一种基于垂直降膜蒸发的地热氨水动力循环发电系统的制作方法

本发明涉及地热发电系统技术领域，更具体地，涉及一种基于垂直降膜蒸发的地热氨水动力循环发电系统。

背景技术：

步入21世纪，人类对能源的依赖程度持续增加，化石能源消耗量的激增和由此带来的环境污染，已引起全世界的重视。正是在此背景下，近年来可再生能源发电技术得到了空前的关注。地热能是蕴藏在地球内部巨大的自然能源，已成为21世纪能源发展中不可忽视的可再生能源之一，也是可再生能源大家庭中最现实和最具竞争力的资源之一。相对于其他可再生能源，地热能的最大优势体现在它的稳定性和连续性。因此，地热能在未来能源结构中发挥的最重要作用就是供应稳定、连续的基础负荷，将在国家未来可再生能源结构中占据重要位置。

我国地热资源的显著特点是以中低温地热为主，分布广而地处偏远，在高温地热发电受限的同时需要积极探索中低温地热发电技术。中低温地热发电技术以双工质发电系统为主，较为成熟的双工质发电技术为以色列ormat公司、意大利turboden公司、美国utc公司等主推的有机朗肯循环（orc）。另一种双工质发电技术为原苏联kalina博士发明的采用氨水溶液作为工质的kalina循环，同历时一个世纪之久常规的朗肯循环相比，kalina循环电厂可以向诸如温度为300~400ºf（149~204ºc）的地热低能级热源提供效率比前者高出50%的循环效率，对诸如直燃式锅炉和燃气-蒸汽联合循环电厂中的燃气轮机废气等高温热源，循环效率约可提高20%。但过于追求效率使得系统较为复杂，极大的限制了kalina循环的推广和使用。

因此，急需设计出效率高、结构简化、适于中低温地热资源的地热发电系统。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的系统复杂的缺陷，提供一种基于垂直降膜蒸发的地热氨水动力循环发电系统，提供的地热氨水动力循环发电系统效率高，简化了kalina循环的冷凝换热环节，更适用于中低温地热资源。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于垂直降膜蒸发的地热氨水动力循环发电系统，包括：

氨水罐；

发生器，所述发生器设有工质入口、工质气相出口、工质液相出口、热水入口和热水出口，所述工质入口与氨水罐的出水口连通；

透平发电机，所述透平发电机的进气口与工质气相出口连通；

吸收器，所述吸收器设有工质气相入口、工质液相入口、工质出口、冷水入口和冷水出口，所述工质气相入口与透平发电机的出气口连通，所述工质液相入口与工质液相出口连通，所述工质出口与氨水罐的进水口连通；

热水系统，所述热水系统的出水口与所述热水入口连通，所述热水系统的进水口与所述热水出口连通；

冷却水系统，所述冷却水系统的出水口与所述冷水入口连通，所述冷却水系统的进水口与所述冷水出口连通；

所述发生器和/或吸收器为垂直降膜装置。

本发明提供的地热氨水动力循环发电系统通过氨水罐、发生器和吸收器及其连接管道组成密闭连通的氨水动力循环系统，并驱动透平发电机运转，该系统效率高，发生器和/或吸收器采用垂直降膜装置，垂直降膜换热系数大，减少了换热面积，引入氨水溶液蒸发和吸收过程，简化了kalina循环的冷凝换热环节，使得系统更适用于中低温地热资源。

优选地，所述垂直降膜装置包括布膜装置、进液管、出液管、工质气相接口、换热介质入口和换热介质出口；

所述布膜装置包括竖直设置的降膜换热管、套设在所述降膜换热管外的布膜器罐体、套设在所述降膜换热管外且位于所述布膜器罐体底部的降膜套管；所述降膜换热管与布膜器罐体底部形成环隙；

所述布膜器罐体与进液管连通；所述降膜套管与工质气相接口和出液管连通；所述降膜换热管两端分别与换热介质入口和换热介质出口连通。

降膜换热管与布膜器罐体底部之间的环隙，布膜器罐体内的氨水溶液经环隙在降膜换热管外形成均匀液膜。降膜换热管内则通入换热介质。

当发生器采用该垂直降膜装置时，氨水溶液进入布膜器罐体并在降膜换热管外形成均匀液膜，降膜换热管内则通入热水，氨水的液膜在热水的加热蒸发作用下在降膜套管内形成蒸汽，蒸汽从工质气相接口逸出。降膜套管下部则得到稀氨水溶液，稀氨水溶液从出液口流出。热水在降膜换热管内自下而上流动，与降膜换热管外的液膜形成逆向流。

当吸收器采用该垂直降膜装置时，稀氨水进入布膜器罐体并在降膜换热管外形成均匀液膜，降膜换热管内则通入冷水，工质气相接口通入蒸汽，液膜吸收蒸汽，放出的热量则由降膜换热管内的冷水带走。稀氨水吸收蒸汽后得到氨水溶液，氨水溶液从出液口流出。冷却水在降膜换热管内自下而上流动，与降膜换热管外的液膜形成逆向流。

优选地，所述降膜换热管下端与换热介质入口连通，所述降膜换热管上端与换热介质出口连通。

优选地，所述进液管沿布膜器罐体内壁旋转设置。

更优选地，所述进液管沿布膜器罐体内壁旋转260~280°。进一步优选地，所述进液管沿布膜器罐体内壁旋转270°。此时，进液采用单管沿壁面旋转270°切向流的进液方式。具体操作时，氨水溶液从进液管进入布膜器罐体内，由于进液管的出口为沿管壁切向方向进入，使得整个布膜器罐体内的液体均呈周向方向旋转，氨水溶液经环隙流出而形成环状液膜。

优选地，所述布膜器罐体和/或降膜套管设有视镜。视镜可用于观察垂直降膜的状态。

优选地，所述垂直降膜装置还包括壳体，所述布膜装置设置在所述壳体内，所述进液管、出液管、工质气相接口、换热介质入口和换热介质出口设置在所述壳体上。

优选地，所述垂直降膜装置还包括设置在所述垂直降膜装置下部的下换热介质容腔和设置在所述垂直降膜装置上部的上换热介质容腔；所述下换热介质容腔与降膜换热管的下端和换热介质入口连通；所述上换热介质容腔与降膜换热管的上端和换热介质出口连通。

优选地，所述上换热介质容腔和/或下换热介质容腔与壳体为可拆卸连接。进一步地，所述上换热介质容腔和/或下换热介质容腔与壳体为法兰连接。

优选地，所述壳体底部设有底座。优选地，所述壳体还设有用于固定所述垂直降膜装置的固定座。

优选地，所述布膜器罐体设有分液板。

优选地，所述地热氨水动力循环发电系统还包括换热器，所述换热器包括第一流道和第二流道；所述第一流道的进水口与氨水罐连通，所述第一流道的出水口与工质入口连通；所述第二流道的进水口与工质液相出口连通，所述第二流道的出水口与工质液相入口连通。更优选地，所述换热器为板式换热器。

优选地，所述氨水罐的出水口设有工质泵，所述工质泵与第一流道的进水口连通。

优选地，所述透平发电机的出气口与氨水罐的进水口连通。

优选地，所述热水系统包括热水供应管道和热水回灌管道，所述热水供应管道与热水入口连通，所述热水回灌管道与热水出口连通；所述热水供应管道设有热水泵。

优选地，所述热水供应管道还设有热水流量计。

优选地，所述冷却水系统包括冷却塔，所述冷却塔的出水口与冷水入口连通，所述冷却塔的出水口设有冷却水泵，所述冷却塔的进水口与冷水出口连通。

优选地，所述冷却塔的出水口还设有冷却水流量计。

优选地，所述工质入口、工质气相出口、工质液相出口、热水入口、热水出口、工质气相入口、工质液相入口、工质出口、冷水入口和冷水出口均设有温度计。所述第一流道的进水口也设有温度计。

优选地，所述发生器、吸收器和工质泵的出水口均设有压力表。

优选地，所述工质泵的出水口与第一流道的进水口之间的管道上设有第一工质流量计。优选地，所述透平发电机的出气口与所述工质气相入口之间的管道上设有第二工质流量计。

优选地，所述工质泵的出水口与第一流道的进水口之间的管道上还设有第一闸阀。优选地，所述透平发电机的出气口与所述工质气相入口之间的管道上设有第二闸阀。

优选地，所述第二管道的出水口与工质液相入口之间的管道上设有减压阀。

优选地，所述第一闸阀与第一流道的进水口之间的管道上设有第一调节阀。优选地，所述减压阀与工质液相入口之间的管道上设有第二调节阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的地热氨水动力循环发电系统通过氨水罐、发生器和吸收器及其连接管道组成密闭连通的氨水动力循环系统，并驱动透平发电机运转，该系统效率高，发生器和/或吸收器采用垂直降膜装置，垂直降膜换热系数大，减少了换热面积，引入氨水溶液蒸发和吸收过程，简化了kalina循环的冷凝换热环节，使得系统更适用于中低温地热资源。

附图说明

图1为实施例1的地热氨水动力循环发电系统的示意图。

图2为实施例1的地热氨水动力循环发电系统中垂直降膜装置的示意图。

图3为实施例1的地热氨水动力循环发电系统中垂直降膜装置的布膜装置的示意图。

图4为图3中的a-a剖面图。

图1中，1-氨水罐；2-换热器；3-发生器；4-透平发电机；5-吸收器；6-热水系统；7-冷却水系统；8-工质泵；9-压力表，图中形状与9相同的均为压力表；10-第一闸阀；11-第一工质流量计；12-第一调节阀；13-减压阀；14-第二工质流量计；15-热水供应管道；16-热水回灌管道；17-热水泵；18-热水流量计；19-冷却塔；20-冷却水泵；21-冷却水流量计；38-温度计，图中形状与38相同的均为温度计；39-第二调节阀；40-第二闸阀；41-分液板。

图2~4中，22-壳体；23-布膜装置；24-进液管；25-出液管；26-工质气相接口；27-换热介质入口；28-换热介质出口；29-底座；30-下换热介质容纳腔；31-固定座；32-视镜；33-上换热介质容纳腔；34-布膜器罐体；35-降膜套管；36-降膜换热管；37-环隙。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种基于垂直降膜蒸发的地热氨水动力循环发电系统，如图1~4所示，包括：氨水罐1、换热器2、发生器3、透平发电机4、吸收器5、热水系统6和冷却水系统7。

换热器2包括第一流道和第二流道。发生器3设有工质入口、工质气相出口、工质液相出口、热水入口和热水出口。吸收器5设有工质气相入口、工质液相入口、工质出口、冷水入口和冷水出口。

氨水罐1的出水口与第一流道的进水口连通，第一流道的出水口与工质入口连通。第二流道的进水口与工质液相出口连通，第二流道的出水口与工质液相入口连通。换热器2为板式换热器。氨水罐1的出水口与第一流道的进水口的管道上依次设有工质泵8、第一闸阀10、第一工质流量计11和第一调节阀12。第二流道的出水口与工质液相入口之间的管道依次设有减压阀13和第二调节阀39。

工质气相出口与透平发电机4的进气口连通。透平发电机4的出气口与工质气相入口连通，工质液相入口与工质液相出口连通，工质出口与氨水罐1的进水口连通。透平发电机4的出气口与工质气相入口之间的管道上依次设有第二闸阀40和第二工质流量计14。第二工质流量计14的出气口与工质气相入口连通，还与氨水罐1的进水口连通。

热水系统6包括热水供应管道15和热水回灌管道16。热水供应管道15与热水入口连通。热水回灌管道16与热水出口连通。热水供应管道15与热水入口之间的管道手上依次设有热水泵17和热水流量计18。热水供应管道15和热水回灌管道16与地热水源连通。

冷却水系统7包括冷却塔19，冷却塔19的进水口与冷水出口连通，冷却塔19的出水口与冷水入口连通。冷却塔19的出水口与冷水入口之间的管道上依次设有冷却水泵20和冷却水流量计21。

工质入口、工质气相出口、工质液相出口、热水入口、热水出口、工质气相入口、工质液相入口、工质出口、冷水入口、冷水出口和第一流道的进水口均设有温度计38。发生器3、吸收器5和工质泵8的出水口均设有压力表9。

发生器3和吸收器5均为垂直降膜装置。

垂直降膜装置包括壳体22、布膜装置23、进液管24、出液管25、工质气相接口26、换热介质入口27、下换热介质容腔30、换热介质出口28和上换热介质容腔33。

布膜装置23设置在壳体22内，布膜装置23包括竖直设置的降膜换热管36、套设在降膜换热管36外的布膜器罐体34、套设在降膜换热管36外且位于布膜器罐体34底部的降膜套管35。布膜器罐体34底部设有通孔，降膜换热管36穿过该通孔，降膜换热管36与布膜器罐体34底部之间形成环隙37。布膜器罐体34内的氨水溶液经环隙37在降膜换热管36外形成均匀液膜。

布膜器罐体34与进液管24连通。进液管沿布膜器罐体内壁旋转270°设置。降膜套管35与工质气相接口26和出液管25连通。布膜器罐体34和降膜套管35设有视镜32。布膜器罐体34设有分液板41。

下换热介质容腔30设置在壳体22的下部，下换热介质容腔30与降膜换热管36的下端连通；上换热介质容腔33设置在壳体22的上部，上换热介质容腔33与降膜换热管36的上端连通。换热介质入口27与下换热介质容腔30连通。换热介质出口28与上换热介质容腔33连通。上换热介质容腔30和下换热介质容腔33与壳体22为法兰连接。壳体22设有用于固定所述垂直降膜装置的固定座31和底座29。

与氨水接触的管道和设备使用ocr18ni9不锈钢制成，可以提高防腐能力，使用各种碱性物质。

发生器3工作时，氨水溶液从进液管24进入布膜器罐体34并在降膜换热管36外形成均匀液膜，降膜换热管36内则通入热水，氨水的液膜在热水的加热蒸发作用下在降膜套管35内形成蒸汽，蒸汽主要是氨气，蒸汽从工质气相接口26逸出。降膜套管35下部则得到稀氨水溶液，稀氨水溶液从出液管25流出。

吸收器5工作时，稀氨水溶液从进液管24进入布膜器罐体34并在降膜换热管36外形成均匀液膜，降膜换热管36内则通入冷水，工质气相接口26通入蒸汽，液膜吸收蒸汽，放出的热量则由降膜换热管36内的冷水带走。稀氨水吸收蒸汽后得到氨水溶液，氨水溶液从出液管25流出。

本发明提供的地热氨水动力循环发电系统通过氨水罐1、发生器3和吸收器5及其连接管道组成密闭连通的氨水动力循环系统，并驱动透平发电机4运转，该系统效率高，发生器3和/或吸收器5采用垂直降膜装置，垂直降膜换热系数大，减少了换热面积，引入氨水溶液蒸发和吸收过程，简化了kalina循环的冷凝换热环节，使得系统更适用于中低温地热资源。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。