CN104061709A - 干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统,包括：地下干热岩层钻孔内设有一组或多组密闭的金属地下换热器，地下换热器内一次充注好所需换热用内部循环水，地下换热器通过干热岩热源供水管连接至单效溴化锂吸收式热泵机组，单效溴化锂吸收式热泵机组通过干热岩热源回水管流回至地下换热器内。本发明实现了利用地下换热器外壁与干热岩层进行热交换，提高换热能力及减小功耗的多管换热。本发明能够保证地下换热系统群有足够的换热能力来满足工程热负荷的需要。同时节省投资和水泵功耗，使每个换热系统最大限度的参与换热，对地面建筑无影响。因此整个系统造价低，易于施工。本系统是一种全新的利用地热技术方法。

Description

干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统

技术领域

本发明涉及干热岩吸收式热泵供热系统，尤其是涉及干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统。

背景技术

地热能〔Geothermal Energy〕是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地球内部的温度高达7000℃，而在80至100公英里的深度处，温度会降至650至1200℃。透过地下水的流动和熔岩涌至离地面1至5公里的地壳，热力得以被转送至较接近地面的地方。高温的熔岩将附近的地下水加热，这些加热了的水最终会渗出地面。运用地热能最简单和最合乎成本效益的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。

地热能是可再生资源：岩浆/火山的地热活动的典型寿命从最低5000年到100万年以上。这么长的寿命使地热源成为一种再生能源。此外，地热库的天然补充率从几兆瓦到1000兆瓦(热)以上。人类第一次用地热水发电是在1904年意大利的拖斯卡纳。1958年新西兰的北岛开始用地热源发电(2013年为212兆瓦)；美国加州的喷泉热田，从1960年就开始发电，输出功率为1300兆瓦。显然，地热资源能够可靠、安全和可持续性地运行。地热生产的可持续性也可从存在于热库岩石(含热量85％～95％)中的热源判断。在美国加州的喷泉热田，热含量保守估计至少相当于燃烧280亿桶石油或62亿短顿(1短顿＝907公斤)煤所得的能量。

地热能是一种新的洁净能源，在当今人们的环保意识日渐增强和能源日趋紧缺的情况下，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。中国是中低温资源大国，全中国地热资源潜力占全球百分之8左右，如此庞大的地热资源为我国未来地热能源行业的发展奠定了良好的基础。全国主要沉积盆地距地表2000米以内储藏的地热能，据有关专家测算相当于2500亿吨标准煤热量。全国地热可开采资源量为每年68亿立方米，所含地热量为973万亿千焦耳。在地热利用规模上，我国近些年来一直位居世界首位，并以每年近10％的速度稳步增长。地热资源主要分布于构造活动带和大型沉积盆地之中，前者资源量较集中，如藏、滇、川和东南沿海以及辽东-胶东一带；后者资源分布面广，如京、津、陕、冀等地区。开发利用地热资源对于缓解我国能源紧张的形势，改变能源结构，发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型和谐社会具有十分重要的意义。

据2010年世界地热大会统计，全世界共有78个国家正在开发利用地热技术，27个国家利用地热发电，总装机容量为10715MW，年发电量67246GW·h，平均利用系数72％。我国的地热资源也很丰富，但开发利用程度很低。

地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类，而对于不同温度的地热流体可能利用的范围也不同。将地热能直接用于采暖、供热和供热水是仅次于地热发电的地热利用方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种可不取地下热水，提高换热能力及减小功耗的干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统，包括单效溴化锂吸收式热泵机组(8)、干热岩热源回水管(9)、干热岩热源供水管(10)、干热岩热源循环泵(11)、地下换热器(12)，地下干热岩层(13)钻孔内设有一组或多组密闭的金属地下换热器(12)，地下换热器(12)内一次充注好所需换热的内部换热循环水，地下换热器(12)内设有干热岩热源供水管(10)和干热岩热源回水管(9)，干热岩热源供水管(10)上设有干热岩热源循环泵(11)，地下换热器(12)通过干热岩热源供水管(10)连接至单效溴化锂吸收式热泵机组(8)，单效溴化锂吸收式热泵机组(8)通过干热岩热源回水管(9)流回至地下换热器(12)内，多组地下换热器(12)通过干热岩热源供水管(10)和干热岩热源回水管(9)并联。

单效溴化锂吸收式热泵机组(8)包括吸收器(1)、蒸发器(2)、热交换器(3)、发生器(4)、冷凝器(5)、容器A(14)、容器B(15)，容器(A)内设有吸收器(1)和蒸发器(2)，容器(B)内设有发生器(4)和冷凝器(5)，供热回水管(16)连接吸收器(1)进口，吸收器(1)出口连接冷凝器(5)进口，冷凝器(5)出口连接供热出水管(17)，干热岩热源供水管(10)连接蒸发器(2)进口，蒸发器(2)出口连接干热岩热源回水管(9)，地热供水驱动动力(18)连接发生器(4)进口，发生器(4)出口连接地热回水驱动动力(19)，容器A(14)中的稀溴化锂溶液经过溶液泵(6)连接热交换器(3)再连接至容器B(15)，容器B(15)中的浓溶液经过热交换器(3)连接至容器A(14)，冷凝器(5)中产生的凝结水经过节流阀(7)连接至容器A(14)中。

所述的地下换热器(12)的数量根据工程热负荷量确定。

本发明具有以下优点：

一、根据项目的热负荷选择合适的吸收式热泵机组将地热做为普遍存在、方便使用的热源。地热温度较低时通过使用燃气做为动力来驱动热泵，从地热中吸热向建筑物供暖。地下温度较高时可直接用地热做为动力驱动吸收式热泵工作，自地热中吸热向建筑物供暖。

二、本发明可以根据工程项目热负荷量的大小来确定换热器的数量和深度，保证地下换热系统有足够的换热能力来满足工程热负荷的需要。

三、换热器采用全封闭循环系统，向地下深处2000-5000m安装换热器，通过换热器管外壁与周围中低温岩层换热，不抽取地下水，防止地下水位下降，因此对地面建筑无影响节省投资和水泵数量，使每个换热系统最大限度的参与换热。

四、本发明从根本上解决了换热问题，实现了普遍利用干热岩溴化锂吸收式热泵供热的目的。

五、本发明节能效率高。

1、使用清洁能源，有利于地区环境建设，优化地区能源结构

(1)我国70％以上的电力为火力，用电实质是烧煤，会排放大量SO2、粉尘等污染物，带来酸雨、霾等，对地区的环境污染极大，危害人们身体健康；

(2)天燃气是国家推广使用的清洁、高效能源；

(3)推广使用单效溴化锂吸收式热泵，是调整地区能源结构的有效途径。

2、使用节能环保设备(单效溴化锂吸收式机组非电空调)，促进当地向“低碳经济”模式转变。

(1)利用热能为动力，特别是可利用低位势热能(太阳能、余热、废热等)；

(2)以溴化锂水溶液为工质，无臭、无毒、无害，有利于满足环保的要求；空调不使用“氟利昂”等对环境危害极大的制冷剂。其使用的“溴化锂”常见于海水中，是自然界中的一种无毒、无害无机盐。

(3)单效溴化锂吸收式机组在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠；

(4)对外界条件变化的适应性强，可在一定的热媒水进口温度、冷媒水出口温度和冷却水温度范围内稳定运转。

(5)干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统运营耗能低、成本低、环保性能显著，有效减少碳排放。

3、大幅减轻严峻的“电荒”压力，保障电网安全。

(1)现各地都大面积拉闸限电，国家将长期处于缺电状态。单效溴化锂吸收式热泵(非电空调)不占用国家电力资金源，可帮助国家节省大量电力投资金；

(2)天燃气与电力的“需求谷峰周期”相反，单效溴化锂吸收式热泵(非电空调)对改善电力谷峰平衡有极显著的效果；

(3)有效降低电网的“谷峰差”，对提高国家电网设施的稳定，保障电网安全有重要意义。

附图说明

附图为本发明结构示意图。

具体实施方式

干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统是指通过钻机向地下一定深度中低温地层(50℃-100℃)钻孔，在钻孔中安装一种密闭的金属换热器，在内充满换热介质，通过换热器传导将地下深度的热能导出，并通过专用设备系统向地面建筑物供热的新技术。

单效机组的含义：驱动热源在机组发生器内被直接利用一次，制冷机只有一个发生器。(往往同时具有一个热交换器)。通常为余热利用的蒸汽型和热水型冷水机组，如蒸汽压力较低的场合、生产或工艺过程中产生高温废水的场合。某些工厂如：热电厂、化工厂、钢铁厂在生产过程中产生一些高温度废水，通常情况下，这些高温废水可以在冬季利用来采暖，但在夏季，可以利用热水型单效制冷机来制冷，进行废热回收，使能源得以充分利用。

干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统，包括单效溴化锂吸收式热泵机组8、干热岩热源回水管9、干热岩热源供水管10、干热岩热源循环泵11、地下换热器12，干热岩层13钻孔内设有一组或多组密闭的金属地下换热器12，地下换热器12内一次充注好所需换热的内部换热循环水，地下换热器12内设有干热岩热源供水管10和干热岩热源回水管9，干热岩热源供水管10上设有干热岩热源循环泵11，地下换热器12通过干热岩循环泵11将干热岩热源供水管10的循环水输送至单效溴化锂吸收式热泵机组8，单效溴化锂吸收式热泵机组8通过干热岩热源回水管9流回至地下换热器12内，多组地下换热器12通过干热岩热源供水管10和干热岩热源回水管9并联。单效溴化锂吸收式热泵机组8包括吸收器1、蒸发器2、热交换器3、发生器4、冷凝器5、容器A14、容器B15，容器A内设有吸收器1和蒸发器2，容器B15内设有发生器4和冷凝器5，供热回水管16连接吸收器1进口，吸收器1出口连接冷凝器5进口，冷凝器5出口连接供热出水管17，干热岩热源供水管10连接蒸发器2进口，蒸发器2出口连接干热岩热源回水管9，地热供水驱动动力18连接发生器4进口，发生器4出口连接地热回水驱动动力19，容器A14中的稀溴化锂溶液经过溶液泵6连接热交换器3再连接至容器B15，容器B15中的浓溶液经过热交换器3连接至容器A14，冷凝器5中产生的凝结水经过节流阀7连接至容器A14中。

地下换热器12通过干热岩热源循环泵11将供水管10的循环水输送至单效溴化锂吸收式热泵内的蒸发器2内，供热水加热蒸发器2产生的水蒸气由容器A14内的溴化锂浓溶液吸收，稀释过的稀溴化锂溶液由溶液泵6通过热交热器3输送至容器B15内，发生器4由驱动热源加热，产生水蒸气将冷凝器5内制热铜管的水加热供向用户，而容器B15产生的浓溴化锂溶液通过热交换器3又流回至容器A14内，冷凝器5产生的凝结水通过节流阀7回到容器A14内，在吸收式热泵机组内被吸热后的循环水经过干热岩热源回水管9连通至地下换热器12，多组地下换热器12通过供水管10和回水管9并联。地下换热器12的数量根据工程热负荷量确定。地热温度较低时通过天然气热能入口燃烧燃气做为动力来驱动热泵，地下温度较高时可直接用地热做为动力驱动吸收式热泵工作。

运行时，打开循环水泵11，循环水通过干热岩热源供水管10经过单效溴化锂吸收式热泵8吸热后，由干热岩热源回水管9将循环水注入地下换热管12内。循环水利用地下换热器12外壁与干热岩岩层13进行热交换。单效溴化锂吸收式热泵8吸热后向建筑物供热取暖。

单效溴化锂吸收式热泵供热系统比传统空调系统节省机房面积40％以上，由此可增大使用面积。单效溴化锂吸收式热泵无压缩机，稳定性好，整机寿命超过20年，单效溴化锂吸收式热泵由于采用“分隔式制热”技术，使制热成为一台简单的“真空锅炉”，而非复杂的“制冷机”，使制冷机寿命延长一倍。与传统主体制热机组的另一个不同是，分隔式制热机组可以在停止制冷、制热时单独提供卫生热水。

Claims (3)

1.一种干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统，包括单效溴化锂吸收式热泵机组(8)、干热岩热源回水管(9)、干热岩热源供水管(10)、干热岩热源循环泵(11)、地下换热器(12)，其特征在于：地下干热岩层(13)钻孔内设有一组或多组密闭的金属地下换热器(12)，地下换热器(12)内一次充注好所需换热的内部换热循环水，地下换热器(12)内设有干热岩热源供水管(10)和干热岩热源回水管(9)，干热岩热源供水管(10)上设有干热岩热源循环泵(11)，地下换热器(12)通过干热岩热源供水管(10)连接至单效溴化锂吸收式热泵机组(8)，单效溴化锂吸收式热泵机组(8)通过干热岩热源回水管(9)流回至地下换热器(12)内，多组地下换热器(12)通过干热岩热源供水管(10)和干热岩热源回水管(9)并联。

2.如权利要求1所述的一种干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统，其特征在于：单效溴化锂吸收式热泵机组(8)包括吸收器(1)、蒸发器(2)、热交换器(3)、发生器(4)、冷凝器(5)、容器A(14)、容器B(15)，容器(A)内设有吸收器(1)和蒸发器(2)，容器(B)内设有发生器(4)和冷凝器(5)，供热回水管(16)连接吸收器(1)进口，吸收器(1)出口连接冷凝器(5)进口，冷凝器(5)出口连接供热出水管(17)，干热岩热源供水管(10)连接蒸发器(2)进口，蒸发器(2)出口连接干热岩热源回水管(9)，地热供水驱动动力(18)连接发生器(4)进口，发生器(4)出口连接地热回水驱动动力(19)，容器A(14)中的稀溴化锂溶液经过溶液泵(6)连接热交换器(3)再连接至容器B(15)，容器B(15)中的浓溶液经过热交换器(3)连接至容器A(14)，冷凝器(5)中产生的凝结水经过节流阀(7)连接至容器A(14)中。

3.如权利要求1或2所述的一种干热岩单效溴化锂吸收式热泵供热系统，其特征在于：所述的地下换热器(12)的数量根据工程热负荷量确定。