ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована при проектировании и эксплуатации геотермальных станций отопления и горячего водоснабжения.
Известны геотермальные энергетические установки, содержащие линию вывода воды из скважины, снабженную газоотделителем, имеющим линию отвода газа и соединенным линией отвода воды с теплообменным оборудованием, подключенным к скважине закачки [1,2]. В известных установках обеспечена возможность дегазации геотермальной воды, снижающая ее коррозионную активность и выделение из нее сопутствующих горючих газов. Однако, при этом, вследствие нарушения углекислотного равновесия в растворе воды из-за снижения в нем концентрации углекислого газа в теплообменном оборудовании создается опасность образования твердых отложений карбоната кальция. Кроме того, на этих установках отсутствует неразрушающий контроль солеотложения в теплообменном оборудовании, что исключает возможность своевременного устранения образовавшихся отложений.
Известны также установки, содержащие линию вывода воды из скважины, снабженную газоотделителем, имеющим линию отвода газа с осушителем и соединенным по воде с теплообменным оборудованием [3]. В известных установках предусмотрена также подача продуктов сгорания горючего газа в скважину закачки, что предотвращает образование твердых отложений карбоната кальция. Однако устройство установок не позволяет контролировать процесс образования отложений в теплообменном оборудовании, а также регулировать дозу подаваемой в скважину углекислого газа. Все это приводит к снижению эффективности использования энергии источников геотермальных вод.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности использования энергии источников геотермальных вод с сопутствующими в них горючими газами за счет повышения стабильности геотермальной воды и защиты теплообменного оборудования и скважины от карбонатных отложений.
Технический результат достигается тем, что в геотермальной энергетической установке, содержащей линию вывода воды из скважины, снабженную газоотделителем, имеющим линию отвода газа и соединенным линией отвода воды с теплообменным оборудованием, подключенным к скважине закачки, осушитель газа и камеру сгорания, подключенную к линии отвода газа от осушителя, камера сгорания соединена к линии отвода воды от газоотделителя в точке подачи геотермальной воды к теплообменному оборудованию, на выходе которого на линии подачи воды в скважину установлен резервуар для содержания углекислого газа, при этом, на линии подачи геотермальной воды в теплообменное оборудование и выхода из него установлены датчики солеотложения, подключенные к задвижке регулирования подачи газа в камеру сгорания.
На чертеже представлена предлагаемая энергетическая установка.
2
Установка содержит линию 2 вывода воды из скважины 1 в газоотделитель 3, имеющим линию 4 отвода газа через осушитель 5 к потребителю по линии 6. По воде газоотделитель 3 соединен по трубопроводу 15 с теплообменниками 10 и 12, подключенными к скважине 17 закачки отработанной воды. Камера 7 сгорания горючего газа подключена к линии 6 через линию 21 и регулируемую запорную арматуру 22. При этом выход камеры сгорания 7 соединен с трубопроводом 15 подачи геотермальной воды из газоотделителя 3 в теплообменники 10 и 12. Линия 14 служит для подачи воздуха в камеру сгорания 7. На выходе из теплообменника 12 установлен, снабженный запорной арматурой 18 и 19, резервуар 16 для содержания CO. Осушитель газа 5 снабжен охладителем газовой смеси в виде вторичного контура с входом 8 и выходом 9 для холодной воды. Линия 9, в свою очередь, соединена по вторичному контуру с теплообменниками 10 и 12 с выходом воды из них но линии 13 к системе отопления и горячего водоснабжения. При этом теплообменники 10 и 12 соединены между собой последовательно линией 11. На линии перемещения геотермальной воды у входа и выхода теплообменников 10 и 12 установлены датчики D солеотложения [4]. Датчики подключены к регулируемой запорной арматуре 22.
Устройство работает следующим образом.
Вода из скважины 2 через линию I поступает в газоотделитель 3, давление в котором опускается ниже давления насыщения воды газами. Геотермальная вода, освобожденная от сопутствующих газов, из нижней части газоотделителя 3 по линии 15 поступает к теплообменникам 10 и 12 и далее в скважину закачки 17. Выделившиеся газы отводят к потребителю по линиям 4 и 6 через осушитель газа 5. Часть газа по линии 21 с помощью насоса 20 поступает в камеру сгорания 7 через автоматически регулируемую запорную арматуру 22, а продукты горения поступают в геотермальную воду на линии 15 в точке подключения к теплообменнику 10. В осушителе 5 благодаря холодной воде, поступающей во вторичный контур по линии 8, пары воды из газовой смеси конденсируются. Конденсированная вода выводится по линии 23. Одновременно по линии 9 холодная вода, частично подогретая в осушителе 5 горючими газами, противотоком по вторичному контуру поступает в теплообменник 12 и далее через линию 11 в теплообменник 10. В дальнейшем по линии 13 она идет для подачи в систему отопления или горячего водоснабжения. Для обеспечения подачи геотермальной воды к потребителям и далее в скважину закачки 17 также предусмотрены насосы 20. 18, 19, 22 - запорная арматура для регулирования подачи газа и воды.
Понижение давления ниже насыщения воды углекислым газом в газоотделителе 3 и в теплообменном оборудовании приводит к нарушению карбонатно-кальциевого равновесия в растворе геотермальной воды, что нередко имеет место на практике. В результате этого в теплообменном оборудовании образуются твердые отложения карбоната кальция, как наиболее распространенного вида отложений. Подача продуктов сгорания из камеры 7 в геотермальную воду на линии 15 способствует растворению углекислого газа в ней и предотвращению отложения карбоната кальция в теплообменниках 10 и 12, а также и в скважине 1 7 закачки отработанной воды. При этом обеспечивается частичный подогрев геотермальной воды, теплообменники. Одновременно повышается и турбулизация потока воды в теплообменниках, что улучшает коэффициент теплопередачи через теплообменную поверхность. Регулирование подачи части горючего газа в камеру сгорания 7 осуществляется запорной арматурой 22 по показаниям датчиков D солеотложения, основанных па электропроводности воды, отложений и материала оборудования. Резервуар 16 служит для сбора излишнего количества углекислого газа, подаваемого в скважину 17, что регулируется запорной арматурой 18 и 19.
3
3
Подземные термальные воды Восточного Кавказа и Предкавказья богаты водорастворенными газами, основным компонентом которых является метан [5]. К примеру, в составе вод кумского горизонта при глубине залегания 1300-2900 м содержится: метан (70-90%), тяжелые углеводороды (2,6-9,5%), углекислый газ (3-6%), азот (1-4%). Газовые факторы, в зависимости от глубин, составляют от 1 до 5 м/м. При таких соотношениях основных компонентов в газовой смеси для подачи ее к потребителю достаточна только ее осушка, как и предусмотрено в предлагаемой установке. Однако, практика показала, в частности, на скважинах месторождений Кизляр и Тернаир с температурой воды 100°C, имеет место образование отложений карбоната кальция на теплообменной поверхности. Решить эту проблему удалось использованием продуктов сгорания части осушенного газа, где метан составляет более 60-70% от общего содержания газов.
Таким образом, подключение камеры сгорания к теплообменному оборудованию, на выходе которого установлен резервуар для углекислого газа, закачиваемого в скважину, а также установка, подключенных к запорной арматуре, датчиков солеотложения на линии входа и выхода геотермальной воды из теплообменного оборудования позволяет повысить эффективность использования энергии источников геотермальных вод.
Источники информации
1. Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. BCH 56-87. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1989. - 50 с.
2. Пат. 91384 РФ, МПК F03G 7/00. Геотермальная установка / Ахмедов Г.Я. Опубл. 10.02.2010. Бюл. №4. - 2 с.
3. Ахмедов Г.Я., Курбанисмаилова А.С., Эфендиев К.А., Ахмедова Л.М. К вопросу о перспективах утилизации попутных с геотермальной водой горючих газов и режимах эксплуатации энергетического оборудования // Международный научный журнал альтернативная энергетика и экология. 2015. №21. С. 30-35
4. Пат. 2387950 РФ, МПК G01B 7/06. Способ и устройство для определения толщины солеотложения / Ахмедов Г.Я. Опубл. 27.04.2010. Бюл. №12. - 7 с.
5. Курбанов М.К. Геотермальные и гидротермальные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья. - М.: Наука, МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. - 260 с.