ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при проектировании и эксплуатации геотермальных электростанций.
Известна геотермальная установка, содержащая линию вывода воды из скважины, снабженную газоотделителем с линией отвода газа, сообщенным по воде по меньшей мере с одной ступенью расширителя, подключенного к турбине линией подачи рабочего тела, на которой установлена камера сгорания, подключенная к линии отвода газа и патрубку подвода окислителя [1]. Недостатком известной энергетической установки является невысокая надежность и экономичность установки из-за того, что после камеры сгорания в паровую турбину поступают газы - продукты сгорания, снижающие эффективность ее работы. С другой стороны на стенках расширителя интенсивно, особенно в последней ступени, образуются отложения твердой фазы карбоната кальция, вследствие нарушения углекислотного равновесия.
Известна также геотермальная установка, содержащая линию вывода воды из скважины, снабженную газоотделителем с линией отвода газа, сообщенным по воде по меньшей мере с одной ступенью расширителя, подключенного к турбине линией подачи рабочего тела, на которой установлена камера сгорания, подключенная через двухступенчатый конверсионный центр и водородный фильтр к линии отвода газа и патрубку подвода окислителя. Благодаря включению последовательно в рассечку линии отвода газа двухступенчатого конверсионного центра и водородного фильтра в данной установке в паровую турбину после камеры сгорания поступают водяные пары, повышающие температуру рабочего тела и снижающие его влажность. Однако, вследствие нарушения углекислотного равновесия, на стенках расширителя интенсивно, особенно в последней ступени, образуются отложения твердой фазы карбоната кальция, снижающие в целом эффективность и надежность работы данной установки.
Техническим решением предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности работы энергетической установки за счет снижения твердых отложений карбоната кальция на стенках расширителя и в паровой турбине.
Технический результат достигается тем, что геотермальная установка, содержащая линию вывода воды из скважины, снабженную газоотделителем с линией отвода газа, сообщенным по воде по меньшей мере с одной ступенью расширителя, подключенного к турбине линией подачи рабочего тела, на которой установлена камера сгорания, подключенная через двухступенчатый конверсионный центр и водородный фильтр к линии отвода газа и патрубку подвода окислителя, дополнительно снабжена линией подачи углекислого газа в ступени расширителя, при этом, последняя ступень расширителя снабжена рубашкой охлаждения, а в качестве теплообменной поверхности используется поверхность данной ступени.
На чертеже представлена принципиальная схема энергетической установки.
Установка содержит линию 1 вывода воды из скважины 2, снабженную газоотделителем 3, имеющим линию 4 отвода газа и сообщенным по воде трубопроводом 5 с первой ступенью 6 расширителя, к которой по воде подключена вторая ступень 7 расширителя. К турбине 8 ступени 6 и 7 расширителя подключены линиями 9 и 10 подачи рабочего тела. При этом по крайней мере одна линия 10 снабжена камерой 11 сгорания с патрубком 12 подвода окислителя, подключенной к линии 4 отвода газа газоотделителя 3. Установка снабжена двухступенчатым конверсионным центром 13 и водородным фильтром 14, включенными последовательно в рассечку линии 4 отвода газа. К турбине 8 подключен конденсатор 15, соединенный конденсатопроводом 16 через насосы 17 и 18 со скважиной 19 обратной закачки. На конденсатопроводе 16 после насоса 17 установлена емкость 20, соединенная со ступенями 6 и 7 линией 21 отвода части углекислого газа в отработавшую воду.
Ступень 7 снабжена рубашкой охлаждения 22, которая служит одновременно вторичным контуром теплообменника - утилизатора тепла отработавшей воды. Установка работает следующим образом.
Вода из скважины 2 по линии 1 поступает в газоотделитель 3, в котором отделяется нерастворенный газ. Далее насыщенная при соответствующей температуре газами вода поступает в первую ступень 6, а из нее во вторую ступень 7 расширителя. В результате снижения давления в ступенях 6 и 7 образуется пар, который по линиям 9 и 10 подачи рабочего тела поступает в турбину 8. Выделившийся в газоотделителе 3 горючий газ (газы) поступает в двухступенчатый конверсионный центр 13 и далее в водородный фильтр 14. Отфильтрованный в водородном фильтре 14 от двуокиси углерода водород поступает в камеру 11 сгорания. Полное сгорание водорода в атмосфере кислорода с получением водяного пара повышает температуру поступающего в турбину 8 рабочего тела и снижает его влажность. Отработавший в турбине 8 пар конденсируется и закачивается насосами 17 и 18 вместе с отработавшей водой из расширителя в скважину 19 обратной закачки. По линии 21 часть углекислого газа, собранного в емкости 20 после паровой турбины 8, подается в ступени 6 и 7 для подкисления отработавшей в них воды. Это способствует снижению отложений карбоната кальция как на стенках ступеней 6 и 7 расширителя, так и в паровой турбине 8. Рубашка охлаждения 22 выполняет роль не только теплообменника - утилизатора тепла отработавшей воды, но также и роль охладителя стенки ступени 7. Снижение температуры стенки ступени 7 расширителя приводит к еще большей стабилизации отработавшей воды в пристенном слое, что дополнительно влияет на снижение отложений карбоната кальция на стенке данной ступени.
Необходимо отметить, что наиболее интенсивные отложения карбоната кальция в оборудовании геотермальных энергоустановок наблюдаются в последней ступени расширителя, так как в данной ступени наиболее низкое парциальное давление углекислого газа. Поэтому, охлаждение стенки ступени 7 расширителя предлагаемой энергоустановки дополнительно к подкислению отработавшей воды углекислым газом, приводит к резкому снижению (а то и предотвращению) твердых отложений карбоната кальция на стенках данной ступени.
Таким образом, снабжение известной геотермальной энергоустановки линией подачи углекислого газа в ступени расширителя, а также последнюю ступень расширителя рубашкой охлаждения, где теплообменной поверхностью служит стенка данной ступени, приводит к повышению надежности и эффективности работы энергетической установки за счет уменьшения твердых отложений карбоната кальция на стенках расширителя и в паровой турбине.
1. Авторское свидетельство СССР №1038543, кл. F03G 7/00, 1980.
2. Авторское свидетельство СССР №1513175, кл. F03G 7/00, 1989.