雙循環地熱發電系統

地下熱水用深井泵抽到地面進入電站內的蒸發器，加熱某一種低沸點介質(如氟里昂11)，使之變為低沸點介質蒸汽，然後通入汽輪機做功發電，汽輪機排出的乏汽經凝汽器冷凝成液體，用工質泵再打回蒸發器重新加熱，循環使用。為充分利用地熱水的餘熱，讓從蒸發器排出的地熱水經過一個預熱器先預熱來自凝汽器的低沸點工質液體，使其溫度上升至接近蒸發器內的工質飽和溫度，再進入蒸發器。為了保證從地熱井來的地熱水在輸送過程中不閃蒸成蒸汽和不使溶解氣體從水中逸出，在管路中的熱水始終保持承受超過其溫度對應的飽和壓力。

與閃蒸系統相比，雙循環系統的優點是：①低沸點工質的蒸汽比容比閃蒸系統減壓擴容后的蒸汽比容小得多，而汽輪機的幾何尺寸主要取決於末級葉輪和排汽管的尺寸(它取決於工質的體積流量)，因此，雙循環發電系統的管道和汽輪機尺寸都十分緊湊，造價也低;②地下熱水與低沸點工質在蒸發器內是間接換熱，地熱水並不直接參加熱力過程，所以汽輪機內避免了地熱水中氣、固雜質所導致的腐蝕問題;③可以適應各種不同化學類型的地下熱水; ④能利用溫度較低的地熱水;⑤如果地熱排水回灌地下，則水中的各種不凝氣體仍保留在熱水裡並一起回到地下，避免了地面的大氣污染。由於熱水從地熱井抽出一直到回灌地下始終處於壓力之下，因而水中的結垢組分不會析出，從而避免了井管及管道系統中的結垢。這種系統的缺點是：①低沸點工質價貴，來源不廣，有的還易燃易爆，或有毒性，因而要求系統各處的密封性好，技術要求高。②由於蒸發器、凝汽器和預熱器都必須採用間壁式換熱器，增加了傳熱溫差引起的不可逆熱損失。低沸點工質一般傳熱性能較差，換熱面積要求較大，從而增加了投資。③操作和維修要求高。

雙循環地熱發電系統的低沸點工質選擇十分重要，它既要有化學穩定性以及有較好的熱力學特性，又要有價廉、來源廣、無毒、不易燃燒等特點。要滿足上述所有要求的低沸點工質是難找的，選擇時只能根據設計要求抓其主要的方面。在現有的一些雙循環地熱電站中，採用較多的低沸點工質有異丁烷、正丁烷、氟里昂11、氟里昂114等。為了充分利用不同工質的不同優點，採用混合工質(如異丁烷和異戊烷)也是正在發展的有前途的一種選擇。

雙循環發電系統所採用的低沸點工質汽輪機一般為軸流式，特別是在單機功率較大時。對較小功率的汽輪機採用軸流式，可以獲得很高的相對內效率。軸流式低沸點工質汽輪機的設計，其原理與水蒸氣汽輪機相同。然而，在應用地熱流體的條件下，低沸點有機化合物的性質與水蒸氣性質有著顯著的差別，因而設計也就存在某些不同之點。例如，低沸點工質蒸汽中的聲速差不多是水蒸氣聲速的一半，因而其汽輪機的設計應使其轉子直徑為水蒸氣汽輪機轉子直徑的一半，或者轉速是後者的一半。此外，在相同溫度範圍內，低沸點工質蒸汽的密度比水蒸氣高一個數量級，而等熵焓降產生的功則少一個數量級。因此，為了產生相同的功率，低沸點工質的質量流量應比水蒸氣的高一個數量級，雖然容積流量幾乎是相等的。低沸點有機工質的高密度和小焓降，再加上不夠理想的性質，對汽輪機設計有特殊要求。