动力机利用地热资源发电的技术应用.pdf

螺杆膨胀动力机利用地热资源发电的技术应用 胡达1 胡亮光1 陈景坤1 昊方之2施延州3 (1．深圳市汇和新能源技术有限公司；2．中国电力科学院；3．西安热工研究院苏州分院) 摘要：目前，应用螺杆膨胀动力机发电机组利用地热资源发电，在国内外属于探索性 的创新技术。本文以西藏地热资源为例，介绍了螺杆膨胀动力机组的技术特点，以及设计技 术应用方案，为我国开发可再生能源地热资源开创了一条切实可行的新途径。 关键词：螺杆膨胀动力机，地热，双工质循环，扩容闪蒸，内效率，结垢 l 概述 螺杆膨胀动力机是一种高技术新型节能性动力机产品，是国家经贸委推荐列入“九 五”节能改造示范工程和重点推广的应用项目。它适用的工质种类多，既适用于过热蒸 汽，也适用于饱和蒸汽，还适用于汽液两相以及含污热液热水。 我国国内自20世纪80年代起也开始了对螺杆膨胀动力机发电的研究。1987年天津 大学研制了5kW的螺杆膨胀动力机试验机组，并开展了一系列理论探索和实验研究； 1993年作为国家“八五”攻关项目，开始工业试验机的技术研究，并通过国家级专家评 审验收。以后，深圳市汇和新能源技术有限公司经过八年的工业产品试验，四年商业示范 膨胀动力机组的企业标准，发电功率从150kW、200kW、300kW直至目前已能生产出 单机容量为1500kW的机组。螺杆膨胀动力机组已经在电力、钢铁冶金、石油化工、造 纸印染、建材玻璃行业投运了大量的工业余热发电的应用范例，目前国内对该技术拥有完 整的自主知识产权，产品趋于成熟，进入小批量生产发展阶段。 2螺杆膨胀动力机组技术特点 根据20多年的开发研究，螺杆膨胀动力机组在实际工业应用中具有如下显著的技术 特点： (1)螺杆膨胀动力机是当前国内外唯一能适应过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相湿蒸 汽和热水的新型动力机。 (2)螺杆膨胀动力机在热源参数、热负荷及发电功率在大范围变化情况下能保持高 效率运行动力机。 (3)螺杆膨胀动力机启停简捷、不暖机、不盘车、不飞车、低噪音、微震动、长期 无大修、操作简单、平稳、安全、可靠、全自动无人职守的动力机。 (4)螺杆膨胀动力机是中小型发电原动机，可集中、可分散、可移动，最适合国内 85 外新兴“分布式”电力产业的技术要求，是最适合余热发电的热源特点的动力机。 (5)螺杆膨胀动力机运行费用低、高效益，使用门槛要求低，是当代节能技术改造 工程最短、平、快的热动力机。 (6)螺杆膨胀动力机技术及产品属国内首创、国际领先水平的热动力机。 3 目前地热水发电系统现状 国内外地热水发电系统目前主要有两种方式：扩容闪蒸系统、双工质循环。 扩容闪蒸系统是将地热水送入闪蒸器，经扩容闪蒸后将蒸汽引入至汽轮机做功，剩余 的水尽管温度较高也被排掉；虽然可以采用增加闪蒸级数来减少排热损失，但增加了设备 的投资。 双工质循环系统是将地热流体通过换热器与低沸点工质进行热交换，使低沸点工质蒸 发汽化，蒸汽推动汽轮机做功。双工质循环系统由于传热温差及加热过程存在“节点”， 排水温度仍然较高，限制了低沸点工质自地热水中的获能，排热损失仍较大，而且系统较 为复杂，设备运行维护较困难。 目前上述两种方式基本是采用汽轮机技术来实现能量转换发电，由于汽轮机要求做功 蒸汽必须是饱和蒸汽或者过热蒸汽，而且蒸汽结垢对汽轮机工作影响很大，汽轮机本身运 行要求也很高，所以给地热水发电系统带来了一些局限性。 螺杆膨胀动力机组已经成功在电厂连续排污水直接冲转发电中长期运行，经过四年的 运行证明，螺杆膨胀动力机不仅适应于高盐分连排水长期发电，而且运行稳定，效率越来 越高。此外，螺杆膨胀动力机组属于低速运转设备(转速小于3000rpm)，采用机械密封 的设备技术，在低温地热水双工质循环发电中能很好解决工质密封问题，系统简单方便。 因此，研究地热资源利用螺杆膨胀动力机组具有很好的现实意义。 4 中压地热流体直接冲转螺杆膨胀动力机组发电技术 在西藏地热田的深层热储中，有许多中压参数地热井资源。本文以中压地热井口热源 为例，介绍地热水直接冲转螺杆膨胀动力机发电机组的应用方案。 中压参数地热井的测量参数：井口压力为0．50MPa(表压)，饱和温度，汽水比例为