Устройство комплексного использования гидротермальных (или вторичных) энергетических и минерально-сырьевых ресурсов

Устройство относится к средствам электроснабжения и теплоснабжения населенных пунктов, а именно к геотермальным теплоэлектростанциям (ГеоТЭС) с предприятием для переработки добываемых попутно минерально-сырьевых ресурсов. Устройство включает в себя: - насосы перекачки: рассола, низкокипящего теплоносителя, концентрата, дистиллята, сетевой воды; - скважины, грязевик, сепаратор и смеситель газа, работающие на газе нестабильного состава котлы или генераторы газопоршневые или на микротурбине, теплообменник догрева рассола, теплообменник-дистиллятор, конденсатор абсорбционный, турбогенератор на низкокипящем теплоносителе, теплообменник-испаритель, теплообменник сетевой установки, предприятие для переработки минерального сырья, вспомогательное оборудование.

Настоящее устройство относится к средствам электроснабжения и теплоснабжения населенных пунктов, а именно к геотермальным теплоэлектростанциям (ГеоТЭС) с предприятием для переработки добываемых попутно минерально-сырьевых ресурсов.

Из предшествующего уровня техники известны проекты комбинированных геотермальных энергоустановок с бинарной геоэлектростанцией (ГеоЭС), содержащих совокупность агрегатов (фиг.1), позволяющих вырабатывать одновременно тепловую энергию для отопления и горячего водоснабжения (ГВС) и электрическую энергию для населенных пунктов: городов, поселков и т.д. Источник: Топливно-энергетическая компания ОАО "Геотермнефтегаз" и Российская Академия Наук, Институт проблем геотермии, ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ (Использование тепла Земли). Предложения для сотрудничества. Выпуск 1. Махачкала 2005. Работа устройства осуществляется следующим образом. Геотермальный рассол из скважины 1 погруженным насосом подводится к сепаратору газа 2. Сепаратор газа 2 производит отделение попутного газа от рассола. Далее попутный газ подается в блок подготовки газа 5, где при необходимости смешивается с природным газом от внешней сети и подводится для сжигания в парогенератор 6. Рассол подводится к шламоотделителю 3, где очищается от грубых загрязнителей: песок, частицы породы и следует в теплообменники 12 и 13, где отдает тепловую энергию низкокипящему теплоносителю и в систему отопления. Низкокипящий теплоноситель кроме теплообменника ГеоЭС 12, проходит через парогенератор 6, где испаряется и производит выработку электроэнергии в генераторе 8, затем охлаждается в конденсаторе 9, который отдает тепловую энергию через градирню 10 в атмосферу. Вода для горячего водоснабжения (ГВС), поступает из водопровода в теплообменник горячего водоснабжения 15, подогреваясь там и следуя далее в бак-аккумулятор горячей воды 16 и к потребителю ГВС с помощью сетевого насоса 17. Охлажденный дополнительно в теплообменнике 15, рассол с помощью насосной станции обратной закачки 18 и нагнетательной скважины 19, подается обратно в пласт. Однако устройство (фиг.1) имеет существенные недостатки.

1. Невозможность попутной переработки минеральной составляющей геотермального рассола, канализационных вод или промышленных стоков.

2. Недостаточная возможность регулирования температуры в системах отопления и ГВС при понижении температуры геотермального источника.

3. Тепловые потери в градирне 10: тепло безвозвратно теряется в атмосфере, создавая угрозу парникового эффекта и загрязнения атмосферы тепловыми выбросами.

4. Недостаточная возможность изменения соотношения, в зависимости от местной потребности, выработки и регулирования энергопотребности в тепловой и электрической энергии.

5. Возможность засорения теплопередающих поверхностей теплообменников кристаллизующимися минералами из отдающего свою тепловую энергию геотермального рассола. Необходимость частой очистки.

6. Невозможность работы при низкой температуре первичного источника, например, при использовании вод выработанных или нерентабельных нефтяных и газовых месторождений, канализационных и промышленных стоков.

7. Невозможность получения дистиллята для подпитки системы отопления и ГВС.

Известны также электростанции с турбогенераторами на низкокипящих рабочих телах. Например, электростанция (фиг.2), построенная в 2009 году в штате Юта (США). Источник: news.students.ru/index.php?newsid=14096. Электростанция имеет аналогичные элементы по добыче рассола и закачке его обратно в пласт, как и комбинированная геотермальная энергоустановка с бинарной ГеоЭС (фиг.1). Добытый рассол также отдает свою энергию низкокипящему теплоносителю, которая используется для выработки электроэнергии в генераторе.

Эта электростанция тоже имеет недостатки.

1. Вырабатывается только электроэнергия.

2. Тепло от конденсатора выбрасывается в атмосферу.

3. Нет использования минерально-сырьевых ресурсов.

Техническим результатом является более полное использование тепловой энергии геотермального или иного источника, расширение возможностей регулирования соотношений вырабатываемой тепловой или электрической энергии, попутной переработки минерально-сырьевых ресурсов.

Всех вышеперечисленных недостатков лишено устройство, предлагаемое в трех вариантах схемы его реализации, где тепло геотермального источника используется максимально (без выбросов в атмосферу или в сточные воды) и достигается почти полная переработка минерально-сырьевых ресурсов, компенсация снижения температуры геотермального источника, гибкое регулирование.

1. С водогрейными котлами или сетевой водой от внешнего источника (фиг.3).

2. С паровыми котлами или паром от внешнего источника (фиг.4).

3. С газопоршневыми генераторами или генераторами на микротурбине (фиг.3).

Если, в зависимости от местной потребности, нужно большее количество электрической энергии, чем тепла, то используется вариант 3, если больше тепла, то варианты 1 или 2. Вариант 2 используется, если требуется более высокая температура в теплосети.

Для реализации переработки минерально-сырьевых ресурсов, в зависимости от конкретного химического состава геотермальных рассолов или сточных вод, могут использоваться различные технологии.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Геотермальный рассол из скважины 1 погружным насосом 2 подводится к грязевику 3, где очищается от грубых загрязнителей: песок, частицы породы. Сепаратор газа 4 производит отделение попутного газа от рассола. Далее попутный газ подается в смеситель 5, где при необходимости смешивается с природным газом от внешней сети и подводится для сжигания в котлы 19 (вариант 1, 2) или к генераторам газопоршневым или на микротурбине 30 (вариант 3). Для выработки дистиллята, например, для подпитки теплосети и ГВС с целью использования водяной составляющей и тепла геотермальных рассолов, канализационных, промышленных стоков, вод нерентабельных или выработанных нефтяных или газовых месторождений, а также для исключения засорения труб и каналов теплообменных аппаратов применен теплообменник-дистиллятор 6. Перед теплообменником-дистиллятором 6 установлен теплообменник догрева рассола 25, обеспечивающий работу устройства при понижении температуры вод геотермального или иного источника. После сепаратора газа 4 рассол догревается при необходимости в теплообменнике догрева рассола 25 и подается в теплообменник-дистиллятор 6, где из него в условиях пониженного давления воздуха выпаривается дистиллят и производится передача тепла в низкокипящий теплоноситель. Образуется концентрат, содержащий минеральное сырье, подготовленный для дальнейшей переработки на предприятии по переработке минерального сырья 27, куда он и перекачивается насосом 9. Предприятие по переработке минерального сырья исключает сброс в канализацию вредных стоков и загрязнение водоемов вредными стоками предприятий путем их переработки. Остатки жидкости, если они еще остаются после переработки концентрата, насосом 7, закачиваются обратно в пласт через нагнетательную скважину 8. С целью исключения потерь тепла от рабочего тела после турбогенератора или другой расширительной машины в атмосферу или в сточные воды применен конденсатор абсорбционный 10. Выработанный дистиллят, смешанный с химочищенной водой от линии водоснабжения, подогревается в конденсаторе абсорбционном 10 и перекачивается в бак аккумулятор дистиллята 11, где смешивается при необходимости (только, если его недостаточно для подпитки теплосети) с химочищенной водой от линии водоснабжения. Далее дистиллят насосной станцией 31 подается либо непосредственно в теплосеть, в вариантах 1, 3, либо в бак питательный 12 и в теплосеть, в варианте 2. Регуляторы давления 14 и регулятор уровня 26 (вариант 2) служат для регулирования процесса подпитки. Охлаждение низкокипящего теплоносителя после турбогенератора 21 производится в абсорбционном конденсаторе 10, его перекачка, насосом 20. Предварительный нагрев низкокипящего теплоносителя производится в теплообменнике-дистилляторе 6, а испарение и перегрев в теплообменнике-испарителе 22. Тепло от охлаждения подшипников турбогенератора отводится к дистилляту теплообменником системы охлаждения турбогенератора 24, а теплоноситель перекачивается насосом 23. С целью комплексной выработки тепловой, электрической энергии с гибким регулированием их соотношения в зависимости от местных потребностей, применены как турбогенератор на низкокипящем теплоносителе 21 или генератор на базе другой расширительной машины, так и котлы 19 или газопоршневые генераторы или генераторы на базе микротурбин 30, работающие на газе с нестабильными характеристиками состава. После теплообменника-дистиллятора 6 по линии движения низкокипящего теплоносителя находится теплообменник-испаритель 22, который получает тепло от котлов или газопоршневых генераторов или генераторов на базе микротурбин 30, что позволяет обеспечить гибкое регулирование степени догрева низкокипящего теплоносителя и работу при понижении температуры вод геотермального или иного источника. За счет включения в схему теплообменника сетевой установки 15, получающего дополнительное тепло от одного источника вместе с теплообменником-испарителем 22, конденсатором абсорбционным 10 и теплообменником догрева рассола 25 может гибко изменяться соотношение выработки тепловой и электрической энергии в зависимости от сезона года. То есть тепло от котлов 19 или генераторов газопоршневых или на микротурбине 30 поступает как в теплосеть, через теплообменник теплосети 15, регулируемый регулятором температуры 17, так и в теплообменник-испаритель 22, в конденсатор абсорбционный 10 и теплообменник догрева рассола 25. Догрев рассола может также осуществляться за счет использования вторичных энергоресурсов предприятия по переработке минерального сырья 27. Применение конденсатора абсорбционного 10 в совокупности с предприятием по переработке минерального сырья 27 обеспечивает закрытость тепловой схемы, сокращение тепловой энергии на переработку минерального сырья, отсутствие вредных тепловых и иных вредных выбросов в атмосферу или водоемы. Насосная станция 32 служит для циркуляции воды в теплосети. Фильтр 13 очищает возвратную воду теплосети. Насосы 16 или насосные станции 18, обеспечивают циркуляцию теплоносителя в котлах или системах генераторов газопоршневых или на микротурбине 30, а 3-х ходовой клапан 29 (вариант 3) регулировку. В варианте 2 бак питательный 12 имеет систему охлаждения питательной воды для исключения потерь тепла с испарением. Для варианта 2 в схему включены устройства отвода конденсата - конденсатоотводчики 28.

1. Устройство комплексного использования геотермальных или вторичных энергетических и минерально-сырьевых ресурсов, содержащее насосы, грязевик, сепаратор газа, смеситель газа или другое устройство для доводки газа, турбогенератор на низкокипящем теплоносителе или генератор на базе другой расширительной машины, теплообменник-дистиллятор, предприятие по переработке минерального сырья, отличающееся тем, что дополнительно снабжено конденсатором абсорбционным.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно применены котлы или газопоршневые генераторы или генераторы на базе микротурбин.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перед теплообменником-дистиллятором установлен теплообменник догрева рассола.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что после теплообменника-дистиллятора установлен теплообменник-испаритель.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено теплообменником сетевой установки, который может быть связан с теплообменником-испарителем, конденсатором абсорбционным и теплообменником догрева рассола.