闪蒸-双工质循环联合地热发电系统设计.doc

闪蒸-双工质循环联合地热发电系统设计 摘要：将闪蒸系统发电与双工质循环发电联合，形成一种特殊的能量转换系统，对其进行详细分析，并建立该联合地热电站热力计算的数学模型，以此对电站的功率及效率进行了计算与分析，从中确定该系统的最佳闪蒸温度和由此温度导出的最佳设计参数。计算结果还表明，对给定温度为110℃的地热水资源，当环境冷却水平均温度为28℃时，闪蒸一双工质循环联合发电的最大总功率比闪蒸系统或双工质循环单独发电时的最大功率要大20%以上。此外，电站还生产约60℃的热水以供直接利用。 关键词: 闪蒸系统; 双工质循环; 地热发电; 最佳闪蒸温度 0．引言 我国地热资源主要是以中低温热水为主，其中为数较多的是100℃左右的热水资源，这种资源在全球分布甚广，因此利用这种地热资源发电，具有广泛的现实意义。 地热电站的主要目的是生产电能和提供热水。为此目的，若将闪蒸系统发电与双工质循环发电联合起来，将使电站的出力提高[1]，从而提高对地热资源的有效利用。闪蒸和双工质循环联合地热发电，实际上是将闪蒸器产生的蒸汽直接用于发电，而产生的饱和水则用于低沸点有机工质发电。这种特殊的能量转换系统，能使地热资源得到充分利用。闪蒸一双工质循环联合地热发电的热力系统简图如图1所示，该系统包括闪蒸系统发电和双工质循环发电两部分，系统输出的功率是闪蒸系统和双工质循环发电的总和。 图1闪蒸-双工质循环联合地热发电的热力系统简图 1.闪蒸·双工质循环的热力计算[2] 为计算此系统所需的热力循环分别示于图2及图3。本文将以我国某地热点的热水资源为例对闪蒸系统和双工质循环系统分别进行计算，由于是热水发电，其最佳闪蒸温度t1和最佳蒸发温度t01的计算方法既相同，又互相关联。即: 闪蒸系统最佳闪蒸温度： （1） 图2闪蒸系统热力循环图 图3双工质热力循环图 双工质循环最佳蒸发温度: （2） 由式(2)可知，工质的最佳蒸发温度to1与最佳闪蒸温度t1有关联。在确定了最佳温度t1及to1之后，系统的各参数分别计算如下。 闪蒸系统:参看图1及图2，根据闪蒸器的热平衡得: （3） 电站净功率： （4） 其中： （5） 电站净效率： （6） 资源利用率，为电站净功率（kW）的热当量与地热流体最大可用功（）之比： （7） 最大可用功 （），是在理想情况下，地热水从井口初始状态等熵膨胀至环境冷源温度时所作的最大的功，参看图2可得: （8） 在上述各式中, qm,sg,hg为已知资源参数;qm1,h1,h4,s1,由闪蒸温度t1，确定;h3 N,S3由冷凝温度tc确定;h8, s8由环境冷源温度t。确定[3]。计算时设厂用电率X=0.25，电站各效率，则功率及效率可，求。 双工质循环:参看图1及图3，由蒸发器及预热器热平衡得: （9） 由蒸发器的热平衡得: （10） 在式(9),(10)中，h4由闪蒸温度t1确定;h01及h06由工质的蒸发温度t01确定;h05由工质冷凝液质量焓h04及压缩功wp求出，即,而。这样式中还有3个未知数:qm0,hs及h6，因此上述两式还不能求解，必须在h5及h6中选其中一个作为已知数。通常选取h6较为合适，因该值和预热器的热水排水温度t6有关( h6=ct6)，而t6可根据用户对排出的热水如何进行利用来选定。 当换热器各进出口参数确定后，可求出工质的质量流量qm0(t/h)，这样就可由(11)式求出双工质循环的发电净功率(kW): （11） 式中，h02要根据所选用的工质的热力性质，视其在汽轮机内的膨胀终点是在湿蒸气区还是在过热区来定。若在湿燕汽区，按式(5)方法求;若在过热区，查“过热 气体热力性质”表[4]。计算时设X=0.25, 则功率Pnet2可求。 电站净效率: （12） 资源利用率： （13） 对双工质循环，从地热水中获取的最大可用功按(14)式计算: