CN110145785A - 一种储热型地热高效集中供热系统 - Google Patents

Abstract

本技术属于地热供暖技术，尤其涉及一种储热型地热高效集中供热系统，该供热系统包括采热循环系统、供热循环系统以及补水系统，所述采热循环系统包括采水井、采水泵、集水器、旋流除砂器、一级板式换热器、二级板式换热器、过滤装置、回灌加压泵、分水器、回灌井；所述供热循环系统包括储热装置、热泵机组、热用户、释热水泵、供暖循环泵、热泵中间水循环泵、第一热泵旁通阀门、第二热泵旁通阀门；所述供热循环系统包括储热装置、热泵机组、热用户、释热水泵、供暖循环泵、热泵中间水循环泵；本技术方案将储热技术与地热能供热系统按照一定比例结合，通过在低谷供热负荷时段间歇存储、在高峰供热负荷时段稳定输出来实现热源供热负荷的削峰填谷。

Description

一种储热型地热高效集中供热系统

技术领域

本技术属于地热供暖技术，尤其涉及一种储热型地热高效集中供热系统。

背景技术

随着经济全球化的进一步发展，全世界对资源的需求日益增加，能源消费中占主导地位的石油、煤炭等能源的需求量也逐渐增多，目前已探明的石油、煤炭等资源的储量非常有限，供需矛盾日趋紧张。同时传统化石能源带来的环境污染问题日益严重，节能减排逐渐成为各国的重要问题之一。世界各国在温室气体减排等重大问题上的认识和行动渐趋一致，需要新的能源来缓解世界的污染问题。

地热资源是一种可再生的清洁能源，具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点，不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰，是一种现实并具有竞争力的新能源。随着化石能源日益匮乏、环境污染加剧，地热能对于未来能源供应与节能减排的巨大潜力受到了世界各国的高度认同与重视。

我国水热型地热资源量相对较为丰富，折合标准煤12500亿吨，每年可开采量折合标准煤18.65亿吨，但是目前其开采率仅为0.2％，地热资源的开发利用潜力巨大。直接采水取热是水热型中深层地热资源最为普遍的一种开发方式，但是地热井成本较高，通常占总投资一半以上；同时，在供热负荷集中的城市建成区域，地热井布井位置和钻井场地通常很有限。

随着储热材料和储热技术的不断发展，通过储热收集和利用具有时空分布和供需变化特征的清洁能源已经具备了技术基础，但这类高效节能的地热能集中供暖方式尚未被提出。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种储热型地热高效集中供热系统。

本发明的技术方案是：

一种储热型地热高效集中供热系统，该供热系统包括采热循环系统、供热循环系统以及补水系统，其特征在于，所述采热循环系统包括采水井、采水泵、集水器、旋流除砂器、一级板式换热器、二级板式换热器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、过滤装置、回灌加压泵、分水器、回灌井，所述采水泵放置于采水井中与采水管道进水口连接，所述采水管道出水口连接至集水器进水口，所述集水器的出水口通过管道与旋流除砂器进水口连接，所述旋流除砂器出水口连接地热水供水管道，所述地热水供水管道一支路连接一级板式换热器的一次侧进口，所述一级板式换热器的一次侧出口通过第一地热水旁通管路的一支路与二级板式换热器的一次侧进口连接，所述第一地热水旁通管路的另一支路和所述二级板式换热器的一次侧出口连接的第二地热水旁通管路并联至过滤装置，所述过滤装置通过地热水回流管道与分水器连接，所述分水器连接至回灌井，所述地热水供水管道一支路上设置有第一阀门、第二阀门，所述第一地热水旁通管路上设置有第三阀门、第四阀门、第五阀门，所述第二地热水旁通管路上设置有第六阀门，所述地热水回流管道上设置有第七阀门、第八阀门；

所述供热循环系统包括储热装置、热泵机组、热用户、释热水泵、供暖循环泵、热泵中间水循环泵、第一储热阀门、第二储热阀门、第一释热阀门、第二释热阀门、第一热泵旁通阀门、第二热泵旁通阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门；所述地热水供水管道另一支路连接储热装置的一次侧进口，所述储热装置的一次侧出口通过第三地热水旁通管路连接至第一地热水旁通管路上，所述储热装置的二次侧出口通过释热管道连接至主供暖管道，所述储热装置的二次侧进口与释热侧供回水管道出水口连接，所述释热供回水管道进水口与主供暖回水管道连接，所述一级板式换热器的二次侧出口通过主供暖管道与热用户连接，所述一级板式换热器的二次侧进口通过主供暖回水管道与热用户连接，所述二级板式换热器的二次测出口与副供暖管道一端连接，所述副供暖管道另一端连接至主供暖管道，所述二级板式换热器的二次侧进口与副供暖回水管道一端连接，所述副供暖回水管道另一端连接至主供暖回水管道，所述副供暖管道和副供暖回水管道并接有热泵组件，所述地热水供水管道另一支路上设置有第一储热阀门，所述第三地热水旁通管路上设置有第二储热阀门，所述释热管道上设置有第一释热阀门，所述释热侧供回水管道上设置有第二释热阀门、释热水泵，所述主供暖管道上设置有第九阀门，所述副供暖管道上设置有第十阀门和第十一阀门，所述主供暖回水管道上设置有供暖循环泵、第十二阀门，所述热泵机组分别与第一热泵旁通阀门和第二热泵旁通阀门并联，所述副供暖回水管道上设置有第十三阀门、第十四阀门和热泵中间水循环泵；

所述补水系统包括软化水装置、软化水箱、补水定压泵，第十五阀门，市政自来水通过自来水管道与软化水装置连接，所述软化水装置与软化水箱连接，所述软化水箱通过补水管道连接至主供暖回水管道，所述补水管道上设置有第十五阀门、补水定压泵。

优选的，所述采水泵采用地热井用热水潜水泵。

优选的，所述地热水供水管道上设置有电磁流量计。

优选的，所述旋流除砂器与一级板式换热器和储热装置之间设置有气水分离装置、管道增压泵。

优选的，所述热泵机组采用压缩式热泵机组，压缩式热泵机组包括冷凝器、蒸发器、节流阀、压缩机、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀，所述副供暖管道依次串联有第一截止阀、第一三通阀、第二截止阀、第二三通阀，所述第一热泵旁通阀门的两端分别接于第一三通阀和第二三通阀的另一端，所述副供暖回水管道依次串联有第三截止阀、第三三通阀、第四截止阀、第四三通阀，所述第二热泵旁通阀门的两端分别接于第三三通阀和第四三通阀的另一端，所述冷凝器、压缩机、蒸发器、节流阀串联，所述冷凝器位于第一截止阀和第二截止阀之间，所述蒸发器位于第三截止阀和第四截止阀之间。

优选的，所述热泵机组采用燃气吸收式热泵机组。

优选的，所述地热水供水管道一支路、主供暖管道、主供暖回水管道、第一地热水旁通管路、第二地热水旁通管路上均设置有泄水阀。

优选的，所述主供暖管道、主供暖回水管道以及补水管道上均设置有止回阀。

优选的，所述一级板式换热器、二级板式换热器均采用钛板的板式换热器。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本技术方案将储热技术与地热能供热系统按照一定比例结合，通过在低谷供热负荷时段间歇存储、在高峰供热负荷时段稳定输出来实现热源供热负荷的削峰填谷，一方面能够减少布井数量需求和钻井投资，另一方面能够减少地热井潜水泵启停次数并增加其在高泵效段运行时间，实现高效稳定供热；本发明采用一级板式换热器和二级板式换热器以及热泵机组利用地热水热量向热用户供热，充分利用地热资源，同时采用回灌技术，不影响底下水资源，具有良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中热泵机组的结构示意图。

其中，1、采水井；2、热水潜水泵；3、集水器；4、旋流除砂器；5、一级板式换热器；6、二级板式换热器；7、过滤装置；8、回灌加压泵；9、分水器；10、回灌井；11、储热装置；12、热用户；13、热泵机组；14、软化水箱；15、软化水装置；16、地热水供水管道；17、第一地热水旁通管路；18、第二地热水旁通管路；19、第三地热水旁通管路；20、释热管道；21、释热侧供回水管道；22、主供暖管道；23、主供暖回水管道；24、副供暖管道；25、副供暖回水管道；26、补水管道；27、释热水泵；28、供暖循环泵；29、热泵中间水循环泵；30、补水定压泵；31、第一储热阀门；32、第二储热阀门；33、第一释热阀门；34、第二释热阀门；35、第一热泵旁通阀门；36、第二热泵旁通阀门；37、第一阀门；38、第二阀门；39、第三阀门；40、第四阀门；41、第五阀门；42、第六阀门；43、第七阀门；44、第八阀门；45、第九阀门；46、第十阀门；47、第十一阀门；48、第十二阀门；49、第十三阀门；50、第十四阀门；51、第十五阀门；

1301、冷凝器；1302、蒸发器；1303、节流阀；1304、压缩机；1305、第一截止阀；1306、第二截止阀；1307、第三截止阀；1308、第四截止阀；1309、第一三通阀；1310、第二三通阀；1311、第三三通阀；1312、第四三通阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-2所示，一种储热型地热高效集中供热系统，该供热系统包括采热循环系统、供热循环系统以及补水系统，其特征在于，所述采热循环系统包括采水井1、热水潜水泵2、集水器3、旋流除砂器4、一级板式换热器5、二级板式换热器6、第一阀门37、第二阀门38、第三阀门39、第四阀门40、第五阀门41、第六阀门42、第七阀门43、第八阀门44、过滤装置7、回灌加压泵8、分水器9、回灌井10，所述热水潜水泵2放置于采水井1中与采水管道进水口连接，所述采水管道出水口连接至集水器3进水口，所述集水器3的出水口通过管道与旋流除砂器4进水口连接，所述旋流除砂器4出水口连接地热水供水管道16，所述地热水供水管道16一支路连接一级板式换热器5的一次侧进口，所述一级板式换热器5的一次侧出口通过第一地热水旁通管路17的一支路与二级板式换热器6的一次侧进口连接，所述第一地热水旁通管路16的另一支路和所述二级板式换热器6的一次侧出口连接的第二地热水旁通管路18并联至过滤装置，所述过滤装置7通过地热水回流管道与分水器9连接，所述分水器9连接至回灌井10，所述地热水供水管道16一支路上设置有第一阀门37、第二阀门38，所述第一地热水旁通管路17上设置有第三阀门39、第四阀门40、第五阀门41，所述第二地热水旁通管路18上设置有第六阀门42，所述地热水回流管道上设置有第七阀门43、第八阀门44；

所述供热循环系统包括储热装置11、热泵机组13、热用户14、释热水泵27、供暖循环泵28、热泵中间水循环泵39、第一储热阀门31、第二储热阀门32、第一释热阀门33、第二释热阀门34、第一热泵旁通阀门35、第二热泵旁通阀门36、第九阀门45、第十阀门46、第十一阀门47、第十二阀门48、第十三阀门49、第十四阀门50；所述地热水供水管道16另一支路连接储热装置11的一次侧进口，所述储热装置11的一次侧出口通过第三地热水旁通管路19连接至第一地热水旁通管路17上，所述储热装置11的二次侧出口通过释热管道20连接至主供暖管道22，所述储热装置11的二次侧进口与释热侧供回水管道21出水口连接，所述释热供回水管道21进水口与主供暖回水管道23连接，所述一级板式换热器5的二次侧出口通过主供暖管道22与热用户12连接，所述一级板式换热器5的二次侧进口通过主供暖回水管道23与热用户12连接，所述二级板式换热器6的二次测出口与副供暖管道24一端连接，所述副供暖管道24另一端连接至主供暖管道22，所述二级板式换热器6的二次侧进口与副供暖回水管道25一端连接，所述副供暖回水管道25另一端连接至主供暖回水管道23，所述副供暖管道24和副供暖回水管道25并接有压缩式热泵机组13，所述地热水供水管道16另一支路上设置有第一储热阀门31，所述第三地热水旁通管路19上设置有第二储热阀门32，所述释热管道20上设置有第一释热阀门33，所述释热侧供回水管道21上设置有第二释热阀门34、释热水泵27，所述主供暖管道22上设置有第九阀门45，所述副供暖管道24上设置有第十阀门46和第十一阀门47，所述主供暖回水管道23上设置有供暖循环泵28、第十二阀门48，所述副供暖回水管道25上设置有第十三阀门49、第十四阀门50和热泵中间水循环泵29，所述压缩式热泵机组13分别与第一热泵旁通阀门17和第二热泵旁通阀门18并联，所述压缩式热泵机组13包括冷凝器1301、蒸发器1302、节流阀1303、压缩机1304、第一截止阀1305、第二截止阀1306、第三截止阀1307、第四截止阀1308、第一三通阀1309、第二三通阀1310、第三三通阀1311、第四三通阀1312，所述副供暖管道24依次串联有第一截止阀1305、第一三通阀1309、第二截止阀1306、第二三通阀1310，所述第一热泵旁通阀门35的两端分别接于第一三通阀1309和第二三通阀1310的另一端，所述副供暖回水管道25依次串联有第三截止阀1307、第三三通阀1308、第四截止阀1311、第四三通阀1312，所述第二热泵旁通阀门36的两端分别接于第三三通阀1308和第四三通阀1312的另一端，所述冷凝器1301、压缩机1302、蒸发器1303、节流阀1304串联，所述冷凝器1301位于第一截止阀1305和第二截止阀1306之间，所述蒸发器1303位于第三截止阀1307和第四截止阀1308之间；所述热泵机组也可以采用燃气吸收式热泵机组。

所述补水系统包括软化水装置15、软化水箱14、补水定压泵30，第十五阀门51，市政自来水通过自来水管道与软化水装置15连接，所述软化水装置15与软化水箱14连接，所述软化水箱14通过补水管道26连接至主供暖回水管道23，所述补水管道26上设置有第十五阀门51、补水定压泵30；市政自来水进入软化水装置15去除水中的钙、镁等结垢离子，然后进入软化水箱14，软化水箱14连接主供暖回水管24，补给凉水，调节供暖回水管24的水温，方便使用。

所述地热水供水管道16一支路、主供暖管道22、主供暖回水管道23、第一地热水旁通管路17、第二地热水旁通管路18上均设置有泄水阀，所述主供暖管道22、主供暖回水管道23以及补水管道26上均设置有止回阀。

地热流体由地热生产井群经热水潜水泵抽至地面层，首先通过集水器3汇合后由旋流除砂器4进行除沙，除沙后的地热水通过地热水供水管道16进入一级板式换热器5加热由采暖循环泵送来的部分供暖回水，再由主供暖管道22直接给热用户12供暖，由一级板式换热器5换热后送出地热流体，可由第一地热水旁通管路17送入二级板式换热器6进行进一步梯级利用，与热泵中间水循环泵29送来的中间循环水换热，进入热压式热泵机组13的蒸发器中进行提温后，通过冷凝器1301与副供暖回水管道25送来的采暖循环水换热，由副供暖管道24送至主供暖管道22供热给热用户。由二级板式换热器6出来的地热尾水进入过滤装置7过滤后，由回灌加压泵8送至分水器9，并分流至地热回灌井群10完成地热流体同层回灌处理。

本发明中，还设置了一控制装置，所述控制装置内设置有负荷控制模块，所述负荷控制模块通过对热用户室内外的温度进行自动控制，收集热用户室内外的温度，并对同一区域收集到的温度进行平均计算，获取平均室内外温度的平均值，所述控制装置内的效验模块对采集的平均温度进行效验，然后依据不同的模式进行切换。

当初末寒气和室外温度较高时，供热需求小于地热井群满负荷供热能力，开启第一储热阀门31和第二储热阀门32，过剩的地热能储存在储热装置11中，关闭第一释热阀门33和第二释热阀门34。随着室外温度的提高，还可以开启第一热泵旁通阀门35和第二热泵旁通阀门36，关闭第一截止阀1305、第二截止阀1306、第三截止阀1307、第四截止阀1308，进一步降低供热负荷，降低运营成本。

当严寒期和室外温度较低时，供热需求大于地热井群满负荷供热能力时，关闭第一储热阀门31和第二储热阀门32，开启第一释热阀门33和第二释热阀门34，将储存在储热装置11中的热量释放，形成由地热生产井群和储热装置双热源的集中供热方式，增加系统供热能力。

当地热供暖系统出现故障或需要检修等导致临时停机时，储热装置11可作为备用热源，所述储热装置11可以是基于显热储热、潜热储热、热化学储热中的任意一种或几种原理组合的装置。

在本发明中地热水供水管道上设置有电磁流量计，并在地热水含气量较高时，可以于旋流除砂器4与一级板式换热器5和储热装置11之间设置气水分离装置、管道增压泵；所述一级板式换热器5、二级板式换热器6均采用钛板的板式换热器。

本发明既可以作为独立供暖系统，也可以作为包含其他能源类型的多种能源集成供暖系统的子系统。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种储热型地热高效集中供热系统，该供热系统包括采热循环系统、供热循环系统以及补水系统，其特征在于，所述采热循环系统包括采水井、采水泵、集水器、旋流除砂器、一级板式换热器、二级板式换热器、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、过滤装置、回灌加压泵、分水器、回灌井，所述采水泵放置于采水井中与采水管道进水口连接，所述采水管道出水口连接至集水器进水口，所述集水器的出水口通过管道与旋流除砂器进水口连接，所述旋流除砂器出水口连接地热水供水管道，所述地热水供水管道一支路连接一级板式换热器的一次侧进口，所述一级板式换热器的一次侧出口通过第一地热水旁通管路的一支路与二级板式换热器的一次侧进口连接，所述第一地热水旁通管路的另一支路和所述二级板式换热器的一次侧出口连接的第二地热水旁通管路并联至过滤装置，所述过滤装置通过地热水回流管道与分水器连接，所述分水器连接至回灌井，所述地热水供水管道一支路上设置有第一阀门、第二阀门，所述第一地热水旁通管路上设置有第三阀门、第四阀门、第五阀门，所述第二地热水旁通管路上设置有第六阀门，所述地热水回流管道上设置有第七阀门、第八阀门；

所述供热循环系统包括储热装置、热泵机组、热用户、释热水泵、供暖循环泵、热泵中间水循环泵、第一储热阀门、第二储热阀门、第一释热阀门、第二释热阀门、第一热泵旁通阀门、第二热泵旁通阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门；所述地热水供水管道另一支路连接储热装置的一次侧进口，所述储热装置的一次侧出口通过第三地热水旁通管路连接至第一地热水旁通管路上，所述储热装置的二次侧出口通过释热管道连接至主供暖管道，所述储热装置的二次侧进口与释热侧供回水管道出水口连接，所述释热供回水管道进水口与主供暖回水管道连接，所述一级板式换热器的二次侧出口通过主供暖管道与热用户连接，所述一级板式换热器的二次侧进口通过主供暖回水管道与热用户连接，所述二级板式换热器的二次测出口与副供暖管道一端连接，所述副供暖管道另一端连接至主供暖管道，所述二级板式换热器的二次侧进口与副供暖回水管道一端连接，所述副供暖回水管道另一端连接至主供暖回水管道，所述副供暖管道和副供暖回水管道并接有热泵组件，所述地热水供水管道另一支路上设置有第一储热阀门，所述第三地热水旁通管路上设置有第二储热阀门，所述释热管道上设置有第一释热阀门，所述释热侧供回水管道上设置有第二释热阀门、释热水泵，所述主供暖管道上设置有第九阀门，所述副供暖管道上设置有第十阀门和第十一阀门，所述主供暖回水管道上设置有供暖循环泵、第十二阀门，所述热泵机组分别与第一热泵旁通阀门和第二热泵旁通阀门并联，所述副供暖回水管道上设置有第十三阀门、第十四阀门和热泵中间水循环泵；

所述补水系统包括软化水装置、软化水箱、补水定压泵，第十五阀门，市政自来水通过自来水管道与软化水装置连接，所述软化水装置与软化水箱连接，所述软化水箱通过补水管道连接至主供暖回水管道，所述补水管道上设置有第十五阀门、补水定压泵。

2.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述采水泵采用地热井用热水潜水泵。

3.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述地热水供水管道上设置有电磁流量计。

4.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述旋流除砂器与一级板式换热器和储热装置之间设置有气水分离装置、管道增压泵。

5.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述热泵机组采用压缩式热泵机组，压缩式热泵机组包括冷凝器、蒸发器、节流阀、压缩机、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀，所述副供暖管道依次串联有第一截止阀、第一三通阀、第二截止阀、第二三通阀，所述第一热泵旁通阀门的两端分别接于第一三通阀和第二三通阀的另一端，所述副供暖回水管道依次串联有第三截止阀、第三三通阀、第四截止阀、第四三通阀，所述第二热泵旁通阀门的两端分别接于第三三通阀和第四三通阀的另一端，所述冷凝器、压缩机、蒸发器、节流阀串联，所述冷凝器位于第一截止阀和第二截止阀之间，所述蒸发器位于第三截止阀和第四截止阀之间。

6.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述热泵机组采用燃气吸收式热泵机组。

7.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述地热水供水管道一支路、主供暖管道、主供暖回水管道、第一地热水旁通管路、第二地热水旁通管路上均设置有泄水阀。

8.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述主供暖管道、主供暖回水管道以及补水管道上均设置有止回阀。

9.根据权利要求1所述的储热型地热高效集中供热系统，其特征在于，所述一级板式换热器、二级板式换热器均采用钛板的板式换热器。