[发明专利]利用低温和中温热源流体的改进型级联发电站

说明书

本发明涉及一种利用低温和中温热源流体的改进型级联发电站。

在本文以下所称的低温和中温热源流体是指温度约低于350°F的这类热源流体，如由许多开采井中所得到的地热流体和各种工艺流程所产生的工业液体。位于加利福尼亚南部（SouthernCaifornia）靠近霍尔特维尔（Holtville）的帝国流域（ImperialValley）的东方高原发展工程（EastMesaDevelopmentProject），目前有六口井，每小时可生产约四百万磅约324°F的地热流体。这样的地热流体就是所述类型的热源流体的实例。

按照惯例，电力是由所述类型热源流体，利用闭式兰金循环（Rankinecycle）热机产生的。该热机的工作流体是一种有机流体（如氟利昂），这种系统称之谓本文所述类型的发电站。一种所述类型的热源流体加到含有液态有机流体的所述类型发电站的蒸发器中，从而使液态有机流体转变成蒸汽。蒸汽在涡轮发电机中膨胀，使蒸汽中的部分热能转变为功并产生放热后的有机蒸汽，放热后的有机蒸汽在冷凝器中冷凝。冷凝的有机流体送回到蒸发器，此循环重复进行。如果采用空气冷却的冷凝器，则冷凝器将放热后的蒸汽中的余热排到周围空气中;如果采用水冷却的冷凝器，则将余热排入冷却水。一般来说，由于参与的压力相对来说较低，因此蒸发器是在产生饱和的或仅仅稍过热的蒸汽的压力下工作的，所以由蒸发器、输送蒸汽的管道系统和涡轮所构成的热交换器的设计可以简化。为了使所述类型的发电站达到最大输出功率，通过电站整个热交换系统的热源流体的温差和蒸发器中的蒸发温度必须选择最佳值。

常规级联发电站使用多个闭式兰金循环发电站发电机组都连接一个热交换器，热源流体级联地施加到每个发电机组的热交换器中。无论使用什么系统，使系统产生的净功率达到最大是最重要的。增加功率的一种方法是用增加热源流体的温差以从热源流体中抽取更多的热能。可是，无论用单级或级联系统，利用增加跨过热交换器系统的热源流体的温差以增加从热源流体中所抽取的热量会影响发电站效率的降低，因为热源流体的平均温度被降低了。这就导致在热交换器中的工作流体的蒸发温度降低，这样就降低了发电站的卡诺效率（Carnotefficiency）。

在致力于增加所述类型发电站的效率和增加从热源流体中抽取更多功率的过程中，建议在超临界温度和超临界压力下运行。在这种情况下，由热交换器系统产生的蒸发有机流体的温度是高于上述典型的兰金循环发电站的蒸发温度。虽然，这方法对于增加发电站的效率和增加其输出功率都是有效的，但是由于循环泵功率消耗较高以及费用增加和电站的复杂性，即电站的压力容器必须设计成在500-600磅/平方英寸的绝对压强范围的压力下运行，从而使增益被抵消了。

因此本发明的目的是要提供一种所述类型的新的和改进的发电站，它比一般低压发电站能更有效地运行。

本发明提供一种多个兰金循环发电站发电机组回路的运行方法，每个发电机组具有一蒸发器，该蒸发器接受所施加的热源流体来蒸发工作流体，该蒸发的工作流体被施加到一涡轮机，该涡轮机接受被施加的蒸发的工作流体以产生放热后的工作流体，该放热后的工作流体则在被送回到蒸发器之前先在一冷凝器中冷凝，所述热源流体被串联地供应到蒸发器回路中，使得发电机组回路中的末级发电机组的蒸发器产生放热后的热源流体，每个蒸发器提供以一个预热器，并将所述放热后的热源流体以并联方式施加到所有的预热器中。当加到蒸发器的热源流体把蒸发潜热供给电站的工作流体时，放热后的热源流体使工作流体加热到蒸发温度。

本发明与所述类型的常规级联发电站相比较是有优点的，因为该热源流体通过热力系统的温差可以增加而不降低其效率。或者，温差可以保持而效率可以增加。不论那一种情况，按本发明的发电站产生的电力是增加的。

本发明的一种实施方案示于附图中，其中：

图1是在所述类型的电站中的热交换器的温度与热量输入的关系曲线，表示热源流体的温差和工作流体的蒸发温度之间的关系;

图2是按本发明的级联发电站的方块图;

图3是类似于图1的关系曲线，表示在图2方块图中不同点的温度;

图4是类似于图3的常规级联发电站的关系曲线，该发电站具有与图3所示的运行电站相同的热交换器面积;

图5是按本发明的级联发电站的第二种方案，表示多级排的多个组合式热能转换装置。