基于熱管的利用地熱能預熱燃煤機組凝結水的互補發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于可再生能源利用領域，涉及一種通過熱管高效利用地熱能并預熱燃煤機組凝結水進而提高燃煤機組發(fā)電量的新型互補發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]我國的一次能源以煤炭為主，近10年來煤炭消耗總量增加了 157%，2012年煤炭消耗量占全球煤炭消耗量的50.2%。然而煤炭的大量使用，帶來了嚴重的環(huán)境污染，如S02、N0x、C02、PM2.5、重金屬及二噁英的大量排放。大量溫室氣體的排放，促進了全球變暖，引起災害性天氣、異常氣候發(fā)生的頻率和強度近年來不斷增加，造成水資源分布的時空格局發(fā)生重大變化，帶來冰川和積雪的融化，海平面的上升等都嚴重威脅著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟發(fā)展以及人類的生命安全，污染物排放控制與環(huán)境保護已成為全世界面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。
[0003]隨著能源與環(huán)境問題的日益突出，近20年來地熱能的開發(fā)與利用得到了越來越多的重視。地熱能與風能、太陽能等可再生能源相比，具有熱源穩(wěn)定、不受天氣影響、存儲量大以及發(fā)電成本較低的優(yōu)點。我國地熱資源豐富，淺層地熱資源相當于95億噸標準煤，主要平原沉積盆地的地熱資源相當于8532億噸標準煤，3-10km干熱巖地熱資源則相當于860萬億噸標準煤，主要以中低溫地熱為主。我國是世界上利用地熱能最多的國家，但主要利用方式是直接供熱，而中低溫地熱發(fā)電與世界先進水平差距明顯，截止2012年底，地熱總裝機規(guī)模僅為27.28MW，要實現(xiàn)十二五末裝機100MW的目標任重而道遠。
[0004]地熱能熱發(fā)電是降低我國燃煤消耗、減少溫室氣體排放的有效途徑之一。中低溫地熱能發(fā)電主要采用有機朗肯循環(huán)(ORC)，然而由于中低溫地熱能的溫度一般在180°C以下，導致有機朗肯循環(huán)的發(fā)電效率不超過12%。為了保證地熱資源的可持續(xù)性開采及地下水的平衡，在傳統(tǒng)的地熱利用方式中，地熱水需要回灌，所以地熱能開發(fā)需要挖掘生產(chǎn)井和回注井，地熱井開采成本高。地熱井往往深達l_3km，泵功消耗大。地熱水富含礦物質及硅酸鹽等，地熱水的回注溫度太低時，會導致?lián)Q熱器、閥門、回注井中產(chǎn)生嚴重的結垢，另外地熱水中還會攜帶腐蝕性成分，這都影響設備的正常運行和地熱能的高效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過熱管利用中低溫地熱能預熱燃煤火電機組凝結水的互補發(fā)電系統(tǒng)，利用中低溫地熱能加熱凝結水替代更高參數(shù)的汽輪機抽汽，增大汽輪機的出力，使火電機組擴容，提高地熱能的利用效率，減少地熱能發(fā)電裝置的設備投資；通過熱管開采地熱能，不需要將地熱水抽至地面，無需消耗泵功，不破壞地下水資源，不需挖掘回注井，避免換熱設備及管道的結垢及腐蝕問題，極大地降低設備投資。
[0007]( 二)技術方案
[0008]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于熱管的地熱能與燃煤火電機組互補的發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃煤鍋爐1、汽輪機尚壓缸2、汽輪機中壓缸3、汽輪機低壓缸4、發(fā)電機5、凝汽器6、凝結水泵7、軸封加熱器8、第I號低壓加熱器9、第2號低壓加熱器10、第3號低壓加熱器11、第4號低壓加熱器12、除氧器13、給水泵14、第I號高壓加熱器15、第2號高壓加熱器16、第3號高壓加熱器17、熱管換熱器18、熱管19、熱管換熱器入口閥門20和21、熱管換熱器出口閥門22和23，水泵24。
[0009]上述方案中，所述燃煤鍋爐I中產(chǎn)生的過熱蒸汽通過汽輪機高壓缸2做功后，返回鍋爐進行再熱，并依次通過汽輪機中壓缸3和汽輪機低壓缸4膨脹做功，汽輪機帶動發(fā)電機5發(fā)電，汽輪機低壓缸4的排汽進入凝汽器6，并冷凝為凝結水，經(jīng)凝結水泵7加壓后依次通過軸封加熱器8、第I號低壓加熱器9、第2號低壓加熱器10、第3號低壓加熱器11、第4號低壓加熱器12預熱，并進入除氧器13，其中在第I號低壓加熱器9或第2號低壓加熱器10出口分流部分凝結水進入熱管換熱器18，吸收熱管工質所攜帶的地熱能并被加熱至相應參數(shù)后，送至第4號低壓加熱器12或除氧器13的入口，凝結水除氧后，經(jīng)給水泵14加壓，并依次經(jīng)過第I號高壓加熱器15、第2號高壓加熱器16、第3號高壓加熱器17，最后進入鍋爐。
[0010]上述方案中，燃煤機組回熱系統(tǒng)分流部分凝結水，并被熱管工質所攜帶的地熱能預熱，降低了汽輪機的抽汽量，被排擠的抽汽返回汽輪機做功，在燃料一定的情況下，增大了燃煤機組的發(fā)電量，由于地熱能替代了更高參數(shù)的抽汽，也提高了地熱能的利用品位。
[0011]上述方案中，熱管19可采用水、甲醇、乙醇或R113為工質，蒸發(fā)段位于地熱層中，工質吸收地熱層的熱量并蒸發(fā)，靠壓差作用流向熱管換熱器18的冷凝段，冷凝段位于熱管換熱器18中，工質被分流的凝結水冷凝至飽和液，并返回地熱層吸收熱量。
[0012]上述方案中，熱管19的蒸發(fā)段和冷凝段之間敷設絕熱層。
[0013]上述方案中，采用熱管技術，熱管工質既可以吸收熱水型地熱層的熱量，也可以吸收干熱巖型地熱層的熱量，不會攜帶腐蝕性物質或易結垢的礦物質至地面，不會導致?lián)Q熱設備的腐蝕和結垢，不污染環(huán)境，不破壞地下水資源。
[0014]上述方案中，熱管工質定溫放熱，將燃煤機組回熱系統(tǒng)分流的凝結水加熱至回熱系統(tǒng)相應參數(shù)后返回至燃煤機組回熱系統(tǒng)。
[0015]上述方案中，熱管換熱器18入口設有閥門20和21，閥門20位于第I號低壓加熱器9的出口，閥門21位于第2號低壓加熱器10的出口，燃煤機組不同負荷下，各低壓加熱器出口溫度會變化，因此可根據(jù)燃煤機組實際運行參數(shù)，啟閉閥門20、21來匹配凝結水與熱管換熱器中水蒸汽的冷凝溫度，減小傳熱不可逆損失，另外，閥門20和21還起到調節(jié)凝結水流量以匹配熱管換熱器18出口的凝結水溫度。
[0016]上述方案中，熱管換熱器18出口設置有水泵24，用以調整凝結水壓力，補償分流的凝結水在閥門20、21、管路及熱管換熱器18中的壓力損失。
[0017]上述方案中，閥門22設置在第4號低壓加熱器12的入口，閥門23設置在除氧器13的入口，根據(jù)參數(shù)匹配、減小做功能力損失的原則，選擇開啟閥門22或23，盡可能多的替代高壓抽汽，增加機組的發(fā)電量。
[0018](三)有益效果
[0019]上述方案中，本發(fā)明的有益效果包括:
[0020]1、利用本發(fā)明，熱管工質蒸發(fā)吸收地熱能熱量，并加熱分流的凝結水，替代更高溫度和更高壓力的汽輪機抽汽，而被替代的抽汽返回汽輪機膨脹做功，在燃煤消耗量不變的情況下，增大了汽輪機的做功量和燃煤機組的發(fā)電量；在機組發(fā)電量不變的情況下，可降低汽輪機的主蒸汽量，即降低鍋爐熱負荷，減少燃煤消耗量，實現(xiàn)燃煤機組的節(jié)能減排。
[0021]2、利用本發(fā)明，可以根據(jù)燃煤機組運行參數(shù)，調整凝結水分流和回注位置及凝結水分流量，匹配凝結水和熱管工質的溫度，減小不可逆損失，并提高燃煤機組的發(fā)電量。
[0022]3、利用本發(fā)明，熱管工質吸收地熱能，無需將地熱水開采至地面，避免了消耗泵功，不需要挖掘回注井，不破壞地下水資源的平衡及地質結構，不會攜帶腐蝕性物質及礦物質至地面，不會引起換熱設備的腐蝕及結垢等問題。
[0023]4、利用本發(fā)明，可以充分發(fā)揮燃煤機組效率高的優(yōu)勢，通過地熱能替代汽輪機抽汽，較之規(guī)模較小的地熱能電站，可得到較高的地熱能凈發(fā)電效率，同時減少了單純地熱能電站的動力設備投資。
[0024]5、本發(fā)明對下列地區(qū)具有更大的優(yōu)勢:地熱資源豐富且存在大型燃煤發(fā)電機組的地區(qū)，如廣東、山東、遼寧、福建、天津、河南、湖北、湖南等省市。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的基于熱管的利用地熱能預熱燃煤機組凝結水的互補發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖。
[0026]圖中:1_燃煤鍋爐；2_汽輪機高壓缸；3_汽輪機中壓缸；4_汽輪機低壓缸；5-發(fā)電機；6_凝汽器；7_凝結水泵；8_軸封加熱器；9_第I號低壓加熱器；10_第2號低壓加熱器；11-第3號低壓加熱器；12-第4號低壓加熱器；13-除氧器；14-給水泵；15-第I號高壓加熱器；16_第2號高壓加熱器；17_第3號高壓加熱器；18_熱管換熱器；19熱管；20、21-熱管換熱器入口閥；22、23-熱管換熱器出口閥；24-水泵。
【具體實施方式】
[0027]下面結合【具體實施方式】，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0028]本發(fā)明一種基于熱管的利用地熱能預熱燃煤機組凝結水的互補發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，包括燃煤發(fā)電機組子系統(tǒng)A和地熱預熱凝結水子系統(tǒng)B。本發(fā)明的應用對象是燃煤發(fā)電機組A，與地熱預熱凝結水子系統(tǒng)B相互連接。
[0029]所述燃煤發(fā)電子系統(tǒng)A包括燃煤鍋爐1、汽輪機高壓缸2、汽輪機中壓缸3、汽輪機低壓缸4、發(fā)電機5、凝汽器6