Бинарные энергоблоки для производства электроэнергии на основе использования низкотемпературного геотермального (или сбросного) теплоносителя

Назначение
Выработка электроэнергии в бинарных энергоблоках с низкокипящим рабочим телом на основе использования низкотемпературного геотермального (или) сбросного теплоносителя.

Область применения
Энергосберегающие технологии: утилизация низкотемпературного геотермального или сбросного теплоносителя ГеоЭС и промышленных предприятий

Краткое описание
Развитие геотермальных технологий выработки электроэнергии в значительной степени определяется масштабами освоения ресурсной базы месторождений и параметрами и качеством геотермального флюида. В последние годы все больший интерес проявляется к бинарным энерготехнологиям, позволяющим использовать для выработки электроэнергии низкопотенциальный и низкотемпературный геотермальный теплоноситель, а также сбросное тепло промышленных предприятий.

Геотермальная бинарная энергетическая установка мощностью 2.5 МВт предназначена для выработки электрической энергии за счет использования сбросного геотермального сепарата с температурой 120°С. В качестве рабочего тела в замкнутом контуре энергоблока выбран низкокипящий органический теплоноситель типа фреона R-134a, отличительными особенностями которого являются нетоксичность, взрыво- и пожаробезопасность.

В схеме предусмотрена также рециркуляция жидкого ОРТ после питательных насосов в конденсатор при пусковых операциях и частичных нагрузках энергоблока.

На рис. 1 показаны компоновка основного оборудования и направления движения ОРТ, геотермального сепарата и охлаждающей воды в технологических контурах геотермального энергоблока с бинарным циклом. Турбогенератор и конденсатор расположены на высоте 4.5 м от уровня пола машинного зала, что позволяет создать подпор жидкого рабочего тела на питательных насосах для предупреждения кавитации. На нулевой отметке установлен испаритель-пароперегреватель, а ниже уровня пола на 2.5 м расположен бак-ресивер. Такая компоновка обеспечивает минимальную протяженность трубопроводов, необходимый доступ ко всем элементам оборудования энергоблока для проведения инспекций и ремонтов.

Рис. 1. Компоновка основного оборудования и направление движения органического низкокипящего рабочего тела, геотермального сепарата и охлаждающей воды в технологических контурах энергоблока с бинарным циклом мощностью 2.5 МВт. 1 – испаритель-пароперегреватель; 2 – бак-ресивер; 3 – паровой коллектор; 4 – предохранительные клапаны, 5 – конденсатор; 6 – турбогенератор; 7 – питательные насосы.

Для нагрева органического низкокипящего рабочего тела перед бинарной турбиной в технологической схеме энергоблока предусмотрен испаритель-пароперегреватель, где используется сепарат с температурой 120°С. Три теплообменника: экономайзер, испаритель и пароперегреватель – объединены в одном корпусе, над которым расположен коллектор для сбора и отвода пара ОРТ.

Греющий теплоноситель – сепарат направляется через верхний патрубок во входную водяную камеру испарителя-пароперегревателя к трубной доске. Часть его поступает в трубный пучок пароперегревателя, где тепло отдается пару рабочего тела за один ход, а другая часть сепарата поступает в верхний трубный пучок двухходового испарителя. Третий и четвертый ходы сепарат совершает внутри трубок экономайзера, расположенного в нижней части корпуса.

Подача хладона из конденсатора в испаритель-пароперегреватель осуществляется тремя питательными центробежными насосами (два рабочих и один резервный). Для исключения утечек рабочего тела использованы герметичные насосы с приводом через магнитную муфту. В целях обеспечения минимально допустимого расхода на насосах в тепловой схеме предусмотрена линия рециркуляции жидкого хладона после питательных насосов в конденсатор.

От испарителя-пароперегревателя пар ОРТ через стопорный и регулирующий клапаны подается в бинарную турбину с параметрами пара рабочего тела: на входе температура 75.8°С (давление 2.19 МПа), расход 144.8 кг/с; на выходе температура 33°С. Бинарная турбина для ГеоЭС одноступенчатая, расположенная консольно на свободном конце вала турбогенератора, выполнена в виде агрегата радиально-осевого типа.

Отработавший пар из осевого выхлопного патрубка турбины поступает в конденсатор. Из выхлопного патрубка турбины отработавший пар поступает в конденсатор. В тепловой схеме и в конструкции турбины предусмотрен также байпас пара ОРТ через заслонку травления и дроссельное устройство в конденсатор минуя турбину.

Конденсатор представляет собой кожухотрубный теплообменник, обеспечивающий температуру конденсации 22°С при охлаждающей воде с температурой 8°С.

Важной составляющей бинарной энергетической установки является система вакуумирования, заполнения, опорожнения и хранения (жидкой и паровой фазы) ОРТ. Функционально эта система предназначена для выполнения следующих технологических операций:

• подключения контейнеров с жидким ОРТ к специальной сборке;
• вакуумирования всех внутренних полостей оборудования контура до остаточного абсолютного давления порядка 0.25 кПа;
• заправки ОРТ из контейнеров в герметичный бак-ресивер;
• заполнения ОРТ контура в необходимом количестве (15000 л) из бака-ресивера;
• опорожнения контура от ОРТ;
• хранения ОРТ в баке-ресивере;
• перекачки ОРТ из бака-ресивера в контейнеры для последующей транспортировки ОРТ с объекта.

Основные характеристики объекта
Параметры сепарата на входе в испаритель-пароперегреватель:
- расход сепарата 117,9 кг/с;
- давление 0,2 МПа;
- температура 120°С.
Параметры пара R-134а на входе в турбину (после испарителя-пароперегревателя):
- давление 2,19 МПа;
- температура 75,8°С;
- расход 144,8 кг/с;
Параметры пара R-134а на выходе из турбины:
- давление 0,76 МПа;
- температура 33°С.
Мощность турбогенератора – 2,5 МВт.

Форма сотрудничества
На договорной основе выполнение комплекса работ по разработке технических предложений по созданию бинарного энергоблока для производства электроэнергии на основе утилизации низкотемпературного геотермального теплоносителя или сбросного тепла промышленных предприятий.

Правовая защита
Патент на полезную модель № 85569 от 06 февраля 2009 г.

Разработчики
Кафедры ТТиЭ :проф.,д.т.н. Томаров Г.В.