[发明专利]利用地热流体发电的动力装置及其组合单元

说明书

本发明属于用蒸汽产生动力，特别涉及到利用组合设备以地热流体发电的方法和设备。

利用蒸汽发电已经有许多年了，尤其是近来以地热蒸汽源作为能源使用在不断增加。一般用蒸汽透平将从井中排出的地热蒸汽转换成电能。

近来这能源通过采用闭式系统的兰金循环透平被广泛地使用。通常采用蒸汽透平与闭式系统的兰金循环透平的组合，以这些地热源产生动力。该地热源常常包括有不冷凝的（例如二氧化碳、硫化氢等）对环镜有害的气体。上述系统在美国专利US4，542，625中已被公开，该专利所公开的内容在此被参考，其中在高于大气压力下运行的蒸汽冷凝器用于冷凝从蒸汽透平排出的炽热废汽，并通过使用一种系统流体收集不冷凝的气体，该流体为了用于运行的闭式系统的兰金循环透平而被汽化。然后，冷凝物与不冷凝的已被压缩的气体一起被泵回到一个回收井中，而不是将该气体排放到大气中。在上述情况中，通常是利用从井中排出的地热蒸汽产生动力的一个或多个大蒸汽透平与以该蒸汽透平排出的废热蒸汽运行的许多分别的闭式系统的兰金循环透平联合使用。因此这种类型的动力装置需要有一个相当大和高代价的分配系统，该系统包括有向闭式系统的兰金循环透平输送低压的、从蒸汽透平排出的废热蒸汽的大直径管道和一个适当的复杂的控制系统。因为例如在出现故障或关闭一个或几个系统的兰金透平的情况下，必须要控制废热蒸汽。而且，出现故障或关闭一个或几个系统的兰金循环透平，或甚至减少一个或几个系统的兰金循环透平的输出，通常也会引起蒸汽透平运行效率的下降，因为此时系统流体作为蒸汽冷凝器的冷却流体。

因此，本发明的目的是提供一种新的和改进的用蒸汽产生动力的方法和装置，特别是提供一种利用地热流体发电的动力装置及其组合单元，以减少或基本上消除上述的缺点。

本发明提出了一种利用蒸汽产生动力的方法和装置，其中根据本发明，该动力装置包括具有从蒸汽源同时向许多组合的动力装置组合单元输送蒸汽的机构，每个单元具有一个由蒸汽驱动并产生废热蒸汽的蒸汽透平;一个与蒸汽透平相连接的，其运行压力最好不低于大气压力的冷凝器，它用于收集不冷凝的气体和通过汽化输入到冷凝器中的系统工质而冷凝废热蒸汽;一个以系统工质进行运行的闭式系统的兰金循环透平;一个相连的由蒸汽透平和兰金循环透平驱动的用于发电的最好是单一的发电机。用于将蒸汽从蒸汽源向每个动力装置组合单元输送的机构最好包括一个与每个动力装置单元相连接的控制阀。本发明甚至也可以适用于一个上述的动力装置组合单元。进而，每个动力装置组合单元包括一个用于冷凝该系统工质的系统工质冷凝器，该冷凝器最好是空气冷却的;和一个用于使被冷凝的系统工质返回到位于蒸汽冷凝器内部的系统的汽化器中的机构。而且也许提供一个用于压缩位于每个所述动力装置单元内部的蒸汽冷凝器中存在的不冷凝气体的机构，被压缩的不冷凝的气体与在蒸汽冷凝器中产生的被增压的蒸汽冷凝物一起被排入回收井中。

考虑到本发明适于依靠地热蒸汽和其它的热源如工业流程中可利用的蒸汽运行，在动力装置单元中的闭式系统的兰金循环透平的工质最好是戊烷。

本发明具体提出了一种利用地热流体发电的动力装置，该动力装置包括一个分离器和至少一个组合的动力装置组合单元。所述分离器用以将地热流体分离成含不冷凝气体的地热蒸汽和地热液体，而所述至少一个组合的动力装置组合单元具有一个由蒸汽驱动并产生废热蒸汽的蒸汽透平;一个与该蒸汽透平相接的、为了回收不冷凝气体和冷凝上述废热蒸汽及汽化输入到冷凝器的系统流体的蒸汽冷凝器;一个以系统流体运行的闭式系统的兰金循环透平;一个由上述蒸汽透平和系统兰金循环透平驱动的用于发电的装置;一个用于在系统流体在所述冷凝器中被汽化之前对该系统流体进行预热的预热器;以及一个将地热流体中的热量输送到该预热器的装置。

本发明提出的用于发电的组合的动力装置组合单元，包括一个含不冷凝气体的蒸汽源;一个由蒸汽驱动的用于产生动力和废热蒸汽的蒸汽透平;用于向该蒸汽透平输送蒸汽的装置;一个与蒸汽透平连接的用于接纳所述气体和废热蒸汽的蒸汽冷凝器;用于以系统流体直接冷却蒸汽冷凝器的装置;一个以系统流体运行用于发电的闭式循环的系统的兰金循环透平;以及设置在蒸汽透平和系统的兰金循环透平两者之间，并由两者独自驱动用以发电的一个单独的发电机。