичного теплоносителя которого выбрана потребляемая вода, теплообменник содержит выход потребляемой воды и выход термальной воды, который через первый дозировочный насос соединен со входом нагнетательной скважины, второй выход турбосепаратора связан с сетчатым сепаратором, выход которого связан с турбогенератором, последовательно с турбогенератором расположен конденсатор пара, выход которого соединен со входом первого дозировочного насоса, система обработки отходов содержит контейнер жидких радиоактивных отходов, соединенный через второй дозировочный насос со входом нагнетательной скважины, в наблюдательной скважине расположены приборы контроля за нагнетательной скважиной и приборы управления дозировочными насосами, при этом расстояние между эксплуатационной скважиной и нагнетательной скважиной удовлетворяет условию

R_эн - расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами;
R_вл - радиус зоны влияния эксплуатационной скважины,
а наблюдательная скважина расположена в зоне влияния нагнетательной скважины.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где 1 - эксплуатационная скважина, 2 - нагнетательная скважина, 3 - наблюдательная скважина, 4 - турбосепаратор, 5 - генератор турбосепаратора, 6 - сетчатый сепаратор, 7 - турбогенератор, 8 - генератор, 9 - конденсатор пара, 10 - первый дозирующий насос (для подачи теплоносителя), 11 - вторичный теплоноситель (вода для отопления), 12 - теплообменник, 13 - потребитель (например, система центрального отопления), 14 - контейнер с жидкими радиоактивными отходами, 15 - второй дозирующий насос.

Устройство работает следующим образом.

Эксплуатационная геотермальная скважина 1 расположена в геологических формациях высокотемпературных гидротермальных системах с диапазоном температур от 100^oC и выше. Гидротермальные системы сложены ультраосновными, основными и кислыми алюмосиликатными магматическими породами, содержащими магний. Из эксплуатационной скважины 1 пар и пароводяная смесь поступают на турбосепаратор 4, в котором происходит разделение смеси на воду и пар, при этом генератор 5 уже начинает вырабатывать электроэнергию. Сепарированный пар поступает на сетчатый сепаратор 6, из которого полностью осушенный подается на турбину 7 (турбогенератор), с генератора 8 которой электроэнергия поступает потребителю, отработанный пар поступает в конденсатор пара 9, откуда жидкость поступает с помощью первого дозирующего насоса 10 в нагнетательную скважину 2, т.е. происходит обратная закачка.

В это же время отсепарированная жидкость с турбогенератора 4 направляется в теплообменник 12, через который пропускают вторичный теплоноситель 11, в нашем случае это вода для системы центрального отопления, которая, нагреваясь, поступает к потребителю 13. Наличие геотермальной воды и дренажная структура в геологических формациях высокотемпературных системах позволяет использовать нагнетательную скважину 2 как для реинжекции (обратная закачка термальных вод), так и для захоронения жидких радиоактивных отходов. Из контейнера 14 через второй дозирующий насос 15 жидкие радиоактивные отходы подаются в нагнетательную скважину 2. Управление как первым дозирующим насосом 10, так и вторым насосом 15 идет по команде контролирующих и управляющих приборов, расположенных в наблюдательной скважине 3. При совместном нагнетании в недра гидротермальных систем жидких радиоактивных отходов и отработанного теплоносителя происходит еще большее разбавление радиоактивных отходов, а главное - их подкисление конденсатом пара из сбрасываемых вод, что уменьшает вероятность преждевременного осаждения радиоактивных элементов в прискважинной зоне.

Радиоактивные сточные воды закачиваются в нагнетательную скважину 2, где на первой стадии образуются гели кремнекислоты и частичное осаждение сульфидов тяжелых металлов. Эти процессы характерны для участка гидротермальных систем с формированием кислых и слабокислых SO₄-Cl-Na и затем нейтральных Cl-Na-K гидротерм, содержащих растворимые соли тяжелых металлов типа MeCl, MeSO₄, а также Me+SiO₂.

На второй стадии наблюдается осаждение тяжелых металлов из водных окисей в коллоидном состоянии при коагуляции в форме аморфного кремнезема (Me+SiO₂). Количество и состояние радиоактивных отходов контролируется приборами наблюдательной скважины 3. При необходимости включаются первый дозирующий насос 10, или второй дозирующий насос 15, или оба работают одновременно.

На третьей стадии образуются и осаждаются окислы и карбонаты тяжелых металлов (MeCO₃, MeO₃, Me+SiO₂, CaCO₃). Высокая концентрация магния в подземных водах морского генезиса способствует образованию нерастворимого кремнезема.

Проведенные эксперименты показали, что кремнезем и алюмосиликаты сорбируют 100% уранила, 50-70% цезия и стронция.

Закачиваемый в пласт раствор, представляющий смесь сбрасываемой после сепарации воды, конденсата пара и жидких радиоактивных отходов при взаимодействии с минеральной нагрузкой термальных вод, заключенных в пласте, и минералами породы, образуют нерастворимые соединения. Это обстоятельство делает безопасным извлечение пластовой воды даже вблизи участка нагнетательной скважины 2. Тем не менее для полной гарантии безопасного извлечения пароводяной смеси из эксплуатационной скважины 1 эксплуатационную скважину 1 и нагнетательную скважину 2 располагают согласно условию

где R_эн - расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами;
R_вл - радиус зоны влияния эксплуатационной скважины,
а наблюдательная скважина расположена в зоне влияния нагнетательной скважины.

Наблюдательную скважину 3 располагают в зоне влияния нагнетательной скважины 2. Существующая практика показывает, что радиус влияния скважины составляет 0,3-1,0 км в зависимости от фильтрационных свойств водовмещающих пород месторождения.

Изобретение относится к получению тепловой и электрической энергии и обработке отходов производства на основе использования высокотемпературных гидротермальных систем, в частности к использованию пароводяных смесей из геотермальных скважин. Комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов производства содержит эксплуатационную геотермальную скважину, теплообменник, контур вторичного теплоносителя, турбину с генератором, конденсатор пара, насос и систему обработки отходов. Введены нагнетательная и наблюдательная скважины, насос выполнен дозировочным, выход эксплуатационной скважины связан с турбосепаратором, который соединен с генератором, один из выходов турбосепаратора соединен со входом теплообменника, в качестве вторичного теплоносителя которого выбрана потребляемая вода, теплообменник содержит выход потребляемой воды и выход термальной воды, который через первый дозировочный насос соединен со входом нагнетательной скважины, второй выход турбосепаратора связан с сетчатым сепаратором, выход которого связан с турбогенератором, последовательно с турбогенератором расположен конденсатор пара, выход которого соединен со входом первого дозировочного насоса, система обработки отходов содержит контейнер жидких радиоактивных отходов, соединенный через второй дозировочный насос с входом нагнетательной скважины, в наблюдательной скважине расположены приборы контроля за нагнетательной скважиной и приборы управления дозировочными насосами, при этом расстояние между эксплуатационной скважиной и нагнетательной скважиной удовлетворяет условию: R_эн/R_вл ≥ 2, где R_эн - расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами, R_вл - радиус зоны влияния эксплуатационной скважины. Технический результат - повышение коэффициента использования геотермальной скважины, расширение диапазона обрабатываемых отходов. 1 ил.

Комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов производства, содержащий эксплуатационную геотермальную скважину, теплообменник, контур вторичного теплоносителя, турбину с генератором, конденсатор пара, насос и систему обработки отходов, отличающийся тем, что в него введены нагнетательная и наблюдательная скважины, насос выполнен дозировочным, выход эксплуатационной скважины связан с турбосепаратором, который соединен с генератором, один из выходов турбосепаратора соединен со входом теплообменника, в качестве вторичного теплоносителя которого выбрана потребляемая вода, теплообменник содержит выход потребляемой воды и выход термальной воды, который через первый дозировочный насос соединен с входом нагнетательной скважины, второй выход турбосепаратора связан с сетчатым сепаратором, выход которого связан с турбогенератором, последовательно с турбогенератором расположен конденсатор пара, выход которого соединен с входом первого дозировочного насоса, система обработки отходов содержит контейнер жидких радиоактивных отходов, соединенный через второй дозировочный насос с входом нагнетательной скважины, в наблюдательной скважине расположены приборы контроля за нагнетательной скважиной и приборы управления дозировочными насосами, при этом расстояние между эксплуатационной скважиной и нагнетательной скважиной удовлетворяет условию

где R_эн - расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами;
R_вл - радиус зоны влияния эксплуатационной скважины,
а наблюдательная скважина расположена в зоне влияния нагнетательной скважины.