[科普中国]-双循环地热发电系统

利用地下热水来加热某种低沸点工质， 使其进入汽轮机工作的地热发电系统，又称中间介质法或低沸点工质循环。它是为克服闪蒸地热发电系统的缺点而出现的一种循环系统。

释义利用地下热水来加热某种低沸点工质， 使其进入汽轮机工作的地热发电系统，又称中间介质法或低沸点工质循环。它是为克服闪蒸地热发电系统的缺点而出现的一种循环系统。地下热水用深井泵抽到地面进入电站内的蒸发器，加热某一种低沸点介质(如氟里昂11)，使之变为低沸点介质蒸汽，然后通入汽轮机做功发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，用工质泵再打回蒸发器重新加热，循环使用。为充分利用地热水的余热， 让从蒸发器排出的地热水经过一个预热器先预热来自凝汽器的低沸点工质液体， 使其温度上升至接近蒸发器内的工质饱和温度，再进入蒸发器。为了保证从地热井来的地热水在输送过程中不闪蒸成蒸汽和不使溶解气体从水中逸出， 在管路中的热水始终保持承受超过其温度对应的饱和压力。1

优点与闪蒸系统相比，双循环系统的优点是：①低沸点工质的蒸汽比容比闪蒸系统减压扩容后的蒸汽比容小得多， 而汽轮机的几何尺寸主要取决于末级叶轮和排汽管的尺寸(它取决于工质的体积流量)，因此，双循环发电系统的管道和汽轮机尺寸都十分紧凑， 造价也低;②地下热水与低沸点工质在蒸发器内是间接换热，地热水并不直接参加热力过程， 所以汽轮机内避免了地热水中气、固杂质所导致的腐蚀问题;③可以适应各种不同化学类型的地下热水; ④能利用温度较低的地热水;⑤如果地热排水回灌地下，则水中的各种不凝气体仍保留在热水里并一起回到地下， 避免了地面的大气污染。由于热水从地热井抽出一直到回灌地下始终处于压力之下，因而水中的结垢组分不会析出，从而避免了井管及管道系统中的结垢。这种系统的缺点是：①低沸点工质价贵，来源不广，有的还易燃易爆，或有毒性，因而要求系统各处的密封性好，技术要求高。②由于蒸发器、凝汽器和预热器都必须采用间壁式换热器，增加了传热温差引起的不可逆热损失。低沸点工质一般传热性能较差， 换热面积要求较大， 从而增加了投资。③操作和维修要求高。

低沸点工质选择双循环地热发电系统的低沸点工质选择十分重要，它既要有化学稳定性以及有较好的热力学特性，又要有价廉、来源广、无毒、不易燃烧等特点。要满足上述所有要求的低沸点工质是难找的， 选择时只能根据设计要求抓其主要的方面。在现有的一些双循环地热电站中，采用较多的低沸点工质有异丁烷、正丁烷、氟里昂11、氟里昂114等。为了充分利用不同工质的不同优点，采用混合工质(如异丁烷和异戊烷)也是正在发展的有前途的一种选择。

双循环发电系统所采用的低沸点工质汽轮机一般为轴流式，特别是在单机功率较大时。对较小功率的汽轮机采用轴流式，可以获得很高的相对内效率。轴流式低沸点工质汽轮机的设计， 其原理与水蒸气汽轮机相同。然而，在应用地热流体的条件下，低沸点有机化合物的性质与水蒸气性质有着显著的差别， 因而设计也就存在某些不同之点。例如，低沸点工质蒸汽中的声速差不多是水蒸气声速的一半， 因而其汽轮机的设计应使其转子直径为水蒸气汽轮机转子直径的一半， 或者转速是后者的一半。此外，在相同温度范围内，低沸点工质蒸汽的密度比水蒸气高一个数量级， 而等熵焓降产生的功则少一个数量级。因此， 为了产生相同的功率， 低沸点工质的质量流量应比水蒸气的高一个数量级，虽然容积流量几乎是相等的。低沸点有机工质的高密度和小焓降，再加上不够理想的性质，对汽轮机设计有特殊要求。2

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学