一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置与方法与流程

1.本发明涉及供热技术领域，具体涉及一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置与方法。


背景技术：

2.地热能是一种具有成本效益、可靠、可持续和环境友好的可再生能源。地热能资源具有种类多、分布广、储量大、开发利用潜力大的特点。浅层地热能和地热能采暖技术已经成熟。但在地热能发电项目上开发较少，地热能总装机容量仅为27.78mw，占地球发电总装机容量的0.2％。
3.现阶段的地热能利用方式主要为供热，将从地下提取的地热能直接供热或采用热泵进行提质后用于区域性或集中性供热。在利用时，将高品位的地热能直接用于供热，造成高位能的浪费。另外，供热时间仅集中在冬季，夏季时的制冷需求难以满足。地热能驱动汽轮机进行发电，可以产生稳定的电能，但是汽轮机排出的低品位热能难以得到有效利用。
4.综上所述，现有的地热能存在的缺陷为：
5.1)由于高品位的地热能直接用于供热，造成高品位能量浪费；
6.2)地热能无法满足夏季制冷需求；
7.3)低品位的热能难以利用。


技术实现要素：

8.本发明解决了现有的高品位地热能能量浪费，无法满足夏季制冷需求，且低品位的热能难以利用的问题。
9.本发明所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置，所述装置包括气液分离装置、发电装置、冬季供热装置、夏季供冷装置和海水淡化装置；
10.所述气液分离装置与发电装置连接：
11.所述发电装置与冬季供热装置连接；
12.所述冬季供热装置与夏季供冷装置连接；
13.所述夏季供冷装置与海水淡化装置连接；
14.所述气液分离装置包括闪蒸罐、蒸汽出口和液体出口；
15.所述发电装置包括蒸汽轮机和第一三通阀；
16.所述冬季供热装置包括第二三通阀；
17.所述夏季供冷装置包括发生器和第三三通阀；
18.所述海水淡化装置包括加热器；
19.所述闪蒸罐上分别设置有蒸汽出口和液体出口；
20.所述蒸汽出口通过管道与蒸汽轮机连接；
21.所述液体出口通过管道与第一三通阀连接；
22.所述第一三通阀通过管道与第二三通阀连接；
23.所述第二三通阀与发生器连接；
24.所述发生器通过管道与第三三通阀连接；
25.所述第三三通阀与加热器连接。
26.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述气液分离装置还包括地热能热水提取点和节流阀；
27.所述地热能热水提取点、节流阀和闪蒸罐通过管道依次连接。
28.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述发电装置还包括发电机和冷凝器；
29.所述发电机与蒸汽轮机连接；
30.所述冷凝器一端通过管道与蒸汽轮机连接，另一端通过管道与第一三通阀连接。
31.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述冬季供热装置还包括供热换热器；
32.所述供热换热器与第二三通阀连接。
33.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述夏季供冷装置还包括溶液热量交换器、膨胀阀、溶液泵、吸收器、蒸发器、制冷膨胀阀、冷凝器、制冷回水入口和制冷冷水出口；
34.所述溶液热量交换器与发生器互通连接；
35.所述膨胀阀和溶液泵的一端均与溶液热量交换器连接，另一端均与吸收器连接；
36.所述吸收器与蒸发器连接；
37.所述蒸发器上分别设置有制冷回水入口和制冷冷水出口；
38.所述蒸发器通过制冷膨胀阀与冷凝器连接；
39.所述冷凝器与发生器连接。
40.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述海水淡化装置还包括除湿换热器、加湿换热器和地热能回灌点；
41.所述除湿换热器与加湿换热器互通连接；
42.所述除湿换热器通过加热器与加湿换热器连接；
43.所述地热能回灌点与加热器连接。
44.本发明所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产方法，所述方法是采用上述方法中任一所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置实现的，具体为：
45.地热能热水提取点抽取含地热能的热水，该热水通过节流阀流入到闪蒸罐中，该热水在闪蒸罐中分别分离出水蒸气和液体；
46.水蒸气从蒸汽出口流出送入到蒸汽轮机中，其通过发电机产生电量，水蒸气离开蒸汽轮机通过冷凝器冷凝成液体，冷凝后的液体通过第一三通阀与液体出口流出的液体进行混合后形成混合液体，混合液体进入第二三通阀中；
47.冬季供暖时，打开冬季供热装置，混合液体通过供热换热器与热网回水进行热交换；
48.夏季供冷时，打开夏季供冷装置，开始制冷；
49.冬季供暖后的热水通过供热换热器后进入第三三通阀中，夏季供冷后的热水通过发生器进入第三三通阀中，第三三通阀中的热水进入到海水淡化装置，除湿换热器将海水分离出淡水，加湿换热器将海水分离出盐水，地热能热水提取点抽取含地热能的热水回灌到地热能回灌点。
50.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述夏季供冷时，打开夏季供冷装置，开始
制冷，具体为：
51.采用溴化锂作为工质，浓度低于53％的溴化锂溶液从吸收器离开，通过溶液泵进入溶液热量交换器，浓度低于53％的溴化锂溶液在溶液交换器被预热后进入发生器，发生器在接收混合液体后，利用混合液体的热量使浓度低于53％的溴化锂溶液进行蒸发产生水蒸气和浓度高于57％的溴化锂溶液，水蒸气进入到冷凝器中冷凝成液体后，液体通过制冷膨胀阀进入到蒸发器中，液体吸收制冷回水入口流入水的热量，失去热量的水从制冷冷水出口排出，提供冷量。
52.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述浓度高于57％的溴化锂溶液进入到溶液热量交换器中，并通过溶液膨胀阀膨胀到吸收器中，浓度高于57％的溴化锂溶液与蒸发器流出的气体混合。
53.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第三三通阀中的热水进入到海水淡化装置，除湿换热器将海水分离出淡水，加湿换热器将海水分离出盐水，地热能热水提取点抽取含地热能的热水回灌到地热能回灌点，具体为：
54.海水进入到除湿换热器中，一部分海水直接进入到加湿换热器中，一部分海水在加湿换热器中形成湿空气后，湿空气直接进入到除湿换热器中，湿空气对另一部分海水进行预加热，另一部分海水的水蒸气和湿空气的水蒸气均凝结成液态水流出；
55.预加热后的另一部分海水进入到加热器中，通过来自第三三通阀热水的热量对另一部分海水再次加热，加热后另一部分海水进入加湿换热器中，另一部分海水在加湿换热器中失去热量和水分，分离出盐水被排出，同时，另一部分海水蒸发出来的水蒸气和干空气混合后进入到除湿器中；
56.地热能热水提取点抽取含地热能的热水通过加热器后，将其温度下降，回灌到地热能回灌点。
57.本发明解决了现有的高品位地热能能量浪费，无法满足夏季制冷需求，且低品位的热能难以利用的问题。具体有益效果包括：
58.1、本发明所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置，采用高品质的地热能进行发电，利用低品位的地热能和汽轮机排出的低品位热能进行冬季供热，并联一套吸收式热泵系统满足夏季供冷的要求；
59.2、本发明所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置，在供冷或供热后排出的低品位热能用于海水淡化装置，从而得到满足人民引用的淡水，实现了地热能的品位对口、梯级利用。
附图说明
60.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
61.图1是具体实施方式所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置的结构示意图；
62.图中，1为地热能热水提取点，2为节流阀，3为闪蒸罐，4为蒸汽出口，5为液体出口，6为蒸汽轮机，7为发电机，8为冷凝器，9为第一三通阀，10为第二三通阀，13为供热换热器，14为发生器，15为溶液热量交换器，16为膨胀阀，17为溶液泵，18为吸收器，19为蒸汽器，20
为制冷膨胀阀，21为冷凝器，23为第三三通阀，24为除湿换热器，25为加热器，26为加湿换热器，27为地热能回灌点，28为制冷回水入口，29为制冷冷水出口。
具体实施方式
63.下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
64.本实施方式所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置，所述装置包括气液分离装置、发电装置、冬季供热装置、夏季供冷装置和海水淡化装置；
65.所述气液分离装置与发电装置连接：
66.所述发电装置与冬季供热装置连接；
67.所述冬季供热装置与夏季供冷装置连接；
68.所述夏季供冷装置与海水淡化装置连接；
69.所述气液分离装置包括闪蒸罐3、蒸汽出口4和液体出口5；
70.所述发电装置包括蒸汽轮机6和第一三通阀9；
71.所述冬季供热装置包括第二三通阀10；
72.所述夏季供冷装置包括发生器14和第三三通阀23；
73.所述海水淡化装置包括加热器25；
74.所述闪蒸罐3上分别设置有蒸汽出口4和液体出口5；
75.所述蒸汽出口4通过管道与蒸汽轮机6连接；
76.所述液体出口5通过管道与第一三通阀9连接；
77.所述第一三通阀9通过管道与第二三通阀10连接；
78.所述第二三通阀10与发生器14连接；
79.所述发生器14通过管道与第三三通阀23连接；
80.所述第三三通阀23与加热器25连接。
81.本实施方式中，所述气液分离装置还包括地热能热水提取点1和节流阀2；所述地热能热水提取点1、节流阀2和闪蒸罐3通过管道依次连接。
82.本实施方式中，所述发电装置还包括发电机7和冷凝器8；
83.所述发电机7与蒸汽轮机6连接；
84.所述冷凝器8一端通过管道与蒸汽轮机6连接，另一端通过管道与第一三通阀9连接。
85.本实施方式中，所述冬季供热装置还包括供热换热器13；
86.所述供热换热器13与第二三通阀10连接。
87.本实施方式中，所述夏季供冷装置还包括溶液热量交换器15、膨胀阀16、溶液泵17、吸收器18、蒸发器19、制冷膨胀阀20、冷凝器21、制冷回水入口28和制冷冷水出口29；
88.所述溶液热量交换器15与发生器14互通连接；
89.所述膨胀阀16和溶液泵17的一端均与溶液热量交换器15连接，另一端均与吸收器18连接；
90.所述吸收器18与蒸发器19连接；
91.所述蒸发器19上分别设置有制冷回水入口28和制冷冷水出口29；
92.所述蒸发器19通过制冷膨胀阀20与冷凝器21连接；
93.所述冷凝器21与发生器14连接。
94.本实施方式中，所述海水淡化装置还包括除湿换热器24、加湿换热器26和地热能回灌点27；
95.所述除湿换热器24与加湿换热器26互通连接；
96.所述除湿换热器24通过加热器25与加湿换热器26连接；
97.所述地热能回灌点27与加热器25连接。
98.本实施方式基于本发明所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置，结合图1能更好的理解本实施方式，提供一种实际的实施方式：
99.所述装置包括气液分离装置、发电装置、冬季供热装置、夏季供冷装置和海水淡化装置。
100.气液分离装置包括地热能热水提取点1、节流阀2和闪蒸罐3，节流阀2用于控制流量，三个部件通过管道依次相连；
101.发电装置包括蒸汽轮机6、发电机7、冷凝器8和第一三通阀9；
102.冬季供热装置包括第二三通阀10和供热换热器13；
103.夏季供冷装置包括发生器14、冷凝器21、制冷膨胀阀20、蒸发器19、吸收器18、膨胀阀16、溶液泵17、溶液热量交换器15、第三三通阀23、制冷回水入口28和制冷冷水出口29；
104.海水淡化装置包括除湿换热器24、加热器25、加湿换热器26和地热能回灌点27。
105.现有的地热能热量利用中存在时间和空间上不匹配，以及克服水资源短缺等问题，通过气液分离装置、发电装置、冬季供热装置、夏季供冷装置和海水淡化装置，实现了从高品质地热能到低品质地热能的逐级利用，提高了系统的效率，冬季供热夏季制冷，满足用户的舒适性需求。
106.本实施方式所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产方法，所述方法是采用上述实施方式中任一所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置实现的，具体为：
107.地热能热水提取点1抽取含地热能的热水，该热水通过节流阀2流入到闪蒸罐3中，该热水在闪蒸罐3中分别分离出水蒸气和液体；
108.水蒸气从蒸汽出口4流出送入到蒸汽轮机6中，其通过发电机7产生电量，水蒸气离开蒸汽轮机6通过冷凝器8冷凝成液体，冷凝后的液体通过第一三通阀9与液体出口5流出的液体进行混合后形成混合液体，混合液体进入第二三通阀10中；
109.冬季供暖时，打开冬季供热装置，混合液体通过供热换热器13与热网回水进行热交换；
110.夏季供冷时，打开夏季供冷装置，开始制冷；
111.冬季供暖后的热水通过供热换热器13后进入第三三通阀23中，夏季供冷后的热水通过发生器14进入第三三通阀23中，第三三通阀23中的热水进入到海水淡化装置，除湿换热器24将海水分离出淡水，加湿换热器26将海水分离出盐水，地热能热水提取点1抽取含地热能的热水回灌到地热能回灌点27。
112.本实施方式中，所述夏季供冷时，打开夏季供冷装置，开始制冷，具体为：
113.采用溴化锂作为工质，浓度低于53％的溴化锂溶液从吸收器18离开，通过溶液泵
17进入溶液热量交换器15，浓度低于53％的溴化锂溶液在溶液交换器15被预热后进入发生器14，发生器14在接收混合液体后，利用混合液体的热量使浓度低于53％的溴化锂溶液进行蒸发产生水蒸气和浓度高于57％的溴化锂溶液，水蒸气进入到冷凝器21中冷凝成液体后，液体通过制冷膨胀阀20进入到蒸发器19中，液体吸收制冷回水入口28流入水的热量，失去热量的水从制冷冷水出口29排出，提供冷量。
114.本实施方式中，所述浓度高于57％的溴化锂溶液进入到溶液热量交换器15中，并通过溶液膨胀阀16膨胀到吸收器18中，浓度高于57％的溴化锂溶液与蒸发器19流出的气体混合。
115.本实施方式中，所述第三三通阀23中的热水进入到海水淡化装置，除湿换热器24将海水分离出淡水，加湿换热器26将海水分离出盐水，地热能热水提取点1抽取含地热能的热水回灌到地热能回灌点27，具体为：
116.海水进入到除湿换热器24中，一部分海水直接进入到加湿换热器26中，一部分海水在加湿换热器26中形成湿空气后，湿空气直接进入到除湿换热器24中，湿空气对另一部分海水进行预加热，另一部分海水的水蒸气和湿空气的水蒸气均凝结成液态水流出；
117.预加热后的另一部分海水进入到加热器25中，通过来自第三三通阀23热水的热量对另一部分海水再次加热，加热后另一部分海水进入加湿换热器26中，另一部分海水在加湿换热器26中失去热量和水分，分离出盐水被排出，同时，另一部分海水蒸发出来的水蒸气和干空气混合后进入到除湿器24中；
118.地热能热水提取点1抽取含地热能的热水通过加热器25后，将其温度下降，回灌到地热能回灌点27。
119.本实施方式基于本发明所述的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产方法，提供一种实际的实施方式：
120.地热能热水提取点1抽取含地热能的热水，热水通过节流阀2进入到闪蒸罐3中，热水在闪蒸罐3中分离成水蒸气和液体。
121.水蒸气从蒸汽出口4流出，并通过管道送入到蒸汽轮机6中，水蒸气通过发电机7产生电量，水蒸气离开蒸汽轮机6，通过冷凝器8冷凝成液体，冷凝后的液体通过第一三通阀9与液体出口5流出的液体进行混合后形成高温混合液体，高温混合液体进入第二三通阀10中；
122.具体地，主要是利用蒸汽轮机6将闪蒸罐3排出的蒸汽的能量转化为机械能，利用与蒸汽轮机6相连的发电机7将机械能转化为电能，从蒸汽轮机6出来的蒸汽进入到冷凝器8发生冷凝成冷凝水。
123.冬季供暖时，打开冬季供热装置，关闭夏季供冷装置，高温混合液体通过供热换热器13与热网回水进行热交换。
124.夏季供冷时，打开夏季供冷装置，关闭冬季供热装置，采用溴化锂作为工质。低浓度溴化锂溶液从吸收器18离开，并通过溶液泵17进入溶液热量交换器15中，低浓度溴化锂溶液在溶液交换器15被预热后，进入到发生器14中，同时，高温混合液体进入发生器14中，低浓度溴化锂溶液中的水分大量蒸发进入到冷凝器21中冷凝成饱和液体后，进入到制冷膨胀阀20中，液体从制冷膨胀阀20流出后，进入到蒸发器19中吸收来自制冷回水入口28流入水的热量，失去热量的水从制冷冷水出口29排出，提供冷量；
125.在发生器14中的低浓度溴化锂溶液中的水分大量蒸发后形成高浓度溴化锂溶液，高浓度溴化锂溶液进入到溶液热量交换器15中，溶液热量交换器15失去少部分热量用于加热低浓度溴化锂溶液，高浓度溴化锂溶液通过溶液膨胀阀16膨胀到吸收器18的工作压力；
126.蒸发器19流出的气体进入吸收器18中，气体与来自于膨胀阀16的浓溴化锂溶液混合；
127.所述高浓度溴化锂溶液为浓度高于57％的溴化锂溶液；
128.所述低浓度溴化锂溶液为浓度低于53％的溴化锂溶液。
129.夏季供冷后的热水，从发生器14流出进入第三三通阀23中，冬季供暖后的热水，通过供热换热器13进入第三三通阀23中，热水从第三三通阀23进入到海水淡化装置；
130.海水进入到除湿换热器24中，一部分海水直接进入到加湿换热器26中，在加湿换热器26中形成湿空气后，再进入到除湿换热器24中，另一部分海水利用湿空气对其进行预加热，预加热后的另一部分海水失去部分水分，湿空气失去水蒸气的潜热热量，水蒸气凝结成液态水流出，干空气进入到加湿换热器26中；
131.除湿换热器24和加湿换热器26属于热交换器的装置；
132.接下来，预加热后的另一部分海水进入到加热器25中，利用来自于第三三通阀23的热水的热量对另一部分海水进行加热，加热后的另一部分海水流入到加湿换热器26中，另一部分海水在加湿换热器26中失去热量和水分，变成浓盐水被排出，与此同时，另一部分海水蒸发出来的水蒸气与干空气在加湿换热器26中混合后进入到除湿换热器24中。
133.地热能热水提取点1抽取含地热能的热水通过热水加热器25后，温度下降，最后回灌到地热能回灌点27，热水回到地下。整个过程，没有地下水的水量损失，仅提取热量。
134.综上，本发明采用气液分离装置将含地热能的热水中的高品质蒸汽和低品质热水分离。高品质蒸汽通过蒸汽轮机进行发电，蒸汽轮机排出的乏汽，通过冷凝器冷凝后与低品质热水相互混合，混合后用于供热或供冷。仅需要通过供热换热器与供热回水进行换热，可以满足供热需求。夏季供冷需要耦合一台吸收式制冷机组，满足夏季制冷需求。供热或供冷的水依然含有低品位的热量，利用这部分热量进行海水淡化，从而提供清洁的水资源，从而实现了能源的梯级利用，提高了传统设备的利用效率，降低了供暖或供冷成本和污染物排放，保证了用户侧的供热或供冷质量。
135.以上对本发明所提出的一种基于地热能季节性的梯级利用的多联产装置与方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。