中低溫地熱水的發電、制冷和采暖建筑的供能裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種地熱水梯級利用的發電、制冷和采暖建筑供能系統，具體涉及地熱有機朗肯循環發電系統、地熱兩級溴化鋰吸收式制冷系統和地熱直接換熱系統等地熱利用子系統的集成。并針對建筑物不同季節的不同負荷需求，切換閥門，設置不同的級聯運行模式，實現中低溫地熱能在建筑供能上的梯級綜合利用。
【背景技術】
[0002]世界經濟的不斷快速增長，帶來了煤、石油、天然氣等化石資源的日益短缺。同時，能源的過度消耗過程產生的溫室效應等環境問題日益突出。因此，尋找新能源及提高能源利用效率已成為應對能源和環境問題的重要策略。近年來，建筑的供冷、供熱和用電能耗占全社會的能源消費的比例不斷增大，發展潔凈、高效的建筑供能系統成為關注的焦點。可再生能源因其優良的環境效益受到廣泛關注、其中，地熱能因極好的穩定性，逐漸得到了重視。
[0003]我國是地熱資源廣泛分布的國家。據統計，在距地表2000m以內，約有13711億噸標煤的地熱能儲量，若按照I %的開采率，則可供開發的地熱能相當于137億噸標準煤。經過近幾十年來的地質勘查，我國已發現地熱區超過3000多處，且主要以低于150°C的中低溫地熱能為主。我國地熱利用形式多樣，盡管我國對地熱水的開發利用已經取得了不小的發展，但是，地熱利用技術手段同國外相比還存在較大差距，主要表現在我國地熱利用多數以采暖和洗浴等直接利用為主，地熱利用棄水溫度高、棄水量大、熱能利用率低和地熱利用的裝備水平比較落后。
[0004]隨著冷熱電聯產、聯供系統在電力供應等方面較為成功的應用，以“梯級開發，綜合利用”為基本設計原則的梯級利用系統逐漸在地熱利用方面有了拓展，即所謂的地熱梯級綜合利用，該系統的最大優勢就是能夠最大限度的降低地熱水棄水溫度，減小棄水量，最大程度地提高地熱水的利用率。
[0005]同時，有機朗肯循環發電技術的發展，使中低溫地熱能發電成為可能。另外，兩級溴化鋰吸收式制冷技術，則可以實現較低溫的熱能的制冷利用。
[0006]那么，若將地熱有機朗肯循環發電技術、兩級溴化鋰吸收式制冷技術和地熱直接采暖技術有機地結合，用于中低溫的地熱能的梯級綜合利用，則可在滿足建筑冷熱電負荷需求的同時，最大程度地提高地熱水的利用率、有效地減少化石能源的消耗、減少二氧化碳排放，具有重要的節能減排效果。
【發明內容】
[0007]針對傳統的地熱水建筑供暖系統的功能單一、地熱水利用率低和較低的系統火用效率，本發明從熱力學和系統拓撲的角度出發，提出一種地熱水梯級利用的發電、制冷和采暖建筑供能系統，具體涉及地熱有機朗肯循環發電系統、地熱兩級溴化鋰吸收式制冷系統和地熱直接換熱系統等地熱利用子系統的集成。并針對建筑物不同季節的不同負荷需求，切換閥門，設置不同的級聯運行模式，實現中低溫地熱能在建筑供能上的梯級綜合利用。weile
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提出的一種中低溫地熱水的發電、制冷和采暖建筑的供能裝置，包括地熱水生產子系統、地熱直接換熱子系統和地熱水回灌子系統，所述地熱水生產子系統由與地熱生產井連接的潛水栗組成；所述地熱水直接換熱子系統由板式換熱器組成；所述地熱水回灌子系統由地熱回灌井組成；該供能系統還包括地熱有機朗肯循環發電子系統和地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統；所述地熱有機朗肯循環發電子系統包括第一蒸發器、膨脹機、第一冷凝器、工質栗和發電機；所述地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統由高壓發生器、高壓溶液交換器、高壓吸收器、高壓溶液栗、高壓節流閥、低壓發生器、低壓溶液交換器、低壓吸收器、低壓溶液栗、低壓節流閥、第二冷凝器、節流閥和第二蒸發器組成。
[0009]本發明一種中低溫地熱水的發電、制冷和采暖建筑的供能方法，是利用上述中低溫地熱水的發電、制冷和采暖建筑的供能裝置，其供能方法如下:
[0010]所述地熱有機朗肯循環發電子系統運行時，所述地熱有機朗肯循環發電子系統的有機工質自第一蒸發器依次進入膨脹機、第一冷凝器和工質栗，所述工質栗出口與所述第一蒸發器的工質側進口相連，所述膨脹機通過聯軸帶動配套的發電機，產生的電力供建筑使用；所述地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統運行時，由地熱電站流出的地熱尾水并聯分為兩路進入溴化鋰吸收式制冷子系統的高壓發生器和低壓發生器以加熱溴化鋰水溶液；冷劑水在第二蒸發器內蒸發吸熱變成水蒸氣，產生的冷凍水進入建筑供冷回路供建筑夏季使用；此后，依此通過低壓吸收器、低壓發生器、高壓吸收器和高壓發生器，在第二冷凝器中水蒸氣被冷凝為液態水，通過節流膨脹閥節流閥降壓后回到第二蒸發器，完成冷劑水的一個循環過程；與此同時，溴化鋰水溶液在兩個相互獨立的低壓級循環回路和高壓級循環回路中分別完成各自的周期循環，其中:所述低壓級循環回路在低壓吸收器和低壓發生器之間循環，即自低壓吸收器并依次經過低壓溶液栗、低壓發生器、低壓溶液節流閥和低壓吸收器后返回低壓吸收器；所述高壓級循環回路在高壓吸收器和高壓發生器之間循環，即自高壓吸收器并依次經過高壓溶液栗、高壓發生器、高壓溶液節流閥和高壓吸收器后返回至高壓吸收器。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益效果是:最大程度的提高了地熱水的利用率和系統的火用效率，匹配建筑不同周期上得靈活供能和實現梯級利用系統冷卻水回路和建筑供熱回路的高度耦合。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明系統運行示意圖
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發明進行解釋說明，并不用以限制本發明。
[0014]如圖1所示，本發明一種中低溫地熱水的發電、制冷和采暖建筑的供能裝置，包括地熱水生產子系統P、地熱直接換熱子系統DH和地熱水回灌子系統R，所述地熱水生產子系統P由與地熱生產井Pl連接的潛水栗P2組成；所述地熱水直接換熱子系統DH由板式換熱器PHE組成；所述地熱水回灌子系統R由地熱回灌井Rl組成。
[0015]該供能系統還包括地熱有機朗肯循環發電子系統ORC和地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統TSARS ;所述地熱有機朗肯循環發電子系統ORC包括第一蒸發器EVA _ 0RC、膨脹機TUR、第一冷凝器CON — 0RC、工質栗PUP和發電機GE ;所述地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統TSARS由高壓發生器HPG、高壓溶液交換器HPE、高壓吸收器HPA、高壓溶液栗HPP、高壓節流閥HPV、低壓發生器LPG、低壓溶液交換器LPE、低壓吸收器LPA、低壓溶液栗LPPjg壓節流閥LPV、第二冷凝器C0N、節流閥VAL和第二蒸發器EVA組成。
[0016]利用上述中低溫地熱水的發電、制冷和采暖建筑的供能裝置實現供能的方法如下:
[0017]所述地熱有機朗肯循環發電子系統ORC運行時，所述地熱有機朗肯循環發電子系統的有機工質自第一蒸發器EVA _ ORC依次進入膨脹機TUR、第一冷凝器CON — ORC和工質栗PUP，所述工質栗出口 PUP與所述第一蒸發器EVA —ORC的工質側進口相連，所述膨脹機TUR通過聯軸帶動配套的發電機GE，產生的電力供建筑使用；
[0018]所述地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統TSARS運行時，由地熱電站流出的地熱尾水并聯分為兩路進入溴化鋰吸收式制冷子系統的高壓發生器HPG和低壓發生器LPG以加熱溴化鋰水溶液；冷劑水在第二蒸發器EVA內蒸發吸熱變成水蒸氣，產生的冷凍水進入建筑供冷回路供建筑夏季使用；
[0019]此后，依此通過低壓吸收器LPA、低壓發生器LPG、高壓吸收器HPA和高壓發生器HPG，在第二冷凝器CON中水蒸氣被冷凝為液態水，通過節流膨脹閥節流閥VAL降壓后回到第二蒸發器EVA，完成冷劑水的一個循環過程；
[0020]與此同時，溴化鋰水溶液在兩個相互獨立的低壓級循環回路和高壓級循環回路中分別完成各自的周期循環，其中:
[0021]所述低壓級循環回路在低壓吸收器LPA和低壓發生器LPG之間循環，即自低壓吸收器LPA并依次經過低壓溶液栗LPP、低壓發生器LPG、低壓溶液節流閥LPV和低壓吸收器LPG后返回低壓吸收器LPA ;
[0022]所述高壓級循環回路在高壓吸收器HPA和高壓發生器HPG之間循環，即自高壓吸收器HPA并依次經過高壓溶液栗HPP、高壓發生器HPG、高壓溶液節流閥HPV和高壓吸收器HPG后返回至高壓吸收器ΗΡΑ。
[0023]當地熱水溫度在90°C?100°C的中低溫時，將所述地熱有機朗肯循環發電子系統0RC、地熱兩級溴化鋰吸收式制冷子系統TSARS和地熱直接換熱子系統DH進行級聯，即:地熱有機朗肯循環發電子系統ORC的第一蒸發器EVA —ORC通過管道分兩路分別與地熱兩級溴化鋰吸