КОМПЛЕКС ТЕПЛОЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов производства.
Полезная модель относится к области получения тепловой и электрической энергии и обработки отходов производства на основе использования высокотемпературных гидротермальных систем, в частности к использованию пароводяных смесей из геотермальных скважин.
Известен комплекс теплоэлектроснабжения, содержащий эксплуатационную скважину, теплообменник с контуром вторичного теплоснабжения, турбину с генератором, систему сброса геотермальной жидкости (Э. Берман, Геотермальная энергия. Издательство «Мир, М. 1978, с. 299, Фиг. 6.16, схема с вторичным теплоносителем).
Недостатком данного комплекса является низкий процент использования тепла, т.к. вторичным теплоносителем является изобутан, за счёт его нагрева получают электроэнергию, а геотермальную ещё горячую воду сбрасывают, частично использовав для теплосети.
Известен комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов, содержащий эксплуатационную геотермальную скважину, теплообменник с контуром вторичного теплоносителя, турбину с генератором, конденсатор пара, насос и систему обработки отходов (см. И.М. Дворов, Глубинное тепло земли, Издательство «Наука, М. Геотермальная станция с теплообменником, с. 110, рис. 27). Данный комплекс взят за прототип.
Нрототип имеет недостаток - снижение температурных и упругих параметров пара перед турбиной, пониженный коэффициент полезного действия, узкий круг обрабатываемых отходов.
Техническим результатом данной полезной модели является повышение коэффициента использования геотермальной скважины, расширение диапазона обрабатываемых отходов, улучшение экологических характеристик месторождения гидротермальной системы.
Технический результат достигается тем, что в комплекс теплоэлектроснабжения и обработки отходов производства, содержащий эксплуатационную геотермальную скважину, теплообменник, контур вторичного теплоносителя, турбину с генератором, конденсатор пара, насос и систему обработки отходов, введены нагнетательная и наблюдательная скважины, насос выполнен дозировочным, выход эксплуатационной скважины связан с турбосепаратором, который соединен с генератором, один из выходов турбосепаратора, соединён со входом теплообменника, в качестве вторичного теплоносителя которого выбрана потребляемая вода, теплообменник содержит выход потребляемой воды и выход термальной воды, который через первый дозировочный насос соединён со входом нагнетательной скважины, второй выход турбосепаратора связан с сетчатым сепаратором, выход которого связан с турбогенератором, последовательно с турбогенератором расположен конденсатор пара, выход которого соединён со входом первого дозировочного насоса, система обработки отходов содержит контейнер жидких радиоактивных отходов, соединённый через второй дозировочный насос с входом нагнетательной скважины, в наблюдательной скважине расположены приборы контроля за нагнетательной скважиной и приборы управления дозировочными насосами, при этом расстояние между эксплуатационной скважиной и нагнетательной скважиной удовлетворяет условию:
2, где
Явл - радиус зоны влияния эксплуатационной скважины, а наблюдательная скважина расположена в зоне влияния нагнетательной скважины.
Сущность полезной модели поясняется на чертеже, где 1 эксплуатационная скважина, 2 - нагнетательная скважина, 3 наблюдательная скважина, 4 - турбосепаратор, 5 - генератор турбосепаратора, 6 - сетчатый сепаратор , 7 - турбогенератор, 8 - генератор, 9 - конденсатор пара, 10 - первый дозирующий насос (для подачи теплоносителя), 11 - вторичный теплоноситель (вода для отопления), 12 теплообменник, 13 - потребитель (например, система центрального отопления), 14 - контейнер с жидкими радиоактивными отходами, 15 второй дозирующий насос.
Устройство работает следующим образом.
Эксплуатационная геотермальная скважина 1, расположена в геологических формациях высокотемпературных гидротермальных системах с диапазоном температур от 100°С и выше. Гидротермальные системы сложены ультраосновными, основными и кислыми алюмосиликатными магматическими породами, содержащими магний. Из эксплуатационной скважины 1 пар и пароводяная смесь поступают на турбосепаратор 4, в котором происходит разделение смеси на воду и пар, при этом генератор 5 уже начинает вырабатывать электроэнергию. Сепарированный пар поступает на сетчатый сепаратор 6, из которого полностью осушенный подаётся на турбину 7 (турбогенератор) с генератора 8, которой электроэнергия поступает потребителю, отработанный пар поступает в конденсатор пара 9, откуда жидкость поступает с помощью первого дозирующего насоса 10 в нагнетательную скважину 2, т.е. происходит обратная закачка.
В это же время отсепарированная жидкость с турбогенератора 4 направляется в теплообменник 12, через который пропускают вторичный теплоноситель 11, в нашем случае вода для системы центрального отопления, которая, нагреваясь, поступает к потребителю 13. Наличие геотермальной
воды и дренажная структура в геологических формациях высокотемпературных системах позволяет использовать нагнетательную скважину 2 как для реинжекции (обратная закачка термальных вод), так и для захоронения жидких радиоактивных отходов. Из контейнера 14 через второй дозирующий насос 15 жидкие радиоактивные отходы подаются в нагнетательную скважину 2. Управление как первым дозирующим насосом 10, так и вторым насосом 15 идёт по команде контролирующих и управляющих приборов, расположенных в наблюдательной скважине 3. При совместном нагнетании в недра гидротермальных систем жидких радиоактивных отходов и отработанного теплоносителя происходит ещё большее разбавление радиоактивных отходов, а главное их подкисление конденсатом пара из сбрасываемых вод, что уменьшает вероятность преждевременного осаждения радиоактивных элементов в прискваженной зоне.
Радиоактивные сточные воды закачиваются в нагнетательную скважину 2, где на первой стадии образуются гели кремнекислоты и частичное осаждение сульфидов тяжелых металлов. Эти процессы характерны для участка гидротермальных систем с формированием кислых и слабокислых SO4 - С1 - Na и затем нейтральных С1 - Na - К гидротерм, содержащих растворимые соли тяжёлых металлов типа MeCl, MeSO4, а также Me+SiO2.
На второй стадии наблюдается осаждение тяжелых металлов из водных окисей в коллоидном состоянии при коагуляции в форме аморфного кремнезёма (Me+SiO2). Количество и состояние радиоактивных отходов контролируется приборами наблюдательной скважины 3. При необходимости включаются первый дозирующий насос 10 или второй дозирующий насос 15, или оба работают одновременно.
На третьей стадии образуются и осаждаются окислы и карбонаты тяжёлых металлов (МеСОз, МеО2, Me+SiO2, СаСОз). Высокая концентрация
магния в подземных водах морского генезиса способствует образованию нерастворимого кремнезёма.
Проведённые эксперименты показали, что кремнезём и алюмосиликаты сорбируют 100% уранила, 50-70% цезия и стронция.
Закачиваемый в пласт раствор, представляющий смесь сбрасываемой после сепарации воды, конденсата пара и жидких радиоактивных отходов при взаимодействии с минеральной нагрузкой термальных вод, заключённых в пласте, и минералами породы, образуют нерастворимые соединения.. Это обстоятельство делает безопасным извлечение пластовой воды даже вблизи участка нагнетательной скважины 2. Тем не менее, для полной гарантии безопасного извлечения пароводяной смеси из эксплуатационной скважины 1, эксплуатационную скважину 1 и нагнетательную скважину 2 располагают согласно условию:
2, где в.-,
RjH - расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами, RBH - радиус зоны влияния эксплуатационной скважины, а наблюдательная скважина расположена в зоне влияния нагнетательной скважины.
Наблюдательную скважину 3 располагают в зоне влияния нагнетательной скважины 2. Существующая практика показывает, что радиус влияния скважины составляет 0,3 - 1,0 км в зависимости от фильтрационных свойств водовмещающих пород месторождения.