專利名稱：Tr有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，具體講是一種高效環(huán)保安全的TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置。
背景技術：
有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電是利用地下低品位地熱能動力源發(fā)出高品位電能的新型發(fā)電技術。地熱能是來自地球自身深處的熱能，是無污染的清潔能源，在熱量提取速度不超過補充的速度下，地熱能是取之不盡用之不竭的再生能源。相對于太陽能和風能的不穩(wěn)定性，地熱能也是取之不盡的可靠的可再生能源。隨著化石能源的緊缺、環(huán)境壓力的加大，人們對于清潔可再生綠色能源越來越重視，地熱發(fā)電是利用清結(jié)可再生綠色能源發(fā)電的理想模式之一。但地熱發(fā)電在我國熱利用技術發(fā)展中處于嚴重失衡狀態(tài)，我國大部分地區(qū)地熱資源屬低溫地熱，且藏量巨大，而國內(nèi)低溫地熱發(fā)電熱利用的關鍵技術卻甚缺，特別是低溫發(fā)電有機郎肯循環(huán)技術，國外向我國嚴格保密，致使我國低溫地熱發(fā)電30多年來徘徊不前，至今也無ORC裝置的專業(yè)設計和制造單位。一個典型的案例是美國聯(lián)合技術公司(UTC)掌握全球地熱中低溫利用的先進技術，我國的某油田與他們進行技術合作，但技術上最終還必須依賴美國人，甚至連掉了螺絲釘都得打電話讓美國方面來人解決，一年要價30萬美金。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為打破國外技術封鎖，采用有機朗肯循環(huán)(ORC)原理，以高效安全低沸點TR液體為工質(zhì)，設計成的一種雙循環(huán)低溫地熱發(fā)電裝置，也稱有機TR工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)。它用新研制的與環(huán)境友好的低沸點有機物TR工質(zhì)在流動系統(tǒng)中從地熱流體中獲得熱量，產(chǎn)生有機工質(zhì)蒸汽，進而推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。其方案如下一種TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，由集熱蒸發(fā)器、透平膨脹機、發(fā)電機、冷凝器、回熱器、儲液罐、工質(zhì)加壓泵、汲熱水泵、冷水泵、循環(huán)工質(zhì)管及各種管道構(gòu)成，其特征是集熱蒸發(fā)器由過熱水熱交換器和過工質(zhì)熱交換器組成，過熱水熱交換器通過輸熱水管道、汲熱水泵與地熱井連接，地熱井中的低溫熱水經(jīng)輸熱水管道進入集熱蒸發(fā)器的過熱水熱交換器，將地熱能傳導給過工質(zhì)熱交換器，使流經(jīng)過工質(zhì)熱交換器中的TR液體工質(zhì)迅速蒸發(fā)為工質(zhì)蒸汽。過工質(zhì)熱交換器的出口通過循環(huán)工質(zhì)管道與透平膨脹機連接，工質(zhì)蒸汽由循環(huán)工質(zhì)管道進入透平膨脹機內(nèi)做功，帶動發(fā)電機發(fā)電。透平膨脹機通過循環(huán)工質(zhì)管道與回熱器的入口連通，回熱器的出口通過循環(huán)工質(zhì)管道與冷凝器的進氣口連通，冷凝器的出液口與儲液罐進口連通，儲液罐的出口通過工質(zhì)加壓泵與回熱器的進液口連通，回熱器的出液口與集熱蒸發(fā)器的過工質(zhì)熱交換器的進口連通。由透平膨脹機膨脹后的排氣進入回熱器、再進入冷凝器凝結(jié)成液體進入儲液罐，再被工質(zhì)加壓泵加壓進入回熱器預熱后又進入集熱蒸發(fā)器的過工質(zhì)熱交換器，汲取過熱水熱交換器傳導來的地熱能繼續(xù)蒸發(fā)，完成一個循環(huán)，周而復始，發(fā)電機連續(xù)發(fā)電。[0006]整個工質(zhì)循環(huán)回路為密閉狀態(tài)，TR液體工質(zhì)裝在整個工質(zhì)循環(huán)回路中。所述的裝在整個工質(zhì)循環(huán)回路的TR液體介質(zhì)是新研制的高效安全低沸點無CFCs的有機液體工質(zhì)，外觀無色透明，易流動，極易揮發(fā)，冰點-150°C，臨界溫度260°C，臨界壓力460Kpa，其換熱能力強，對于傳熱溫差小、換熱面積大的低溫地熱發(fā)電有機郎肯循環(huán)回路而g，是一關鍵物質(zhì)。所述的冷凝器由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器，一組為過液熱交換器，在冷凝器中冷卻介質(zhì)為冷卻水或者空氣，冷卻介質(zhì)經(jīng)過過液熱交換器可以將透平排氣中的 熱量帶走，被加熱的水經(jīng)排水管道排出可以綜合利用為了提高冷凝器的工作效率冷凝器中裝有超導散熱裝置。采用冷卻水冷卻的特點是水溫低，在冷凝器中換熱系數(shù)高，可使動力循環(huán)在比較低的凝結(jié)溫度下運行，同時冷凝器的傳熱面積也可做小。在有河流的地方還可利用河水進行工質(zhì)氣體冷卻凝結(jié)。所述的回熱器由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器，一組為過液熱交換器，在回熱器中透平排氣將從工質(zhì)加壓泵來的液態(tài)工質(zhì)加熱后進入集熱蒸發(fā)器，這樣可以降低集熱蒸發(fā)器的加熱負荷和冷凝器的冷卻負荷，提高系統(tǒng)的熱效率。所述的儲液罐上安裝有超導散熱裝器，可以將儲液罐中TR液體工質(zhì)的熱量散發(fā)，降低集熱蒸發(fā)器的加熱負荷和冷凝器的冷卻負荷，提高系統(tǒng)的熱效率。所述的透平膨脹機也可以是螺桿膨脹機，或者向心透平機，或者滾動轉(zhuǎn)子膨脹機，或者渦旋式膨脹機。TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置可以充分利用地下低品位地熱能源高效率發(fā)出高品位電能，安全、可靠、環(huán)保、無污染、發(fā)電穩(wěn)定、效率高，在目前全球性化石能源緊缺、環(huán)境壓力增大的背景下，利用巨大的地熱發(fā)電具有十分重要的意義。

圖I是本發(fā)明的循環(huán)系統(tǒng)原理示意圖。圖I中I、集熱蒸發(fā)器2、透平膨脹機3、發(fā)電機4、冷凝器5、回熱器6、儲液罐7、工質(zhì)加壓泵8、汲熱水泵9、冷水泵10、循環(huán)工質(zhì)管道11、過熱水熱交換器12、過工質(zhì)熱交換器13、輸熱水管道14、地熱井15、溫水管道16、TR液體工質(zhì)17、循環(huán)工質(zhì)管道 18、回熱器入口 19、回熱器出口 20、循環(huán)工質(zhì)管道 21、冷凝器進氣口22、冷凝器出液口 23、儲液罐進口 24、儲液罐出口 25、回熱器進液口 26、回熱器出液口 27、過工質(zhì)熱交換器進口 28、過氣熱交換器29、過液熱交換器30、冷卻水31、超導散熱裝置32、排水管道33、過工質(zhì)熱交換器出口 34、超導散熱裝置18 19、過氣熱交換器25-26、過液熱交換器
具體實施方式
以下結(jié)合附圖I對本發(fā)明作進一步說明一種TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，出集熱蒸發(fā)器I、透平膨脹機2、發(fā)電機3、冷凝器4、回熱器5、儲液罐6、工質(zhì)加壓泵7、汲熱水泵8、冷水泵9、循環(huán)工質(zhì)管道10及各種管道構(gòu)成，其特征是集熱蒸發(fā)器I由過熱水熱交換器11和過工質(zhì)熱交換12器組成，過熱水熱交換器11通過輸熱水管道13、汲熱水泵8與地熱井14連接，地熱井14中的熱水經(jīng)輸熱水管道13進入集熱蒸發(fā)器I的過熱水熱交換器11，將地熱能傳導給過工質(zhì)熱交換器12，使流經(jīng)過給質(zhì)熱交換器12中的TR液體工質(zhì)16迅速蒸發(fā)為工資蒸汽。過工質(zhì)熱交換器出口 33通過循環(huán)工質(zhì)管道10與透平膨脹機2連接，集熱蒸發(fā)器I中產(chǎn)生的工質(zhì)蒸汽由循環(huán)工質(zhì)管道10進入透平膨脹機2內(nèi)做功，帶動發(fā)電機3發(fā)電。透平膨脹機2通過循環(huán)工質(zhì)管道17與回熱器5的入口 18連通，回熱器5的出口 19通過循環(huán)工質(zhì)管道20與冷凝器4的進氣口21連通，冷凝器4的出液口 22與儲液罐進口 23連通，儲液罐6的出口 24通過工質(zhì)加壓泵7與回熱器5的進液口 25連通，回熱器5的出液口 26與集熱蒸發(fā)器I的過工質(zhì)熱交換器12的進口 27連通。由透平膨脹機2膨脹后的排氣進入回熱器5、再進入冷凝器4凝結(jié)成液體進入儲液罐6，再被工質(zhì)加壓泵7加壓進入回熱器5預熱后又進入集熱蒸發(fā)器I的過工質(zhì)熱交換器12，汲取過熱水熱交換器11來的地熱能繼續(xù)蒸發(fā)，完成一個循環(huán)，周而復始，發(fā)電機3連續(xù)發(fā)電。整個工質(zhì)循環(huán)回路均為密閉狀態(tài)，TR液體工質(zhì)裝在整個工質(zhì)循環(huán)回路中。所述的裝在整個工質(zhì)循環(huán)回路的TR液體工質(zhì)16是新研制的高效安全低沸點無CFCs的有機液體工質(zhì)。所述的冷凝器4由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器28，一組為過液熱交換器29，在冷凝器4中冷卻介質(zhì)為冷卻水30或者空氣，冷卻介質(zhì)經(jīng)過過液熱交換器29可以將透平排氣中的熱量帶走，被加熱的水經(jīng)排水管道32排出可以綜合利用；為了提高冷凝器4的工作效率，冷凝器4中裝有超導散熱裝置34。采用冷卻水冷卻的特點是水溫低，在冷凝器4中換熱系數(shù)高，可使動力循環(huán)在比較低的凝結(jié)溫度下運行，同時冷凝器4的傳熱面積也可以做小。在有河流的地方還可以利用河水進行工質(zhì)氣體冷卻凝結(jié)。所述的回熱器5由兩組熱交換器組成，一組為過氣熱交換器18-19，一組為過液熱交換器25-26，在回熱器5中透平排氣將從工質(zhì)加壓泵7來的液態(tài)工質(zhì)加熱后進入集熱蒸發(fā)器1，這樣可以降低集熱蒸發(fā)器I的加熱負荷和冷凝器4的冷卻負荷，提高系統(tǒng)的熱效率。所述的儲液罐6上安裝有超導散熱裝器31，可以將儲液罐6中的TR液體工質(zhì)16的熱量散發(fā)，降低集熱蒸發(fā)器I的加熱負荷和冷凝器4的冷卻負荷，提高系統(tǒng)的熱效率。所述的透平膨脹機2也可以是螺桿膨脹機，或者向心透平機，或者滾動轉(zhuǎn)子膨脹機，或者渦旋式膨脹機。
權利要求1.ー種TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，由集熱蒸發(fā)器(I)、透平膨脹機(2)、發(fā)電機(3)、冷凝器(4)、回熱器(5)、儲液罐￠)、エ質(zhì)加壓泵(7)、汲熱水泵(8)、冷水泵(9)、循環(huán)エ質(zhì)管道(10)及各種管道構(gòu)成，其特征是集熱蒸發(fā)器(I)由過熱水熱交換器(11)和過エ質(zhì)熱交換(12)器組成，過熱水熱交換器(11)通過輸熱水管道(13)、汲熱水泵(8)與地熱井(14)連接，過エ質(zhì)熱交換器出口(33)通過循環(huán)エ質(zhì)管道(10)與透平膨脹機(2)連接，透平膨脹機⑵通過循環(huán)エ質(zhì)管道(17)與回熱器(5)的入口(18)連通，回熱器(5)出口(19)通過循環(huán)エ質(zhì)管道(20)與冷凝器(4)的進氣ロ(21)連通，冷凝器(4)的出液ロ(22)與儲液罐進ロ(23)連通，儲液罐￠)的出口(24)通過エ質(zhì)加壓泵(7)與回熱器(5)的進液ロ(25)連通，回熱器(5)的出液ロ(26)與集熱蒸發(fā)器(I)的過エ質(zhì)熱交換器(12)的進ロ(27)連通，所構(gòu)成的整個エ質(zhì)循環(huán)回路為密閉狀態(tài)，TR液體エ質(zhì)(16)裝在整個エ質(zhì)循環(huán)回路中。
2.根據(jù)權利要求I所述的TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，其特征是所述的裝在整個エ質(zhì) >循環(huán)回路的TR液體エ質(zhì)(16)是高效低沸點無CFCs的有機液體エ質(zhì)。
3.根據(jù)權利要求I所述的TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，其特征是所述的冷凝器(4)由兩組熱交換器組成，ー組為過氣熱交換器(28)，ー組為過液熱交換器(29)，在冷凝器(4)中冷卻介質(zhì)為冷卻水(30)或者空氣，冷凝器(4)中裝有超導散熱裝置(34)。
4.根據(jù)權利要求I所述的TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，其特征是所述的回熱器(5)由兩組熱交換器組成，ー組為過氣熱交換器(18-19)，ー組為過液熱交換器(25-26)。
5.根據(jù)權利要求I所述的TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，其特征是所述的儲液罐(6)上安裝有超導散熱裝器(31)。
6.根據(jù)權利要求I所述的TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，其特征是所述的透平膨脹機(2)是螺桿膨脹機，或者向心透平機，或者滾動轉(zhuǎn)子膨脹機，或者渦旋式膨脹機。
專利摘要一種TR有機郎肯循環(huán)地熱發(fā)電裝置，由集熱蒸發(fā)器、透平膨脹機、發(fā)電機、冷凝器、回熱器、儲液罐、工質(zhì)加壓泵、汲熱水泵、冷水泵、循環(huán)工質(zhì)管及各種管道構(gòu)成，其特征是集熱蒸發(fā)器、透平膨脹機、回熱器、冷凝器、儲液罐、工質(zhì)加壓泵與回熱器、集熱蒸發(fā)器構(gòu)成一密閉TR工質(zhì)循環(huán)回路，選用新研制的高效安全低沸點無CFCs有機TR液體工質(zhì)利用地熱發(fā)電，安全、環(huán)保、無污染，發(fā)電穩(wěn)定，效率高，在目前全球性化石能源緊缺、環(huán)境壓力增大的背景下，具有十分深遠的意義。
文檔編號F01K25/00GK202579063SQ20122013014
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者田海金, 田衛(wèi)東, 田旭東 申請人:田海金, 田衛(wèi)東, 田旭東