ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2009 года по МПК F24J3/08 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к геотермальным энергетическим установкам, вырабатывающим электроэнергию на базе использования тепла геотермальных источников.

Известны геотермальные энергетические установки с использованием для выработки электроэнергии тепловой энергии геотермальных источников, в которых геотермальная среда из эксплуатационной скважины поступает в последовательно установленные ступени расширителей, из которых образовавшийся пар поступает в турбину [1].

Недостатком таких установок является низкий КПД, определяемый низкими начальными параметрами пара, поступающего в турбину, и образование интенсивных отложений, как правило, карбоната кальция на внутренней поверхности геотермального оборудования при нарушении карбонатно-кальциевого равновесия в ступенях расширителей. Это одна из главных причин, препятствующих широкому использованию средне- и высокопотенциальных геотермальных источников для выработки электроэнергии (например, Каясула - Ставропольский край, Тарумовка - Республика Дагестан и др.).

Средне- и высокопотенциальные геотермальные источники энергии можно более эффективно использовать как поставщики дополнительного топлива через газоотделители и как подогреватели конденсатной и подпиточной воды основного паротурбинного контура энергетических установок.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату при ее использовании является геотермальная энергетическая установка с контуром теплоносителя, включающим соединенные со скважиной газоотделитель, линией отвода газов подключенный к камере сгорания органического топлива, теплообменники-утилизаторы тепла отходящих газов газотурбинной установки, связанной с камерой сгорания органического топлива, и теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинного контура, содержащего парогенератор, паровую турбину, конденсатор, деаэратор, регенеративные подогреватели низкого и высокого давления [2].

К недостаткам таких установок относится образование интенсивных отложений, как правило, карбоната кальция в геотермальном оборудовании после газоотделителя в теплообменниках в результате нарушения карбонатно-кальциевого равновесия. Одновременно наличие большого количества твердой фазы карбоната кальция в виде взвешенных частиц представляет серьезную угрозу для скважины обратной закачки термальной воды.

Эти установки также имеют резервы повышения эффективности использования тепловой энергии геотермального источника за счет большего использования теплового потенциала продуктов сгорания.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности работы геотермальной энергетической установки за счет большего использования теплового потенциала продуктов сгорания и предотвращения солеотложений в теплообменниках, установленных в контуре геотермального теплоносителя, а также уменьшения опасности забивания скважин обратной закачки.

Технический результат достигается тем, что в геотермальной энергетической установке с контуром теплоносителя, включающим соединенные со скважиной газоотделитель, линией отвода газов подключенный к камере сгорания органического топлива, теплообменники-утилизаторы тепла отходящих газов газотурбинной установки, связанной с камерой сгорания органического топлива, и теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинного контура, содержащего парогенератор, паровую турбину, конденсатор, деаэратор, регенеративные подогреватели низкого и высокого давления, продукты сгорания органического топлива после газотурбинной установки и поверхностного типа теплообменника-утилизатора поступают в смешивающего типа теплообменник-утилизатор, установленный на отводящем от газоотделителя трубопроводе термальной воды, причем смесь термальной воды с продуктами сгорания проходит через теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинного контура, и далее в скважину обратной закачки.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой 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 4 сгорания газотурбинной установки, состоящей из компрессора 5, газовой турбины 6 и электрического генератора 7. Выход газовой турбины 6 подключен к парогенератору 8 и к теплообменникам-утилизаторам тепла отходящих газов газотурбинной установки поверхностного типа 9 и смешивающего типа 10, установленным соответственно на подводящем (между скважиной 1 и газоотделителем 3) и отводящем (между газоотделителем 3 и теплообменником 19, установленным в линии питательной воды паротурбинной установки) трубопроводах термальной воды.

Паросиловая установка содержит парогенератор 8, паровую турбину 11, электрический генератор 12, конденсатор 13, конденсатный насос 14, деаэратор 15, питательный насос 16 и регенеративный подогреватель 17 высокого давления (регенеративный подогреватель низкого давления в контуре паротурбинной установки не показан). Для подачи термальной воды после газоотделителя 3 установлен перекачивающий насос 18, который прокачивает термальную воду вместе с продуктами сгорания органического топлива последовательно через теплообменник 19, установленный в линии питательной воды конденсатно-питательного тракта паротурбинной установки, теплообменник 20, установленный в конденсатной линии конденсатно-питательного тракта, в реинжекционную скважину обратной закачки 21. Насос 22 служит для подачи продуктов сгорания органического топлива под давлением в теплообменник 10 смешивающего типа.

Геотермальная энергетическая установка работает следующим образом.

Геотермальная среда из эксплуатационной скважины 1 насосом 2 подается в поверхностного типа теплообменник-утилизатор 9, где она дополнительно подогревается охлаждающими газами газовой турбины 6 и затем поступает в газоотделитель 3. Из газоотделителя 3 парогазовая смесь поступает в камеру сгорания 4, где при дополнительном подводе топлива в атмосфере кислорода воздуха происходит сгорание горючих газов. После камеры 4 продукты сгорания вместе с водяным паром из газоотделителя 3 поступают в газовую турбину 6, вращающую электрический генератор 7. После газовой турбины 6 часть продуктов сгорания направляется в парогенератор 8, а часть параллельным потоком в теплообменники-утилизаторы 9 и 10, установленные на подводящем и отводящем трубопроводах термальной воды соответственно. С помощью нагнетательного насоса 22 продукты сгорания топлива смешиваются в теплообменнике 10 с термальной водой, направляемой к теплообменникам 19 и 20, установленным в конденсатно-питательном тракте. Далее эта смесь поступает в реинжекционную скважину 21.

Содержащаяся в большом количестве в продуктах сгорания двуокись углерода (СО₂) при смешивании с термальной водой способствует ее стабилизации и растворению образовавшихся ранее в газоотделителе взвешенных частиц карбоната кальция. Одновременно повышается энергетический потенциал термальной воды, проходящей через теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте.

Таким образом, подача продуктов сгорания органического топлива после газовой турбины непосредственно в теплообменник смешивающего типа повышает эффективность работы геотермальной энергетической установки за счет предотвращения образования карбонатных отложений в геотермальном оборудовании, снятия угрозы забивания скважины обратной закачки, повышения энергетического потенциала термальной воды, проходящей через теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинной установки, а также полного исключения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания органического топлива.

Источники информации

1. А.с. СССР №1035247, Кл. F01K 27/00, 1983.

2. Патент Российской Федерации RU 02027867 С1, 19950127, F01K 27/00, F03G 7/00.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к геотермальным энергетическим установкам, вырабатывающим электроэнергию на базе использования тепла геотермальных источников. В геотермальной энергетической установке с контуром теплоносителя, включающим соединенные со скважиной газоотделитель, теплообменники-утилизаторы тепла отходящих газов газотурбинной установки и теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинного контура, продукты сгорания органического топлива после газовой турбины поступают непосредственно в теплообменник смешивающего типа, установленный на отводящем от газоотделителя трубопроводе термальной воды. Смесь термальной воды вместе с продуктами сгорания органического топлива проходит через теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинной установки, что позволяет повысить эффективность работы геотермальной энергетической установки за счет предотвращения образования карбонатных отложений в геотермальном оборудовании, снятия угрозы забивания скважины обратной закачки, повышения энергетического потенциала термальной воды, проходящей через теплообменники, а также полного исключения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. 1 ил.

Геотермальная энергетическая установка с контуром теплоносителя, включающим соединенные со скважиной газоотделитель, линией отвода газов подключенный к камере сгорания органического топлива, теплообменники-утилизаторы тепла отходящих газов газотурбинной установки, связанной с камерой сгорания органического топлива, и теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинного контура, содержащего парогенератор, паровую турбину, конденсатор, деаэратор, регенеративные подогреватели низкого и высокого давления, отличающаяся тем, что продукты сгорания органического топлива после газотурбинной установки и поверхностного типа теплообменника-утилизатора поступают в смешивающего типа теплообменник-утилизатор, установленный на линии отвода термальной воды от газоотделителя, причем смесь термальной воды с продуктами сгорания проходит через теплообменники, установленные в конденсатно-питательном тракте паротурбинного контура, и далее в скважину обратной закачки.