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以色列的高温地热发电技术
来源:地大热能 2016-11-08
高温地热发电广义上讲,不仅包括利用地热资源发电,还包括利用工厂中各种废弃载热体,如热烟气、废热水、热油、废汽等的余热和废热来发电的一门技术(或称废热 发电技术)。我国地域辽阔,可利用的地热资源丰富,且分布面广。在废热利用方而,有些行业如:钢铁业,焦化、化工业,发电业,制糖制药业等可利用的废热相当可观,沿力很大1907年11月18日,同家经贸委发布了《“九五”国家重点技术开发指南》,其中有电力行业15项重大关键技术的开发将受到国家重点鼓励和扶持。高温地热发电技术就是其中之一。
以色列可以利用90℃左右以上的这些载热体来发电。因此,无论从利用载热体的温度上,还是高温地热发电设备的可靠性和这些设备的自动控制水平上看,以色列的高温地热发电技术居世界领先地位。目前世界上许多国家和地区如:美国、日本、俄罗斯、 新西兰、菲律宾、冰岛等均引进了以色列的高温地热发电设备和技术。我国近年也从以色列引进了二套高温地热发电设备。
和常规蒸汽轮机一样,以色列的高温地 热发电技术也是基于兰金热力循环原理,但 做功的工质与蒸汽轮机不同,它使用的是碳氢化合物如戊乙烷类的有机流体,而不是水,这种工质工作在亚临界循环状态下,且具有很多优越性,如不像蒸汽循环系统那样需要对工质过加热,而它在中、低温状态下就可获得高于蒸汽循环的效率。
以色列生产的高温地热发电设备均为在生产厂中整体装配好的,全自动运行的发电设备,因此,现场安装、调试大为简单。当设备投运启动或停运时,操作人员只需按动一下启动或停止按钮,发电站的各种设备就 会按程序一步步自动投运或停运,并自动并网或解列。平时运行无须人员照看。
以色列的高温地热发电设备包括机械子系统和电气子系统两大部分:机械子系统为热能—机械能转换设备,主要包括蒸发器,分离器,冷凝器,透平,润滑系统,工质 泵,自动控制及安全池流阀,压力/温度控 制器及汽体管道等组成;电气子系统为机械能—电能转换设备,主要包括发电机、控制柜、功率柜、电缆等组成。
与蒸汽轮发电机组不尽相同的主要设备有:
 1 •透平  专门设计使用碳氢化合物类有 机载体的脉冲型双级透平。转速一般为3000 转左右。透平壳体材质一般为碳钢,膨胀部件为合金钢,轴为高级合金钢制造。采用加压润滑轴承及机械轴密封。透平膨胀率约79%,透平功率的大小,可根据需要任意选择订货。以色列目前生产出的透平功率在1—5MW。
2. 蒸发器及预热器  预热器有时是蒸发器的一部分,有时分开。蒸发器是水平型的管-売式热交换器,内部装有许多水平放置的碳钢管,管子两端由支撑板及防护板支持,売部分为筒形外売,也由碳钢制成。管子内流动的是加热有机工质的热水,管子外部流动的是作功用的有机工质。壳和管之间的相对热膨胀是由装在外部売中的一个不锈钢膨胀连接器吸收处理的。热源经各管子内流过,则有机工质在壳内流动,吸热蒸发。
3.冷凝器  是一种固定式的管一板式热 交换器。冷凝器壳由碳钢加工而成,冷凝器 管是由海军黄铜制成,冷却水在管内流通, 有机工质蒸汽在壳内沿着管束流动被冷却成 液体。
4.发电机  为三相无刷感应式异步发电 机,冷却介质分空气或水两种,保护系统设 有:超速保护,高温保护,过载保护,低/ 过压保护,逆功率保护等。并设有透平一发 电机组的加速及同步控制,设有电力电容器 补偿。发电机在满负荷时,效率不低于96%。
5.自动控制系统  控制系统是基于PLC,PLC中央处理装置接受系统中各部件 来的所有数字/模拟信号,根据指定程序将 它们进行处理,然后再以数字/模拟指令送回各部件。
6.工质  有机工质是从碳氢化合物家族 中选出的,如戊乙烷等。目的是最充分地利 用热源,选择时应考虑下列因素:①分子 量;②和设备结构材料的化学稳定性及相容 性》③最优体积/压力特性的沸点;④叶尖 速度I⑤无毒性。
7.工质泵  工质泵是一种垂直式多级离心泵,作用是将有机工质从冷凝器泵入到蒸发器中去,此泵由机械密封系统将其与环境压力隔离开来。
 
商温地热发电设备系统的工艺流程:
来自地下的热水(如为废热发电,则工厂中的工艺废热需通过热交换器将密闭循环的水加热,被加热的水)首先流入蒸发器,在茏发器内将热能传输给密闭循环的有机工质,有机工质被加热后达沸点并汽化。在进入透平前,汽化后的工质须流经设于蒸发器上部的一个液体分离器,其目的是将未汽化的液滴从汽体中分离出来,以防进入透平,损坏透平叶片。汽化了的有机工质经过分离器达到一定的压力后,便会通过管道和喷射阀进入透平中膨胀作功。髙速旋转的透平通 过联轴器带动发电机发电。透平还设有透平旁通管路和旁通阀,在某种情况下,汽化了的工质可通过旁通管路和旁通阀直接进入冷凝器内。
作功后的乏汽从透平出口流出进入冷凝器内将其冷却回液体。冷却成液体的有机工质由多级离心工质泵将其从冷凝器内又泵入到蒸发器内进行第二轮汽化和循环,如此反复。
以色列生产的地热发电设备休积小,设备运行可靠,整个发电站占地面积约1200m2,再加上整个设备在厂内分几大块已整体装配好,因此,机动灵活性高,竞争力强,市场前景看好。

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