CN209181038U - 一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，该系统包括：第二类吸收式热泵机组、第一级板式换热器、第二级板式换热器、汽液分离装置，所述第二类吸收式热泵机组包括蒸发器、发生器、吸收器、冷凝器；所述蒸发器和发生器、第一级板式换热器、第二级板式换热器依次连接；所述吸收器通过所述汽液分离装置与蒸汽需求侧连接；所述第一级板式换热器、第二级板式换热器分别与采暖需求侧连接；所述冷凝器连接于冷凝塔。本实用新型基于第二类吸收式热泵原理实现地热能制取蒸汽，同时将地热水低温部分进行供热，实现采用地热清洁能源替代燃煤的目的，并且通过梯级方式充分利用地热能，提高地热能利用效率。

Description

一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统

技术领域

本实用新型涉及地热资源开发领域，更具体地，涉及一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统。

背景技术

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。

低温饱和蒸汽是工业生产制造领域中一种常用的中间产品，需求量巨大，可用于加热、烘干、消毒等多种工艺环节。目前，我国大部分工业低温饱和蒸汽采用燃煤蒸汽锅炉作为发生装置，且多以工厂为单位自给自足，锅炉效率低，污染物处理水平低，导致工业燃煤排放的污染物已经成为我国空气污染的一个主要来源。

我国中东部工业相对发达的地区蕴藏有丰富的地热资源，部分地区在可经济开发的深度范围内地热资源品位高，但目前缺乏合理、高效的利用方式，大量水热型中温地热资源被直接用于单一的地热供暖，温度需求较低(约50℃)，从热力学角度讲，对地热能品位造成了浪费。

热力学理论表明，节能不仅意味着节约“量”，同时还要节约“质”。“品位对口，梯级利用”是热能利用的基本原则，合理的梯级利用地热能，可提高地热能利用效率。

随着第二类吸收式热泵理论的不断发展，利用中温热源制取蒸汽已经具备了技术基础，但是利用温度品位适中的水热型地热资源制取蒸汽并进行梯级综合利用的高效节能利用方式尚未被提出。

公开于本实用新型背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型提出了一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其能够基于第二类吸收式热泵原理实现地热能制取蒸汽，同时将地热水低温部分进行供热，实现采用地热清洁能源替代燃煤的目的，并且通过梯级方式充分利用地热能，提高地热能利用效率。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，包括：第二类吸收式热泵机组、第一级板式换热器、第二级板式换热器、汽液分离装置，所述第二类吸收式热泵机组包括蒸发器、发生器、吸收器、冷凝器；

所述蒸发器和发生器、第一级板式换热器、第二级板式换热器依次连接；

所述吸收器通过所述汽液分离装置与蒸汽需求侧连接；

所述第一级板式换热器、第二级板式换热器分别与采暖需求侧连接；

所述冷凝器连接于冷却塔。

优选地，所述汽液分离装置包括进水端、出水端和送汽端，所述进水端通过冷凝水供水管路连接于所述吸收器，所述出水端通过冷凝水回水管路连接于所述吸收器，所述送汽端通过送汽管路连接于所述蒸汽需求侧。

优选地，还包括冷凝水泵，所述蒸汽需求侧、冷凝水泵、吸收器通过冷凝水回水管路依次连接，所述冷凝水泵设于所述汽液分离装置和所述吸收器之间。

优选地，还包括冷却水循环泵，所述冷却塔、冷却水循环泵、冷凝器依次通过冷却塔供回水管路连接。

优选地，还包括第一采暖循环泵，所述第一级板式换热器、第一采暖循环泵通过第一采暖循环水管与采暖需求侧连接。

优选地，还包括旁路管道，所述旁路管道连通于所述冷却塔供回水管路和所述第一采暖循环水管，所述旁路管道设有阀门。

优选地，还包括支路热泵机组，所述第二级换热器、支路热泵机组、采暖需求侧通过第二采暖循环水管依次连接。

优选地，所述支路热泵机组包括相互连接的蒸发器和冷凝器。

优选地，所述支路热泵机组的蒸发器通过热泵中间水循环泵与所述第二级换热器连接，所述支路热泵机组的冷凝器通过第二采暖循环泵与采暖需求侧连接。

优选地，还包括潜水泵、旋流除砂器、过滤装置、回灌加压泵，所述潜水泵、旋流除砂器、吸收式热泵机组的蒸发器和发生器依次连接，所述第二级板式换热器、所述过滤装置、回灌加压泵依次连接，所述潜水泵设置于地热生产井中。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出了一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其能够通过第二类吸收式热泵原理实现地热能制取蒸汽，同时将地热水低温部分进行供热，实现采用地热清洁能源替代燃煤的目的，并且通过梯级方式充分利用地热能，提高地热能利用效率，并解决传统化石能源的污染问题，与传统的地热直接供热方式相比，避免了能量在品位方面的浪费，同时生产了价值更高的蒸汽，可有效增加项目经济性。

本实用新型的和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其特征在于，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、地热生产井；2、潜水泵；3、旋流除砂器；4、第二类吸收式热泵机组；4-1、蒸发器；4-2、吸收器；4-3、发生器；4-4、冷凝器、；5、第一级板式换热器；6、第二级板式换热器；7、过滤装置；8、回灌加压泵；9、地热回灌井；10、冷凝水泵；11、闪蒸器；12、冷却水循环泵；13、冷却塔；14、阀门；15、采暖循环泵；16、热泵中间水循环泵；17、压缩式热泵机组；17-1、蒸发器；17-2、冷凝器；18、蒸汽需求侧；19、采暖需求侧。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本实用新型的一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，包括：

第二类吸收式热泵机组、第一级板式换热器、第二级板式换热器、汽液分离装置，吸收式热泵机组包括蒸发器、发生器、吸收器、冷凝器；

蒸发器和发生器、第一级板式换热器、第二级板式换热器依次连接；

吸收器通过汽液分离装置与蒸汽需求侧连接；

第一级板式换热器、第二级板式换热器分别与采暖需求侧连接；

冷凝器连接于冷却塔。

具体地，地热水经入水管路分别流入蒸发器的进水端和发生器进水端，之后经过蒸发器的出水端和发生器出水端流出汇集到同一管路，然后流到第一级板式换热器、第二级板式换热器进行供热；在蒸发器内地热水释放热量，加热机组内的冷剂并产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器的浓溶液吸收，并放出热量加热进入吸收器的冷凝回水，冷凝回水被加热后进入汽液分离装置产生或分离出蒸汽送至蒸汽需求侧。

在一个示例中，汽液分离装置包括进水端、出水端和送汽端，进水端通过冷凝水供水管路连接于吸收器，出水端通过冷凝水回水管路连接于吸收器，送汽端通过送汽管路连接于蒸汽需求侧。

在一个示例中，还包括冷凝水泵，蒸汽需求侧、冷凝水泵、吸收器通过冷凝水回水管路依次连接，冷凝水泵设于汽液分离装置和吸收器之间。

具体地，汽液分离装置为闪蒸器或汽水分离器，需根据吸收式热泵机组的吸收器出口工质状态进行合理选择，冷凝水泵设于汽液分离装置和吸收器之间的回水管路上。

在一个示例中，还包括冷却水循环泵，冷却塔、冷却水循环泵、冷凝器依次通过冷却塔供回水管路连接。

具体地，循环冷却水从冷凝器流出后经冷却塔冷却后通过设置于回水管路的冷却水循环泵流回冷凝器，送水管路和回水管路均设置有阀门。

在一个示例中，还包括第一采暖循环泵，第一级板式换热器、第一采暖循环泵通过第一采暖循环水管与采暖需求侧连接。

具体地，第一采暖循环泵设于第一级板式换热器和采暖需求侧之间的回水管路中。

在一个示例中，还包括旁路管道，旁路管道连通于冷却塔供回水管路和第一采暖循环水管，旁路管道设有阀门。

具体地，旁路管道有两条并设有阀门，连通冷却塔供回水管路和第一采暖循环水管，通过切换旁管道阀门和冷却塔供回水管路阀门的开关，可以选择将冷却塔水或采暖循环水用于冷却冷凝器。

在一个示例中，还包括支路热泵机组，第二级换热器、支路热泵机组、采暖需求侧通过第二采暖循环水管依次连接。

具体地，由于地热水到达第二级板式换热器后温度降低，需要通过支路热泵机组提供驱动热源，支路热泵机组可以采用燃气吸收式热泵机组或压缩式热泵机组。

在一个示例中，支路热泵机组包括相互连接的蒸发器和冷凝器。

在一个示例中，支路热泵机组的蒸发器通过热泵中间水循环泵与第二级换热器连接，支路热泵机组的冷凝器通过第二采暖循环泵与采暖需求侧连接。

在一个示例中，还包括潜水泵、旋流除砂器、过滤装置、回灌加压泵，潜水泵、旋流除砂器、吸收式热泵机组的蒸发器和发生器依次连接，第二级板式换热器、过滤装置、回灌加压泵依次连接，潜水泵设置于地热生产井中。

具体地，当地热水含气量较高时，在旋流除砂器后可以配置气-水分离装置和管道加压泵。

实施例：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括潜水泵2、旋流除砂器3、第二类吸收式热泵机组4的蒸发器4-1和发生器4-3、第一级板式换热器5、第二级板式换热器6、过滤装置7、回灌加压泵8依次连接；蒸汽需求侧18冷凝水回水管路、冷凝水泵10、闪蒸器11、供蒸汽管路与第二类吸收式热泵机组的吸收器4-2连接；冷却塔13的供回水管路、冷却水循环泵12与第二类吸收式热泵机组的冷凝器4-4连接；采暖需求侧19 采暖循环水管、采暖循环泵15与第一级板式换热器5连接；采暖需求侧19 循环水管、采暖循环泵15与压缩式热泵机组17的冷凝器17-2连接；压缩式热泵机组17的蒸发器17-1、热泵中间水循环泵16与第二级板式换热器6连接；采暖需求侧19循环水管与冷却塔13供回水管路通过支路管路连接，冷却塔13供回水管路设置阀门，支路管路设有阀门，以上设备的连接方式均为管道连接。

本实施例的一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统的工作原理为：地热流体由生产井1经潜水泵2抽至地面，首先通过旋流除砂器3进行除砂，然后送入第二类吸收式热泵机组4的蒸发器4-1和发生器4-3，在蒸发器4-1内地热水释放热量，加热机组内的冷剂并产生冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收器4-2，被来自发生器4-3的浓溶液吸收，并放出热量加热进入吸收器4-2的冷凝回水，冷凝回水被加热后进入闪蒸罐或汽水分离器11产生或分离出蒸汽送至蒸汽需求侧18。

吸收冷剂后的稀溶液在第二类吸收式热泵机组4内经过溶液热交换后进入发生器4-3，被地热水加热浓缩，并产生冷剂蒸汽进入冷凝器4-4，释放冷凝热加热来自冷却塔13的循环冷却水，且自身被冷却水凝缩成液体后送入蒸发器4-1重新蒸发，浓缩后的溶液又被送回吸收器4-2吸收冷剂蒸汽，从而完成循环。

由第二类吸收式热泵机组4出来的地热水可进行进一步的梯级利用。首先进入第一级板式换热器5，加热部分由采暖循环泵15送来的采暖循环回水进行直接供热给采暖需求侧19。由第一级板式换热器5换热后送出地热水，可进一步被送入第二级板式换热器6与热泵中间循环水换热，后者在压缩式热泵机组17的蒸发器17-1放热并经机组提温后，通过冷凝器17-2 与另一部分采暖循环水换热实现供暖。

由第二级板式换热器6出来的地热尾水进入过滤装置7后，由回灌加压泵8送至回灌井9完成地热水同层回灌处理。

在初末寒期可调整阀门14为开启状态，关闭冷却塔管路的阀门，切换至采用部分采暖循环水冷却第二类吸收式热泵机组4的冷凝器4-4，并回收冷凝器热量用于供暖，进一步提高节能减排效果。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，包括：

第二类吸收式热泵机组、第一级板式换热器、第二级板式换热器、汽液分离装置，所述第二类吸收式热泵机组包括蒸发器、发生器、吸收器、冷凝器；

所述蒸发器和发生器、第一级板式换热器、第二级板式换热器依次连接；

所述吸收器通过所述汽液分离装置与蒸汽需求侧连接；

所述第一级板式换热器、第二级板式换热器分别与采暖需求侧连接；

所述冷凝器连接于冷却塔。

2.根据权利要求1所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，所述汽液分离装置包括进水端、出水端和送汽端，所述进水端通过冷凝水供水管路连接于所述吸收器，所述出水端通过冷凝水回水管路连接于所述吸收器，所述送汽端通过送汽管路连接于所述蒸汽需求侧。

3.根据权利要求2所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，还包括冷凝水泵，所述蒸汽需求侧、冷凝水泵、吸收器通过冷凝水回水管路依次连接，所述冷凝水泵设于所述汽液分离装置和所述吸收器之间。

4.根据权利要求1所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，还包括冷却水循环泵，所述冷却塔、冷却水循环泵、冷凝器依次通过冷却塔供回水管路连接。

5.根据权利要求4所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，还包括第一采暖循环泵，所述第一级板式换热器、第一采暖循环泵通过第一采暖循环水管与采暖需求侧连接。

6.根据权利要求5所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，还包括旁路管道，所述旁路管道连通于所述冷却塔供回水管路和所述第一采暖循环水管，所述旁路管道设有阀门。

7.根据权利要求1所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，还包括支路热泵机组，所述第二级换热器、支路热热泵机组、采暖需求侧通过第二采暖循环水管依次连接。

8.根据权利要求7所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，所述支路热泵机组包括相互连接的蒸发器和冷凝器。

9.根据权利要求7所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，所述支路热泵机组的蒸发器通过热泵中间水循环泵与所述第二级换热器连接，所述支路热泵机组的冷凝器通过第二采暖循环泵与采暖需求侧连接。

10.根据权利要求1所述的地热能制取蒸汽及其梯级综合利用系统，其特征在于，还包括潜水泵、旋流除砂器、过滤装置、回灌加压泵，所述潜水泵、旋流除砂器、吸收式热泵机组的蒸发器和发生器依次连接，所述第二级板式换热器、所述过滤装置、回灌加压泵依次连接，所述潜水泵设置于地热生产井中。