CN114353154A - 地热和火电厂耦合的多级供热系统 - Google Patents

地热和火电厂耦合的多级供热系统 Download PDF

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CN114353154A CN202111505771.2A CN202111505771A CN114353154A CN 114353154 A CN114353154 A CN 114353154A CN 202111505771 A CN202111505771 A CN 202111505771A CN 114353154 A CN114353154 A CN 114353154A
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Abstract

本发明的实施例提出一种地热和火电厂耦合的多级供热系统，包括热泵组、地层集热系统和供热系统。所述地层集热系统和所述供热系统中的每一者均与所述热泵组相连以便所述地层集热系统的热量通过所述热泵组件传递到所述供热系统。因此，本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统具有热量持续性好、无污染的优点，并在一定程度上减少供热系统中煤炭的消耗，降低供热碳排放量。

Description

地热和火电厂耦合的多级供热系统
技术领域
本发明涉及地热开发利用技术领域，具体涉及一种地热和火电厂耦合的多级供热系统。
背景技术
地热是一种可再生能源，基本不受天气和季节变化的影响，具有供能稳定、连续、利用率高等优点。通过地热热源可以提取约60～80℃左右的高温水用于供热。相关技术中，我国城市供热能源中，煤炭接近80％的占比，煤炭本身是不可再生资源，煤炭供热还存在污染高的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种地热和火电厂耦合的多级供热系统。该地热和火电厂耦合的多级供热系统具有热量持续性好和无污染的优点，在一定程度上可减少供热系统中煤炭的消耗，降低供热碳排放量。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统，包括热泵组、地层集热系统和供热系统。所述地层集热系统和所述供热系统中的每一者均与所述热泵组相连以便所述地层集热系统的热量通过所述热泵组件传递到所述供热系统。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统通过热泵组、地层集热系统与供热系统之间耦合，热泵组可以以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体，从而使地层中的低品位(较低温度)的热能通过热泵组流向供暖管网供暖温度(较高温度)的高品位热能，一定程度上减轻了供热系统中热量不足的压力。此外，采用地层集热系统可以将地热资源中的热量充分利用，且具有热量持续性好、无污染及环保节能的优点，可一定程度上减少供热系统中煤炭的消耗，降低供热碳排放量。。
因此，本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统具有热量持续性好和无污染的优点，可在一定程度上减少供热系统中煤炭的消耗，降低供热碳排放量。。
在一些实施例中，所述地层集热系统包括浅层集热组件和中深层集热组件，所述热泵组包括第一热泵和第二热泵，所述浅层集热组件和所述供热系统的第一部分中的每一者均与所述第一热泵相连，所述中深层集热组件和所述供热系统的第二部分中的每一者均与所述第二热泵相连，按照所述供热系统内水流向，所述第一部分位于所述第二部分的上游。
在一些实施例中，所述浅层集热组件包括第一循环管和用于埋设在浅地层内的热地埋管，所述热地埋管与所述第一循环管构成第一循环回路，所述第一循环管的一部分与所述第一热泵相连，以便所述浅地层的热量通过所述第一热泵传递到所述供热系统。
在一些实施例中，所述热地埋管的设置在深度为100-200m的浅地层内。
在一些实施例中，所述第一循环管包括依次连通的第一排液管段、第一换热段和第一回液管段，所述热地埋管的排液口与所述第一排液管段的进液口相连，所述第一回液管段的出液口与所述热地埋管的进液口相连，所述第一换热段与所述第一热泵相连，所述热地埋管、所述第一排液管段、所述第一换热段和所述第一回液管段构成所述第一循环回路。
在一些实施例中，所述中深层集热组件包括中深层水热地热井、潜水泵及第二循环管，所述潜水泵设置于所述中深层水热地热井内，所述第二循环管与所述中深层水热地热井构成第二循环回路，所述第二循环管的一部分与所述第二热泵相连。
在一些实施例中，所述中深层水热地热井的深度为1500-3000m。
在一些实施例中，所述第二循环管包括依次连通的第二排液管段、第二换热段和第二回液管段，所述潜水泵的排液口与所述第二排液管段的进液口相连，所述第二回液管段的出液口与所述潜水泵的进液口相连，所述第二换热段与所述第二热泵相连，所述中深层水热地热井、所述第二排液管段、所述第二换热段和所述第二回液管段依次连通构成所述第二循环回路，以便所述中深层水热地热井内的水热量通过所述第二热泵传递到所述供热系统。
在一些实施例中，所述供热系统包括热网管和设置在所述热网管上的循环泵，所述热网管的一端连通能够与供暖系统的进水口连通，所述热网管的另一端能够与所述供暖系统的排水口连通，所述热网管与所述热泵组相连。
在一些实施例中，按照所述热网管内的水流向，所述热网管依次与所述第一热泵和所述第二热泵相连。
在一些实施例中，所述热网管包括依次连通的第一热网管段、第二热网管段和第三热网管段，所述第一热网管段的进液口能够与所述供暖系统的排水口连通，所述第三热网管段的出液口能够与供暖系统的进水口连通。
在一些实施例中，所述第一热网管段与所述第一热泵相连，以使所述第一热网管段与所述第一循环管内的液体形成热量传递。
在一些实施例中，所述第二热网管段与所述第二热泵相连，以使所述第二热网管段与所述第二循环管内的液体形成热量传递。
在一些实施例中，包括汽轮机和换热器组件，所述汽轮机的出汽口与所述换热器组连通，所述汽轮机的出汽口与所述换热器组的高温流体管连通，所述换热器组的低温流体管与所述供热系统连通。
在一些实施例中，所述换热器组件包括第一换热器，所述第一换热器的高温流体管与所述汽轮机的出汽口相连，所述第一换热器的低温流体管与所述第三热网管段连通，以使所述第三热网管段的流体与所述汽轮机的流出的流体之间形成热量传递。
在一些实施例中，所述换热器组件还包括第二换热器，所述第二换热器的高温流体管与所述第二换热器的高温流体管连通，所述第二换热器的低温流体管与所述第二排液管段连通，所述第二换热器的低温流体管内的流体与所述第二循环管内的流体之间形成热量传递。
附图说明
图1是本发明一个实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统示意图。
附图标记：
地热和火电厂耦合的多级供热系统100；
热泵组1；第一热泵11；第二热泵12；
地层集热系统2；
浅层集热组件21；第一循环管211；第一排液管段2111；第一换热段2112；第一回液管段2113；热地埋管212；
中深层集热组件22；中深层水热地热井221；潜水泵222；第二循环管223；第二排液管段2231；第二换热段2232；第二回液管段2233；
供热系统3；热网管31；第一热网管段311；第二热网管段312；第三热网管段313；循环泵32；
汽轮机4；
换热器组件5；第一换热器51；第二换热器52。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1描述本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100，包括热泵组1、地层集热系统2和供热系统3。
地层集热系统2和供热系统3中的每一者均与热泵组1相连以便地层集热系统2的热量通过热泵组1件传递到供热系统3。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过热泵组1、地层集热系统2与供热系统3之间耦合，热泵组1(一般利用电能或者高温蒸汽驱动，提取浅层中埋设的地热地埋管中的循环水中的热量)可以以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体，从而使地层中的低品位(较低温度)的热能通过热泵组1流向供暖管网供暖温度(较高温度)的高品位热能，一定程度上减轻了供热系统3中热量不足的压力。此外，采用地层集热系统2可以将地热资源中的热量充分利用，且具有热量持续性好、无污染及环保节能的优点，可一定程度上提升电厂的供热能力，减少供热系统中煤炭的消耗，降低供热碳排放量。
因此，本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100具有热量持续性好、经济和环保的优点，可在一定程度上减少供热系统中煤炭的消耗，降低供热碳排放量。。
如图1所示，地层集热系统2包括浅层集热组件21和中深层集热组件22，热泵组1包括第一热泵11和第二热泵12，浅层集热组件21和供热系统3的第一部分中的每一者均与第一热泵11相连，中深层集热组件22和供热系统3的第二部分中的每一者均与第二热泵12相连，按照供热系统3内水流向，第一部分位于第二部分的上游。换言之，第一热泵11与供热系统温度较低的一端相连，第二热泵12与供热系统温度较高的一端相连。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过浅层集热组件21和供热系统3的第一部分中的每一者均与第一热泵11相连，中深层集热组件22和供热系统3的第二部分中的每一者均与第二热泵12相连，因为浅层集热组件21内的循环水的温度低于中深层集热组件22内的循环水的温度，第一部分内的水的温度小于第二部分内的水的温度，进而实现浅层集热组件21和中深层集热组件22对供热系统3内的梯级加热(温度相近的热量传递过程中，热量损失越少)。因此，本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100具有减少消耗和提升供热效率的优点。
如图1所示，浅层集热组件21包括第一循环管211和用于埋设在浅地层内的热地埋管212，热地埋管212与第一循环管211构成第一循环回路，第一循环管211的一部分与第一热泵11相连，以便浅地层的热量通过第一热泵11传递到供热系统3。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过热地埋管212与第一循环管211构成第一循环回路，通过第一循环回路可以实现水资源的重复的利用，减少了地下水资源的浪费。此外，通过构成的第一循环回路可以将热地埋管212和第一循环管211内的循环水中的余热重复利用，降低了浅地层中热能的浪费，进而提升了浅地层中热能的浪费。
可选地，热地埋管212的设置在深度为100-200m的浅地层内。此深度的浅地层具有温度合适和施工难度低的优点。
如图1所示，第一循环管211包括依次连通的第一排液管段2111、第一换热段2112和第一回液管段2113，热地埋管212的排液口与第一排液管段2111的进液口相连，第一回液管段2113的出液口与热地埋管212的进液口相连，第一换热段2112与第一热泵11相连，热地埋管212、第一排液管段2111、第一换热段2112和第一回液管段2113构成第一循环回路。可以理解的是，第一排液管段2111的至少一部分设置在地层下。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100中第一循环管211分段设置(依次连通的第一排液管段2111、第一换热段2112和第一回液管段2113)，具有结构简单，安装方便的优点。
如图1所示，中深层集热组件22包括中深层水热地热井221、潜水泵222及第二循环管223，潜水泵222设置于中深层水热地热井221内，第二循环管223与中深层水热地热井221构成第二循环回路，第二循环管223的一部分与第二热泵12相连。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过将第二循环管223与中深层水热地热井221构成第二循环回路，可以实现水资源的重复的利用，减少了地下水资源的浪费。此外，通过构成的第二循环回路可以将中深层水热地热井221和第二循环管223内的循环水中的余热重复利用，降低了中深地层中热能的浪费，进而提升了中深地层中热能的浪费。
可选地，中深层水热地热井221的深度为1500-3000m。此深度的水热地热井具有温度合适和施工难度低的优点。
如图1所示，第二循环管223包括依次连通的第二排液管段2231、第二换热段2232和第二回液管段2233，潜水泵222的排液口与第二排液管段2231的进液口相连，第二回液管段2233的出液口与潜水泵222的进液口相连，第二换热段2232与第二热泵12相连，中深层水热地热井221、第二排液管段2231、第二换热段2232和第二回液管段2233依次连通构成第二循环回路，以便中深层水热地热井221内的水热量通过第二热泵12传递到供热系统3。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过第二循环管223分成第二排液管段2231、第二换热段2232和第二回液管段2233，具有结构简单，安装方便的优点。
如图1所示，供热系统3包括热网管31和设置在热网管31上的循环泵32，热网管31的一端连通能够与供暖系统的进水口连通，热网管31的另一端能够与供暖系统的排水口连通，热网管31与热泵组1相连。也就是说，第一部分的进水口与能够与供暖系统的排水口连通，第二部分的排水口与能够与供暖系统的进水口连通。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过热网管31和循环泵32实现供暖系统之间实现水的循环。此外，热网管31通过热泵组1将地层集热系统2内的热量充分利用，为供暖系统提供充分的热量补给
如图1所示，热网管31包括依次连通的第一热网管段311、第二热网管段312(第一部分可以包括第一热网管段311、第二热网管段312)和第三热网管段313(第二部分可以包括第三热网管段313)，第一热网管段311的进液口能够与供暖系统的排水口连通，第三热网管段313的出液口能够与供暖系统的进水口连通。具有结构简单、安装便捷的优点。
具体地，第一热网管段311与第一热泵11相连，以使第一热网管段311与第一循环管211内的液体形成热量传递。第二热网管段312与第二热泵12相连，以使第二热网管段312与第二循环管223内的液体形成热量传递。通过对热网管31梯级加热，提高了地层集热系统2的热效率。
如图1所示，该地热和火电厂耦合的多级供热系统100包括汽轮机4和换热器组件5，汽轮机4的出汽口与换热器组连通，汽轮机4的出汽口与换热器组的高温流体管连通，换热器组的低温流体管与供热系统3连通。在地层集热系统2提供热量达不到要求时，通过汽轮机4的出汽口对供热系统3的热量进行补充，提升了地热和火电厂耦合的多级供热系统100的应用范围，例如，供暖、居民热水的供应及低温干燥等领域。
如图1所示，换热器组件5包括第一换热器51，第一换热器51的高温流体管与汽轮机4的出汽口相连，第一换热器51的低温流体管与第三热网管段313连通，以使第三热网管段313的流体与汽轮机4的流出的流体之间形成热量传递。
本发明实施例的地热和火电厂耦合的多级供热系统100通过设置第一换热器51，可以对汽轮机4的出汽口排出的汽水中的热量进行回收利用，提升了热量的利用效率。
可选地，换热汽轮机4器组件5还包括第二换热器52，第二换热器52的高温流体管与第二换热器52的高温流体管连通，第二换热器52的低温流体管与第二排液管段2231连通，第二换热器52的低温流体管内的流体与第二循环管223内的流体之间形成热量传递。通过设置第二换热器52，可以进一步提升了热量的利用效率。
可选地，汽轮机4可以为背压式汽轮机。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，包括：
热泵组；
地层集热系统和供热系统，所述地层集热系统和所述供热系统中的每一者均与所述热泵组相连以便所述地层集热系统的热量通过所述热泵组件传递到所述供热系统。
2.根据权利要求1所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述地层集热系统包括浅层集热组件和中深层集热组件，所述热泵组包括第一热泵和第二热泵，所述浅层集热组件和所述供热系统的第一部分中的每一者均与所述第一热泵相连，所述中深层集热组件和所述供热系统的第二部分中的每一者均与所述第二热泵相连，按照所述供热系统内水流向，所述第一部分位于所述第二部分的上游。
3.根据权利要求2所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述浅层集热组件包括第一循环管和用于埋设在浅地层内的热地埋管，所述热地埋管与所述第一循环管构成第一循环回路，所述第一循环管的一部分与所述第一热泵相连，以便所述浅地层的热量通过所述第一热泵传递到所述供热系统；
可选地，所述热地埋管的设置在深度为100-200m的浅地层内。
4.根据权利要求3所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述第一循环管包括依次连通的第一排液管段、第一换热段和第一回液管段，所述热地埋管的排液口与所述第一排液管段的进液口相连，所述第一回液管段的出液口与所述热地埋管的进液口相连，所述第一换热段与所述第一热泵相连，所述热地埋管、所述第一排液管段、所述第一换热段和所述第一回液管段构成所述第一循环回路。
5.根据权利要求4所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述中深层集热组件包括中深层水热地热井、潜水泵及第二循环管，所述潜水泵设置于所述中深层水热地热井内，所述第二循环管与所述中深层水热地热井构成第二循环回路，所述第二循环管的一部分与所述第二热泵相连；
可选地，所述中深层水热地热井的深度为1500-3000m。
6.根据权利要求5所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述第二循环管包括依次连通的第二排液管段、第二换热段和第二回液管段，所述潜水泵的排液口与所述第二排液管段的进液口相连，所述第二回液管段的出液口与所述潜水泵的进液口相连，所述第二换热段与所述第二热泵相连，所述中深层水热地热井、所述第二排液管段、所述第二换热段和所述第二回液管段依次连通构成所述第二循环回路，以便所述中深层水热地热井内的水热量通过所述第二热泵传递到所述供热系统。
7.根据权利要求6所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述供热系统包括热网管和设置在所述热网管上的循环泵，所述热网管的一端连通能够与供暖系统的进水口连通，所述热网管的另一端能够与所述供暖系统的排水口连通，所述热网管与所述热泵组相连；
可选地，按照所述热网管内的水流向，所述热网管依次与所述第一热泵和所述第二热泵相连。
8.根据权利要求7所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述热网管包括依次连通的第一热网管段、第二热网管段和第三热网管段，所述第一热网管段的进液口能够与所述供暖系统的排水口连通，所述第三热网管段的出液口能够与供暖系统的进水口连通；
可选地，所述第一热网管段与所述第一热泵相连，以使所述第一热网管段与所述第一循环管内的液体形成热量传递；
可选地，所述第二热网管段与所述第二热泵相连，以使所述第二热网管段与所述第二循环管内的液体形成热量传递。
9.根据权利要求8所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，包括汽轮机和换热器组件，所述汽轮机的出汽口与所述换热器组连通，所述汽轮机的出汽口与所述换热器组的高温流体管连通，所述换热器组的低温流体管与所述供热系统连通。
10.根据权利要求9所述的地热和火电厂耦合的多级供热系统，其特征在于，所述换热器组件包括第一换热器，所述第一换热器的高温流体管与所述汽轮机的出汽口相连，所述第一换热器的低温流体管与所述第三热网管段连通，以使所述第三热网管段的流体与所述汽轮机的流出的流体之间形成热量传递；
可选地，所述换热器组件还包括第二换热器，所述第二换热器的高温流体管与所述第二换热器的高温流体管连通，所述第二换热器的低温流体管与所述第二排液管段连通，所述第二换热器的低温流体管内的流体与所述第二循环管内的流体之间形成热量传递。
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