地熱雙工質發電

地熱雙工質發電是以氨水溶液為工質的雙工質發電系統。該系統循環利用300一5OOK的地熱水資源，基礎循環工質為58%的氨水溶液，以熱效率為評價準則。模擬計算表明，該循環的理論熱效率為10.4%，熱力學完善度為73.4%。以氨水溶液為工質的雙工質發電系統將成為一種有效利用地熱資源的新途徑。

基本介紹

• 中文名：地熱雙工質發電
• 外文名：Geothermal biindustry generates electricity
• 學科：能源
• 領域：新能源
• 類型：地熱發電
• 特點：雙工質

簡介

用於發電的地熱資源，目前主要有三種，即水熱資源、地壓資源和乾熱岩資源。但目前只有水熱資源能用於商業發電，其餘還處於試驗階段。實際套用的地熱水發電主要是閃蒸系統和雙工質循環系統。

要提高動力循環的發電效率，只有改善循環吸熱過程和放熱的換熱溫度匹配。採用水作工質的動力循環朗肯(Rankine)循環的蒸發和冷凝過程都是恆溫的等溫相變過程。這樣，工質和熱源及冷源的換熱就不能達到最佳的溫度匹配，引起較大的有效能損失。

非共沸混合物等壓相變過程是一變溫過程，如果以其作為動力循環的工質就可以與變溫的熱源和冷源達到滿意的溫度匹配，降低蒸發和冷凝過程的有效能損失，提高循環的發電效率。

系統設計

採用NH3₃ -H₂0混合工質的地熱雙工質發電系統的循環流程如《氨水混合工質動力循環流程圖》所示。

氨水混合工質動力循環流程圖

該循環系統由發生器、換熱器、汽輪機、吸收器、節流閥以及泵組成。壓力為7. 5 xlOSPa，濃氨水溶液被冷卻水冷卻由狀態1經過泵加壓到狀態2，進人換熱器換熱升溫後，達到狀態點3，然後送人發生器，由地熱水加熱混合工質，低沸點工質氨開始蒸發，並從混合物中分離出來。從發生器出來工質蒸氣4進人汽輪機膨脹做功，汽輪機出口排氣5進人吸收器被來自6的稀溶液吸收，釋放的熱量由冷卻水帶走，並回到狀態1的濃氨水溶液。發生器出口7為稀氨水溶液，它首先通過換熱器放熱到狀態8，再經過節流閥減壓後進人吸收器，吸收來自汽輪機出口排氣，完成整個循環過程。

計算與討論

汽輪機的出口壓力、吸收器的工作溫度以及氨一水混合物的成分三個參數之間是相互影響的。隨著汽輪機出口壓力的升高，吸收器的工作溫度也升高，而且在同一背壓下，氨一水混合物中氨的質量分數越小，則吸收器工作溫度也越高。

在熱源溫度和流量不變的情況下，系統循環熱效率隨汽輪機出口壓力的變化曲線，隨著汽輪機出口壓力的升高，汽輪機進出口壓差減小，汽輪機做功的能力下降。隨著汽輪機出口壓力的升高，效率降低，而且氨的成分越小，效率越低。

隨著熱源溫度的升高，蒸發壓力逐漸增加，汽輪機的進出口壓差逐漸增大，系統的熱效率逐漸提高。當熱源的溫度高於433 K時，系統熱效率增加的比較緩慢，因為隨著溫度的進一步增加，蒸氣量逐漸增加，發生器中的氨水溶液的濃度逐漸降低，繼續增加熱量，蒸發量逐漸減小，所以熱效率增加比較緩慢。即存在一個最佳值熱源溫度，當低於這個值時，系統熱效率隨熱源溫度增加的較快，當高於這個值時，系統熱效率隨熱源溫度增加的較緩慢。

汽輪機出口壓力和吸收器溫度不變的情況下，系統發電功率隨熱源溫度的變化曲線。隨著熱源溫度的升高，系統的發電功率逐漸增加。當熱源溫度小於433 K時，系統的發電功率增加的較快，當熱源的溫度高於433 K時，系統熱效率增加的比較緩慢。當系統的熱源溫度達到400 K時，雙工質發電系統的功率可以達到175kW，進一步驗證了地熱水雙工質發電系統存在一個最佳值熱源溫度，當低於這個值時，系統熱效率隨熱源溫度增加的較快，當高於這個值時，系統熱效率隨熱源溫度增加的較緩慢。

總結

沸點不同的混合工質在吸熱蒸發過程中是變溫過程，這可以大大降低換熱過程的不可逆損失，因此，將混合工質用於動力循環可以提高效率。按照一定的邊界條件，採用模擬計算的方法對以氨水溶液為工質的地熱水雙工質發電系統的動力循環進行了研究，以熱力學性質圖分析了操作參數對循環特性的影響。主要結論如下:

(1)以地熱水和工業餘熱為熱源，當熱源溫度為353K時，系統的熱效率為10.4% ,相應的卡諾循環效率為14.16%，熱力學完善度為73.4%。

(2)隨著汽輪機出口壓力的升高，系統循環熱效率降低，而且氨的成分越小，效率越低。

(3)隨著熱源溫度的升高，系統的熱效率和發電功率逐漸增加，並且存在一個最佳熱源溫度。

(4)中低溫的熱力過程的不可逆程度對系統效率的影響不容忽視，良好的中低溫過程匹配將為系統帶來顯著的效果。

以低沸點的氨一水溶液作為工質的地熱水雙工質發電系統的動力循環，在未來的節能領域和對工業餘熱的開發利用具有重要的參考價值。本文所做的工作只是理論上的分析和探討，為系統在不同條件下的開發設計打下了基礎，但還需要進一步的試驗驗證和改進。