地热能全流发电用两相单螺杆膨胀机理论膨胀过程热力特性研究

摘要

针对地热能发电技术存在的系统效率与热源利用率低的问题，对全流循环发电系统中替代传统汽轮机使用的单螺杆膨胀机进行了热力特性分析。基于质量守恒方程、能量守恒方程与湿蒸汽维里状态方程，建立了考虑液体闪蒸与气液平衡的单螺杆膨胀机理论全流膨胀过程的热力学模型，探索了进气温度与干度对气液两相工质状态及膨胀机热力特性的影响机理。结果表明：当进气温度由140℃升高至170℃时，湿蒸汽工质的质量、压力和温度均得到提升，单螺杆膨胀机的输出功率也由210 kW提升至约260 kW,等熵效率在进气温度为160℃时取得77%的最佳值；进气干度的提高会减少进入工作腔湿蒸汽工质质量，进而导致膨胀结束后介质压力与温度的降低，但显著促进了膨胀机的性能参数包括输出功率和等熵效率的提高，当进气干度为0.3时，单螺杆膨胀机的输出功率超过了500 kW,等熵效率也可达76.5%。上述研究结果对应用于地热能全流发电的两相单螺杆膨胀机的热力特性分析与改善以及全流发电技术的优化有一定的参考意义。

关键词

地热能 / 两相湿蒸气 / 单螺杆膨胀机 / 热力特性

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52376020,52176029); 山东省自然科学基金资助项目(ZR2022ME114)