闪蒸地热发电系统设计

闪蒸地热发电系统设计
一．背景
地热能是来自地球深处的可再生热能，它起于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

地下水深处的循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。

地热能的储量比人们所利用的能量总量还要多，大部分集中分布在构造板块边缘一带。

地热能不但是无污染的清洁能源，而且如果热量提取速度不超过补充的速度，那么热能还是可再生的。

随着化石能源的紧缺、环境压力的加大，人们对于清结可再生的绿色能源越来越重视，但地热能在很久以前就被人类所利用。

早在20世纪40年代，意大利的皮也罗•吉诺尼•康蒂王子在拉德雷罗首次把天然的地热蒸蒸汽用于发电。

地热发电，是利用液压或爆破碎裂法将水注入到岩层中，产生高温水蒸气，然后将蒸汽抽出地面推动涡轮机转动，从而发电。

在这过程中，将一部分未利用的蒸汽或者废气经过冷凝器处理还原为水回灌到地下，循环往复。

简而言之，地热发电实际上就是把地下的热能转变为机械能，然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。

针对温度不同的地热资源，地热发电有4种基本发电方式，即直接蒸汽发电法、扩容（闪蒸法）发电法、中间介质（双循环式）发电法和全流循环式发电法。

地热发电至今已有近百年的历史了，新西兰、菲律宾、美国、日
本等国都先后投入到地热发电的大潮中，其中美国地热发电的装机容量居世界首位。

在美国，大部分的地热发电机组都集中在盖瑟斯地热电站。

盖瑟斯地热电站位于加利福尼亚州旧金山以北约20公里的索诺马地区。

1920年在该地区发现温泉群、喷气孔等热显示，1958年投入多个地热井和多台汽轮发电机组，至1985年电站装机容量已达到1361兆瓦。

20世纪70年代初，在国家科委的支持下，中国各地涌现出大量地热电站。

二．闪蒸
（1）基本原理
当水在大气压力下被加热时，100℃是该压力下液体水所能允许的最高温度。

再加热也不能提高水的温度，而只能将水转化成蒸汽。

水在升温至沸点前的过程中吸收的热叫“显热”，或者叫饱和水显热。

在同样大气压力下将饱和水转化成蒸汽所需要的热叫“潜热”。

然而，如果在一定压力下加热水，那么水的沸点就要比100℃高，所以就要求有更多的显热。

压力越高，水的沸点就高，热含量亦越高。

压力降低，部分显热释放出来，这部分超量热就会以潜热的形式被吸收，引起部分水被“闪蒸”成蒸汽。

闪蒸是水的一种从液相变为气相的过程，当水受到的压力下降时，会由不饱和水变为饱和水，进而汽化，随着压力的减小，汽化程度不断提高。

工业上将水由水泵进入余热锅炉，水吸收热量变为热水，热水进入闪蒸罐，经过扩容闪蒸出一定量的低压饱和蒸汽，进入汽轮机相应低压进气口做功发电，闪蒸器内的饱和水进入除氧器，与冷凝
水一起经除氧后由给水泵供给锅炉，实现一个完整的热力循环。

（2）系统流程图
图1 闪蒸系统流程图
三．计算
（1）原始资料：
热源为压力6.5Mpa下饱和热水，排气压力为5kpa。

汽轮机排气的最大含水率不低于0.88，做功过程可作为等熵过程。

要求：设计一个1MW的闪蒸地热发电系统。

闪蒸可为多级闪蒸，以不超过三级为限。

机械效率0.98，发电机效率0.99。

确定各级最优闪蒸系数及其发电效率，确定地热热水流量。

求出单位质量的地热热水发电量，绘制T－S图。

（2）计算
循环过程的T-s图如图2所示，循环按照1-5-2-3-4-1进行。

图2 循环T-s 图 选择单级闪蒸系统进行计算
查饱和水的热物理性质表,得:
饱和热水压力为6.5MPa 时，饱和水对应的温度为T 1=280.78℃，对应的焓值为h 1=1240.95kJ/kg 。

排气压力为5kpa 时，对应的水的温度为T 4=32.42℃，对应的焓值为h 4=135.85 kJ/kg 。

h 2=2790.77kJ/kg,h 3=2559.91kJ/kg,h 6=843.22kJ/kg
蒸汽质量流量： d d m h h h h m m 20422.06
2611=--= 能量守恒：99.0/98.0/)(321W h h m =-
由上式解得：s kg m /46.41=，地热热水流量s kg m d /86.21= 发电效率：%26.4)
()(41321=--=h h m h h m d η 单位质量的地热热水发电量：kg kJ m W p d /75.45== 6 3
5
s
T
4 2
1。