第五章 地热发电技术(2)

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二、地热发电资源勘探与开采
1．地热勘探 （1）勘探内容主要有： a) 载热流体的类型，如蒸汽、热水或汽水混合物等； b) 地热田的热力参数，包括地热田的热储量、地热水和 冷水的稳定流量、温度及其昼夜、季节、年度变化数 据等； c) 地热水输出计算参数，包括钻井井口的静水压力(水头 高度)、动水压力、密封压力等； d) 地热发电防腐蚀有关数据．如地热水的化学成分等； e) 地热发电工程施工的有关数据，如地热水开采区的工 程地质条件(包括工程基础砌臵深度内土层岩性、厚度、 土壤的物理和力学性质)反地下水的水温、水位、水量 等。
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2、冷却水源及冷却水塔选择
地热电站与火力发电厂一样，通常以地表水作 为冷却水源来对汽轮机的排汽进行冷凝。为了 维持较低的冷凝温度，提高电站的出力，冷凝 器冷却水的温升一般取得比较小。 1）开式供水冷却系统。水源充足的地方用 2）循环供水冷却系统。水源不足的地方用
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3．地热流体输送
设计地热流体输送系统，要事先了解地热流体的 化学性质、井口压力变化对流量和气水比的影响 以及闭井时的最大井口压力等。 地热流体输送系统一般由一条或几条大口径的主 干管道和接自井口装臵的小口径分支管道所组成。 设计地热流体输送系统要考虑的主要问题之一， 是管径的选择，以使井口到管道交付端之间的压 降不至过大，避免过大的压降使井口产量过低。
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2．地下热水发电
两种方式：闪蒸地热发电系统；双循环地 热发电系统 （1）闪蒸地热发电系统：直接利用地下热水 所产生的蒸汽进入汽轮机工作。也叫做减 压扩容法地热发电系统。 类型：可以分为： 1）单级闪蒸地热发电系统(又包括湿蒸汽型 和热水型两种)；（图） 2）两级闪蒸地热发电系统； （图） 3）全流法地热发电系统； （图）
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8．地热电站尾水综合利用
地热电站发电后排出的尾水，温度一般都在 60 ~ 70℃左右或更高．适合于工农业生产以及生活 上利用，或从中提取有用的化学元素等。 如：广东丰顺邓屋地热试验电站将排出的热水与 冷水混合，每小时约有300t水供给农田灌溉；湖 南灰汤地热试验电站将排出的热水供当地疗养院 和温室利用；江西温汤地热试验电站将发电后排 出的余热水用于繁育水稻良种和治疗皮肤病、关 节炎等。
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10、地热电站运行
(1)启动和停机：快；操作方便 (2)运行中应注意的主要事项： 1)背压的异常变化。 2)最佳蒸发工况。 3)系统的密封性。 4)腐蚀和结垢。
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课堂作业（2005-11-1）
1、地热发电系统有哪两大类？ 2、简要介绍地下热水发电的两种方式？ 3、选择地热发电工质时的基本要求？ 4、地热电站为什么还要回灌？ 5、地热电站的防腐措施有哪些？ 6、地热电站的防结垢措施有哪些？
c) 在系统中安装热交换器，使地热水不直接进入利用系统。
d) 对非传热的金属表面涂敷防腐涂料。 e) 针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐蚀措施。
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6．地热电站防结垢
（1）垢的类型：按化学成分，可将垢分为碳 酸钙垢、硫酸钙垢、硅酸盐垢和氧化铁垢 等种类，其物性指标是硬度和孔隙度。 （2）防结垢方法： a) 机械除垢： b) 化学方法处理： c) 在地热利用系统前部增加阀门： d) 物理方法除垢： e) 根据热力学原理计算与控制井口压力。
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1．地热勘探
（2）地热资源的普查勘探方法 地球物理方法：地球物理方法包括地表温度 测量、热流测量以及电法、重力、磁力和 地震勘探等方法。 地球化学方法：它主要是分析热泉或沸泉 的化学成分，为确定是否勘探提供指导。 从勘探到地热田开发，化学勘探都是了解 地热田的重要方法。
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2．地热开采
概念：地热资源经查明后，为确定地热田的开 发方案、必须进行钻探。通过钻探打成地热井， 取出地热，就叫做地热开采。地热并的结构包 括钻孔直径和套管两大方面。 (1)自流井。图 (2)非自流并。 (3)中、高温地热井。图
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双循环地热发电系统的优缺点
优点：利用低温位热能的热效率较高：设 备紧凑，汽轮机的尺寸小；易于适应化学 成分比较复杂的地下热水。 缺点：不像扩容法那样可以方便地使用混 合式蒸发器和冷凝器；大部分低沸点工质 传热性都比水差，采用此方式需有相当大 的金属换热面积；低沸点工质价格较高， 来源欠广，有些低沸点工质还有易燃、易 爆、有毒、不稳定、对金属有腐蚀等特性。
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1、地热蒸汽发电
1．地热蒸汽发电 (1)背压式汽轮机发电系统。最简单的地热干蒸汽发电， 是采用背压式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图) 工作原理：首先把干蒸汽从蒸汽井中引出，先加以净 化，经过分离器分离出所含的固体杂质，然后就可把 蒸汽通入汽轮机做功，驱动发电机发电。做功后的蒸 汽，可直接排入大气；也可用于工业生产中的加热过 程。 应用：这种系统大多用于地热蒸汽中不凝结气体含量 很高的场合，或者综合利用于工农业生产和人民生活 的场合.
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地热发电示意图
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地热发电示意图2
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背压式汽轮机地热蒸汽发电系统
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凝气式汽轮机地热蒸汽发电系统
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单级双循环地热发电系统
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两级双循环地热发电系统
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闪蒸与双循环两级串联发电系统
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地热自流井井口装臵
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高温地热井图
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地热电站外景图
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地热发电示意图3
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1、地热蒸汽发电
(2)凝汽式汽轮机发电系统 为提高地热电站的机组出力和发电效率，通常 采用凝汽式汽轮机地热蒸汽发电系统(如图)。 在该系统中，由于蒸汽在汽轮机中能膨胀到很 低的压力，因而能做出更多的功。做功后的蒸 汽排入混合式凝汽器，并在其中被循环水泵打 入冷却水所冷却而凝结成水，然后排走。 在凝汽器中，为保持很低的冷凝压力，即真空 状态，设有两台带有冷却器的射汽抽气器来抽 气，把由地热蒸汽带来的各种不凝结气体和外 界漏入系统中的空气从凝汽器中抽走。
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9、地热电站对环境的影响
地热能开发利用对环境的有害影响很小。地热能作为新 能源，无论是用来发电，还是用于非电直接用热，都能 大幅度削减温室气体排放量，减轻环境污染。 但地热能的开发利用仍有少量有害物质排放，造成大气、 地面和水泥的一定污染，必须加以重视。 例如地下热水和地热蒸汽中含有二氧化碳、甲烷、氢、 氮、氨、硫化氢等不凝结气体可能造的空气污染：废水 中硼、砷等有害物质可能造成地表和水源的化学污染； 地热电站排出大量度热水可能造成的热污染；大量开采 地下热水可能引起的地变形、地面沉降和诱发地震等危 害。
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4．低沸点工质选择
在中间介质法地热发电系统中，是由蒸汽或低沸点工 质蒸汽向地下水吸热、对汽轮机作功、向冷却水放热 等过程实现热能转换的。 （1）工质概念：水和低沸点物质在设备系统中起着传送 和转换热能的作用，把这些物质称工质。 （2）选择工质时应注意考虑以下基本要求： a) 发电性能好，即在相同条件下每吨热水的实际发电量 较大； b) 传热性能好，即在相同条件下放热系数较大； c) 压力水平适中，即在地下热水温度下相应的饱和压力 不很高，在冷源温度下不山现高度真空； d) 来源丰富，价格较低； e) 化学稳定性好，不易分解，腐蚀性和毒性小，不易燃 易爆。
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三、地热发电系统设计与建设
地热发电系统的设计与建设，涉及到地热资 源的勘探与开采、冷却水源的选择、地热流 体的输送以及地热发电没备的选型与安装及 调试等一整套综合工程技术。 1、地热发电设备 ① 汽轮发电机发电功率的计算。 ② 机组容量选择。单机容量不宜过大。因为？ ③ 汽轮机进口初压。 ④ 凝汽器 ⑤ 抽气器。
第五章 地热发电技术 (二)
CQSONG
5-3 地热发电原理和技术
地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大 方面. 一、地热发电原理及分类(示意图2) 原理:地热发电是利用地厂热水和蒸汽为动力 源的一种新型发电技术，它涉及地质学、地球 物理、地球化学、钻探技术、材料科学和发电 工程等多种现代科学技术。示意图1 分类:按照载热体类型、温度、压力和其他特性 的不同，可把地热发电的方式划分为地热蒸汽 发电和地下热水发电两大类.（外景图） 示意图3
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双循环地热发电系统的分类
a) 单级双循环地热发电系统(如图)； b) 两级双循环地热发电系统(如图)； c) 闪蒸与双循环两级串联发电系统(如图)。 经济性是考察地热发电站设计和建设的最重要的综 合性指标。 衡量地热发电站经济性的指标，主要有两个： 1）一个是发电量(kWh／t热水)，它表示地热发电站发 电效率的高低； 2）一个是地热发电站的投资费用(元/kw)，它表示电站 建设费用的大小。
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7．地热电站回灌技术
（1）意义：地热田的大量开采，必将会造成 热储寿命缩短，地下水位下降，并导致地 面沉降。如把地热发电后的地热弃水回灌 地下，就可大大减轻这些弊端，并减轻地 热弃水对于环境的污染。 （2）方法： 不同的地热田采用的回灌方式会有所不同。 问灌方式的选择．取决于地质、环境和经 济等综合因素，但一般来说边对边的、深 一些的回灌井布局在多数情况下发电
（2）双循环地热发电系统：利用地下热水来加热某 种低沸点工质，使其产生蒸汽进入汽轮机工作。 （图） 双循环地热发电也叫做低沸点工质地热发电或中间 介质法地热发电，又叫做热交换法地热发电。 在这种发电系统中，低沸点介质常采用两种流体； 一种是采用地热流体作热源；另一种是采用低沸点 工质流体作为一种工作介质来完成将地下热水的热 能转变为机械能。所谓双循环地热发电系统即是由 此而得名。 常用的低沸点工质有氯乙烷、正丁烷、异丁烷、氟 利昂—11、氟利昂—12等。
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5、地热电站防腐蚀
（1）危害： （2）地热流体腐蚀的主要物质有：氧(02)、氢离子(H+)、 氯离子(Cl-)、硫化氢(H2S)、二氧化碳(C02)、氨(NH3) 和硫酸盐(sO42-)等。 （3）防腐措施： a) 整个系统采用耐腐蚀的金属和非金属材料。 b) 使系统尽量密封，以隔绝外界空气的进入。也可在系 统中加亚硫酸盐等除氧剂除氧。