[发明专利]利用地热能发电的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用地热能发电的方法及装置，具体涉及一种利用中层地热能源、即地下井深3500米左右的热能发电的方法及装置。

背景技术

人类开始实现工业化社会以来，大量使用煤炭、石油等化石燃料，其所增加到大气层中的CO₂温室气体，造成日益严重的温室效应，使全球气候快速变暖，极端的异常气候产生的频率和强度都显著增加，已经给人类造成了巨大的灾难和损失，尽早、尽快的抑止和消除这一全球性威胁，业已成为全体人类面临的共同重大任务。在地球大气层中，每年3％递增的CO₂温室气体，最多的来源就是煤炭的燃烧，一般的电煤含碳量均不少于80％，若完全燃烧则每一吨煤所产生的CO₂就接近3吨，对大型的装机容量达到100万KW的燃煤电厂，年耗煤就在80万吨以上。截至2006年底，我国全部各种发电能力的装机容量达到6.22亿KW，其中燃煤电力能就占到83.17％之多。从全世界来看，目前的化石能源发电，也是占绝大多数。所以，寻找代替燃煤发电的非碳能源适用技术，确是全世界的当务之急。

能够在储量规模，开采技术，供应稳定，使用方便等诸多方面有希望全面取代燃煤电力的，只有地热能源，按照美国石油学会“API”近50年的综合研究结果，井底循环温度随井深(决定井底静止温度)，地温梯度的变化而变化的关系如下表：

表，井底循环温度表

由上表可知，井底循环温度基本上与井深、地温梯度成线性关系，不但在美国，而且在世界各大洲陆地的地表下，因地球地质板块的径向地质构造相近，故基本上符合上表的关系，例如：我国松辽平原南部，其年平均地表温为13℃，地下的地温梯度为3.3℃/100m，地下3500m处的井底循环温度就大于100℃。仅在经济开采深度3000米以内的我国地热能储量，就相当于我国现有全部能源总消耗量的1570倍，或现有发电机总装机容量的1.5万倍，并可保证亿年数量级的充足供应，地热能源是非常丰富的，但至今没有得到规模化的产业应用。目前，只有包括我国在内的少数几个国家利用有限的几处蒸汽压力大于1个大气压的地下温泉井的蒸汽进行发电，而且对该温泉蒸汽采用的是一次性开式循环利用方式，存在使用的可持续性问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保的，能方便、有效地利用地面下3500米左右的地热能源发电的方法及装置。

本发明的目的是这样实现的：一种利用地热能发电的方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

a、利用地热井的井底地热循环加热注入该井中之水，再利用此热水加热换热器内的低沸点工质液体，使之沸腾，不断生成的工质蒸汽；

b、将具有一定压力的工质蒸汽不断输出推动蒸汽机工作，并带动发电机运转发电；

c、蒸汽机排出的低压工质蒸汽经冷凝又进入换热器中，再利用所述热水加热，使之沸腾生成工质蒸汽，形成低沸点工质封闭地循环使用。

在上述方法中：地热井内的中、下部的水经井下地热传导升温后，容重变轻向上流动，而地热井内上部的温度相对较低的水则向下对流被加热，形成不断地对流循环升温。

地热井的上部井壁为隔热层，以减少向上流动的热水的热量损失，而其中、下部井壁为传热层，以加快对外部地热的吸收和向内部水的热传导，其底端封闭；地热井井口处的水温为30℃以上。

地热井的底部也可为一条以上连通的水平井段，其端头封闭，水平井段的井壁为传热层，以增加对外部地热的吸收量，保证井口的水温能达到预定的能加热工质使之沸腾生成工质蒸汽的温度。

低沸点工质可为环氧乙烷、氯乙烷、乙胺、乙醛、甲酸甲酯、乙醚、二氯甲烷之中的一种物质或几种的混合物。

可在工质蒸汽达到1.5Mpa时，将工质蒸汽不断输出推动蒸汽机工作。

本发明的另一目的是这样实现的：一种利用地热能发电的装置，包括蒸汽机、增速齿轮箱和发电机，其特征在于：在所述蒸汽机的进汽端、排汽端之间增设依次经管道串联封闭连接的储汽罐、换热器和工质冷凝贮罐，还增设了能放置所述储汽罐和所述换热器的地热炉、以及与所述地热炉下方连接的地热井，并在所述工质冷凝贮罐内放置有低沸点工质，在所述地热炉和所述地热井内注有常温的水。