專利名稱：由高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬镜闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬尽?br> 目前勘探和開采的許多地?zé)嵩串a(chǎn)生大量中壓熱鹽水(brine)典型地為大約150psia(絕對壓強1b/in2)。然而，一些地?zé)嵩串a(chǎn)生壓力高得多的鹽水和蒸汽混合流體，例如，800psia。在后者情況時，鹽水通常是腐蝕性很大，給利用和處理鹽水帶來麻煩。最近，夏威夷的地?zé)峋呀?jīng)鉆出產(chǎn)生的高壓流體是大約80％的汽和20％的鹽水。此汽通常只是飽和汽，問題是這些井面對常年連續(xù)使用是否會保持800psia的壓力。
考慮到此不確定性，通常在從井出來的液體中設(shè)立減壓閥使得預(yù)期高壓最終將會降下來而可以應(yīng)用低壓汽系統(tǒng)。然而，這是保守的設(shè)計，而且要付出代價的，因為在電站的使用期內(nèi)大量位能將被損失掉。
驅(qū)動電機的背壓式汽輪機可視為是一種代替的方法，它的汽輪機可使井中來的高壓汽轉(zhuǎn)變成低壓汽并并聯(lián)地供給多個可在低壓汽下運行的單元。每一個單元可使用一個低壓汽輪發(fā)電機組。以及一個冷凝器，它作為有機蒸汽輪機發(fā)電機組的蒸發(fā)器。當(dāng)?shù)責(zé)崃黧w只產(chǎn)生高壓、飽和汽，則該汽在汽輪機中的膨脹發(fā)生在溫-熵圖的濕區(qū)內(nèi)，其排汽含有水珠因而不適合用于各單元低壓汽輪機的輸入級。
因此，本發(fā)明的目的是提供一個新的、改進的地?zé)犭娬荆苓\作于高壓地?zé)崃黧w而沒有上面所說的現(xiàn)有技術(shù)中的缺點伴隨發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的以高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬景ㄇ凹壏蛛x器，用于分離地?zé)崃黧w為兩路，一路含有高壓汽，另一路含有高壓液體。高壓汽在前級汽輪機中膨脹用于產(chǎn)生電力及耗熱后的高壓排汽，后者含有大量濕氣。耗熱后的高壓汽加入二級分離器，它將排汽分離成汽部分和液部分。由前級分離器產(chǎn)生的高壓液體通入前級熱交換器，來自二級分離器的汽部分也通人前級熱交換器，以便將熱量傳遞給汽部分。前級熱交換器用來對汽部分作干燥，還可以過加熱，以產(chǎn)生低壓、干飽和，或者還可能過加熱的汽；被冷卻的高壓液體被處理掉。
至少提供一個電站單元，它包括低壓汽輪機，使用低壓汽以產(chǎn)生電力及耗熱后的低壓汽，該低壓汽被送到含有有機流體的冷凝器/蒸發(fā)器。在冷凝器/蒸發(fā)器中，經(jīng)耗熱后的低壓汽被冷凝為凝結(jié)物而有機流體則蒸發(fā)掉。被蒸發(fā)的有機流體被加入有機蒸汽輪機，它產(chǎn)生電力及耗用了熱量的有機蒸汽。冷凝器將此耗用了熱量的有機蒸汽凝結(jié)成液體并經(jīng)過預(yù)熱器而被泵回冷凝器/蒸發(fā)器。來自有機蒸汽冷凝器的凝結(jié)物被導(dǎo)入預(yù)熱器，在那里凝結(jié)物被冷卻然后被清除到廢物井中。
雖然由前級分離器產(chǎn)生的高壓液體通常有很大腐蝕性而多數(shù)地方不適合使用，但可以用于前級熱交換器中作干燥的用途，還可能對由二級分離器產(chǎn)生的、用于各單元汽輪機的汽部分作過加熱。進而，一個單元中的冷凝器/蒸發(fā)器所產(chǎn)生的凝結(jié)物含有相當(dāng)大量的熱，不把它直接送到廢物井，代之以用來預(yù)熱。
當(dāng)使用多個所描述的型式的單元時，低壓汽并聯(lián)地加到各單元的每一個汽輪機中。在此種情況，二級分離器出來的凝結(jié)物，其溫度與高壓汽輪機的排汽溫度相當(dāng)，也可用于預(yù)熱的目的，隨后，由二級分離器產(chǎn)生的液體部分則被并聯(lián)地加到各單元的每一個預(yù)熱器中去。
本發(fā)明的實施例通過在各附圖中的例子來表示，這些附圖是

圖1是按照本發(fā)明的以高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬镜姆綁K圖圖2是表示把示于圖1作為電站一部分的單元中單臺發(fā)電機與汽輪機及有機蒸汽輪機的輸出軸連結(jié)起來的耦合裝置的草圖；圖3是本發(fā)明另一實施例的方塊圖；及圖4是本發(fā)明又一實施例的一部分的方塊圖。
現(xiàn)在參閱附圖，數(shù)標(biāo)10表示按照本發(fā)明的以高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬?。地?zé)崃黧w由生產(chǎn)井12供應(yīng)，典型的是產(chǎn)生大約80Opsia的地?zé)崃黧w，此流體是大約80％的飽和汽和20％的濃的鹽水。由生產(chǎn)井12產(chǎn)生的這種混合液體供應(yīng)給前級分離器14，它將此流體分離成兩路，一路含汽，由數(shù)標(biāo)15指示，另一路含高壓液體，由數(shù)標(biāo)16指示。在通路15中的高壓飽和汽被加給高壓汽輪機18，它直接與發(fā)電機19耦合，在汽輪機18中高壓汽膨脹而驅(qū)動發(fā)電機19產(chǎn)生電力輸給電網(wǎng)(未表示)。
耗用熱量后的高壓汽從汽輪機18在20處排出，被供給二級分離器21將排汽分離成汽部分和液部分。在此情況下，汽部分被并聯(lián)地導(dǎo)向由數(shù)標(biāo)27A，27B等指示的多個電站單元的每一個?；蚴?，從汽輪機18排出的高壓的、耗用熱量后的汽通過管線20經(jīng)過管道22導(dǎo)向前級熱交換器23，在管線16中的高壓液體也加入這里。在前級熱交換器23中發(fā)生熱交換過程，其中具有井口溫度和壓力的高壓液體被冷卻然后經(jīng)由管道24被送人廢料井25。高壓液體中所包含的熱量傳給了在管線22中的汽部分，在這里汽部分被過加熱并產(chǎn)生低壓干蒸汽經(jīng)管道26并聯(lián)地送給由數(shù)標(biāo)27A，27B等指示的多個電站單元的每一個單元。
在管線26中的低壓干飽和汽，或者過加熱汽被加到電站單元27A、27B等的汽輪機30A、30B等的輸入級。在圖1中只示出二個單元，雖然在實際情況中預(yù)期可以使用十個或十個以上單元。為使描述本發(fā)明容易些，只對單元27A作詳細描述。
加入汽輪機30A入口的低壓汽在汽輪機中膨脹而產(chǎn)生耗用熱量后的低壓汽，汽中的一些能量由于汽輪機30A和發(fā)電機32之間有耦合而被變換成電能。從汽輪機30A排出的耗熱后的低壓汽被送入冷凝器/蒸發(fā)器34，在那里耗熱后的汽凝結(jié)而產(chǎn)生在管線35中的凝結(jié)物。此凝結(jié)物最好和由第二分離器21產(chǎn)生的液體部分之一部一起被加入電站單元的預(yù)熱器37。在預(yù)熱器中凝結(jié)物以及較可取地還有液體部分將熱量釋放之后冷卻了的液體被集中消除到廢料井38中。
冷凝器/蒸發(fā)器34中含有有機流體，最可能是戊烷，或異戊烷，按照通行的環(huán)境條件下當(dāng)?shù)蛪浩Y(jié)時就在凝結(jié)器的一邊被蒸發(fā)。該由冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸發(fā)出來的有機流體加到有機蒸汽輪機40在那里發(fā)生膨脹后產(chǎn)生耗熱后的有機蒸汽于管線41中而有機蒸汽輪機40驅(qū)動發(fā)電機32。
凝結(jié)器42接收從汽輪機40排出的耗熱后的有機蒸汽，在凝結(jié)器42中存在冷凝劑的情況下將耗熱后的有機蒸汽凝結(jié)為液體，它被泵43經(jīng)由預(yù)熱器37泵回冷凝器/蒸發(fā)器，在預(yù)熱器中有機液體在被供給冷凝器/蒸發(fā)器34前被預(yù)熱。凝結(jié)器42的冷凝劑可以是空氣或可以是液體如水。
最后，配合單元27A中汽輪機30A的旁路管線31可用來允許汽輪機因維修而退出工作時不會嚴(yán)重影響單元的有機蒸汽輪機40之運行。
圖1中表示有二個廢料井，即井25和井38。然而，也可以只用一個廢料井，這在電站的管線24中的冷卻液體在冷卻過程中可能產(chǎn)生沉積物的情況特別需要如此。此情況下，電站單元的預(yù)熱器37產(chǎn)生的幾乎純是水可以在管線24中和冷卻的液體組合而稀釋鹽水，從而在將冷卻和冷卻的液體組合而稀釋鹽水，從而在將冷卻的液體送入廢料井的過程中阻止其沉積。
為了使示于圖1中的地?zé)犭娬具\行中對維護的目的以及對由生產(chǎn)井口所產(chǎn)生的地?zé)嵩戳黧w壓力和溫度偶發(fā)性的降低有適應(yīng)能力，汽輪機18由旁路線50旁路，以便提供從生產(chǎn)井12來的地?zé)崃黧w通道直通電站單元的分離器52A，52B?？紤]到井12的高壓，在管線50中使用降壓器53。這樣，加到在電站單元27AA中分離器52A的地?zé)崃黧w的壓力就和單元的汽輪機30A的運行入口壓力一致。
當(dāng)管線50在運行時，汽輪機18可以解列，分離器14將不運行。隨之，管線26將不載送任何低壓汽。代之以分離器52A和52B變成將地?zé)崃黧w實際分離成為二股汽流就像前級分離器14和汽輪機18一起工作時起的作用那樣。這樣低壓汽從分離器52A加到汽輪機30A。
每個單元的主要部分運行如上，除了通常只有冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的凝結(jié)物被用于預(yù)熱器37。通常，在管線50中的地?zé)崃黧w的鹽水成分是如此之濃和有腐蝕性，將它用到預(yù)熱器中是不實際的。然而，當(dāng)條件適當(dāng)時，鹽水部分也可以加到預(yù)熱器，冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的凝結(jié)水用來稀釋濃鹽水以阻止在預(yù)熱器中的沉積。
如以上所指出，在實際電站中有旁路管線50的優(yōu)點是提供維修汽輪機18時的適應(yīng)性。這樣，打開旁路管線，此汽輪機退出運行，允許電站單元繼續(xù)運行并維持在線。因此，由于發(fā)電機19退出電網(wǎng)而使電站產(chǎn)生的總功率下降，但此電站仍能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的電力。當(dāng)然，電站的單元性質(zhì)允許27A，27B等各個單元中每一個因維修而退出電網(wǎng)電站出力只有小小的下降。
發(fā)電機32耦合到一個單元的汽輪機30A和有機蒸汽輪機40的最佳方式說明于圖2。此最佳安排是這樣的，數(shù)標(biāo)60所指示的Falk盤聯(lián)軸器被剛性地裝在每個汽輪機30A和40的輸出軸上。相似類型的聯(lián)軸器被用于發(fā)電機32的二個相反伸出的輸出軸上如圖2中數(shù)標(biāo)61所示。在這些聯(lián)軸器之間的是減速裝置62(由Lufkin公司制造)用于使發(fā)電機32允許運行在略低于汽輪機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下。
圖1實施例的修改被示于圖3。其中一個閉環(huán)，高壓汽輪機被用來代替示于圖1的開環(huán)汽輪機。在圖3的電站60中，從熱源井12A來的高壓地?zé)崃黧w流入熱交換器61，在那里和水進行熱交換，在管線62中產(chǎn)生蒸汽，供應(yīng)汽輪機63驅(qū)動發(fā)電機64。耗熱后的蒸汽從汽輪機63排出，并送入冷凝器65，在那里發(fā)生凝結(jié)，凝結(jié)水通過泵(未示出)打回?zé)峤粨Q器61。冷凝器65可以是水冷的或空冷的。
流出熱交換器61的地?zé)崃黧w是蒸汽和鹽水的混合體，但相比于來自井12A的鹽水來說它將被冷卻，而其壓力是高的。此壓力經(jīng)降壓器66后被降低，很像圖1實施例中降壓器53作用于熱源鹽水的方式。壓力降下來以后，流體可流到分離器67，在那里汽部分和液體部分分離開來。蒸汽實質(zhì)上是飽和的，并通過管道68被送到單元69A，69B等去，它們和前面描述過的單元27A，27B等相似。
在單元69A，69B等中的去霧器70A、70B等用來在把汽加給單元的汽輪機之前將汽中的任何水分分離出來。從單元中的汽輪機排出的汽加給泠凝器/蒸發(fā)器使有機流體蒸發(fā)并供應(yīng)有機蒸汽輪機如以前描述過的單元中那樣。還有，示于圖3單元中的冷凝器/蒸發(fā)器出來的蒸汽凝結(jié)物也像圖1中那樣用于預(yù)熱目的?；蛘叽詫慕祲浩?6出來的流體直接并聯(lián)地加到分離器72A及72B。
電站60也類似于圖1中所表示的那樣提供一條汽輪機63的旁路。就是說，降壓器71允許高壓漿流有選擇性地為了使從熱源井12A來的鹽水直接供應(yīng)給單元的分離器72A，72B等之目的而旁路熱交換器61。分離器將液流分為汽通路和液通路，然后每個單元的汽通路供給單元的汽輪機。液通路含有來自井12A的鹽水，包含了相當(dāng)大的熱量，它可能與由單元的冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的凝結(jié)蒸汽混合并由此供應(yīng)預(yù)熱器。因此，當(dāng)汽輪機63，或任何與此相并聯(lián)的部件因定期維護而關(guān)閉，旁路降壓器71將被打開，允許單元仍保留在線路上。
示于圖4的本發(fā)明又一個實施例是圖1和3實施例的組合，使用了一閉環(huán)、高壓汽輪機，如圖3那樣，且還用了一個像圖1那樣的汽輪機，代替降壓器。如示于圖4，實施例80包括高壓熱交換器81，它接受來自熱源井12B的高壓鹽水。這些鹽水中的熱量和水交換產(chǎn)生蒸汽，加到高壓汽輪機82驅(qū)動發(fā)電機83產(chǎn)生電力。由汽輪機82產(chǎn)生的耗熱后的蒸汽被送到泠凝83，產(chǎn)生凝結(jié)水，一個泵(未示出)將凝結(jié)水返回?zé)峤粨Q器81。
冷卻了的汽和漿混合物從熱交換器81出來加到分離器84，它將混合物分離成汽部分和液部分。汽部分加給汽輪機85，在那里發(fā)生膨脹驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電力，并產(chǎn)生耗熱后的蒸汽，加到熱交換器86。來自分離器84的液體部分也被加到熱交換器86，在那里發(fā)生在液體部分和由汽輪機85出來的耗熱后的蒸汽之間的熱交換過程。其結(jié)果是將此蒸汽進行干燥并且可能還有過加熱，形成低壓，干飽和的，或過加熱的蒸汽，它像示于圖1所示被加到各單元。由熱交換器86出來的冷卻的鹽水最好通過廢料井而被清除掉。
在此實施例中，耗熱后的汽從汽輪機82出來被送給冷凝器83。最好耗熱后的汽也可被加給冷凝器/蒸發(fā)器34，從冷凝器/蒸發(fā)器出來的蒸汽結(jié)水被加入預(yù)熱器37，并返回?zé)峤粨Q器81。
由本發(fā)明的方法和裝備實現(xiàn)的優(yōu)點和改進的結(jié)果從本發(fā)明的前述最佳實施例的描述中可以明白。可以作出變更和修正而不偏離在所附的權(quán)利要求書中所述發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.以高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬荆涮卣魇前╝)前級分離器，用于將地?zé)崃黧w分成兩路，一路含有高壓汽，另一站含有高壓液；b)在與高壓汽相關(guān)的高壓汽通路中的前級汽輪機，用來產(chǎn)生電力及耗熱后的高壓汽；c)二級分離器，用于將所述耗熱后的高壓汽分離成汽部分和液部分；d)響應(yīng)所述高壓液體和所述蒸汽部分，用以向所述蒸汽部分傳遞熱量，產(chǎn)生低壓蒸汽和冷卻的高壓液體；e)至少一個電站單元，包括響應(yīng)所述低壓汽的低壓汽輪用于產(chǎn)生電力和耗熱后的低壓汽；冷凝器/蒸發(fā)器，含有有機流體，用來接受所述耗熱后的低壓汽并將它變成凝結(jié)物以及蒸發(fā)該有機流體；有機蒸汽輪機，響應(yīng)由所述冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸發(fā)了的有機流體，用來產(chǎn)生電力及生成耗熱后的有機流體；凝結(jié)器，用來將耗熱后的有機蒸汽凝結(jié)成液體；預(yù)熱器，用來加熱所述液體；泵，用來使來自所述預(yù)熱器的加熱的液體返回所述冷凝器/蒸發(fā)器；和一種使來自所述凝結(jié)器的凝結(jié)物導(dǎo)向所述預(yù)熱器的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的地?zé)犭娬?，其特征是包括一種裝置，它用于將由所述二級分離器產(chǎn)生的液體部分和所述凝結(jié)物結(jié)合起來并將它們二者加入所述預(yù)熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的地?zé)犭娬?，其特征是其中所述冷高壓液體被清除到廢料井內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的地?zé)犭娬?，其特征是其中所述預(yù)熱器出來的所述凝結(jié)物中的液體部分被清除到廢料井內(nèi)。
5.地?zé)犭娬?，包括多個如權(quán)利要求1特征e)的電站單元，其特征是其中所述低壓汽被并聯(lián)地加給多個電站單元中的每一個低壓汽輪機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的地?zé)犭娬?，其特征是其中所述單元包括單元分離器，并且所述地?zé)犭娬景▊溆薪祲浩鞯呐月饭芫€，它將所述前級分離器和汽輪機分路，用來將高壓地?zé)崃黧w直接加給所述單元分離器，該分離器產(chǎn)生低壓汽和低壓液體；一種裝置，用來將由所述單元分離器產(chǎn)生的所述低壓汽加給所述的單元低壓汽輪機。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的地?zé)犭娬?，其特征是其中所述低壓液體被加到所述單元的預(yù)熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的地?zé)犭娬荆涮卣魇瞧渲忻總€單元包括一臺發(fā)電機，位于汽輪機和有機蒸汽輪機之間，一個聯(lián)軸器用于將該單臺發(fā)電機與有機蒸汽輪機耦合。
9.用于地?zé)犭娬镜碾娬締卧ㄕ羝倪\轉(zhuǎn)，其特征是包括a)響應(yīng)所述蒸汽的汽輪機，用來產(chǎn)生電力及耗熱后的蒸汽；b)含有有機流體的冷凝器/蒸發(fā)器，用于通過將熱量傳給在那里的有機流體而將它蒸發(fā)來使所述耗熱后的蒸汽凝結(jié)成凝結(jié)物；c)響應(yīng)由所述冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸發(fā)的有機流體的有機蒸汽輪機，用來產(chǎn)生電力及耗熱后的有機蒸汽；d)有機蒸汽凝結(jié)器，用來接受所述有機蒸汽并產(chǎn)生有機液體；e，泵，用來將所述有機液體返回所述泠凝器/蒸發(fā)器；以及f、預(yù)熱器，用來在所述有機液體返回所述冷凝器/蒸發(fā)器之前將它預(yù)熱，該預(yù)熱器被供以來自所述冷凝器/蒸發(fā)器的凝結(jié)物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的電站單元，其特征是其中所述單元包括一個單臺發(fā)電機位于所述汽輪機和所述有機蒸汽輪機之間，以及將此二汽輪機的輸出軸耦合于發(fā)電機的聯(lián)軸裝置。
全文摘要
以高壓地?zé)崃黧w運作的地?zé)犭娬景ㄇ凹壏蛛x器，將流體分成二個通路，前級汽輪機在高壓汽通路。二級分離器將耗熱的高壓汽分成汽和液部分。前級熱交換器響應(yīng)高壓液部分和汽部分，將熱傳給汽部分，產(chǎn)生低壓汽及冷高壓液。至少一個電站單元包括低壓汽輪機；冷凝器/蒸發(fā)器含有機流體，接受耗熱后低壓汽并將它變成凝結(jié)物且蒸發(fā)有機流體；有機蒸汽輪機響應(yīng)冷凝器/蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸發(fā)有機流體；凝結(jié)器將熱有機蒸汽凝結(jié)成液體；預(yù)熱器加熱液體。
文檔編號F03G7/04GK1097240SQ9311414
公開日1995年1月11日 申請日期1993年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月2日
發(fā)明者L·Y·布朗尼基, N·阿米爾, Y·吉龍 申請人:奧馬特工業(yè)有限公司