专利名称：带有吸收增温系统的中低温地热发电机组的制作方法
技术领域：
本发明属于地热资源利用，具体涉及一种与卡林那(Kalina)循环耦合的中低温 地热能发电装置。
背景技术：
地热发电属于新能源利用。目前利用中低温地热能进行发电主要是基于朗肯循 环，如有机朗肯循环(0RC)、水蒸气扩容循环等。Kalina循环是采用NH3-H2O溶液为工质， 通过分馏改变工质的浓度，吸收地热能来进行发电的技术，其循环效率比ORC循环提高 20%-40%。Kalina循环用于中低温地热发电，地热水源温度要求在200-120°C之间，而发电 后排放的地热水温度则高于80°C，即排放温度不能进一步降低，其所含的热能也不能被利 用。在地热水排放温度低于80°C的条件下采用Kalina循环，所带来的问题是较低的地热 水排放温度对应的氨水溶液蒸发压力也较低，汽轮机进口压力随着降低，造成循环发电效 率降低；另外地热水温度较低时，系统中换热设备的换热温差减小，提高换热面积将导致系 统投资增大，造成发电系统的经济性降低。所以如何利用较低温度的地热水能量，成为新能 源领域的热点和焦点。基于此，本发明所提出的中低温地热能发电装置，可以有效改善上述 缺陷，使地热发电的效率提高，系统经济性更好。
发明内容
为了弥补Kal ina循环用于中低温地热发电机组之不足，本发明的目的是，通过采 用吸收增温的方法使提高地热水的利用温位，而提供了一种与Kalina循环相耦合的中低 温地热能发电装置。以下结合附图对本发明原理和结构装置进行说明。本发明的原理是借鉴第二类吸 收式热泵的循环理论，将部分汽轮机出口低压的氨蒸气引入吸收增温系统，经冷凝增压后， 在蒸发器中吸收排放地热水的热量，并在吸收器中以更高的吸收温度向发电系统工质放 热，实现排放地热水中地热能向发电工质能量的转移，并最终由发电工质在汽轮机中做功， 产生电能。对于本发明来说，基于Kalina地热发电循环增加一套吸收增温系统，利用较低 温度的地热能与Kalina循环进行耦合，由此提高地热发电的热经济性。在装置结构上如附 图1所示。高温回热器、发生器、分离器、汽轮机、低温回热器、第一冷凝器以及溶液加压泵 依次串接、第一节流阀并联接于高、低温回热器之间，构成Kalina地热发电系统。由第二冷 凝器、溶剂泵、蒸发器、第二节流阀以及吸收器依次串接构成吸收增温系统(图1中虚线框); 两个系统的连接是通过第二节流阀接于分离器、吸收器串接于发生器与高温回热器之间、 以及汽轮机的乏汽管接入第二冷凝器的溶剂侧，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组 合成为带有吸收增温系统的中低温地热发电机组。纯质(工质)在不同压力下，其冷凝/蒸发的温度不同，应用工质(氨)的压力越高， 冷凝/蒸发温度也越高。另外氨溶液在吸收氨蒸气时为放热反应，将产生比氨蒸发温度高 的吸收温度，如稀氨水溶液吸收氨蒸气时，将发出大量的热。图2为本发明中吸收增温系
3统的剖面简图，省略了系统外部的连接管道，包括各换热管束的连接管道，第二冷凝器与蒸 发器间的两条连接管道，以及吸收器下部与高温回热器间的一条连接管道，系统循环过程 为
(1) 来自汽轮机出口的低温低压氨蒸气(压力<10bar)进入第二冷凝器，管内流动低 温冷凝水，管外为氨蒸气，氨蒸气被冷凝为低温低压的氨液，汇集在冷凝器下部，通过一条 系统外部的连接管道被溶剂泵抽取加压至高压(蒸发压力)，氨液变为高压低温的液体，进 入到蒸发器中。(2) 氨液喷淋到蒸发器换热管束外侧，与换热管内侧流动的排放地热水进行换 热，在给定蒸发压力的条件下，氨液蒸发形成高温高压的氨蒸气；尚未蒸发的氨液，汇集到 蒸发器下方，在压差作用下经另一条系统外部的连接管道回流至冷凝器，被溶剂泵重新抽 取至蒸发器进行充分蒸发，实现氨液的充分蒸发。(3) 氨蒸气透过蒸发器与吸收器间的挡板，被喷淋在换热管上稀氨溶液(来自 分离器)吸收，产生吸收反应热，使吸收氨蒸气后形成的浓氨溶液温度升高，达到较高的吸 收温度(100°C左右)，对用于系统发电的氨水溶液(管内)加热。放热后的浓氨溶液(管外)， 进入高温回热器、低温回热器，吸收其余的氨蒸气，回收热量。然后进入经第一冷凝器以及 溶液加压泵、低温回热器、高温回热器、吸收器、发生器，实现氨水溶液工质的循环。通过上 述循环实现了排放地热水与发电工质(氨水溶液)热量交换，吸收更多的地热能用于发电。本发明具有的特点和有益效果在Kalina地热发电机系统中加入增温系统，可产 生100°C左右的吸收温度，同时将地热废水的排放温度降至60°C左右，达到利用低品位的 地热能(80°C)来提高机组发电效率的目的。本发明不需要对原系统设备的各项设计参数 进行大规模调整，工质种类及状态参数也均与Kalina系统相吻合。本发明装置结构紧凑， 连接管道少，便于安装和保证密闭性要求。由于系统自身耗能低，除溶剂泵少量耗电外，其 余流体的流动可依靠系统剩余压力和换热器间氨蒸气的密度差。耦合式Kalina地热发电 系统的经济性可提高10%。
附图1为本发明系统原理结构示意简图。图中虚线框内为发电机组的吸收增温系 统。附图2为吸收增温系统的原理结构简图。
具体实施例方式以下结合附图并通过实施例对本发明原理和结构装置做进一步的说明。带有吸收 增温装置的中低温地热发电机组具有发生器、分离器、汽轮机、回热器、冷凝器、节流阀、溶 剂泵以及吸收器等。其中由高温回热器1、发生器2、分离器3、汽轮机4低温回热器5、第一 冷凝器6-1以及溶液加压泵7依次串接、第一节流阀8-1并联接于高、低温回热器之间，构 成Kalina地热发电系统。由第二冷凝器6_2、溶剂泵9、蒸发器10、第二节流阀8_2以及吸 收器11依次串接构成吸收增温系统，通过第二节流阀8-2接于分离器3、吸收器11串接于 发生器2与高温回热器1之间、以及汽轮机4的乏汽管接入第二冷凝器6-2的溶剂侧，使吸 收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为带有吸收增温装置的中低温地热发电机组(如图1)。由于吸收增温系统中的各设备间工质溶液的流动与状态参数变化具有关联性，所以 将第二冷凝器6-2、蒸发器10、以及吸收器11集成组装同一筒体内，在蒸发器10与吸收器 11之间设置挡板13 (如图2所示)，防止容器间液体彼此溅入。目的在于尽量减少管道连 接，这样既可保证系统密闭性要求，又可节省设备安装空间，如省略了蒸发器10与吸收器 11之间连接管道，在系统外部的连接管道长度也大大缩短。同时其中要求在蒸发器内设置 压力仪表，监测设备启动、运行过程中的蒸发压力。溶剂泵8为屏蔽式增压泵，并变频调节， 用于调节工质流量和调整蒸发器压力。水泵12从冷凝水池为第一冷凝器6-1供水。本实 施例进入吸收增温系统(蒸发器)的地热水温度为80°C，排水温度为60°C。
第二冷凝器为钢管水平降膜式换热器；管内流体为循环冷凝水，管外流体为氨蒸 气，作用是将氨蒸气冷凝为液体。溶剂泵为屏蔽式增压泵，屏蔽隔绝泵两侧的流体，对氨液 加压，提高蒸发器内的压力。蒸发器管内流体为地热水，管外流体为氨液，蒸发器吸收地热 能将高压氨液蒸发。节流阀将分离器出口的高压稀氨水溶液压力降低至蒸发器内的压力。 吸收器管内为浓氨水溶液，管外稀氨水溶液，管外稀氨水溶液吸收来自蒸发器产生的氨蒸 气，向管内浓氨水溶液传递热量。考虑氨具有毒性和爆炸性，上述所有设备都需具有较好的 密封性。
权利要求
带有吸收增温系统的中低温地热发电机组，具有发生器、分离器、汽轮机、回热器、冷凝器、节流阀、溶剂泵以及吸收器，其中由高温回热器(1)、发生器(2)、分离器(3)、汽轮机(4)低温回热器(5)、第一冷凝器(6 1)以及溶液加压泵(7)依次串接；第一节流阀(8 1)并联接于高、低温回热器之间，构成Kalina地热发电系统，其特征是由第二冷凝器(6 2)、溶剂泵(9)、蒸发器(10)、第二节流阀(8 2)以及吸收器(11)依次串接构成吸收增温系统，通过第二节流阀(8 2)接于分离器(3)、吸收器(11)串接于发生器(2)与高温回热器(1)之间、以及汽轮机(4)的乏汽管接入第二冷凝器(6 2)的溶剂侧，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为带有吸收增温系统的中低温地热发电机组。
2.按照权利要求1所述的带有吸收增温系统的中低温地热发电机组，其特征是将所述 第二冷凝器(6-2)、蒸发器(10)以及吸收器(11)集成组装同一筒体内。
3.按照权利要求1或2所述的带有吸收增温系统的中低温地热发电机组，其特征是将 所述溶剂泵(9)为屏蔽式增压泵，并变频调节。
全文摘要
本发明公开了一种与Kalina循环耦合的中低温地热能发电装置。在装置结构上由高温回热器、发生器、分离器、汽轮机低温回热器以及冷凝器依次串接、第一节流阀并联接于高、低温回热器之间，构成Kalina地热发电系统；由第二冷凝器、溶剂泵、蒸发器、节流阀以及吸收器依次串接构成吸收增温系统；通过节流阀接于分离器、吸收器于高温回热器，使吸收增温系统与吸收式地热发电系统组合成为本发明。本装置可产生100℃左右的吸收温度，同时将地热废水的排放温度降至60℃左右，达到用低品位的地热能提高机组发电效率的目的。本发明不需要对原系统设备各项参数进行大规模调整，工质种类及状态参数也均与Kalina系统相吻合。
文档编号F01D15/10GK101949368SQ201010261139
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者付文成, 张伟, 朱家玲, 李太禄, 胡涛 申请人:天津大学