CN208547140U - 地热能冷热电联产系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及地热能冷热电联产系统。该系统包括与地热水依次连接的热水泵、发生器和末端热用户并形成地热循环系统；所述发生器的工质侧依次与换热器的管程侧、吸收器、溶液泵、换热器的壳程侧、发生器的溶液侧和蒸汽发电装置相连通，并形成Kalina循环发电系统；所述蒸汽发电装置与所述吸收器相连通；所述发生器的溶液侧与用于提供制冷剂、蒸发和冷凝的制冷装置相连通，并形成制冷系统；所述制冷装置与所述吸收器相连通。本实用新型提供的系统可以将地热能通过多种途径转化为冷、热、电等能源，绿色环保，系统效率高，成本低，在同等条件下比有机朗肯发电循环的效率可提高10～20％。

Description

地热能冷热电联产系统
技术领域
本实用新型属于可再生能源的冷热电联产领域，更具体地，涉及地热能冷热电联产系统。
背景技术
地热能是一种清洁的可再生能源，相对于其他可再生能源，地热能的最大优势体现在它的稳定性和连续性。地热能热发电在经济性、技术性及环保性等众多方面具有较大优势。地热能在未来能源结构中发挥的最重要作用就是供应稳定、连续的基础负荷，将在国家未来可再生能源结构中占据重要位置。但是，由于盲目追求经济效益，忽略地热资源的合理开发，使得80℃以上的中低温地热资源浪费严重。而在一些经济落后的偏远地区，地热资源得不到开发，随处可见宝贵的地热水白白流失。上述现象的存在主要是因为技术手段的缺乏，这也正是本文开展中低温地热发电技术研究的初衷。
Kalina循环是由Alex Kalina博士在1983年提出的一种双工质发电技术，立刻引起了国内外学者的关注，大量的研究工作集中在Kalina循环和ORC循环的比较分析上。ORC循环系统蒸发器和冷凝器两大换热部件存在较大传热温差，这主要受限于有机工质在蒸发和冷凝过程均为等温等压过程，使得热源、冷源与有机工质的传热匹配性差，造成较大的热损失。而与ORC循环不同，Kalina循环采用氨水溶液作为工质，换热过程为变温过程，使得热源、冷源和氨水溶液的匹配性更好，从而使系统性能得到提升。
溴化锂吸收式制冷循环不需要压缩机为循环提供动力，也就相应的减少了系统电能的输入，而为循环所需的驱动热能由太阳能提供，并且温度对口，符合能量梯级利用原则。
利用冷热电联产系统可以优化我国的能源结构，节约了能源又保护了环境，具有极高的经济与社会效益，是可持续发展在能源领域的必然选择。但是传统的冷热电联产系统还存在着一些问题。目前的冷热电联产系统多是以燃气轮机与蒸汽朗肯循环及吸收式制冷结合进行冷热电三联供，虽然燃料的燃烧可以得到高品位的能量，但是系统的排热温度仍较高，并不能物尽其用。与此同时，化石燃料的燃烧也对环境造成了一定程度的污染。而利用有机朗肯循环发电则能很好的避免这一问题。中低温热源在生活中常见且易于得到，虽然其品位不高，但是储量巨大，可以作为联产系统的热源。同时由于利用了有机工质，有机朗肯循环对于热源的最低温度的要求降低了很多，通过选用合适的工质，可以将有机朗肯循环很好的与中低温热源比如太阳能相匹配，再结合吸收式制冷，则可以高效的提供冷量、热量和电量，物尽其用的同时又节能环保。
然而现有的余热利用发电技术面临的主要问题是设备要求高，需要消耗大量的高品位能源，且发电效率较低。例如公告号为CN106930827A中国发明专利申请公开说明书公开了一种提供利用燃气轮机余热的有机朗肯循环发电装置，将导热油循环系统和以高温有机介质为工质的有机朗肯循环进行组合。可实现多种场合的应用，但存在耗能较大，对设备要求较高等的问题，必须进行加以改进才能降低能耗。如公告号为CN103953403A中国发明专利申请公开说明书公开了一种回收烟气余热的跨临界与亚临界耦合有机朗肯循环系统，适用于多个不同的温区，但系统整体效率较低。
因此，设计一种针对中低温热源的设备要求低，且发电效率高的冷热电联产系统具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有余热利用发电技术设备要求高，发电效率低的缺陷，提供一种地热能冷热电联产系统。本实用新型提供的地热能冷热电联产系统可以有效利用中低温型热源，适用于地热能较丰富且对供电供冷供热要求灵活的地区；又可以实现冬季供暖，夏季供冷以及全年电力供应和提供生活热水，实现了能量的对口匹配及能量的梯级利用。
为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：
地热能冷热电联产系统，包括与地热水依次连接的热水泵、发生器和末端热用户，所述末端热用户将利用后的地热水通过管道回灌至地下形成地热循环系统；
所述发生器的工质侧依次与换热器的管程侧、吸收器、溶液泵、换热器的壳程侧、发生器的溶液侧和蒸汽发电装置相连通，所述蒸汽发电装置与所述吸收器相连通，并形成Kalina循环发电系统；
所述发生器的溶液侧与用于提供制冷剂、蒸发和冷凝的制冷装置相连通，所述制冷装置与所述吸收器相连通，并形成制冷系统。
本实用新型提供了一种对地热能的深度利用且绿色节能环保的基于Kalina循环及溴化锂制冷的冷热电联产系统。
本实用新型的发电过程如下：地热水通过热水泵进入发生器中，加热发生器内的氨水溶液，得到含有少量水蒸汽的氨蒸气，并从发生器出口进入发生装置内，通过蒸汽驱动蒸汽发电装置发电产生电力；发电后的低压低温氨蒸气进入吸收器中，被发生器中的稀溶液吸收，放出的热量被冷却水带走，完成整个循环过程。另外，在发生器和吸收器之间形成一个氨水溶液循环环路，吸收器出来的浓溶液通过溶液泵加压进入溶液热交换器，回收一部分能量后进入发生器。
经发生器的地热水可用于末端热用户利用，并通过管道回灌至地下形成地热循环系统。
本实用新型的制冷过程如下：制冷装置提供的低压制冷剂(冷剂水)蒸汽先进人吸收器，在吸收器中用液态(溴化锂溶液)吸收剂来吸收，以维持制冷装置内的低压，并放出大量的溶解热。热量由吸收器管内冷却介质(冷却水)带走，然后用溶液泵将这一由吸收剂与制冷剂混合而成的溶液送入发生器；溶液在发生器中，被管内蒸汽或其他热源加热，提高了温度，制冷剂蒸汽又重新蒸发析出。此时，压力显然比吸收器中的压力高，成为高压蒸汽进入制冷装置中冷凝。冷凝液在制冷装置内循环实现蒸发、冷凝；另外，发生器中剩下的吸收剂又回到吸收器中，继续循环。
本实用新型提供的地热能冷热电联产系统可以有效利用中低温型热源，适用于地热能较丰富且对供电供冷供热要求灵活的地区；又可以实现冬季供暖，夏季供冷以及全年电力供应和提供生活热水，实现了能量的对口匹配及能量的梯级利用。
优选地，所述蒸汽发电装置包括汽轮机和发电机，所述汽轮机和发电机同轴设置，所述汽轮机分别与所述发生器的溶液侧和吸收器相连通。
优选地，所述制冷装置包括依次连通的冷凝器、蒸发器和冷剂泵，所述蒸发器分别与用户制冷设备和吸收器相连通，所述冷凝器分别与所述发生器的溶液侧和吸收器相连通。
优选地，所述冷凝器和蒸发器之间设置有减压阀。
优选地，所述换热器的管程侧和吸收器之间设置有节流阀。
优选地，所述发生器包括第一发生器和第二发生器，所述换热器包括第一吸收器和第二吸收器，所述吸收器包括第一吸收器和第二吸收器，所述溶液泵包括第一溶液泵和第二溶液泵；所述第一发生器的工质侧依次与第一换热器的管程侧、第一吸收器、第一溶液泵、第一换热器的壳程侧、第一发生器的溶液侧和蒸汽发电装置相连通，所述蒸汽发电装置与所述第一吸收器相连通；所述第二发生器的溶液侧依次与第二换热器的管程侧、第二吸收器、第二溶液泵、第二换热器的壳程侧、第二发生器的蒸汽侧和制冷装置相连通，所述制冷装置与所述第二吸收器相连通。
优选地，所述发生器和吸收器均为垂直降膜换热器。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的地热能冷热电联产系统可以有效利用中低温型热源，适用于地热能较丰富且对供电供冷供热要求灵活的地区；又可以实现冬季供暖，夏季供冷以及全年电力供应和提供生活热水，实现了能量的对口匹配及能量的梯级利用。本实用新型提供的地热能冷热电联产系统可以将地热能通过多种途径转化为冷、热、电等能源，绿色环保，系统效率高，成本低，在同等条件下比有机朗肯发电循环的效率可提高10～20％。
附图说明
图1为实施例1提供的基于Kalina循环及溴化锂制冷的冷热电联产系统的结构示意图；
图2为实施例1提供的Kalina循环示意图；
图3为实施例1提供的溴化锂制冷循环示意图；
其中：
1为热水泵；
2为发生器，201为第一发生器，202为第二发生器；
3为末端热用户；
4为换热器，401为第一换热器，402为第二换热器；
5为吸收器，501为第一吸收器，502为第二吸收器；
6为溶液泵，601为第一溶液泵，602为第二溶液泵；
7为蒸汽发电装置，701为汽轮机，702为发电机；
8为制冷装置，801为冷凝器，802为蒸发器，803为冷剂泵，804为减压阀；
9为节流阀。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
本实施例提供一种对地热能的深度利用且绿色节能环保的基于Kalina循环及溴化锂制冷的冷热电联产系统，如图1，包括热水泵1、发生器2、末端热用户3、换热器4、吸收器5、溶液泵6、蒸汽发电装置7、用于提供制冷剂、蒸发和冷凝的制冷装置8和节流阀9；发生器2包括第一发生器201和第二发生器202，换热器4括第一吸收器501和第二吸收器502，吸收器5包括第一吸收器501和第二吸收器502，蒸汽发电装置7包括汽轮机701和发电机 702，制冷装置8包括依次连通的冷凝器801、蒸发器802和冷剂泵803，节流阀9包括第一节流阀901和第二节流阀902。
在本实施例中第一发生器201、和第一吸收器501为垂直降膜换热器。
如图2，热水泵1与地热水相连通，用于抽取地热水，第一发生器201的热源侧入口与热水泵1的出口连接，第一发生器201的热水侧出口与末端热用户3连接，然后通过回灌管回灌至地下，实现用户的末端供暖。
同时，第一发生器201的工质蒸汽侧出口与汽轮机701的入口连接，汽轮机701和发电机702同轴设置，地热水经第一发生器201换热后加热第一发生器201内的氨水溶液，得到含有少量水蒸汽的氨蒸气，并从第一发生器201出口进入蒸汽发电装置7内，通过汽轮机701做工产生电力实现发电。
另外，还通过如下连接的各部件实现Kalina循环发电：第一发生器201的工质侧入口与第一换热器401管程出口连接，第一发生器201溶液侧出口与第一换热器401壳程入口连接，第一换热器401的壳程出口通过第一节流阀901与第一吸收器501的溶液侧连接，汽轮机701的出口与第一吸收器501的工质侧入口连接，第一吸收器501的工质侧出口与第一溶液泵601的入口连接，第一溶液泵601的出口与第一换热器401的管程入口连接，构成利用地热能热源的Kalina循环发电系统。
发电后的低压低温氨蒸气进入第一吸收器501中，被第一发生器201中的稀溶液吸收，放出的热量被冷却水带走，完成整个循环过程。另外，在第一发生器201和第一吸收器501之间形成一个氨水溶液循环环路，第一吸收器501出来的浓溶液通过第一溶液泵601加压进入溶液热交换器，回收一部分能量后进入第一发生器201。
如图3，热水泵1与地热水相连通，用于抽取地热水，第二发生器202的热源侧入口与热水泵1的出口连接，第二发生器202的热水侧出口与末端热用户3连接，然后通过回灌管回灌至地下，实现用户的末端供暖。
溴化锂吸收式制冷循环系统组成如下：蒸发器802分别与用户制冷设备的冷冻水入口及冷冻水出口连接，
第二发生器202的溶剂侧出口依次连接有第二换热器402的管程侧、第二节流阀902、第二吸收器502、第二溶液泵602、第二换热器402的壳程侧、第二发生器202的蒸汽侧和冷凝器801相连通。并在第二发生器和第二吸收器中形成吸收剂循环环路。第二吸收器502冷却水侧入口连接有冷却水入口，第二吸收器502冷却水侧出口与冷凝器801的冷却水侧入口连接，构成溴化锂吸收式制冷系统。
由蒸发器802出来的低压制冷剂冷剂水蒸汽先进人第二吸收器502，在第二吸收器502中用液态溴化锂溶液吸收剂来吸收，以维持蒸发器802内的低压，并放出大量的溶解热。
热量由第二吸收器502管内冷却介质冷却水带走，然后用第二溶液泵602将这一由吸收剂与制冷剂混合而成的溶液送入第二发生器202。
溶液在第二发生器202中，被管内蒸汽或其他热源加热，提高了温度，制冷剂蒸汽又重新蒸发析出。此时，压力显然比第二吸收器502中的压力高，成为高压蒸汽进入冷凝器801冷凝。
冷凝液经节流减压后，进入蒸发器802进行蒸发吸热，而蒸发器802内的冷媒水降温实现了制冷。
第二发生器202中剩下的吸收剂又回到第二吸收器502中，继续循环。
本实用新型利用地热能热源的Kalina循环发电系统分别与溴化锂吸收式制冷机及末端供暖、供生活用热系统连接构成整体冷热电联产系统。既达到了温度对口、梯级利用、以热制冷的目的，又实现了电力供应、冬季供暖、夏季供冷的冷热电联产。

Claims (7)

1.地热能冷热电联产系统，其特征在于，包括与地热水依次连接的热水泵(1)、发生器(2)和末端热用户(3)，所述末端热用户(3)将利用后的地热水通过管道回灌至地下形成地热循环系统；
所述发生器(2)的工质侧依次与换热器(4)的管程侧、吸收器(5)、溶液泵(6)、换热器(4)的壳程侧、发生器(2)的溶液侧和蒸汽发电装置(7)相连通，所述蒸汽发电装置(7)与所述吸收器(5)相连通，并形成Kalina循环发电系统；
所述发生器(2)的溶液侧依次与所述换热器(4)的管程侧、吸收器(5)、溶液泵(6)、换热器(4)的壳程侧、发生器(2)的蒸汽侧和用于提供制冷剂、蒸发和冷凝的制冷装置(8)相连通，所述制冷装置(8)与所述吸收器(5)相连通并形成制冷循环系统。
2.根据权利要求1所述地热能冷热电联产系统，其特征在于，所述蒸汽发电装置(7)包括汽轮机(701)和发电机(702)，所述汽轮机(701)和发电机(702)同轴设置，所述汽轮机(701)分别与所述发生器(2)的溶液侧和吸收器(5)相连通。
3.根据权利要求1所述地热能冷热电联产系统，其特征在于，所述制冷装置(8)包括依次连通的冷凝器(801)、蒸发器(802)和冷剂泵(803)，所述蒸发器(802)分别与用户制冷设备和吸收器(5)相连通，所述冷凝器(801)分别与所述发生器(2)的溶液侧和吸收器(5)相连通。
4.根据权利要求3所述地热能冷热电联产系统，其特征在于，所述冷凝器(801)和蒸发器(802)之间设置有减压阀(804)。
5.根据权利要求1所述地热能冷热电联产系统，其特征在于，所述换热器(4)的管程侧和吸收器(5)之间设置有节流阀(10)。
6.根据权利要求1所述地热能冷热电联产系统，其特征在于，所述发生器(2)包括第一发生器(201)和第二发生器(202)，所述换热器(4)包括第一换热器(401)和第二换热器(402)，所述吸收器(5)包括第一吸收器(501)和第二吸收器(502)，所述溶液泵(6)包括第一溶液泵(601)和第二溶液泵(602)；所述第一发生器(201)的工质侧依次与第一换热器(401)的管程侧、第一吸收器(501)、第一溶液泵(601)、第一换热器(401)的壳程侧、第一发生器(201)的溶液侧和蒸汽发电装置(7)相连通，所述蒸汽发电装置(7)与所述第一吸收器(501)相连通；所述第二发生器(202)的溶液侧依次与第二换热器(402)的管程侧、第二吸收器(502)、第二溶液泵(602)、第二换热器(402)的壳程侧、第二发生器(202)的蒸汽侧和制冷装置(8)相连通，所述制冷装置(8)与所述第二吸收器(502)相连通。
7.根据权利要求1所述地热能冷热电联产系统，其特征在于，所述发生器(2)和吸收器(5)为垂直降膜换热器。
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