ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Российский патент 2024 года по МПК F24T10/20 

Изобретение относится к области энергетики, а именно к установкам автономного электро- и теплоснабжения с использованием геотермальной энергии Земли и может быть использовано для энергоснабжения электрической и тепловой энергией.

Известна геотермальная установка энергоснабжения потребителей [RU 2810329 C1, МПК F24T 10/20 (2006.01), опубл. 26.12.2023], выбранная в качестве прототипа, которая содержит размещенный в скважине первый насос, выход которого трубопроводами через фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей соединен с испарителем, который связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину. Выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки. Испаритель трубопроводом соединен с турбиной, выход которой соединен с регенеративным подогревателем, выходы которого трубопроводами соединены с экономайзером и с конденсатором воздушного охлаждения, выход которого соединен с третьим насосом, выход которого подключен ко второму входу регенеративного подогревателя. Второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для передачи нагретой воды потребителю тепловой энергии. Вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии, а выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения.

При работе такой геотермальной установки используется геотермальная вода, содержащая газовые примеси из скважины, что приводит к коррозии оборудования, снижению эффективности теплообмена и срока эксплуатации установки.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и эффективности геотермальной установки энергоснабжения потребителей.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей, также как в прототипе, содержит размещенный в скважине первый насос, выход которого трубопроводом соединен с фильтром очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей. Испаритель связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину. Выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки. Испаритель трубопроводом соединен с турбиной, которая соединена с электрогенератором. Выход турбины соединен с регенеративным подогревателем, выходы которого трубопроводами соединены с экономайзером и с конденсатором воздушного охлаждения. Выход третьего насоса подключен ко второму входу регенеративного подогревателя. Второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для передачи нагретой воды потребителю тепловой энергии. Вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии, а выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения.

Согласно изобретению, выход фильтра очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей трубопроводом соединен с дегазатором, первый выход которого трубопроводом связан с осушителем газа, который соединен с газовым котлом, к которому подсоединен второй выход дегазатора. Выход газового котла соединен с испарителем, а выход конденсатора воздушного охлаждения соединен с баком накопителем хладагента, выход которого соединен с входом третьего насоса.

Использование дегазатора и газового котла позволяет дегазировать горячую геотермальную воду, набираемую из скважины, что приводит к снижению коррозии теплообменного оборудования первого контура бинарного цикла, а также повысить температуру геотермальной воды, используемой для нагрева рабочего тела (хладагента) второго контура.

Кроме того, предложенная установка позволяет увеличить количество используемой тепловой энергии теплоносителя в первом контуре бинарного цикла за счет сжигания газов, содержащихся в воде из скважины, в газовом котле.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность работы теплообменного оборудования первого контура, повысить параметры рабочего тела второго контура и вырабатывать больше электрической и тепловой энергии.

При использовании изобретения увеличивается срок эксплуатации экономайзера и испарителя, и эффективность процесса теплообмена за счет удаления газов из воды. По сравнению с прототипом, установка вырабатывает больше тепловой и электрической энергии, поскольку удаленный из воды в дегазаторе газ, после его осушки в осушителе, используется для дополнительного нагрева воды в газовом котле, что значительно повышает эффективность работы установки.

На фиг. 1 показана технологическая схема геотермальной установки энергоснабжения потребителей с дегазатором и газовым котлом.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей содержит три технологически взаимосвязанных функциональных контура.

Первый контур бинарного цикла содержит расположенный в скважине 1 первый насос 2, выход которого через фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей 3, трубопроводом соединен с дегазатором 4 (Д), который соединен с осушителем газа 5 (ОГ). Второй выход дегазатора 4 (Д) и осушитель газа 5 (ОГ) соединены с газовым котлом 6 (ГК), выход которого связан с испарителем 7 (И), который связан с экономайзером 8 (Э). Выход экономайзера 8 (Э) соединен с входом второго насоса 9, на выходе которого установлен фильтр тонкой очистки 10, после которого конец трубопровода погружен в инжекционную скважину 11.

Выход второго насоса 9 через первую задвижку 12 подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения 13 (ПКТ), первый выход которого через вторую задвижку 14 соединен с входом фильтра тонкой очистки 10.

Второй контур бинарного цикла содержит последовательно связанные экономайзер 8 (Э) и испаритель 7 (И), который трубопроводом соединен с турбиной 15, которая соединена с электрогенератором 16. Выход турбины 15 соединен с регенеративным подогревателем 17 (РП), выходы которого трубопроводами соединены с экономайзером 8 (Э) и с конденсатором воздушного охлаждения 18. Выход конденсатора воздушного охлаждения 18 соединен с баком накопителем 19 (БН), выход которого соединен с третьим насосом 20, выход которого подключен ко второму входу регенеративного подогревателя 17 (РП).

Третий контур бинарного цикла содержит подогреватель контура теплоснабжения 13 (ПКТ), выход которого соединен с потребителем тепловой энергии 21, после которого установлен четвертый насос 22, выход которого трубопроводом соединен со входом подогревателя контура теплоснабжения 13 (ПКТ).

Перед пуском геотермальной установки энергоснабжения потребителей первый контур бинарного цикла заполняют теплоносителем - водой с высокой температурой из скважины 1, второй контур заполняют низкокипящей средой - хладагентом, например, фреоном, третий контур заполняют водой из контура теплоснабжения.

При работе первого насоса 2 создают давление, необходимое для циркуляции в первом контуре бинарного цикла теплоносителя - воды с высокой температурой из скважины 1, из глубоких земных слоев. Теплоноситель по трубопроводу из скважины 1 поступает в фильтр очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей 3. После очистки, теплоноситель по трубопроводу поступает в дегазатор 4 (Д), где происходит отделение газа от воды. Отделенный от воды газ поступает по трубопроводу в осушитель газа 5 (ОГ) для дополнительной осушки. Затем, сухой газ поступает в газовый котел, где сжигается. В результате чего происходит нагрев геотермальной воды, поступающей из дегазатора 4 (Д). Нагретая в газовом котле 6 (ГК) вода по трубопроводу поступает в испаритель 7 (И), где за счет его тепловой энергии происходит испарение рабочего тела второго контура бинарного цикла. С выхода испарителя 7 (И) теплоноситель по трубопроводу поступает в экономайзер 8 (Э), где в процессе теплообмена он нагревает хладагент до температуры насыщения. Далее, теплоноситель по трубопроводу поступает на вход второго насоса 9, после которого под необходимым давлением, его подают на фильтр тонкой очистки 10 для удаления примесей. После очистки, теплоноситель по трубопроводу направляют в инжекционную скважину 11.

Хладагент после нагрева до состояния насыщения в экономайзере 8 (Э) и преобразования в пар в испарителе 7 (И), по трубопроводу направляют в турбину 15, где происходит преобразование потенциальной энергии хладагента в механическое вращение вала турбины 15, которая соединена с электрогенератором 16, который преобразует механическую энергию вращения вала в электрическую энергию. После турбины 15 хладагент направляют в регенеративный подогреватель 17 (РП), где за счет остаточной тепловой энергии нагревают сконденсировавшийся в конденсаторе воздушного охлаждения 18 хладагент, который накапливается в баке-накопителе 19 (БН), и третьим насосом 20 подают через регенеративный подогреватель 17 (РП) на вход экономайзера 8 (Э), замыкая второй контур бинарного цикла.

Для обеспечения потребителя тепловой энергии 21, открывают первую задвижку 12, через которую теплоноситель поступает в подогреватель контура теплоснабжения 13 (ПКТ), где в процессе теплообмена, теплоноситель отдает свое тепло рабочему телу третьего контура бинарного цикла - воде. После этого, теплоноситель через открытую вторую задвижку 14 направляют в фильтр тонкой очистки 10, и оттуда в инжекционную скважину 11. Нагретую в подогревателе контура теплоснабжения 13 (ПКТ) воду по трубопроводу подают потребителю тепловой энергии 21, а затем четвертым насосом 22 возвращают обратно в подогреватель контура теплоснабжения 13 (ПКТ), замыкая третий контур бинарного цикла.

При отсутствии необходимости в снабжении потребителя тепловой энергии 21, задвижки 12 и 14 закрывают, а четвертый насос 22 отключают.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к установкам автономного электро- и теплоснабжения с использованием геотермальной энергии Земли и может быть использовано для энергоснабжения электрической и тепловой энергией. Геотермальная установка энергоснабжения потребителей содержит размещенный в скважине первый насос, выход которого трубопроводом соединен с фильтром очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей. Испаритель связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину. Выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки. Испаритель трубопроводом соединен с турбиной, которая соединена с электрогенератором. Выход турбины соединен с регенеративным подогревателем, выходы которого трубопроводами соединены с экономайзером и с конденсатором воздушного охлаждения. Выход третьего насоса подключен ко второму входу регенеративного подогревателя. Второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для передачи нагретой воды потребителю тепловой энергии. Вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии, а выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения. Выход фильтра очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей трубопроводом соединен с дегазатором, первый выход которого трубопроводом связан с осушителем газа, который соединен с газовым котлом, к которому подсоединен второй выход дегазатора. Выход газового котла соединен с испарителем, а выход конденсатора воздушного охлаждения соединен с баком накопителем хладагента, выход которого соединен с входом третьего насоса. Технический результат: повышение надежности и эффективности геотермальной установки. 1 ил.

Геотермальная установка энергоснабжения потребителей, содержащая размещенный в скважине первый насос, выход которого трубопроводом соединен с фильтром очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей, испаритель связан с экономайзером, выход которого соединен с входом второго насоса, который через фильтр тонкой очистки соединен с трубопроводом, конец которого предназначен для погружения в инжекционную скважину, а выход второго насоса через первую задвижку подключен к первому входу подогревателя контура теплоснабжения, первый выход которого через вторую задвижку соединен с входом фильтра тонкой очистки, причем испаритель трубопроводом связан с турбиной, которая соединена с электрогенератором, выход турбины соединен с регенеративным подогревателем, выходы которого трубопроводами соединены с экономайзером и с конденсатором воздушного охлаждения, выход третьего насоса подключен ко второму входу регенеративного подогревателя, второй выход подогревателя контура теплоснабжения служит для передачи нагретой воды потребителю тепловой энергии, вход четвертого насоса предназначен для приема охлажденной воды от потребителя тепловой энергии, а выход четвертого насоса соответствующим трубопроводом соединен со вторым входом подогревателя контура теплоснабжения, отличающаяся тем, что выход фильтра очистки геотермальной воды от породы и солевых примесей трубопроводом соединен с дегазатором, первый выход которого трубопроводом связан с осушителем газа, который соединен с газовым котлом, к которому подсоединен второй выход дегазатора, при этом выход газового котла соединен с испарителем, а выход конденсатора воздушного охлаждения соединен с баком накопителем хладагента, выход которого соединен с входом третьего насоса.