閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

1、閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)設(shè)計1背景：地?zé)崮苁侵傅厍騼?nèi)部蘊(yùn)藏的能量，一般集中分布在構(gòu)造板塊邊緣一帶，起源于地球的熔 融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變.據(jù)估計，距地殼深度3 km以內(nèi)蘊(yùn)藏的熱量約為4. 3 *10(19)MJ. 全球地?zé)豳Y源估計為6 *10(6)MW,其中32%的地?zé)釡囟雀哂?30，而68%的地?zé)釡囟鹊?于130C。通常，地?zé)豳Y源可以按溫度來劃分，地?zé)釡囟雀哂?50C為高溫，地?zé)釡囟鹊陀?90C為低溫，而地?zé)釡囟忍幱?0150C為中溫。不論地?zé)豳Y源是濕蒸汽田或者是熱水層，都是直接利用地下熱水所產(chǎn)生的蒸汽來推動汽 輪機(jī)做功的。用100C以下的地下熱水發(fā)電，是如何把地下熱水轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麃砉┢啓C(jī)做 功的

2、呢？這就需要了解水在沸騰和蒸發(fā)時它的壓力和溫度之間的特有關(guān)系。大家知道，水的 沸點(diǎn)和氣壓有關(guān)，在101.325kPa下，水在100C沸騰。如果氣壓降低，水的沸點(diǎn)也相應(yīng)地降 低。50.663kPa時，水的沸點(diǎn)降到81C； 20.265kPa時，水的沸點(diǎn)為60C;而在3.04kPa時， 水在24C就沸騰。根據(jù)水的沸點(diǎn)和壓力之間的這種關(guān)系，我們就可以把100C以下的地下熱水送入一個密 閉的容器中抽氣降壓，使溫度不太高的地下熱水因氣壓降低而沸騰，變成蒸汽。由于熱水 降壓蒸發(fā)的速度很快，是一種閃急蒸發(fā)過程，同時熱水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽時它的體積要迅速擴(kuò)大， 所以這個容器就叫做“閃蒸器”或“擴(kuò)容器”。用這種方法來

3、產(chǎn)生蒸汽的發(fā)電系統(tǒng)，叫做閃蒸 法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”，或者叫做“擴(kuò)容法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)”。它又可以分為單級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)、 兩級閃蒸法發(fā)電系統(tǒng)和全流法發(fā)電系統(tǒng)等。目前，絕大多數(shù)的地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目是通過鉆井抽取地下的地?zé)崃黧w作為高溫?zé)嵩催M(jìn)行 發(fā)電，經(jīng)過發(fā)電后的地?zé)崃黧w再灌回地下。工作原理：閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)就是：從地?zé)峋敵龅木哂幸欢▔毫Φ钠旌衔?，首先進(jìn)入汽水分 離器，將蒸汽與水分離。分離后的一次蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)；而分離后的地?zé)崴M(jìn)入減壓器(也 稱閃蒸器或稱擴(kuò)容器)，壓力下降，一部分地?zé)崴優(yōu)槎握羝?壓力比一次蒸汽低)，然后將 其入汽輪機(jī)低壓段。一次蒸汽和二次蒸汽驅(qū)動汽輪機(jī)，推動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。閃蒸系統(tǒng)又可

4、以分為單級閃蒸和多級閃蒸。下圖為多級閃蒸系統(tǒng)原理圖和熱力過程圖。圖1多級閃蒸系統(tǒng)工作原理圖圖2多級閃蒸蒸汽熱力過程3. 3.計算:3.1原始資料：熱源為壓力6.5Mpa下飽和熱水，排氣壓力為5kpa。汽輪機(jī)排氣干度不低于0.88，做功過程 可視作為等熵過程。3.2要求：設(shè)計一個1MW的閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。閃蒸可為多級閃蒸，以不超過三級為限。機(jī)械效率 0.98，發(fā)電機(jī)效率0.99。確定各級最優(yōu)閃蒸系數(shù)及其發(fā)電效率，確定地?zé)釤崴髁?。求出?位質(zhì)量的地?zé)釤崴l(fā)電量，繪制T-S圖。3.3計算步驟:3.3.1按單級系統(tǒng)計算系統(tǒng)的熱力過程如下圖T-S圖，按照如圖所示進(jìn)行圖3單級閃蒸蒸汽熱力過程查飽和水蒸汽

5、性質(zhì)表1得。在壓力為6.5MPa時，蒸汽的飽和溫度為280.23T，飽和水的焓值為1241.14kJ /kg。在壓力為5kPa時，蒸汽的飽和溫度為32.89T，飽和水的焓值為137.77kJ /kg，熵為0.4763 kJ /(kg - K)，飽和蒸汽的焓值為 2561.59kJ / kg，熵為 8.396kJ /(kg - K)。因?yàn)樽龉^程可視作為等熵過程，所以S2=S1可以根據(jù)干度的關(guān)系式求出2點(diǎn)的焓值。 根據(jù)各級熱水溫度按等溫降分配時汽輪機(jī)功率為最大的原理確定各級的閃蒸溫度。先假定閃蒸溫度T1=160C。在溫度為160C時，飽和水焓值”為675.47kJ ,kg，熵ss為 1.9425

6、 kJ /(kg - K)，飽和蒸汽焓值 h 為 2756. 72 kJ / kg，熵 s 為 6.7475 kJ /(kg - K)。結(jié)合熱力過程圖可以確定：hd=1241.14kJ /kg，h1=2756.72 kJ /kg，h4=675.47kJ /kg，h3=137.77 kJ / kg，s2=S=6.7475 kJ /(kg - K)。h - h s - sXh，-h s，-s由上式可得，x=0.79，h2=2052.58 kJ / kg對閃蒸器有能量守恒定理，m = m1 d h - h對汽輪機(jī)有能量守恒定理，m&廣h2)= 豹*0兜聯(lián)立上面2個方程，可以解出m 1=1.46 kg

7、 / s，m廣5.38 kg / s發(fā)電效率 =m】勺-h2)= 1.46 * (2756 .72 2052 .58) = 7 3% m： E - h3)5,38 * (1241 .14 - 137 .77) 單位質(zhì)量的地?zé)釤崴l(fā)電量P = 些 =185 .675 kJ / kg md 5.38表1不同的閃蒸溫度下計算得到的結(jié)果閃蒸溫度T(C)干度x焓值h2(kJ / kg )蒸汽流量m1( kg / s )熱水流量md( kg / s )發(fā)電效率門單位質(zhì)量發(fā)電量P(kJ / kg )1600.792052.581.465.3817.3185.675850.89262301.272.93871

8、0.26839.197.39800.92319.2083.17611.0518.4590.49由上表可以看出，若根據(jù)等焓降的原則確定閃蒸溫度，則所得到的汽輪機(jī)出口蒸汽的干 度為0.79，不滿足汽輪機(jī)排氣干度不低于0.88的要求，但此時理論計算的發(fā)電效率和單位 發(fā)電量還是很理想的。當(dāng)閃蒸溫度在85到80時，汽輪機(jī)的排氣滿足不低于0.88的要求， 而此時發(fā)電效率和單位質(zhì)量發(fā)電量比較低。對比閃蒸溫度為85和80C時的計算結(jié)果，得出確定閃蒸溫度為85C最為合適。此時蒸汽流量為2.9387kg /s。熱水流量為10.2683kg /s .發(fā)電效率為9.1%，單位質(zhì)量的地?zé)崮馨l(fā)電量為97.39kJ /kg

9、。3.3.2按兩級閃蒸計算兩級閃蒸的熱力過程如圖所示。圖兩級閃蒸蒸汽熱力過程根據(jù)各級熱水溫度按等溫降分配時汽輪機(jī)功率為最大的原理確定各級的閃蒸溫度。280 .78 - 32 .423=83 C = t - 83 = 280 .78 - 83 = 198 C12 = ti - 83 = 198 - 83 = 115 C由溫度查水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表，得h1 = 2790 .62kJ /kg , h； = 843 .54kJ /kg ,h = 2698 .72kJ /kg , h = 482 .5kJ /kg。h, h分別是t1,t2溫度下等溫線與飽和水線的2212交點(diǎn)的焓值。根據(jù)干度的關(guān)系X =

10、匕二=馬二*可以確定，1點(diǎn)和2點(diǎn)在等熵過程作用下，對應(yīng)的 h-h s-s與等溫線 Tc 交點(diǎn)的焓值h* , h*。計算得 h* = 1965 .22 kJ / kg , h* = 2190 .41 kJ / kg。 TOC o 1-5 h z 1212由能量守恒得：（m 一 m ）（h 一 h ） + m （h 一 h ） = 0 d 11 d11 d（m m m ）（h 一 h） + m （h 一 h） = 0d 1221221wm （h 一 h *） + m （h _ h *）=1 112 220.99 * 0.98h *）發(fā)電效率門=21 %解上面 3 個方程可得到 m =4.396, m. =0.8977 kg / s , m =0.57 kg / s1,11 7222m h h 7+ m （h h ）1 d 3213單位質(zhì)量的地?zé)釤崴l(fā)電量P =史虬=227 .48 kJ / kg m d 4.3964.結(jié)論：計算發(fā)現(xiàn)兩級閃蒸的發(fā)電效率和單位質(zhì)量