一种基于ORC系统的地热电站系统的制作方法

一种基于orc系统的地热电站系统
技术领域
1.本发明属于地热利用和清洁能源技术领域，具体而言，涉及一种基于orc系统的地热电站系统。


背景技术：

2.人类社会的可持续发展受限于能源短缺问题，进一步加强节能减排工作和开发可再生能源，是应对全球能源短缺的迫切需要。有机朗肯循环(organic rankine cycle，orc)是基于低沸点有机工质替代传统朗肯循环工质—水的一种热力循环，特别适用于中低温工业余热，以及太阳能、生物质能、地热能等中低品位可再生能源的开发利用。有机朗肯循环发电技术不仅具有巨大经济价值，而且有利于节能减排和保护环境。
3.有机朗肯循环(organic rankine cycle，简称orc)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由蒸发器、透平、发电机、冷凝器和工质泵等部件组成。有机工质在蒸发器中吸收低温热源（80-300℃）的热量，生成具有一定压力和温度的蒸气，蒸气进入透平，推动透平做功，从而带动发电机产生高品位的电能。从透平排出的蒸气在冷凝器中向外部冷源放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到蒸发器，完成整个循环过程。
4.地热电站是利用地下热水、高温岩体或蒸汽作一次能源的发电站。现有的地热电站对能源的利用率低低且结构复杂，而采用orc地热发电站针对地下热水和蒸汽，只能配置不同类型的orc机组进行利用，并且该利用方式单一，无法分级充分利用热能。


技术实现要素：

5.为了解决现有现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种基于orc系统的地热电站系统，实现充分利用热能。
6.为达到上述技术目的及效果，本发明通过以下技术方案实现：一种基于orc系统的地热电站系统，包括闪蒸罐、汽轮机、第一发电机、蒸发器、透平、第二发电机、冷凝器、预热器和工质泵，所述蒸发器、所述透平、所述冷凝器、所述工质泵和所述预热器通过对应的管路顺序连接并形成一个回路，所述第二发电机与所述透平连接，所述蒸发器内设置有至少两组蒸发器管程；所述闪蒸罐的液体出口通过对应的管路与一组所述蒸发器管程入口连接，所述闪蒸罐的蒸汽出口通过对应的管路与所述汽轮机的进气口连接，所述汽轮机的排气口通过对应的管路与另一组所述蒸发器管程入口连接，所述汽轮机还与所述第一发电机连接，为所述第一发电机提供动力；所述蒸发器管程的出口均通过对应的管道与所述预热器的管程入口连接，所述预热器的管程出口与回灌管连接，所述蒸发器管程和所述回灌管通过所述预热器的管程连通。
7.进一步的，所述蒸发器和所述预热器内置在一个筒体内。
8.进一步的，所述蒸发器管程设置两组。
9.进一步的，两组所述蒸发器管程的末端形成有一个共用出口，形成的共用出口通过对应的管道与所述预热器的管程入口连接。
10.进一步的，所述闪蒸罐的蒸汽出口位于所述闪蒸罐的顶端，所述闪蒸罐的液体出口位于所述闪蒸罐的底端。
11.进一步的，还包括有一个用于去除地热井中热水里杂质的过滤器，所述过滤器通过对应的管路安装在所述闪蒸罐和地热井之间。
12.进一步的，所述回灌管中间设置有回收泵。
13.本发明的有益效果如下：1、本发明在闪蒸罐的气相出口设置汽轮机，通过高压蒸汽带动发电机进行一级发电；并将从汽轮机中排出的低压蒸汽和从闪蒸罐的液体出口排出的热水，输送进蒸发器的管程中，利用低压蒸汽和热水的潜热将蒸发器壳程中的工质转化为较高压力的气体，实现orc系统的二级发电，不仅结构简单，而且能够分级充分利用地热能；2、本发明orc发电系统的蒸发器的管程采用分程设计，使不同温度和压力的蒸汽以及热水可同时进入蒸发器内，提高系统换热效率，减小热损失；3、本发明orc发电系统中的蒸发器和预热器内置在一个筒体内，一体化设计，提高了系统的换热效率，减小占地面积和降低成本。
14.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明蒸发器管程共用出口连接示意图。
16.图中标号说明：1、闪蒸罐；2、汽轮机；3、第一发电机；4、蒸发器；5、透平；6、第二发电机；7、冷凝器；8、预热器；9、工质泵；10、回灌管；11、过滤器；12、回收泵；13、筒体。
具体实施方式
17.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
18.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、上端、下端、顶部、底部
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
19.参见图1所示，一种基于orc系统的地热电站系统，包括闪蒸罐1、汽轮机2、第一发电机3、蒸发器4、透平5、第二发电机6、冷凝器7、预热器8和工质泵9，所述蒸发器4、所述透平5、所述冷凝器7、所述工质泵9和所述预热器8通过对应的管路顺序连接并形成一个回路，所述第二发电机6与所述透平5连接，所述蒸发器4内设置有至少两组蒸发器管程；所述闪蒸罐1的液体出口通过对应的管路与一组所述蒸发器管程入口连接，所述闪蒸罐1的蒸汽出口通过对应的管路与所述汽轮机2的进气口连接，所述汽轮机2的排气口通过对应的管路与另一组所述蒸发器管程入口连接，所述汽轮机2还与所述第一发电机3连接，为所述第一发电机3提供动力；所述蒸发器管程的出口均通过对应的管道与所述预热器8的管程入口连接，所述
预热器8的管程出口与回灌管10连接，所述蒸发器管程和所述回灌管10通过所述预热器8的管程连通。
20.其中，在所述述蒸发器4、所述透平5、所述第二发电机6、所述冷凝器7、所述预热器8和所述工质泵9连接中，所述工质泵9的出口通过对应的管道与所述预热器8的壳程入口连接，所述预热器8的壳程出口通过对应的管道与所述述蒸发器4的壳程入口连接，所述述蒸发器4的壳程出口通过对应的管道与所述透平5入口连接，所述透平5出口所述冷凝器7的入口连接，所述冷凝器7的出口通过对应的管道与所述工质泵9的入口连接。
21.进一步的，所述蒸发器4和所述预热器8内置在一个筒体13内，一体化设计，提高了系统的换热效率，减小占地面积和降低成本。
22.进一步的，所述蒸发器管程设置至少两组，一组所述蒸发器管程的入口与所述闪蒸罐1的液体出口连通，另一组所述蒸发器管程的入口与所述汽轮机2的排气口连通，其余所述蒸发器管程可以作为备用使用，方便在系统中连入其它热源或在本系统中使用的所述蒸发器管程发生损坏时，能够通过直接更换连接的所述蒸发器管程，从而做到最大限度的降低系统的中断，进而提高系统的发电效率；在本实施例中，所述蒸发器管程设置两组。
23.所述蒸发器4的所述蒸发器管程通过采用分程设计，在工作时，可以实现将不同温度和压力的蒸汽和液体同时进入蒸发器内，提高了系统换热效率，减小了热损失。
24.进一步的，参见图2所示，两组所述蒸发器管程的末端形成有一个共用出口，形成的共用出口通过对应的管道与所述预热器8的管程入口连接。
25.进一步的，继续参见图1所示，由于蒸汽上浮和液体下沉的原因，所述闪蒸罐1的蒸汽出口位于所述闪蒸罐1的顶端，所述闪蒸罐1的液体出口位于所述闪蒸罐1的底端，方便蒸汽和液体从所述闪蒸罐1向下一阶段输出。
26.进一步的，继续参见图1所示，还包括有一个用于去除地热井中热水里杂质的过滤器11，所述过滤器11通过对应的管路安装在所述闪蒸罐1和地热井之间，工作时，可通过所述过滤器11对地热井中输送的热水进行处理，以去除地热水中的杂质，从而避免地热水中的杂质影响其他设备的正常运行，甚至造成损坏。
27.进一步的，继续参见图1所示，所述回灌管10中间设置有回收泵12，用于辅助流进所述回灌管10中的蒸汽和热水回流到回灌井中。
28.本发明的工作原理如下：地热井通过输送管道将地热井内的热水和蒸汽输送进闪蒸罐1中，在闪蒸罐1中进行闪蒸，蒸汽上浮，而液体向下沉，实现气液分离；闪蒸罐1内的上端会形成较高压力的的蒸汽，蒸汽穿过闪蒸罐1上端的蒸汽出口后沿着管道进入到汽轮机2中，推动汽轮机2转动，从而实现对第一发电机3的驱动，进而实现发电，实现地热能的一级利用，蒸汽穿过汽轮机2的排气口后，由较高压力的的蒸汽变成低压蒸汽，并顺着管道进入到蒸发器4内其中一组蒸发器管程中；下沉到闪蒸罐1下端的热水液体穿过闪蒸罐1下端的液体出口，沿着管道进入到蒸发器4内另一组蒸发器管程中。
29.而进入到蒸发器4内的蒸发器管程中的低压蒸汽和热水，通过与蒸发器4的壳程内的有机工质进行换热，蒸发器4内的有机工质吸收热量后，转化为较高压力的气体，并从蒸发器4上的工质输出口输出，并通过管道输送进透平5内，并在透平5内膨胀做工，带动第二发电机6发电，实现低品位热能转化为高品位电能；在透平5内做完功后的有机工质进入冷
凝器7中进行冷凝液化，最后在工质泵9的作用下，通过预热器8重新进入蒸发器4中，继续与蒸发器管程内的低压蒸汽和热水进行换热，实现不间断发电。
30.其中与蒸发器4的壳程内的有机工质进行换过热的热水和蒸汽通过预热器8的管程被输送进回灌管10内，并通过回收泵12将回灌管10内换过热的热水和蒸汽回流到回灌井中；而从预热器8的管壳中通过的热水和蒸汽利用余热对从预热器8的壳程中通过的有机工质进行预热，使进入到蒸发器4的壳程内的有机工质提前开始吸收热量，提高整个系统的换热效率。
31.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。