Министерство образования
и науки РФ
Федеральное государственное
автономное образовательное учреждение
высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт – ЭНИН
Направление (специальность)
– Теплоэнергетика и теплотехника
Кафедра – Кафедра атомных
и тепловых электростанций
ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ УСТАНОВКА СО
СТРУЙНЫМИ НАСОСАМИ
Отчет об учебно-исследовательской
работе
Студент, гр.5Б1АНК _____________
____________ А.С. Семёнов
(подпись)
(дата)
Руководитель
_____________ ____________
А.А. Матвеева
(подпись)
(дата)
Томск – 2014
Содержание
Введение 3
1 Геотермальная энергетика 4
2 Классификация геотермальных
районов 6
3 Виды и свойства геотермальных
источников энергии
3.1 Сухие скальные
породы 7
3.2 Естественные
водоносные пласты 7
4 Геотермальные установки со
струйными насосами
4.1 Понятия и определения 9
4.2 Принцип работы 9
4.3 Отличительные особенности 9
Заключение 11
Список использованных источников 12
Введение
Геотермальная энергия,
т.е. теплота недр Земли, уже используется
в ряде стран, например в Исландии, России,
Италии и Новой Зеландии. Земная кора толщиной
32-35 км значительно тоньше лежащего под
ней слоя - мантии, простирающейся примерно
на 2900 км к горячему жидкому ядру. Мантия
является источником богатых газами огненно-жидких
пород (магмы), которые извергаются действующими
вулканами. Тепло выделяется в основном
вследствие радиоактивного распада веществ
в земном ядре. Температура и количество
этого тепла столь велики, что оно вызывает
плавление пород мантии.
В данном реферате
мы рассмотрим использование геотермальных
установок со струйными насосами, их особенности
и принцип работы, выявим их достоинства
и их недостатки.
- Геотермальная энергетика
Под геотермикой (от греческих
слов «гео» – земля и «термо» – тепло)
понимается наука, изучающая тепловое
состояние земной коры и Земли в целом,
его зависимость от геологического строения,
состава горных пород, магматических процессов
и целого ряда других факторов. В ядре
планеты максимальная температура достигает
4000 °С. Выход тепла через твердые породы
суши и океанского дна происходит главным
образом за счет теплопроводности (геотермальное
тепло) и реже – в виде конвективных потоков
расплавленной магмы или горячей воды.
Критерием теплового состояния
земного шара является поверхностный
градиент температуры, позволяющий судить
о потерях тепла Земли. Экстраполируя
градиент на большие глубины, можно в какой-то
степени оценить температурное состояние
земной коры. Величина, соответствующая
углублению в метрах, при котором температура
повышается на 1 °С, называется геотермической
ступенью.
Земная кора состоит из огромных
платформ. Зонам границ платформ соответствует
усиление теплового взаимодействия коры
с мантией, сопровождающееся сейсмической
активностью, наличием вулканов, гейзеров,
фумарол и горячих ключей. Потенциал геотермальной
энергии этих районов очень велик, им соответствует
увеличение температурных градиентов
до 100 °С/км и активация высвобождения
воды в виде пара или перегретой жидкости,
часто находящихся под повышенным давлением.
Из-за аномалий в структуре коры районы
с умеренным увеличением температурных
градиентов (примерно до 50 °С) встречаются
и на достаточном удалении от границ платформ.
В таких районах тепло может высвобождаться
естественным образом из-за проникновения
воды в зону подогрева, сопровождающегося
интенсивным конвективным теплообменом.
В результате возникают горячие источники
с повышенной концентрацией растворенных
химических веществ, часто известные как
целебные. Глубоко залегающие зоны подогрева
с помощью бурения могут стать источниками
тепла с температурой от 50 до 200 °С. Если
подобные аномалии связаны с материалами,
имеющими низкую теплопроводность, например
сухими скальными породами, то повышение
температурных градиентов достигается
за счет относительного увеличения запасенного
в породах тепла.
- Классификация геотермальных
районов
Геотермальный. Температурный
градиент – более 80 °С/км. Эти районы расположены
в тектонической зоне вблизи границ континентальных
плит. Первый такой район был задействован
для производства электроэнергии в 1904
г. вблизи Лардерелло (Тоскана, Италия).
Почти все из существующих ГеоТЭС размещены
именно в таких районах.
Полутермальный. Температурный
градиент – примерно от 40 до 80 °С/км. Подобные
районы связаны главным образом с аномалиями,
лежащими в стороне от границ платформ.
Извлечение тепла производится из естественных
водоносных пластов или из раздробленных
сухих пород. Хорошо известный пример
такого района находится вблизи Парижа
и используется для обогрева зданий.
Нормальный. Температурный
градиент – менее 40 °С/км. Такие районы
наиболее распространены, именно здесь
тепловые потоки в среднем составляют
примерно 0,06 Вт/м 2. Маловероятно, чтобы
в таких районах даже в будущем стало экономически
выгодно извлекать тепло из недр.
- Виды и свойства геотермальных
источников энергии
3.1 Сухие скальные
породы
3.2 Естественные водоносные
пласты
В любой точке земной поверхности,
на определенной глубине, зависящей от
геотермических особенностей района,
залегают пласты горных пород, содержащие
термальные воды (гидротермы). В связи
с этим в земной коре следует выделять
еще одну зону, условно называемую «гидротермальной
оболочкой».
В соответствии с температурой
теплоносителя все геотермальные источники
подразделяют на:
эпитермальные источники - обычно
относят источники горячей воды с температурой
50…90°С, расположенные в верхних слоях
осадочных пород, куда проникают почвенные
воды.
мезотермальные источники -
источники с температурой воды 100…200°С.
гипотермальные источники -
температура в верхних слоях превышает
200°С и практически не зависит от почвенных
вод.
Все перечисленные типы термальных
вод имеют разнообразнейший химический
и газовый состав. Их общая минерализация
колеблется от ультрапресных категорий
(менее 0,1 г / л) до категорий сверхкрепких
рассолов (более 600 г / л). Гидротермы содержат
в растворенном состоянии различные газы:
активные (агрессивные), такие, как углекислота,
сероводород, атомарный водород, и малоактивные
– азот, метан, водород. В геотермальной
энергетике могут быть использованы практически
все виды термальных вод: перегретые воды
– при добыче электроэнергии пресные
термальные воды – в коммунальном теплообеспечении
солоноватые воды – в бальнеологических
целях рассолы – как промышленное сырье.
- Геотермальные установки
со струйными насосами
4.1 Понятия и определения
Струйный
насос (инжектор-конденсатор) работает
как насос, поднимающий воду из источника
и подающий ее потребителю; он нагревает
ее и может менять ее минерализацию. В
камере смешения струйного аппарата, являющейся
эффективным теплообменником смешивающего
типа, происходит ее интенсивный нагрев.
Струйный насос содержит паровое и жидкостное
сопла, камеру смешения и диффузор. Он
не требует ухода, достаточно дешев и несложен
в изготовлении и обслуживании. В нем отсутствуют
трущиеся и вращающиеся детали, что гарантирует
длительный срок службы.
4.2 Принцип работы
Струйный
насос работает следующим образом. После
расширения в паровом сопле пароводяная
смесь с весьма низким начальным массовом
паросодержанием с достаточно высокой
скоростью смешивается с подаваемой в
камеру смешения холодной жидкостью. В
результате смешения и конденсации пара
давление в камере смешения образуется
достаточно низкое (вакуум), что позволяет
засасывать воду из источника, в том числе
и достаточно нагретую, и с примесями.
Это позволяет использовать такой насос
для перекачки горячих минерализованных
вод. Благодаря окончанию конденсации
паровой фазы в диффузоре и резкой перестройке
структуры течения после диффузора происходит
значительное повышение давления (до 4.5
раз в данном случае) по сравнению с его
значениями на входе в аппарат.
4.3 Отличительные особенности
Основным
отличием струйных насосов в геотермальных
установках является то, что для перекачки
горячей воды используется вторая ступень инжектора
или отверстия во второй половине его
камеры смешения (их обычно используют
вначале для запуска). При таком использовании
струйные насосы заменяют дорогостоящие
и громоздкие центробежно-вихревые насосы
с электроприводом для работы на горячих
минерализованны водах.
Заключение
Разработанные в
ЭНИН геотермальные установки с использованием
паро-водяной смеси, поступающей непосредственно
из геотермальной скважины, или пара после
сепараторов ГеоТЭС, и струйных насосов-инжекторов
предназначены для горячего водо- и теплоснабжения
и для реинжекции сливных вод в пласт через
скважины закачки.
Они могут существенно
(в 2-3 раза) снижать минерализацию солей
в воде благодаря смешению с холодной
и слабоминерализованной водой из поверхностных
источников, а также подавать горячие
рассолы на предприятия для извлечения
из них ценного сырья. Т.е. они устраняют
загрязнение (тепловое и солевое) окружающей
среды, характеризуются простотой, надежностью
и низкой стоимостью.
Список использованных
источников
1. Агеев В.А. Нетрадиционные
и возобновляемые источники энергии
(курс лекций).
2. Калинин Ю.Я., Дубинин А.Б. Нетрадиционные
способы получения энергии. – Саратов:
СПИ, 1983. – 70 с.
3. Нетрадиционные источники
энергии. – М.: Знание, 1985. – 95 с.
4. Нетрадиционные источники
энергии: рекоменд. библиогр. обзор / сост.
Л.М. Кузнецова. – М.: Книга, 1984.
5. Мировая энергетика: прогноз
развития до 2020 г. / пер. с англ. – М.: Энергия,
1980. – 255 с.