PDF《甘孜地热发电热力计算及优化》

2013 年,全球地热发电量

76 TW・ h,直接利用量为

91 TW・h(不包括地源热泵),地 热发电新增装机容量

530 MW,截止到

2013 年底, 全球地热发电总装机容量

12 GW. 目前世界范围内 的地热发电主要采用

160 ℃以上的热水或者蒸汽发 电,对于 120~160 ℃的地热资源利用较少[2-4] ,而这 个温度区间的资源却很丰富. 为提高地热发电装机 容量,温度 120~160 ℃的热源必须加以合理充分的 利用. 有机朗肯循环(ORC),也叫双工质循环,是 高效利用这个区间热源发电的方式之一. 针对有机 朗肯循环用于地热发电,国内外的学者进行了大量 的研究[5-6] . Baktosh 等[7] 研究了双工质闪蒸系统, 得出该系统比传统 ORC 系统多发电 25%的结论. Sahar 等[8] 依据热力学第一和第二定律比较了几种 改进 ORC 系统的热效率和火用 效率,并指出了火用 损 最大的部件. 国内的多位学者研究了抽气乏气回热 对有机朗肯循环性能的影响[9-11] . 随着能源供应紧张以及环境污染严重,中国越 来越重视地热的开发利用,目前我国地热直接利用 规模已据世界第一位,可是地热发电规模和水平较 世界还有很大差距. 基于此,拟在四川甘孜地区新 建一小规模地热电站,通过该电站的建设运行,摸索 和积累从地热资源勘探、地热井钻探、电站设计到运 行管理的全套经验,为后续放大推广奠定基础. 本文以甘孜地区某地热井为研究对象,根据冷 热源情况对发电工艺进行选择,同时对热力学参数 进行优化计算,以便为后续地热电站设计及电站建 设提供参考依据.

1 地热资源情况 地热井位于甘孜康定地区,海拔高度

3 100 m, 完钻层位为三叠系杂谷脑组变质砂板岩,完钻井深

1 847 m,1

203 m 以上为固井止水,1 203~1

847 m 为 花管. 地热井区域大地构造位置图及井场分别如图

1 和2所示. 图1地热井区域大地构造位置图 Fig.1 The tectonic location map of geothermal well 图2地热井场 Fig.2 Geothermal well site 为准确把握地热井的热储参数,于2014 年8月进行了放喷实验,有效放喷井段

1 203~1

847 m. 放 喷期间,测得地热井口温度

115 ℃,压力 0.34 MPa (表压),稳定流量

41 t/ h. 在放喷实验期间提取地 热水进行了水质分析,分析结果见表 1. 表1水质成分 Table

1 Water composition mg/ L PH TDS K+ Na+ Ca2+ Mg2+ 7.8

2 378.9

50 570 22.04 6.08 Cl- SO4 2- HCO3 - NO3 - F- CO2 143.6 15.82 1427.8 0.12 7.9 2.2 注:TDS-可溶性总固体,CO2 -游离 CO2

2 发电工艺选择及热力计算 2.1 发电工艺选择 热源情况:温度

115 ℃,压力 0.34 MPa(表压), 稳定流量

41 t/ h. 冷源情况:因现场河水资源丰富, 按冬季冷却水温度

2 ℃计算. 根据上述冷热源情况,可供选择的发电工艺很 多,包括闪蒸、有机朗肯循环以及闪蒸和有机朗肯联 合循环. 由于热水条件限制,发电规模较小. 考虑 到设备紧凑型、施工难易程度、设备选型、设备设计 制造日期、投资回收等,最终决定选择有机朗肯发电 工艺. 有机朗肯循环包括基本型和多种改进型,不 同的形式其结构和热力学性能也不相同. 本文主要 考察热力学性能,设备投资以及火用 分析将在后续文 章中阐述. 提高有机朗肯循环热力学性能的措施主要有 1)降低地热尾水温度,尽可能多地利用热量;

2)提高蒸发温度;

3)利用乏气和抽气等内部热量;