CN114321858A - 一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统及方法，包括地热取水泵，用于抽取地热取水井下的高温地热水；地热水一次换热器，用于将高温地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；高温热泵蒸发器，用于将换热后的低温地热水作为高温热泵的热源；地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回到地热回水井，完成地热水梯级利用。采取两者兼和的方式制取的低压饱和蒸汽，在经水蒸气单螺杆压缩机进行绝热压缩，从而提高蒸汽的品质要求，满足企业蒸汽需求。
Description
技术领域
本发明涉及地热能利用技术领域，特别是涉及一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
当前，能源短缺和环境污染已成为制约全球可持续发展的重要问题之一。地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源。在清洁能源(太阳能、风能、生物质能、地热能等)大家族中，地热是一种现实并具有竞争力的一员。地热资源具有储量大、分布广、清洁环保、稳定性好、利用系数高等特点，且地热资源丰富、分布广，发展前景广阔，市场潜力巨大，在节能减排中将发挥重要作用，到2020年，地热能年利用量达到5000×104t标准煤。
综合考虑热流体传输方式、温度范围以及开发利用方式等因素，地热资源可分为浅层地热能、水热型地热能和干热岩型地热能(增强型地热系统)三种类型。
目前工业园区集中供蒸汽的热源方式主要是燃煤锅炉、天然气锅炉、生物质锅炉、电锅炉等形式，然而上述几种热源形式多存在着不同类型的优劣势。存在着换热效率较低，蒸汽制取不充分，从而导致蒸汽的品质不高，无法满足企业蒸汽需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统及方法，其能够提高蒸汽的品质要求，满足企业蒸汽需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，包括：
地热取水泵，用于抽取地热取水井下的高温地热水；
地热水一次换热器，用于将高温地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；
高温热泵蒸发器，用于将换热后的低温地热水作为高温热泵的热源；
地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回到地热回水井，完成地热水梯级利用。
进一步地，所述地热水一次换热器换热后得到一次高温除盐水。
进一步地，所述一次高温除盐水经一级闪蒸喷嘴和降压后，闪蒸出低压蒸汽后成为饱和冷凝水。
进一步地，所述饱和冷凝水通过一级闪蒸输送泵输送进入二级闪蒸本体，进行二次循环闪蒸。
进一步地，所述二次循环闪蒸后的饱和冷凝水通过二级闪蒸循环泵输送至地热水一次换热器。
进一步地，所述地热水一次换热器将饱和冷凝水与地热水进行换热后，完成除盐水降压闪蒸循环。
进一步地，所述高温热泵吸收低温地热水的热量后将低温低压冷媒介质温度进转换为高温高压冷媒介质。
进一步地，所述高温高压冷媒介质经过高温热泵冷凝器将除盐水进行蒸发和冷凝。
进一步地，所述蒸发和冷凝后，冷媒介质经过高温热泵节流装置进入高温热泵蒸发器完成循环。
第二方面，本发明提供一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代方法，包括：
通过地热取水泵抽取地热取水井下的高温的地热水；
通过地热水一次换热器将高温的地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；
通过高温热泵蒸发器将换热后的地热水作为高温热泵的热源；
地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回到地热回水井，完成地热水梯级利用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明针对工业园区集中供蒸汽提供一种新的思路，采用水热型地热能中的中温地热为主要热源，采取地热能梯级利用，与除盐水进行一次换热，换取热量后的高温饱和冷凝水多级降压闪蒸制取低压蒸汽；经一次换热后的地热水作为高温热泵的蒸发器热源，制取二次蒸汽；采取两者兼和的方式制取的低压饱和蒸汽，在经水蒸气单螺杆压缩机进行绝热压缩，从而提高蒸汽的品质要求，满足企业蒸汽需求。
附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本实施例1提供的结构示意图；
其中，1、地热取水井；2、地热取水泵；3、地热回水泵；4、地热回水井；5、地热水一次换热器；6、高温热泵蒸发器；7、高温热泵节流装置；8、高温热泵介质；9、高温热泵冷凝器；10、高温热泵压缩机；11、一级闪蒸喷嘴；12、一级闪蒸输送泵；13、一级闪蒸本体；14、一级闪蒸折流板；15、水蒸气压缩机；16、二级闪蒸本体；17、二级闪蒸折流板；18、二级闪蒸喷嘴；19、除盐水处理装置；20、除盐水输送泵；21、蒸汽用户；22、二级闪蒸循环泵；23、地热水二次换热器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体的连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
实施例1.
本发明提供一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，包括：
地热取水泵，用于抽取地热取水井下的高温地热水；
地热水一次换热器，用于将高温地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；
高温热泵蒸发器，将换热后的低温地热水作为高温热泵的热源，为热泵系统提供低品位热量；
地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回至地热回水井，完成地热水梯级利用。
所述地热水一次换热器换热后得到一次高温除盐水。
所述一次高温除盐水经一级闪蒸喷嘴和降压后，闪蒸出低压蒸汽后成为饱和冷凝水。
所述饱和冷凝水通过一级闪蒸输送泵输送进入二级闪蒸本体，进行二次循环闪蒸。
所述二次循环闪蒸后的饱和冷凝水通过二级闪蒸循环泵输送至地热水一次换热器。
所述地热水一次换热器将饱和冷凝水与地热水进行换热后，完成除盐水降压闪蒸循环。
所述高温热泵吸收低温地热水的热量后将低温低压冷媒介质温度进转换为高温高压冷媒介质。
所述高温高压冷媒介质经过高温热泵冷凝器将除盐水进行蒸发和冷凝。
所述蒸发和冷凝后，冷媒介质经过高温热泵节流装置进入高温热泵蒸发器完成循环。
具体的，
利用地热取水泵(2)抽取地热取水井(1)下的高温地热水(90-150℃)，经管道输送至地热水一次换热器(5)加热除盐水至饱和状态，换热后的地热水经地热回水泵(3)，进入高温热泵蒸发器(6)作为高温热泵的热源，梯级换热后的地热水经地热水二次换热器(23)把除盐水进行一次加热后在回到地热回水井(4)，完成了地热水梯级利用的过程。
与地热水一次换热器(5)换热后得到的一次高温除盐水经一级闪蒸喷嘴(11)且降压后，闪蒸出低压蒸汽经一级闪蒸折流板(14)后成为饱和冷凝水，低压饱和冷凝水通过一级闪蒸输送泵(12)输送进入二级闪蒸本体(16)，通过二级闪蒸喷嘴(18)进行二次循环闪蒸，二次降压闪蒸蒸汽后经二级闪蒸折流板(17)后饱和冷凝水通过二级闪蒸循环泵(22)输送至地热水一次换热器(5)与地热水进行换热，完成了除盐水降压闪蒸循环。降压闪蒸的蒸汽，为了有效提升蒸汽的干度，分别设置了气水分离装置为一级闪蒸折流板(14)、二级闪蒸折流板(17)。
为了有效梯级利用地热水的热量，在地热水回灌至地热回水井(4)前，此部分地热能量作为高温热泵的主要热源，低温地热水进入高温热泵蒸发器(6)，高温热泵机组吸收热量后将低温低压的冷媒介质(8)温度进行提升，冷媒介质(8)一次经过高温热泵压缩机(10)后成为高温高压的状态，高温高压冷媒介质在进入高温热泵冷凝器(9)将除盐水进行蒸发，产生蒸汽，经冷凝后冷媒介质经过高温热泵节流装置(7)进入高温热泵蒸发器(6)完成一个循环。作为本发明的一个有限方式，高温热泵冷凝器(9)采用的多管式并联式，减小管径，增加管数量，加大高温冷媒与除盐水的接触面积，单位时间内产气速率加大。
作为余热梯级利用的一种有效手段，经热泵蒸发器(6)后的地热水为地热水二次换热器(23)提供热量后，在回至地热回水井(4)。为了实现蒸汽的产生，除盐水作为载体，普通介质水经过除盐水处理装置(19)后，在经除盐水输送泵(20)与地热水二次换热器(23)进行换热，将除盐水温度提高，进一步梯级利用地热水能量，在分别输送至高温热泵冷凝器(9)和二级闪蒸本体(16)中，产出一定品质的蒸汽，从而到达蒸汽用户(22)，满足使用需求。
经一级闪蒸本体(13)、二级闪蒸本体(16)、高温热泵冷凝器(9)出来的低温低压蒸汽，品味相对较低，不能全满足用户的需求，作为本发明的另外一中有效利用方式，采用水蒸气压缩机(151)、(152)、(153)将上述低温低压蒸汽进行升温升压，满足蒸汽用户(22)的需求。水蒸气压缩机(151)、(152)、(153)根据地热水的温度及流量、低压蒸汽闪蒸量、整个系统性能参数进行有效的耦合。
实施例2.
本发明提供一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代方法，包括：
通过地热取水泵抽取地热取水井下的高温的地热水；
通过地热水一次换热器将高温的地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；
通过高温热泵蒸发器将换热后的地热水作为高温热泵的热源；
地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回到地热回水井，完成地热水梯级利用。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，包括：
地热取水泵，用于抽取地热取水井下的高温地热水；
地热水一次换热器，用于将高温地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；
高温热泵蒸发器，用于将换热后的低温地热水作为高温热泵的热源；
地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回到地热回水井，完成地热水梯级利用。
2.如权利要求1所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述地热水一次换热器换热后得到一次高温除盐水。
3.如权利要求2所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述一次高温除盐水经一级闪蒸喷嘴和降压后，闪蒸出低压蒸汽后成为饱和冷凝水。
4.如权利要求3所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述饱和冷凝水通过一级闪蒸输送泵输送进入二级闪蒸本体，进行二次循环闪蒸。
5.如权利要求4所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述二次循环闪蒸后的饱和冷凝水通过二级闪蒸循环泵输送至地热水一次换热器。
6.如权利要求5所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述地热水一次换热器将饱和冷凝水与地热水进行换热后，完成除盐水降压闪蒸循环。
7.如权利要求6所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述高温热泵吸收低温地热水的热量后将低温低压冷媒介质温度进转换为高温高压冷媒介质。
8.如权利要求7所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述高温高压冷媒介质经过高温热泵冷凝器将除盐水进行蒸发和冷凝。
9.如权利要求8所述的一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代系统，其特征在于，所述蒸发和冷凝后，冷媒介质经过高温热泵节流装置进入高温热泵蒸发器完成循环。
10.一种地热能梯级利用多级循环闪蒸蒸汽替代方法，其特征在于，包括：
通过地热取水泵抽取地热取水井下的高温的地热水；
通过地热水一次换热器将高温的地热水加热除盐水至饱和状态，完成换热；
通过高温热泵蒸发器将换热后的地热水作为高温热泵的热源；
地热水二次换热器，用于把除盐水进行一次加热后回到地热回水井，完成地热水梯级利用。
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| CN (1) | CN114321858A (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023240775A1 (zh) * | 2022-06-15 | 2023-12-21 | 等熵循环(北京)新能源科技有限公司 | 一种利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统及方法 |
-
2022
- 2022-01-17 CN CN202210048399.5A patent/CN114321858A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023240775A1 (zh) * | 2022-06-15 | 2023-12-21 | 等熵循环(北京)新能源科技有限公司 | 一种利用中深层低温地能实现低温差多级发电系统及方法 |
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