CN111637513B - 一种高效利用深井地热的供热系统及方法 - Google Patents

一种高效利用深井地热的供热系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效利用深井地热的供热系统，它包括深井泵装置、加热源储罐、空气热泵、地热热泵装置以及锅炉供热装置；本发明的方法是通过加热源储罐对热能进行蓄热，通过空气热泵装置作为加热源提供给加热源储罐，加热源储罐与地热热泵装置之间循环来进行热源交换，以保持恒定的热源温度；地热热泵装置向上将高温水输送给锅炉供热装置，锅炉供热装置将热交换后的冷却水返回到深井泵装置中，产生超热蒸汽，汽轮机(7)将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵，空气热泵再给加热源储罐提供加热源，并形成循环的高效且恒温的供热系统。本产品弥补现有技术中加热源不足的问题，减少了建造成本、建筑面积；提高能量利用率，也保证了供热的稳定性。

Description

一种高效利用深井地热的供热系统及方法
技术领域
本发明涉及能源利用领域，尤其涉及一种深井地热的供热系统及方法。
背景技术
一直以来，石油和天然气的化石燃料是用作加热和冷却的主要能源，或者主要使用通过使用这些化石燃料或核能产生的能源。
近年来，深井地热能源利用领域被越来越广泛的关注，深井地热能源成为石油、天然气等的一种替代能源，其具有污染小和能源储备量大的特点，主要是利用地热能源来进行热能或电能的转换，但是现有的深井地热能源开发上普遍存在建造成本大、供热源少、建筑面积大的问题，如何解决这些问题成为了开采深井地热能源的核心。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种高效利用深井地热的供热系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高效利用深井地热的供热系统，它包括位于深井下的深井泵装置、加热源储罐、空气热泵、地热热泵装置以及位于地表上的锅炉供热装置；
深井泵装置通过管井与加热源储罐相连接并向加热源储罐输送地下水，加热源储罐与地热热泵装置之间连接有用于输送高温水的热水管和用于输送高温蒸汽的回温管，地热热泵装置通过管井向上与地表的锅炉供热装置相连接，锅炉供热装置将热量转移到负载用户；
锅炉供热装置上连接有清水回流管，清水回流管向深井下连接深井泵装置并将清洁的冷却水返回到深井泵装置中，冷却水在深井泵装置与地下水的热能产生超热蒸汽；
空气热泵与锅炉供热装置相连接，锅炉供热装置将超热蒸汽用于操作空气热泵，空气热泵和加热源储罐相连接并向加热源储罐提供加热源。
进一步地，深井泵装置中设置有汽轮机，汽轮机负责将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵。
进一步地，空气热泵通过气泵将外部空气被压缩，空气内能增加的热量作为加热源提供给加热源储罐。
进一步地，加热源储热罐的下端部与热水管相连接并提供高温水到地热热泵装置，加热源储热罐的上端部与回温管相连接并接收地热热泵装置的高温蒸汽。
进一步地，地热热泵装置用于接收加热源储热罐的高温水，地热热泵装置与锅炉供热装置之间设置有负载水泵，负载水泵驱动地热热泵装置向锅炉供热装置提供高温水。
进一步地，工作方法为：通过深井泵装置输送地下水到加热源储罐中，加热源储罐对地下水的热能进行蓄热，如果加热源储罐不足时，通过空气热泵装置对空气压缩，所产生热量作为加热源提供给加热源储罐，加热源储罐与地热热泵装置之间循环来进行热源交换，一方面，加热源储热罐提供高温水到地热热泵装置，另一方面，地热热泵装置在冷却过程中将从地热储热泵装置交换的高温水热量返回到热源储热罐，以供热源储热罐保持恒定的热源温度；
地热热泵装置向上通过负载水泵将高温水输送给锅炉供热装置，进而通过锅炉供热装置热交换供后端用户使用，锅炉供热装置将热交换后的冷却水返回到深井泵装置中，冷却水在深井泵装置与地下水的热能产生超热蒸汽；超热蒸汽在锅炉供热装置中的汽轮机的作用下，将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵，空气热泵再给加热源储罐提供加热源，并形成循环的高效且恒温的供热系统。
本发明公开了一种高效利用深井地热的供热系统及方法，弥补现有技术中深井泵装置加热源不足的问题，而且空气热泵的电能来源于系统循环的冷却水与地下水的热能产生超热蒸汽进行发电而得，从而减少了传统领域中地下热交换器的使用，从而降低了地下热交换器的建造成本，也直接减少了建筑面积；另外，还形成了维持恒温热源供应和高效利用，能过提高能量利用率，也保证了供热的稳定性。
附图说明
图1为本发明的组成示意图。
图中：1、深井泵装置；2、加热源储罐；3、空气热泵；4、地热热泵装置；5、负载水泵；6、锅炉供热装置；7、汽轮机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种高效利用深井地热的供热系统及方法，它包括位于深井下的深井泵装置1、加热源储罐2、空气热泵3、地热热泵装置4以及位于地表上的锅炉供热装置6；
深井泵装置1通过管井与加热源储罐2相连接并向加热源储罐2输送地下水，通过深井泵装置输送地下水到加热源储罐2中，加热源储罐2对地下水的热能进行蓄热，加热源储罐2与地热热泵装置4之间连接有用于输送高温水的热水管和用于输送高温蒸汽的回温管，加热源储罐2与地热热泵装置4之间循环来进行热源交换，加热源储热罐2的下端部与热水管相连接并提供高温水到地热热泵装置4，加热源储热罐2的上端部与回温管相连接并接收地热热泵装置4的高温蒸汽，一方面，加热源储热罐2提供高温水到地热热泵装置4，另一方面，地热热泵装置4在冷却过程中将从地热储热泵装置交换的高温水热量返回到热源储热罐2，以供热源储热罐2保持恒定的热源温度；
地热热泵装置4用于接收加热源储热罐2的高温水，地热热泵装置4通过管井向上与地表的锅炉供热装置6相连接，锅炉供热装置6将热量转移到负载用户，其中，地热热泵装置4与锅炉供热装置6之间设置有负载水泵5，通过负载水泵5驱动地热热泵装置4向锅炉供热装置6提供高温水。
地热热泵装置4向上通过负载水泵5将高温水输送给锅炉供热装置6，进而通过锅炉供热装置6热交换供后端用户使用，锅炉供热装置6将热交换后的冷却水返回到深井泵装置1中，冷却水在深井泵装置1与地下水的热能产生超热蒸汽；
锅炉供热装置6上连接有清水回流管，锅炉供热装置6将热交换后的冷却水通过清水回流管向深井下连接深井泵装置1并将清洁的冷却水返回到深井泵装置1中，冷却水在深井泵装置1与地下水的热能产生超热蒸汽，空气热泵3与锅炉供热装置6相连接，深井泵装置1中设置有汽轮机7，超热蒸汽在锅炉供热装置6中的汽轮机7的作用下，将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵3，空气热泵3通过气泵将外部空气被压缩，空气内能增加的热量作为加热源提供给加热源储罐2，因此，如果加热源储罐2不足时，通过空气热泵3对空气压缩，所产生热量作为加热源提供给加热源储罐2，从而形成循环的高效且恒温的供热系统。
本发明的关键点在于利用空气热泵弥补现有技术中深井泵装置加热源不足的问题，而且空气热泵的电能来源于系统循环的冷却水与地下水的热能产生超热蒸汽进行发电而得，从而减少了传统领域中地下热交换器的使用，从而降低了地下热交换器的建造成本，也直接减少了建筑面积；另外，还在于加热源储罐与地热热泵装置之间连接有用于输送高温水的热水管和用于输送高温蒸汽的回温管，以此形成了维持恒温热源供应和高效利用，能过提高约40％的能量利用率，也保证了供热的稳定性。
高效利用深井地热的供热系统的工作方法为：通过深井泵装置输送地下水到加热源储罐2中，加热源储罐2对地下水的热能进行蓄热，如果加热源储罐2不足时，通过空气热泵3对空气压缩，所产生热量作为加热源提供给加热源储罐2，加热源储罐2与地热热泵装置4之间循环来进行热源交换，一方面，加热源储热罐2提供高温水到地热热泵装置4，另一方面，地热热泵装置4在冷却过程中将从地热储热泵装置交换的高温水热量返回到热源储热罐2，以供热源储热罐2保持恒定的热源温度；
地热热泵装置4向上通过负载水泵5将高温水输送给锅炉供热装置6，进而通过锅炉供热装置6热交换供后端用户使用，锅炉供热装置6将热交换后的冷却水返回到深井泵装置1中，冷却水在深井泵装置1与地下水的热能产生超热蒸汽；超热蒸汽在锅炉供热装置6中的汽轮机7的作用下，将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵3，空气热泵3再给加热源储罐2提供加热源，并形成循环的高效且恒温的供热系统。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高效利用深井地热的供热系统，其特征在于：它包括位于深井下的深井泵装置（1）、加热源储罐（2）、空气热泵（3）、地热热泵装置（4）以及位于地表上的锅炉供热装置（6）；
所述深井泵装置（1）通过管井与加热源储罐（2）相连接并向加热源储罐（2）输送地下水，加热源储罐（2）与地热热泵装置（4）之间连接有用于输送高温水的热水管和用于输送高温蒸汽的回温管，地热热泵装置（4）通过管井向上与地表的锅炉供热装置（6）相连接，锅炉供热装置（6）将热量转移到负载用户；
所述锅炉供热装置（6）上连接有清水回流管，清水回流管向深井下连接深井泵装置（1）并将清洁的冷却水返回到深井泵装置（1）中，冷却水在深井泵装置（1）与地下水的热能产生超热蒸汽；
所述空气热泵（3）与锅炉供热装置（6）相连接，锅炉供热装置（6）将超热蒸汽用于操作空气热泵（3），空气热泵（3）和加热源储罐（2）相连接并向加热源储罐（2）提供加热源；
所述深井泵装置（1）中设置有汽轮机（7），汽轮机（7）负责将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵（3）；
所述空气热泵（3）通过气泵将外部空气被压缩，空气内能增加的热量作为加热源提供给加热源储罐（2）；
所述加热源储罐（2）的下端部与热水管相连接并提供高温水到地热热泵装置（4），加热源储罐（2）的上端部与回温管相连接并接收地热热泵装置（4）的高温蒸汽；
所述地热热泵装置（4）用于接收加热源储罐（2）的高温水，地热热泵装置（4）与锅炉供热装置（6）之间设置有负载水泵（5），负载水泵（5）驱动地热热泵装置（4）向锅炉供热装置（6）提供高温水。
2.一种如权利要求1所述的高效利用深井地热的供热系统的工作方法，其特征在于：
所述工作方法为：通过深井泵装置输送地下水到加热源储罐（2）中，加热源储罐（2）对地下水的热能进行蓄热，如果加热源储罐（2）热能不足时，通过空气热泵（3）对空气压缩，所产生热量作为加热源提供给加热源储罐（2），加热源储罐（2）与地热热泵装置（4）之间循环来进行热源交换，一方面，加热源储罐（2）提供高温水到地热热泵装置（4），另一方面，地热热泵装置（4）在冷却过程中将从地热储热泵装置交换的高温水热量返回到加热源储罐（2），以供加热源储罐 （2）保持恒定的热源温度；
地热热泵装置（4）向上通过负载水泵（5）将高温水输送给锅炉供热装置（6），进而通过锅炉供热装置（6）热交换供后端用户使用，锅炉供热装置（6）将热交换后的冷却水返回到深井泵装置（1）中，冷却水在深井泵装置（1）与地下水的热能产生超热蒸汽；超热蒸汽在锅炉供热装置（6）中的汽轮机（7）的作用下，将超热蒸汽转换为电能供给空气热泵（3），空气热泵（3）再给加热源储罐（2）提供加热源，并形成循环的高效且恒温的供热系统。
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