Способ комплексной утилизации геотермальных вод

Способ комплексной утилизации геотермальных вод путем передачи через теплообменники тепловой энергии геотермальной воды низкокипящему рабочему агенту, циркулирующему в контуре бинарной ГеоЭС, с дальнейшим испарением и перегревом рабочего агента за счет выхлопных газов газотурбинной электростанции, в камеру сгорания которой поступает газ из газгольдера, предварительно извлеченный из термальной воды в сепараторе, и из магистрального газопровода, и с использованием в качестве дополнительного источника энергии избыточной потенциальной энергии посредством использования детандера и компрессора на одном валу. Отработанная термальная вода из сепаратора поступает на химический завод, где извлекаются растворенные химические компоненты: магнезия жженная, карбонат кальция, карбонат лития, пищевая соль, а опресненная вода используется на различные водохозяйственные цели. 1 ил.

 

Изобретение относится к области геотермальной энергетики и может быть использовано для получения электроэнергии путем утилизации тепловой и сопутствующих видов энергий из геотермальных ресурсов и извлечения из них растворенных химических компонентов.

Запасы большинства геотермальных месторождений имеют низкие и средние температуры и это не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями. Скважины эксплуатируются на различные теплоэнергетические нужды в прерывистом режиме только в холодное время года, а с весны до осени скважины простаивают из-за снижения или отсутствия потребности в тепловой энергии. Эффективное освоение геотермальных ресурсов обеспечивается при постоянной эксплуатации геотермальных скважин с дебитами, близкими к эксплуатационным запасам, чего можно достичь при преобразовании тепловой энергии термальных вод в электроэнергию. Подавляющая часть выявленных геотермальных ресурсов имеет температуру 100-130°С и минерализацию 30-100 г/дм³. Эффективное освоение таких ресурсов возможно при их комплексной утилизации.

Известен способ утилизации энергии геотермальных вод (Патент RU №2596293 С2, Бюл. №25, 2016).

При таком способе происходит утилизация тепловой энергии, избыточной потенциальной энергии и химической энергии растворенных газов. Утилизация тепловой энергии геотермальных вод происходит путем ее передачи через промежуточные теплообменники для нагрева низкокипящего рабочего агента, циркулирующего в контуре ГеоЭС. Утилизация химической энергии растворенных газов происходит посредством использования сепаратора и газгольдера с последующим их сжиганием в камере сгорания газотурбинной электростанции, выхлопные газы которой используются для испарения и перегрева рабочего агента в контуре ГеоЭС. В камеру сгорания газотурбинной электростанции подводится также газ из магистрального газопровода. Утилизация избыточной потенциальной энергии осуществляется с использованием детандера и компрессора на одном валу.

Недостатком такого способа является сброс на поверхности или обратная закачка в материнский пласт отработанных минерализованных термальных вод, что приводит к ухудшению экологических и экономических показателей эксплуатации геотермального месторождения.

Целью настоящего изобретения является комплексная утилизация всех видов энергий геотермальных ресурсов и растворенных химических компонентов, что позволит резко улучшить экономические показатели и полностью решить экологические проблемы освоения геотермальных месторождений.

Для достижения поставленной цели тепло термальной воды через первичный теплообменник или теплообменники передается низкокипящему рабочему агенту, циркулирующему во вторичном контуре бинарной ГеоЭС, для его нагрева до температуры испарения при соответствующем давлении. Использование термальной воды для такого нагрева позволяет наиболее эффективно использовать ее тепло и снижать температуру отработанной воды до довольно низкого значения (20-45°С), превышающего температуру конденсации рабочего агента на величину температурного напора в теплообменнике. Дальнейшее испарение и перегрев рабочего агента происходит в испарителе ГеоЭС за счет выхлопных газов газотурбинной электростанции, в камеру сгорания которой поступает газ из газгольдера, извлеченный из термальной воды с использованием сепаратора, и из магистрального газопровода. Избыточная потенциальная энергия используется в детандере и компрессоре на одном валу. Отработанная термальная вода с низкой температурой из сепаратора поступает на завод по извлечению растворенных химических компонентов, где последовательно извлекается магнезия жженная, карбонат кальция, карбонат лития и пищевая соль. Опресненная после извлечения химкомпонентов вода используется на различные водохозяйственные цели.

На приведенном чертеже изображена технологическая схема предлагаемого способа. Термальная вода из геотермальной скважины 1 направляется в теплообменник 2 бинарной ГеоЭС, где происходит нагрев низкокипящего рабочего агента до температуры испарения при соответствующем давлении. Далее отработанная вода поступает в детандер 7 для утилизации избыточной потенциальной энергии. Из детандера термальная вода с низким давлением поступает в сепаратор 9. Жидкая фаза энергоносителя 8 из сепаратора направляется на химический завод 17 для извлечения растворенных химических компонентов (магнезия жженная, карбонат кальция, карбонат лития, пищевая соль), а опресненная вода 18 используется на различные водохозяйственные цели. Отсепарированный газ поступает в компрессор 10, привод которого осуществляется детандером 7. Из компрессора газ с высокими значениями давления и температуры направляется в теплообменник 11 или теплообменники, куда противотоком также подводится нагреваемая пресная вода 13, которая в дальнейшем используется на различные потребительские нужды. Из теплообменника 11 или теплообменников охлажденный и осушенный газ поступает в газгольдер 14, а конденсат 12 уходит в сток. Из газгольдера газ поступает на газотурбинную электростанцию 15, куда также подводится газ из газопровода 16. Высокотемпературные выхлопные газы газотурбинной электростанции поступают в испаритель 3 бинарной ГеоЭС, где осуществляется испарение и перегрев низкокипящего рабочего агента, поступающего из теплообменника 2. Перегретый пар из испарителя последовательно проходит турбину 4, конденсатор 5 и циркуляционный насос 6 и далее поступает в теплообменник 2, и на этом цикл Ренкина, реализуемый в бинарной ГеоЭС, замыкается. Отработанные выхлопные газы из испарителя 3 направляются на сброс.

Способ комплексной утилизации геотермальных вод путем передачи через теплообменники тепловой энергии геотермальной воды низкокипящему рабочему агенту, циркулирующему в контуре бинарной ГеоЭС, с дальнейшим испарением и перегревом рабочего агента за счет выхлопных газов газотурбинной электростанции, в камеру сгорания которой поступает газ из газгольдера, предварительно извлеченный из термальной воды в сепараторе, и из магистрального газопровода, и с использованием в качестве дополнительного источника энергии избыточной потенциальной энергии посредством использования детандера и компрессора на одном валу, отличающийся тем, что отработанная термальная вода из сепаратора поступает на химический завод, где извлекаются растворенные химические компоненты: магнезия жженная, карбонат кальция, карбонат лития, пищевая соль, а опресненная вода используется на различные водохозяйственные цели.