ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТНЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Советский патент 1973 года по МПК F24J3/08 

1

Изобретение относится к геотермальным энергетическим установкам, вырабатывающим электроэнергию на базе использования тепла геотермальных источников или использующим низкопотенциальное сбросное тепло. Известны геотермальные энергетические установки, содержащие источник теплоносителя (горячей воды), например, геотермальную скважину, расширители (секционный парогенератор), многоступенчатую турбину, конденсатор и многоступенчатый насос.

Каждый расширитель генерирует водяной пар с различным постоянным давлением, понижающимся по мере охлаждения теплоносителя (горячей воды) источника.

Отсепарированный в расширителях пар при давлении ниже атмосферного вводится в промежуточные ступени паровой турбины, и срабатывает тепловой перепад до давления в конденсаторе.

Однако в такой установке затруднительна реализация низких температур окружающей среды и имеются потери в турбине в связи с влажностью пара. Вследствие этого выработка электроэнергии, которая определяется степенью охлаждения теплоносителя источника и к.п.д. теплового двигателя, не достигает возможного предела.

Цель изобретения - повышение выработки электроэнергии на каждый кубический метр

теплоносителя источника при осуществлении в установке замкнутого многоступенчатого энергетического цикла с использованием в качестве рабочего тела низкокипящего вещества, например, фреона.

Эта цель достигается тем, что ступени турбины и насоса выполнены с возможностью отключения каждой ступени, например, при помощи муфт, или тем, что каждая ступень турбины и насоса выполнена в виде отдельного агрегата.

Разделение ступеней на отдельные агрегаты, .которое не имеет принципиального значения для пароводяной установки, имеет существенное значение для установки, работающей на низкокипящем веществе.

В этих установках при отсутствии вакуума целесообразно изменять противодавление в соответствии с температурой наружной среды, что в холодное время года дает дополнительную выработку электроэнергии.

Реализация этой особенности в турбинах с низкокипящим веществом затруднительна изза понижения к.п.д. турбины при изменении противодавления и поэтому эффект от увеличения в холодное время года адиабатического перепада в значительной мере снижается ухудшением к.п.д. турбины.

Возможность отключения каждой ступени турбины и насоса позволяет включить и отключить нижние ступени в зависимости от тег.шературы наружной среды и таким образом осуществить работу всей установки при к.п.д. более высоком, чем при работе одного многоступенчатого агрегата без возможности отключения ступеней.

На фиг. 1 показана тепловая схема, геотермальной энергетической установки; на фиг. 2 - тепловая схема установки с дополнительной паровой турбиной для использования Еодяного пара при наличии источника теплоносителя в виде пароводяной смеси.

Геотермальная энергетнческая установка содержит источник теплоносителя (горячей воды)-геотермальную скважину /, турбину со ступенями 2, 3 и 4, конденсатор низкокипящего вещества 5, насосы 6, 7 и 8, секционный парогенератор, состоящий из подогревате„ сй 9, 1G II 11, кипягильников 12, 13 и 14 и пароперегревателя 15.

На чертежах показаны трехступенчатая турбина и соответственно трехсекционный парогенератор, но турбина люж.ет быть выполнена с другим количеством ступеней, а следовательно, и парогенератор с таким же количестном секций.

Число секций парогенератора и ступепей турбины определяется технико-экономической целесообразностью.

Установка работает следующим образом.

Теплоноситель (горячая вода) из геотермальной скважины / охлаждается последовательно в пароперегревателе 15, кипятильнике 12 и подогревателе 9 первой секции парогенератора, затем - в кипятильнике 13 и подогревателе 10 второй секции и так далее, до тех пор, пока теплоноситель, пройдя последнюю ступень парогенератора, не охладится до температуры слива, отдавая свое тепло низкокипящему веществу, например, фреону, являющемуся рабочим телом турбины.

Низкокипящее вещество после конденсации в конденсаторе 5 подается насосом 8 в подогреватель // последней секции парогенератора. После подогревателя 11 поток конденсата разделяется.

Осиовная часть подается насосом 7 в подогреватель 10 предпоследней секции парогенератора. Другая часть - с количестве, необходимом для охлаждения теплоносителя до заданной температуры, подается в кипятильник 14 последней секции парогенератора, где иизкокипящее вещество превращается в пар и подается в последнюю ступень 4 турбины.

Аналогично работают остальные секции парогенератора и ступени турбины.

Для сохранения максимального коэффициента полезного действия турбииы в случае изменения располагаемого адиабатического теплового перепада, налри;мер, при изменении температуры охлаждающей среды (н аружного воздуха) ступени турбины и насоса отключаются или подключаются, например, при помои;и муфт, если они скомпонованы на одном валу.

Подключение и отключение ступеней турбины насоса и секций парогенератора обеспечивается установкой вентилей 16, 17 и 18.

При использовании в качестве теплоносителя источника пароводяной смеси с достаточно высоким теплосодержанием пароводяная смесь разделяется в сепараторе 19 (фиг. 2) на пар к воду.

Пар подается в низкопотенциальную пароводяную турбину 20 со смещивающим конденсатором 21, а тепло воды утилизируется в многоступенчатой установке с низкокппящим веществом в качестве рабочего тела, выполненной по рассмотренной выще схеме.

Охлаждающая вода системы технического водоснабжения подается последовательно в конденсатор 21 водяного пара и конденсатор 5 низкокипящего вещества, что позволяет уменьшить ее расход, пе снижая вакуума в смешивающем конденсаторе 21.

В целях повышения надежности установки насосы можно объединить в один общий многоступенчатый насос 22, в котором на уровне соответствующих давлений производятся отборы рабочего вещества в соответствующие секции парогенератора.

Предмет изобретения

1.Геотермальная энергетическая установка, содержащая источник тепла, секционный парогенератор, многоступенчатую турбину и многоступенчатый насос, отличающаяся тем, что, с целью повыщения выработки электроэнергии при использовании в качестве рабочего тела низкокипящего вещества, например, фреона, ступени турбины и насоса выполнены с возмолаюстью отключения каждой ступени в зависимости от температуры наружного воздуха, например, при помощи муфт.

2.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая ступень турбины и насоса выполнена в виде отдельного агрегата.

77

20

21