[发明专利]从含有影响传热之杂质的热流体中提取热的方法和装置

说明书

本发明涉及一种从含有影响传热之杂质的热流体中提取热的方法和装置，更具体地说，涉及一种从含有盐和/或硅化物的地热盐水，或从含夹带颗粒的气体，或从含有毒化合物的气体如烟道气中提取热的方法和装置。

本申请与1990年1月23日颁发的US4894993的主题有关，该文献在此结合参考。

利用地热盐水作热源的发电厂的数目正在逐年增长。在多数情况下，将地热自流蒸汽由热的地热盐水闪蒸的蒸汽用于驱动发电机的蒸汽透平。在许多地点，地热盐水含有大量溶解的结垢物质，其溶解度与溶液的温度成比例。

如果利用这种方案，许多电厂主要关心盐和/或二氧化硅在地热水中的存在，以及其在盐水流经工厂期间冷却时在电厂各设备部件中沉淀的可能性，或者在输送废盐水到回注井的管道中或甚至在回注井中沉淀的可能性。这种沉淀产生阻力，甚至可能堵塞流体流通，因而，各种换热器需要进行昂贵的清洗操作，这可能包括关闭设备。

通过闪蒸由盐水产生蒸汽时，由于闪蒸操作同时冷却盐水并增加了其浓度，盐和/或二氧化硅的沉淀特别麻烦。因此，这样的地热电厂常常限定于中等或高温地热源(例如高于约160℃)，因为整个厂的盐水温度将高得足以防止作为大多数地热盐水主要组分的盐和/或二氧化硅在电厂各种设备中的沉淀。

为了利用低温地热资源，一般借助于一台换热器将地热盐水中的热量传递到一种有机流体中，由此冷却盐水并蒸发有机流体，后者在一透平发电机中膨胀以作功并加热废蒸汽。用一台空气或水冷冷凝器冷凝由透平发电机排出的蒸汽，将所得冷凝液送回换热器，随后重复该循环。冷盐水通常用管子输送到回注井并使其返回地下。在这种情况下，盐水总是维持在高于使盐和/或二氧化硅发生沉淀的温度下。

在某些情况下，热源井中地热盐水中的盐和/或二氧化硅是饱和的，这样，就不能在电厂使用该盐水，因为盐水闪蒸或进入换热器时发生的冷却会引起盐和/或二氧化硅的沉淀。在其它情况下，热源盐水中盐和/或二氧化硅含量很高，以致于在闪蒸室对盐水闪蒸时可以达到饱和温度，或在换热器中与有机流体换热过程中达到该温度。在这些情况下，也存在麻烦的维修问题。

结果，在许多热盐水超过175℃的地热地点，虽然该温度可以经济地实现有机流体基础电厂，但由于盐水中的盐和二氧化硅含量，因而不能用于发电。

工业过程以及燃烧过程，是含有影响传热的颗粒状杂质的另一来源。这些流体的例子是含颗粒的热气。例如，在铁合金工厂，设备排出的热气带有大量二氧化硅颗粒；实际上，只有在杂质即空气夹带的二氧化硅可以在利用其热量所允许的方式处理时，才从可用于加热或生产蒸汽、电等的热空气中回收它。在现有技术中，且已发现，换热器使用含颗粒的热空气时，颗粒与气体接触时会沉积在传热器表面上，引起换热器的结垢。这就需要有定期地进行清洗操作。因此，由于结垢问题，换热器需用昂贵的合金制成，这就增加了设备及其维修的总投资。

例如，用于发电的燃烧过程是含影响传热的沉淀物状杂质的热流体的一种来源。该热流体可以通过洗涤燃烧燃料、特别是高硫煤炭或通常用于发电的油产生的烟道气而得到。众所周知，在烟道气向大气排放之前，为了除去有害气体，一般要洗涤烟道气。通常，烟道气含有颗粒及有害气体，要通过使其与含有钙或镁的氧化物或氢氧化物的溶液相接触对其进行清洗，以除去二氧化硫，所以，硫酸钙或硫酸镁沉淀进入洗涤液中。这种操作的结果是产生了大量含沉淀物的热液体。由于存在沉淀物，该液体中的热很难利用。

本发明的目的是提供一种从包括含溶解度与液体温度成比例的结垢物质的热液体的热流体中提取热的方法和装置。

本发明的另一目的是提供一种从夹带有二氧化硅颗粒的热空气中提取热的方法。

本发明的又一目的是提供一种从含有害气体的烟道气中提取热的方法。

本发明的再一目的是提供一种从含夹带微粒的热气中提取热的方法。

发明人实现了以上几方面的发明目的。

本发明的第一方面是提供一种从包括一种含溶解度与液体温度成比例的结垢物质的热液体的热流体中提取热的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供一个容纳液体的水池；

b)在池中设置一根垂直管，管的上端基本上是封闭的，开口的下端浸在池中液体中并距池底有一定距离，以在所述管中液柱上方建立一个收集区；

c)将所述热流体送到所述收集区；

d)这样建造和布置所述池和管，使得池内液体与所述柱内液体基本上呈流体静力学平衡，保持所述收集区在一定压力下，使得供到所述收集区的某些液体闪蒸成为蒸汽，由此浓缩收集区下面的液体；e)使第一管的开口下端形成结垢物质由于收集区下面的液体浓缩而沉淀时降到池底的通道；和