способ предотвращения солеотложения при утилизации энергии геотермальных вод

Формула изобретения

Способ утилизации энергии геотермальных вод, включающий передачу через промежуточные теплообменники тепловой энергии геотермальной воды вторичному теплоносителю, отделение и сбор растворенных в геотермальной воде газов посредством первичного и вторичного сепараторов и газгольдера, а также использование потенциальной энергии геотермальной воды посредством преобразователя потенциальной энергии в виде детандера и компрессора на одном валу, отличающийся тем, что часть конденсата из вторичного сепаратора, подкисленного углекислым газом из газгольдера, поступает на низкие ступени детандера и первичный сепаратор с помощью насоса, установленного на одном валу с детандером и компрессором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к области использования и утилизации энергии геотермальных вод, и может быть использовано для теплоснабжения объектов различного назначения.

Большинство геотермальных месторождений содержат воду с низкой и средней температурой и это не позволяет обеспечить их конкурентоспособность с традиционными энергоносителями и приостанавливает развитие геотермальной энергетики. В то же время на многих эксплуатируемых геотермальных месторождениях устьевые избыточные давления превышают 2-5 МПа. Вода таких скважин содержит значительное количество растворенных газов органического происхождения, доходящее до 4-5 м³/м³ и более. Содержание метана составляет от 50 до 80%. При эксплуатации месторождений эти виды энергий утилизируются недостаточно эффективно.

Известен способ утилизации энергии геотермальных вод путем передачи через промежуточные теплообменники тепловой энергии геотермальной воды вторичному теплоносителю с использованием в качестве дополнительного источника энергии химической энергии растворенных газов посредством использования первичного и вторичного сепараторов [1].

Недостатком такого способа является то, что не используется дополнительная потенциальная энергия термальной воды. В то же время в первичном сепараторе образуются твердые отложения карбоната кальция, как результат нарушения в нем углекислотного равновесия.

Известен также способ утилизации энергии геотермальных вод [2], в котором утилизация энергии геотермальных вод осуществляется путем передачи через промежуточные теплообменники тепловой энергии геотермальной воды вторичному теплоносителю с использованием в качестве дополнительного источника энергии химической энергии растворенных газов посредством использования первичного и вторичного сепараторов, при этом в качестве дополнительного источника энергии используют сопутствующую потенциальную энергию геотермальной воды, а в качестве преобразователей потенциальной энергии используют детандер и компрессор на одном валу.

При таком способе утилизации энергии геотермальных вод происходит следующее: при резком понижении давления в детандере нарушается углекислотное равновесие, что приводит к интенсивному образованию отложений карбоната кальция на стенках оборудования, особенно на низких ступенях детандера и в первичном сепараторе. Это приводит к частой остановке оборудования первичного теплоносителя и связано с большими затратами на его очистку от твердых отложений.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности утилизации энергии геотермальных вод, то есть создание способа утилизации энергии геотермальных вод, позволяющего эксплуатировать оборудование первичного теплоносителя в режиме без солеотложения.

Поставленная задача решается тем, что в способе утилизации энергии геотермальных вод путем передачи через промежуточные теплообменники тепловой энергии геотермальной воды вторичному теплоносителю с использованием в качестве дополнительного источника энергии химической энергии растворенных газов посредством использования первичного и вторичного сепараторов, а также сопутствующей потенциальной энергии геотермальной воды, на одном валу с детандером и компрессором установлен насос подачи подкисленного конденсата на низкие ступени детандера и в первичный сепаратор.

На чертеже изображена технологическая схема предлагаемого способа.

Термальная вода из геотермальной скважины 1 направляется в первичный теплообменник 2, где происходит нагрев вторичного теплоносителя, который в дальнейшем направляется к потребителю тепла. Далее отработанная вода поступает в детандер 3 для утилизации потенциальной энергии. Из детандера термальная вода с низким давлением поступает в первичный сепаратор 4. Жидкая фаза энергоносителя из сепаратора 4 направляется в сток, а отсепарированный газ поступает в компрессор 5, привод которого осуществляется детандером 3. Из компрессора газ с высокими значениями давления и температуры направляется во вторичный теплообменник 6, куда противотоком также подводится нагреваемая пресная вода из коммунального водопровода 10. Из теплообменника 6 охлажденный газ направляется во вторичный сепаратор 7, откуда конденсат уходит в сток, а газ поступает в газгольдер 8. Из газгольдера газ проходит в газораспределительный пункт 9 и далее на потребительские нужды. Часть конденсата из сепаратора 7 подкисляется углекислым газом из газгольдера 8 и по линии 11 с помощью насоса 12 подается на низкие ступени детандера 3 и первичный сепаратор 4. Насос 12 установлен на одном валу с детандером 3 и компрессором 5.

Количество энергии, необходимой на привод насоса 12, составляет менее 5% от общего расхода энергии и зависит от концентрации углекислого газа в конденсате, транспортируемом в детандер. Подкисленный конденсат вместе с углекислым газом (также и в газовой фазе), попадая на лопатки и другие стенки низких ступеней детандера и первичного сепаратора, препятствует образованию твердой фазы карбоната кальция, а также смывает ранее образовавшиеся отложения. Таким образом, работа оборудования первичного теплоносителя осуществляется в режиме без солеотложения.

Пример. Скв. 27Т (Тернаир, г.Махачкала): температура воды 98°С, давление около 2 МПа при закрытой скважине и 1,2 МПа в устье скважины в рабочем состоянии (при дебите 3500 м³/сут), минерализация 23 г/л, содержание ионов Са ²⁺ - 0,10 г/л, НСО₃ ^- - 1,4 г/л. Газовый состав в % объемных: спонтанный СО₂ - 12; СН₄ - 79; N₂ - 8; растворенный CO₂ - 10; CH₄ - 15; N ₂ - 74,0. При давлении ниже 0,4 МПа вода данной скважины имеет склонность к отложениям твердой фазы карбоната кальция. На низких ступенях детандера и в первичном сепараторе давление падает до 0,1 МПа, что создает условия для интенсивного образования твердой фазы карбоната кальция на стенках данного оборудования. Подкисленный до рН=5-6 конденсат с углекислым газом, поступающий в детандер на низкие его ступени, предотвращает отложения карбоната кальция в нем и первичном сепараторе.

Источники информации

1. Авт. св. СССР 1615488, кл. F24J 3/08, опубл. 23.12.1990.

2. Патент РФ RU 02190812, кл. F24J 3/08, опубл. 10.10.2002.