CN101806517A - 一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组 - Google Patents
一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组 Download PDFInfo
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Abstract
一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组属于能源技术应用领域。该机组由吸收式热泵、中温烟气-水换热器、低温烟气-水换热器、地埋管或浅层地下水井或污水换热器以及连接管路和阀门等附件组成。该机组以高温烟气或热水作为吸收式热泵的驱动热源，供热工况下提取低温烟气热量和浅层地热或污水源热量；制冷工况下除供应冷冻水外，将中温烟气热量制取热水用于溶液除湿空调溶液再生，同时将低温烟气热量利用地埋管循环水排入地下储存，以便冬季供热时提取，吸收机冷却侧热量排入地埋管、浅层地下水井，减少冷却塔负荷。与现有技术相比，该机组实现烟气和热水能量的梯级利用，提高供热和制冷效率，并注重浅层地热利用的冬夏季平衡。
Description
技术领域
本发明属于能源技术应用领域，特别涉及一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组。
背景技术
燃气热电冷联供能源系统以其高效、经济、环保等优势日益受到世界范围的广泛重视。目前的燃气热电冷联产系统一般采用高温排烟驱动吸收式机组，夏季吸收式制冷，冬季仅作为换热器使用，直接将这部分热量用于供暖，高能低用，排烟温度均在100℃以上，排放的中温烟气不仅有显热，更有大量的水蒸气汽化潜热未被利用，以天然气为例，这部分热量一般占天然气低位热值计算输入热量的10～15％左右。另外即使冬季采用吸收式热泵运行，采用高温段的烟气热量作为驱动热源回收利用低温烟气冷凝余热，仍然没有充分利用高温段烟气热量的做功能力，它还有能力回收除烟气低温余热之外的其它余热。因此如何在冬夏季进一步降低排烟温度，充分利用高温段烟气的做功能力，实现能源的梯级利用，提高能源利用效率，具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组。
本发明采用的技术方案为：所述机组由吸收式热泵、中温烟气-水换热器、地埋管以及用于连接以上部件的连接管路、阀门组成；吸收式热泵由烟气发生器、冷凝及吸收器、蒸发器组成，其中高温烟气依次进入吸收式热泵的烟气发生器、中温烟气-水换热器后排出机组；在供热工况下，吸收式热泵的蒸发器与地埋管通过循环水路相连，回收浅层地热，吸收式热泵的冷凝及吸收器与中温烟气-水换热器并联接入采暖水管路；在制冷工况下，吸收式热泵的蒸发器接入冷冻水管路，吸收式热泵的冷凝及吸收器与地埋管通过循环水路相连。
所述机组沿高温烟气行进方向在中温烟气-水换热器后串联低温烟气-水换热器，高温烟气依次进入吸收式热泵的烟气发生器、中温烟气-水换热器、低温烟气-水换热器后排出机组；在供热工况下，所述低温烟气-水换热器与地埋管通过循环水路串连，再与吸收式热泵的蒸发器相连，同时回收低温烟气余热和浅层地热。
所述吸收式热泵内增设与高温热水管路相连的热水发生器；高温热水由吸收式热泵的烟气发生器排出的高温烟气加热获得，或由内燃机缸套水加热获得，或通过城市热网获得。
在制冷工况下，所述低温烟气-水换热器与地埋管通过循环水路相连，将低温烟气热量灌入地下，以便冬季供热时再提取出来。
所述低温烟气-水换热器与地埋管之间采用串联或并联的方式连接。
在制冷工况下，所述中温烟气-水换热器与溶液除湿空调串联，中温烟气-水换热器供热水用于溶液除湿空调的溶液再生，以满足部分冷负荷。
在供热工况下，所述吸收式热泵的蒸发器与浅层地下水井通过循环水管路相连；在制冷工况下，吸收式热泵的冷凝及吸收器切换到与浅层地下水井通过循环水路相连。
所述吸收式热泵的蒸发器与污水换热器通过循环水管路相连；在制冷工况下，吸收式热泵的冷凝及吸收器切换到与污水换热器通过循环水路相连。
供热工况下机组实现的功能如下：吸收式热泵以高温段的烟气作为驱动热源，提取低温烟气热量和浅层地热或污水余热，通过冷凝器和吸收器放出热量到采暖水回路，中温段烟气通过换热器与采暖回水直接换热。
制冷工况下机组实现的功能如下：吸收式热泵以高温段的烟气作为驱动热源制冷运行，蒸发器侧供出冷水，通过地埋管循环水、浅层地下水或污水冷却冷凝器和吸收器，中温段烟气通过换热器与热水回水直接换热，制出热水用于溶液除湿空调以负担一部分冷负荷。低温烟气热量通过地埋管循环水冷却将热量存储到地下，以便于冬季供热时再提取出来。
本发明的有益效果为：本发明采用上述连接形式所构成的机组，实现了冬夏季与常规技术相比进一步降低排烟温度，并充分利用高温段烟气的做功能力，实现能量的梯级利用，与浅层地热、污水余热利用、溶液除湿相结合，综合提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明以高温烟气为热源的单蒸发器式土壤源供热制冷机组结构流程示意图；
图2为本发明以高温烟气为热源的双蒸发器式土壤源供热制冷机组结构流程示意图；
图3为本发明以高温烟气和热水为热源的单蒸发器式、低温烟气-水换热器与地埋管串联的土壤源供热制冷机组结构流程示意图；
图4为本发明以高温烟气和热水为热源的单蒸发器式、低温烟气-水换热器与地埋管并联的土壤源供热制冷机组结构流程示意图；
图5为本发明以高温烟气和热水为热源的双蒸发器式土壤源供热制冷机组结构流程示意图；
图6为本发明以高温烟气和热水为热源的土壤、地下水源供热制冷机组结构流程示意图；
图7为本发明以高温烟气和热水为热源的土壤、污水源供热制冷机组结构流程示意图。
图中标号：
1-吸收式热泵；1a-烟气发生器；1b-热水发生器；1c-冷凝及吸收器；1d-第一蒸发器；1e-第二蒸发器；2-中温烟气-水换热器；
3-低温烟气-水换热器；4-地埋管；5-浅层地下水井；6-污水换热器；7-污水干渠；8-溶液除湿空调；9-高温烟气-水换热器。
具体实施方式
本发明提供了一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，下面结合供热、供冷系统实际参数的要求，对本发明的具体实施方式进行说明。
实施例1：
如图1所示，500℃的高温烟气首先作为驱动热源进入吸收式热泵1的烟气发生器1a放热降温至110℃排出，再进入中温烟气-水换热器2放热降温到80℃排出，最后进入低温烟气-水换热器3放热降温到25～40℃排向大气。在供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10打开，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13关闭，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路串联，再与吸收式热泵1的第一蒸发器1d相连，提取低温烟气热量和浅层地热。用户采暖回水并联进入吸收式热泵1的冷凝及吸收器1c与中温烟气-水换热器2换热后供出。
制冷工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10关闭，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、地十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13打开，中温烟气-水换热器2接入热水管路供热水用于溶液除湿空调8溶液再生，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路相连，将低温烟气热量灌入地下存储以便于冬季供热时再提取，吸收式热泵1的冷凝及吸收器1c与地埋管4通过循环水路相连将热量放入地下。用户的冷冻回水进入吸收式热泵1的第一蒸发器1d降温后供出。
实施例2：
如图2所示，吸收式热泵1增设第二蒸发器1e。在供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10、第十五阀门V15、第十六阀门V16打开，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14关闭，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路并联，再与吸收式热泵1的第一蒸发器1d相连，提取低温烟气热量和浅层地热，吸收式热泵1的第二蒸发器1e与地埋管4通过循环水路相连，提取浅层地热。
制冷工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10、第十五阀门V15、第十六阀门V16关闭，第五阀门阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14打开，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路相连，将低温烟气热量灌入地下存储以便于冬季供热时再提取，吸收式热泵1的冷凝及吸收器1c与地埋管4通过循环水路相连将热量放入地下。用户的冷冻回水并联进入吸收式热泵1的第一蒸发器1d与第二蒸发器1e降温后供出。其余机组工作过程与实施例1相同。
实施例3：
如图3所示，在吸收式热泵1内增设热水发生器1b，热水发生器1b与高温热水管路相连，增加高温热水作为驱动热源，以匹配调节供热、制冷能力以及土壤热平衡。其中的高温热水自外部的内燃机缸套循环水、城市热网，或者由自身高温烟气加热获得。500℃的高温烟气首先作为驱动热源进入吸收式热泵1的烟气发生器1a放热降温至170℃排出，再进入高温烟气-水换热器9放热降温至110℃排出，然后再进入中温烟气-水换热器2和低温烟气-水换热器3，高温烟气-水换热器9与高温热水循环管路相连，其余机组工作过程与实施例1相同。
实施例4：
如图4所示，供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10、第十六阀门V16打开，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15关闭，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路并联，再与吸收式热泵1的蒸发器1e相连，提取低温烟气热量和浅层地热。
制冷工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10、第十六阀门V16关闭，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15打开，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路相连，将低温烟气热量灌入地下存储以便于冬季供热时再提取，其余机组工作过程与实施例3相同。
实施例5：
如图5所示，在吸收式热泵1内增设热水发生器1b，热水发生器1b与高温热水管路相连，增加以高温热水作为驱动热源，其余机组工作过程与实施例2相同。
实施例6：
如图6所示，500℃的高温烟气首先作为驱动热源进入吸收式热泵1的烟气发生器1a放热降温至110℃排出，再进入中温烟气-水换热器2放热降温到80℃排出，最后进入低温烟气-水换热器3放热降温到25～40℃排向大气。热水发生器1b与高温热水管路相连，增加高温热水作为驱动热源。
供热工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10、第十六阀门V16、第十七阀门V17打开，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15关闭，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路串联，再与吸收式热泵1的第一蒸发器1d相连，提取低温烟气热量和浅层地热。吸收式热泵1的第二蒸发器1e与浅层地下水井5通过循环水路相连，提取浅层地下水热量。用户采暖回水并联进入吸收式热泵1的冷凝及吸收器1c与中温烟气-水换热器2加热后供出。
机组制冷工况下，第一阀门V1、第二阀门V2、第三阀门V3、第四阀门V4、第九阀门V9、第十阀门V10、第十六阀门V16、第十七阀门V17关闭，第五阀门V5、第六阀门V6、第七阀门V7、第八阀门V8、第十一阀门V11、第十二阀门V12、第十三阀门V13、第十四阀门V14、第十五阀门V15打开，中温烟气-水换热器2接入热水管路供热水用于溶液除湿空调8溶液再生，低温烟气-水换热器3与地埋管4通过循环水路相连，将低温烟气热量灌入地下存储以便于冬季供热时再提取，吸收式热泵1的冷凝及吸收器1c与浅层地下水井5通过循环水路相连将热量放入地下。用户的冷冻回水并联进入吸收式热泵1的第一蒸发器1d与第二蒸发器1e降温后供出。
实施例7：
如图7所示，机组供热工况下，吸收式热泵1的第二蒸发器1e与污水换热器6通过循环水路相连，从污水干渠7中提取污水余热。机组制冷工况下，吸收式热泵1的冷凝及吸收器1c与污水换热器6通过循环水路相连将热量放给污水。其余机组工作过程与实施例6相同。
Claims (8)
1.一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于，所述机组由吸收式热泵(1)、中温烟气-水换热器(2)、地埋管(4)以及用于连接以上部件的连接管路、阀门组成；吸收式热泵(1)由烟气发生器、冷凝及吸收器、蒸发器组成，其中高温烟气依次进入吸收式热泵(1)的烟气发生器、中温烟气-水换热器(2)后排出机组；在供热工况下，吸收式热泵(1)的蒸发器与地埋管(4)通过循环水路相连，回收浅层地热，吸收式热泵(1)的冷凝及吸收器与中温烟气-水换热器(2)并联接入采暖水管路；在制冷工况下，吸收式热泵(1)的蒸发器接入冷冻水管路，吸收式热泵(1)的冷凝及吸收器与地埋管(4)通过循环水路相连。
2.根据权利要求1所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于，所述机组沿高温烟气行进方向在中温烟气-水换热器(2)后串联低温烟气-水换热器(3)，高温烟气依次进入吸收式热泵(1)的烟气发生器、中温烟气-水换热器(2)、低温烟气-水换热器(3)后排出机组；在供热工况下，所述低温烟气-水换热器(3)与地埋管(4)通过循环水路串连，再与吸收式热泵(1)的蒸发器相连，同时回收低温烟气余热和浅层地热。
3.根据权利要求1所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于：所述吸收式热泵(1)内增设与高温热水管路相连的热水发生器；高温热水由吸收式热泵(1)的烟气发生器排出的高温烟气加热获得，或由内燃机缸套水加热获得，或通过城市热网获得。
4.根据权利要求2所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于：在制冷工况下，所述低温烟气-水换热器(3)与地埋管(4)通过循环水路相连，将低温烟气热量灌入地下，以便冬季供热时再提取出来。
5.根据权利要求4所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于：所述低温烟气-水换热器(3)与地埋管(4)之间采用串联或并联的方式连接。
6.根据权利要求1所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于：在制冷工况下，所述中温烟气-水换热器(2)与溶液除湿空调(8)串联，中温烟气-水换热器(2)供热水用于溶液除湿空调(8)的溶液再生，以满足部分冷负荷。
7.根据权利要求1所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于：在供热工况下，所述吸收式热泵(1)的蒸发器与浅层地下水井(5)通过循环水管路相连；在制冷工况下，吸收式热泵(1)的冷凝及吸收器切换到与浅层地下水井(5)通过循环水路相连。
8.根据权利要求1所述的一种以高温烟气和热水为驱动热源的地温能供热制冷机组，其特征在于：所述吸收式热泵(1)的蒸发器与污水换热器(6)通过循环水管路相连；在制冷工况下，吸收式热泵(1)的冷凝及吸收器切换到与污水换热器(6)通过循环水路相连。
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