一種利用地熱能的兩級跨臨界朗肯循環發電系統的制作方法

本發明屬于利用地熱能發電領域，特別涉及一種利用地熱能的兩級跨臨界朗肯循環發電系統。

背景技術：

在能源危機日益嚴重的情況下，利用可再生能源顯的尤為重要，如果能經濟合理地對地熱能做發電利用，將極大地促進地熱資源的開發，減少發電用化石燃料消耗以及相應的溫室氣體，大氣污染物的排放，為可持續發展提供重要的能源支持。

對于地熱能的利用，最初的單級亞臨界朗肯循環輸出功很低，為了降低損失，提高輸出功，出現了兩種改進方式：一種是從工質入手，采用是循環性能優異的工質或采用非共沸混合工質；另一種是從循環形式上入手，采用單級跨臨界循環或改變循環結構。

對于目前較為新型的兩級蒸發朗肯循環，雖然輸出功和熱效率都得到了提高，但是由于加入了換熱器或者額外的循環，這種提高是以增加成本為代價的，因此其循環形式有待進一步改善，在成本增加的同時，獲得更大的輸出功。

技術實現要素：

為了解決上述現有技術存在的不足之處，本發明的首要目的在于提供一種利用地熱能的兩級跨臨界朗肯循環發電系統。該系統能夠極大地改善熱源與工質的溫度匹配，降低損失，提高輸出功，進而充分利用地熱提供電能。

本發明的技術方案：

一種利用地熱能的兩級跨臨界朗肯循環發電系統，包括低壓工質泵、高壓工質泵、預熱器、低壓工質加熱器、高壓工質加熱器、低壓膨脹機、高壓膨脹機、分離器、混合器、冷凝器和發電機組；

熱源為地熱水，依次經過高壓工質加熱器5、低壓工質加熱器4和工質預熱器3；

冷凝為水冷，冷卻水在冷凝器10中與工質進行換熱，將工質冷凝為飽和液體；

工質在冷凝器10中冷凝至飽和液體，由低壓工質泵1加壓至高于臨界壓力后流入工質預熱器3，將工質加熱至臨界溫度，然后經分離器8分為兩股物流：一股進入低壓工質加熱器4加熱為高溫高壓的超臨界流體，再進入低壓膨脹機7膨脹對外做功，使所連接的發電機組11發電；另一股由高壓工質泵2加壓，再流入高壓工質加熱器5加熱，壓力更大的超臨界流體再進入高壓膨脹機6膨脹對外做功，使所連接的發電機組11發電；兩股物流由混合器9合并為一股物流進入冷凝器10冷凝為飽和液體，開始新的循環。

本發明的有益效果：

1.本發明由于地熱能(可再生)進行發電，在節能減排方面獲得較大收益，為可持續發展提供能源支持。

2.本發明采用兩級跨臨界循環，在地熱水與工質的換熱過程中，工質與熱源溫度匹配良好，損失大幅度降低，提高了循環的輸出功。

3.本發明采用R125作為工質，利用地熱能發電，也可采其他工質、利用其它熱源，可根據工程實際情況，由可利用的熱源確定合適的工質，因而本發明在應用上具有靈活方便的優點。

4.本發明因為兩級均為跨臨界循環，因此可以適當提高工質進入高壓膨脹機和低壓膨脹機的溫度，產生更多電能，進一步提高循環效率。

5.本發明該系統易于控制，避免了獨立循環回路多控制難，使用方便，可廣泛應用于地熱能發電領域。

綜上所述，本發明以地熱水作為熱源，R125作為工質，采用兩級冷凝系統，可以降低傳熱過程的不可逆損失，獲得很高的輸出功，且系統使用方便靈活性好。

附圖說明

圖1是本發明利用地熱能的兩級跨臨界朗肯循環發電系統的示意圖。

圖中：1低壓工質泵；2高壓工質泵；3工質預熱器；4低壓工質加熱器；5高壓工質加熱器；6高壓膨脹機；7低壓膨脹機；8分離器；9混合器；10冷凝器；11發電機組。

具體實施方式

以下結合附圖和技術方案，進一步說明本發明的具體實施方式，但并不作為對本發明限制的依據。

實施例

本實施例熱源采用壓力為5MPa，溫度為120℃的地熱水，處理量為20kg/s，其組成假設為純水，循環過程所需的工質為R125,冷卻水流入溫度15℃，預熱器，低壓工質加熱器，高壓工質加熱器夾點溫差均為10℃，冷凝器夾點溫差5℃。

如圖1所示，具體工藝步驟和工藝條件如下：

1.冷凝器10出口處工質液體為飽和液體(溫度25℃，壓力1.37MPa，流量54.45kg/s)，經低壓工質泵1加壓至超臨界壓力，壓力為3.69MPa，溫度為27.44℃，低壓工質泵1消耗功率為140.17KW。

2.工質液體與地熱水(從低壓工質加熱器4流出，壓力為0.5MPa，溫度變為76.02℃)在預熱器3中進行熱量交換，使工質溫度變為66.02℃，壓力不變(3.69MPa)，

3.工質從預熱器3中流出，進入分離器8，分為兩股物流：

物流一流量為14.45kg/s，進入低壓工質加熱器4與地熱水(從高壓工質加熱器流出，溫度85.45℃，壓力0.5MPa)換熱，溫度升至74.46℃，壓力不變(3.69MPa)。之后，該物流進入低壓膨脹機7膨脹并對外做功(122.22KW)，經發電機組發電。膨脹后的工質溫度為31.53℃，壓力與工質在冷凝器10中壓力相同(1.37MPa)。

物流二流量為40.00kg/s，進入高壓工質泵2加壓至5.79MPa，泵消耗功率為136.67KW。然后進入高壓工質加熱器5與熱源(溫度120℃，壓力0.5MPa)換熱，溫度升至106.85℃，壓力不變(5.79MPa)。之后該物流進入高壓膨脹機6膨脹并對外做功(541.44KW)，經發電機組發電。膨脹后溫度為47.48℃，壓力與工質冷凝器出口壓力相同(1.37MPa)。

4.物流一、二膨脹后進入混合器9混合，混合后溫度43.25℃，壓力不變(1.37MPa)。工質混合后進入冷凝器10冷凝為飽和液體狀態(與第1步過程相同)，開始新的循環。

經計算在此過程中凈輸出功為388.82KW，熱效率為5.23％，效率為37.18％。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。