一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组的制作方法

本实用新型涉及利用废弃油井发电的技术领域，尤其涉及一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组。

背景技术：

我国大量油井在开发完后被废弃，若能合理利用开发出蕴藏在岩层中的地热能，则既避开了常规地热开采中的高成本，增加了地热开采的经济效益，又可以提高清洁能源的使用比重，缓解环境压力。随着石油不断开采的进程，就会不断有枯竭的油井废弃，利用现存废弃的油井井下地热，大部分油井可以开采的热水温度范围在80℃-160℃之间，但是目前并没有利用废弃油井低温地热能发电的相关设备，现有的蒸汽发电机组难以直接利用废弃油井产出的低温地热能(80℃-160℃)发电，且效率低下，是由于废弃油井低温地热热源的热力参数低，地热水经由闪蒸器或扩容器所能产生的蒸汽参数低(温度、压力)。由于如此低参数的蒸汽容易带液，在汽轮机内流通易发生液击而损坏叶片，机组寿命短，且此温度范围内(80℃-160℃)的蒸汽轮机效率低下。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组，可以利用废弃油井低温地热能发电。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组，包括地热水泵、第一换热器、注水泵、第二换热器、热水循环泵、膨胀罐、磁悬浮涡轮机、发电机、第三换热器、有机工质泵、冷却塔、冷却水循环泵；

地热水泵的入口通过管道与废弃油井的出口相通，地热水泵的出口通过管道与第一换热器的地热水入口相通，第一换热器的地热水出口通过管道与注水泵的入口相通，注水泵的出口通过管道与废弃油井的入口相通；

第一换热器的热水出口通过管道与第二换热器的热水入口相通，第二换热器的热水出口通过管道与热水循环泵的入口相通，热水循环泵的出口通过管道与第一换热器的热水入口相通：膨胀罐安装在第二换热器的热水出口与热水循环泵的入口之间的管道上；

第二换热器的工质出口通过管道与磁悬浮涡轮机的入口相通，磁悬浮涡轮机的出口通过管道与第三换热器的工质入口相通，第三换热器的工质出口通过管道与有机工质泵的入口相通，有机工质泵的出口通过管道与第二换热器的工质入口相通；磁悬浮涡轮机与发电机相连接；

第三换热器的冷却水出口通过管道与冷却塔的入口相通，冷却塔的出口通过管道与冷却水循环泵的入口相通，冷却水循环泵的出口通过管道与第三换热器的冷却水入口相通。

进一步的是：磁悬浮涡轮机通过转轴与发电机相连接。

进一步的是：废弃油井上设有注入井和采出井，地热水泵的入口通过管道连接在采出井上，注水泵的出口通过管道连接在注入井上。

进一步的是：废弃油井的地层温度范围在80℃～160℃。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

本实用新型一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组能有效利用现存废弃油井产生的低温地热水进行发电。与现有技术不同的是：(1)有机工质蒸发潜热比水小很多，显热段吸热比例高，在中低温情况下可以显著提高余热回收率。(2)低温余热应用中，水蒸汽循环中蒸发压力较低，导致水蒸汽比体积较大，汽轮机需要较大流通面积；而本实用新型的有机朗肯循环发电系统蒸发压力较高，可有效缩小透平尺寸。(3)传统的蒸汽轮机发电系统必须设置除钙、镁离子硬度的软水系统，同时，为了防止水中溶氧对管路及设备的化学腐蚀，给水还必须经过严格的除氧处理；而本实用新型的有机朗肯循环发电系统不需要这些辅助系统，系统构成简单。(4)传统的蒸汽轮机发电系统应用于低温发电时，其冷端(冷凝器侧)处于比外界压力低很多的真空状态，需要设置真空维持系统。而本实用新型的有机朗肯循环发电系统可选择正压工质。(5)利用现成废弃油井进行发电，可回收的地热水温度范围为(80℃-160℃)，避免了常规地热发电机组高昂的开采费用。(6)有机朗肯循环磁悬浮涡轮发电机系统采用低沸点制冷剂作为循环工质，在小于300℃的热源温度下，有机朗肯循环比蒸汽朗肯循环理论效率高。(7)利用废弃油井低温地热的有机朗肯循环发电机机组通过中间热水循环系统，从而避免了富含杂质的地源热水直接进入到蒸发器引起的堵塞、结垢等问题而导致的效率下降。(8)利用磁悬浮涡轮机技术作为发电机组的主要动力机械，无需使用润滑油，现场维护需求低。

附图说明

图1是本磁悬浮涡轮发电机组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为地热水泵，2为第一换热器，3为第二换热器，4为磁悬浮涡轮机，5为发电机，6为冷却塔，7为冷却水循环泵，8为第三换热器，9为有机工质泵，10为膨胀罐，11为热水循环泵，12为注水泵，13为废弃油井，14为注入井，15为采出井，2-1为第一换热器的地热水入口，2-2为第一换热器的地热水出口，2-3为第一换热器的热水出口，2-4为第一换热器的热水入口，3-1为第二换热器的热水入口，3-2为第二换热器的热水出口，3-3为第二换热器的工质出口，3-4为第二换热器的工质入口，8-1为第三换热器的工质入口，8-2为第三换热器的工质出口，8-3为第三换热器的冷却水出口，8-4为第三换热器的冷却水入口。

结合图1所示，一种利用废弃油井低温地热能的磁悬浮涡轮发电机组，包括地热水泵、第一换热器、注水泵、第二换热器、热水循环泵、膨胀罐、磁悬浮涡轮机、发电机、第三换热器、有机工质泵、冷却塔、冷却水循环泵。第一换热器设有地热水入口、地热水出口、热水入口、热水出口；第二换热器设有工质入口、工质出口、热水入口、热水出口；第三换热器设有工质入口、工质出口、冷却水入口、冷却水出口。

本磁悬浮涡轮发电机组主要分为三个循环系统，下面对这三个循环系统作详细地说明：

第一个循环系统，地热水泵的入口通过管道与废弃油井的出口相通，地热水泵的出口通过管道与第一换热器的地热水入口相通，第一换热器的地热水出口通过管道与注水泵的入口相通，注水泵的出口通过管道与废弃油井的入口相通。第一个循环系统的管道里流通的是工质是地热水，该工质在循环流动的过程中，进行热量交换。

第二个循环系统，第一换热器的热水出口通过管道与第二换热器的热水入口相通，第二换热器的热水出口通过管道与热水循环泵的入口相通，热水循环泵的出口通过管道与第一换热器的热水入口相通：膨胀罐安装在第二换热器的热水出口与热水循环泵的入口之间的管道上。第二个循环系统的管道里流通的是热水，热水在循环流动的过程中，进行热量交换。

第三个循环系统，第三个循环系统里有两个循环，一个循环是有机工质循环，另一个循环是冷却水循环。第二换热器的工质出口通过管道与磁悬浮涡轮机的入口相通，磁悬浮涡轮机的出口通过管道与第三换热器的工质入口相通，第三换热器的工质出口通过管道与有机工质泵的入口相通，有机工质泵的出口通过管道与第二换热器的工质入口相通；磁悬浮涡轮机与发电机相连接。该循环是有机工质循环，管道里流通的是有机工质。

第三换热器的冷却水出口通过管道与冷却塔的入口相通，冷却塔的出口通过管道与冷却水循环泵的入口相通，冷却水循环泵的出口通过管道与第三换热器的冷却水入口相通。该循环是冷却水循环，管道里流通的是冷却水。

下面介绍三个循环系统的工作原理：

第一个循环系统是低温地热热水循环，地热水通过注水泵从注入井注入到废弃油井下，地热水吸收废弃油井处的地层热量后水温上升(水温取决于热水井深度以及地层岩石的特性)，地热水从废弃油井处的采出井出来，地热水经由地热水泵(盐水泵)送至第一换热器把热量传递给中间热水循环系统中的干净热水。由于地热水含大量杂质，所以必须通过第一换热器进行一次换热。换热冷却后地热水在注水泵的作用下从注入井再次注入废弃油井内。

第二个循环系统是中间热水循环系统，旨在提供干净的热水回路。中间热水循环系统中的热水通过第一换热器与地热水进行换热后，热水的温度升高，然后热水直接进入到第二换热器，与第三个循环系统里的有机工质换热后，热水的温度降低，然后热水在热水循环泵的作用下再回到第一换热器。膨胀罐可以缓冲热水受热后升压带来的压力波动并且起到保护热水循环泵的作用，膨胀罐吸收的是整个循环的压力波动。

第三个循环系统是有机工质磁悬浮发电机组循环(有机朗肯循环)，第二个循环系统的热水通过第二换热器(蒸发器)加热有机工质，低沸点的有机工质吸热蒸发，产生的高压有机蒸汽进入到磁悬浮涡轮机后推动涡轮旋转从而带动同轴的发电机发电；蒸发后的有机工质做功后排到第三换热器(冷凝器)，经冷凝成液体后进入有机工质泵，加压送至第二换热器(蒸发器)继续吸热，以此不断循环。该循环为闭式循环，有机工质密封于机组内。在冷却水循环中，冷却水在第三换热器(冷凝器)中吸收有机工质的冷凝热升温后，回到冷却塔冷却降温，再经冷却水循环泵送回第三换热器(冷凝器)。

第一换热器、第二换热器、第三换热器是现有技术，用来进行热量交换的，换热器内有两条流体通道，一种流体流过一条通道，另一种流体流过另外一条通道，然后两种流体进行热量交换。

磁悬浮涡轮机通过转轴与发电机相连接。蒸发后的有机工质进入磁悬浮涡轮机中做功，再通过转轴带动发电机工作，产生电能。

废弃油井上设有注入井和采出井，地热水泵的入口通过管道连接在采出井上，注水泵的出口通过管道连接在注入井上。

废弃油井的地层温度范围在80℃～160℃。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。