4.7 Двухконтурные геотермальные энергоустановки

Геотермальные воды могут образовывать на внутренней поверхности трубопроводов и оборудования отложения разных солей. Исчерпывающих рекомендаций относительно использования геотермальных вод, которые содержат компоненты, образующие твердые отложения, пока еще нет.

В этой связи большое внимание уделяется разработке и исследованию двухконтурных геотермальных энергоустановок паротурбин, в которых как рабочее тело используются низко кипящие вещества (фреоны; углекислый газ; этилхлорaт; бутан; изооктан и др.).

1- скважина; 2 - испаритель; 3 - турбина; 4 - электрогенератор; 3 - конденсатор; 6 - насос; 7 - экономайзер

Рисунок 4.9 - Принципиальные тепловые схемы одноступенчатой (а) и трехступенчатой (б) двухконтурных геотермальных энергоустановок

В этих установках, в отличие от одноконтурных, испарение рабочего тела происходит в поверхностных теплообменниках при постоянном давлении как теплоносителя, так и рабочего тела. Поэтому теплообменники здесь называются не парогенераторами, а испарителями.

8. Парогенераторы геотермальных установок

Одним из основных элементов геотермальных установок является парогенератор, который представляет собой комбинацию устройств для осуществления адиабатного закипания теплоносителя и сепаратора для отделения жидкой фазы из образующейся пароводяной смеси.

По принципу действия различают объемные, пленочные, массообменные и центробежные. Тип применяемого парогенератора зависит от состояния геотермального теплоносителя, который поступает на поверхность Земли (перегретый или влажный пар или горячая вода), а также его минерализации и газонасыщенности.

Объемные парогенераторы. Предпочтительным типом парогенераторов большой паропроизводительности для геотермальных энергоустановок является объемный. Это горизонтальный цилиндрический сосуд диаметром d, заполняемая на высоту Н_в геотермальным теплоносителем через патрубок подвода, расположенного вблизи зеркала. Отвод охлажденного теплоносителя осуществляется через патрубок сброса воды, который находится в нижней части сосуда. В верхней части сосуда установлен отвод пара, перед которым на расстоянии Н_д располагаются сепарирующие решетки. В верхней части парогенератора устанавливается отвод пара, перед которым на расстоянии Н_д располагаются сепарирующие решетки, состоящие из жалюзийных сепарационных элементов. Форма последних очень разнообразная. При выборе формы сепарационных каналов исходят из высокой эффективности влагоотделения, минимальных потерь энергии пара в канале и технологичности изготовления.

Пленочные парогенераторы. Основной особенностью двухконтурных геотермальных энергоустановок паротурбин является использование в цикле неминерализованного рабочего тела, что дает возможность существенно интенсифицировать процесс генерации пара из перегретой жидкости в пленочных парогенераторах. Самые простые представители последних - это аппараты, в которых перегретая жидкость впрыскивается через сопла внутрь сосуда большой емкости. Пароводяная смесь образуется в результате адиабатного закипания. Интенсивность парообразования при истечении из сопла зависит в основном от начального перегрева жидкости. При перегревах, ниже от критического, ее испарение происходит с поверхности и определяющим фактором в данном случае является площадь удельной поверхности испарения. При средних перегревах наблюдается неразвитое кипение жидкости, в результате чего она охлаждается до критическому перегреву. Скорость дальнейшего охлаждения жидкости до температуре насыщения при этом определяется площадью удельной поверхности испарения. При высоких перегревах закипание сопровождается интенсивным дроблением жидкости; в объеме образуются тонкие пленки. После прекращения кипения дальнейшее охлаждение жидкости происходит в результате испарения с поверхности капель.

При струйном истечении удается развить немного большие удельные поверхности массообмена сравнительно с объемными парогенераторами. Однако размеры аппарата сокращаются незначительно. Поэтому целесообразно организовать истечение перегретой жидкости не в объем, а на жалюзи или насадку, где создается ее пленочное течение. В этом случае аппараты называются пленочными. Пленочные парогенераторы - это разновидность контактных тепломассообменных аппаратов естественным или специально организованным течением жидкой пленки. Они могут выполняться одно- или многоходовыми, конвективными и кипящими, с одно- и двухфазной пленочными течениями.

Эффективность работы пленочного парогенератора определяется характером гидродинамического течения потока и пленки жидкости.

По способу формирования пленки аппараты разделяют на ударные струйные, гравитационно-щелевые, центробежные (роторные), винтовые и оросительные, а по способу интенсификации процесса - на аппараты с пассивной интенсификацией и аппараты с активной интенсификацией и др.