中低温地热水的发电、制冷和采暖建筑的供能装置及方法_2

文档序号:9414679阅读:来源:国知局
收式制冷子系统TSARS的低压发生器LPG和高压发生器HPG连接,所述低压发生器LPG和高压发生器HPG通过管道与地热直接换热子系统DH的板式换热器PHE连接;通过调整设置在第一蒸发器EVA — ORC出口与低压发生器LPG之间的阀门Vl及设置在第一蒸发器EVA —ORC出口与高压发生器HPG之间的阀门V2的开启状态,实现地热水的梯级利用供能系统的全周期运行,用于满足不同季节下建筑的动态负荷需求;同时,将地热有机朗肯循环发电子系统0RC、地热两级溴化锂吸收式制冷子系统TSARS和地热直接换热子系统DH的冷却水回路进行级联,即:一冷却塔Cooling tower通过管道与所述地热有机朗肯循环发电子系统ORC的第一冷凝器CON _ ORC连接,所述第一冷凝器CON _ ORC通过管道先后与地热两级溴化锂吸收式制冷子系统TSARS的低压吸收器LPA和高压吸收器HPA连接,所述高压吸收器HPA通过管道与地热直接换热子系统DH的板式换热器PHE连接;通过设置在冷却塔Cooling tower旁路的阀门V3的开启,实现级数的改变和冷却水温位的调节及实现有机朗肯循环发电子系统ORC发电冷凝余热的利用、地热两级溴化锂吸收式制冷子系统TSARS冷却水节约和地热直接换热子系统DH的回收。
[0024]本发明中低温地热水的发电、制冷和采暖建筑的供能装置按照季节的不同具体运行的流程是:
[0025]夏季工况时,阀门Vl和阀门V2均为开启,阀门V3关闭;地热水依次进入有机朗肯循环发电子系统ORC的第一蒸发器EVA_0RC、两级溴化锂吸收式制冷子系统TSARS的高压发生器HPG、低压发生器LPG和直接换热器PHE进行逐级利用;其中,地热水并联接至两级溴化锂吸收式制冷子系统TSARS的高压发生器HPG和低压发生器LPG ;对于梯级利用系统的冷源,利用建筑生活热水回路低温热水,辅以冷却塔,依次对地热有机朗肯循环发电子系统ORC中的第一冷凝器C0N_0RC、两级溴化锂吸收式制冷子系统TSARS中的第二冷凝器CON和高压吸收器HPA、低压吸收器LPA进行逐级吸热冷却,再进入地热直接换热子系统DH中的板式换热器PHE进行加热,加热后的生活热水达到建筑物生活热水的要求后供建筑物使用。
[0026]冬季工况时,阀门Vl和阀门V2均为关闭,阀门V3开启;地热溴化锂吸收式制冷子系统TSARS停止运行,地热水依次进入有机朗肯循环发电系统ORC中的第一蒸发器EVA_0RC和地热直接换热子系统DH的板式换热器PHP进行逐级利用,减少地热水供入溴化锂吸收式制冷系统TSARS后,地热水进入直接换热系统DH的温度可以进一步增大。有机朗肯循环发电子系统ORC与直接换热采暖用户侧热水系统级联,实现发电冷凝放热的回收,经过板式换热器PHP换热后的热水可用来建筑采暖。
[0027]冬季结束后过渡季节工况时,与冬季工况基本模式一样,阀门Vl和阀门V2均为关闭,阀门V3开启,一是调节地热有机朗肯循环发电子系统ORC的热源流量,即在工质侧蒸发温度和冷凝温度保持不变的情况下,降低地热水的流量,进而降低第一蒸发器EVA_0RC出口的地热水温度,进而加大地热水的利用温差,降低地热水进入地热直接换热子系统DH的温度;二是地热直接换热子系统DH运行温位降低后,换热温度由较高温度的冬季采暖模式变为较低温度的生活热水模式。
[0028]下面针对本发明的整个供能系统进行分析:
[0029]1.从能量转化角度讲,为实现90?120°C的中低温的地热水的发电利用,本发明采用有机工质为循环工质的有机朗肯循环发电系统0RC,该系统能够实现中低温地热水的发电,且系统具有节能环保、小型紧凑、运行维护成本低等优良特点。区别于传统的燃煤发电循环,有机朗肯循环发电系统ORC的循环工质采用新型环保型制冷剂,如R245fa、R134a、R600等等,它具有较低在较低的温度下蒸发沸腾的特性,目前在70°C以上的热源条件下即可实现发电。
[0030]地热有机朗肯循环发电系统ORC运行时,有机工质在蒸发器EVA — ORC中被地热水加热蒸发为有机蒸汽,进而进入螺杆式膨胀机TUR膨胀发电,发电后进入冷凝器CON被冷却水冷却为饱和液体,再经工质栗PUP加压后再进入蒸发器EVA —0RC,从而实现发电循环。获得的电力供用能建筑使用。
[0031]2.从能量转化角度讲,为实现发电后的低温地热水的制冷利用,本发明采用两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS,该系统能够在本发明的热源温度下,实现地热水的制冷,且系统具有节能环保、耗电少等特点。制冷系统循环工质对采用溴化锂水溶液,两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS对热源的温度要求要比单效溴化锂吸收式制冷系统的要求更低,60°C以上的热水即可驱动。
[0032]地热两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS运行时,由上一级的有机朗肯循环发电系统ORC蒸发器EVA_0RC流出的地热水分为两路分别进入两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS的高压发生器和低压发生器作为驱动热源以加热溴化锂水溶液;冷剂水在蒸发器内EVA蒸发吸热变成水蒸汽,此后依次通过低压吸收器LPA、低压溶液交换器LPH、低压发生器LPG、高压吸收器HPA、高压溶液交换器HPH和高压发生器HPG,最后在冷凝器CON中被冷凝为液态水,放出热量,在通过节流膨胀阀VAL降压后回到蒸发器EVA,完成冷剂水的一个循环过程;与此同时,吸收剂溴化锂水溶液在两个分开但不独立的回路中分别完成各自的周期性循环,分别是在低压吸收器LPA和低压发生器LPG之间的低压级循环和在高压吸收器HPA和高压发生器HPG之间的高压级循环。获得的冷冻水供用能建筑使用。
[0033]3.从能量转化角度讲,为实现地热水的高效换热,本发明在直接换热子系统DH采用板式换热器PHE换热,该换热器具有换热温差小、换热系数高和结构紧凑的特点。地热直接换热子系统DH运行时,热源侧为上一级两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS利用后的地热水,通过板式换热器PHE直接加热来自建筑物用户一次回路的循环热水,一次回路循环热水被加热后,与建筑物热二次回路换热,换热后供建筑物采暖或者生活热水使用。建筑物采暖末端为地板辐射系统,相对于传统的散热器采暖系统,具有运行温度低的特征,一般设计为40°C左右。
[0034]4.从地热水利用角度讲,为提高地热能的利用率以及满足建筑物不同季节的负荷种类需求,在90°C?120°C的中低温地热水下,将地热有机朗肯循环发电系统0RC、地热两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS和地热直接换热系统DH三个地热利用系统进行级联,通过阀门的切换,实现地热水的梯级利用及地热供能系统的全周期运行,满足不同季节下建筑的动态负荷需求,提高地热水的利用率。
[0035]5.从系统散热冷却水需求的角度讲,为提高上述地热冷热电联供系统的热力学完善度以及节约系统冷却水耗量,将地热有机朗肯循环发电系统ORC的冷却水系统、地热两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS的冷却水系统和地热直接换热系统DH的换热系统进行级联,实现有机朗肯循环发电系统ORC发电冷凝余热的利用、地热两级溴化锂吸收式制冷系统TSARS冷却水节约和地热直接换热系统DH的回收,提高地热梯级利用建筑供能系统的热力完善度。
[0036]6.从系统运行控制角度讲,为实现建筑物不同季节下不同工况下的冷热电负荷需求,在地热水级联段和冷却水级联段,分别设置阀门V1、V2和V3,可以实现各子系统的灵活独立运行,满足不同季节下建筑物的冷热电负荷需求。
[0037]本发明中低温地热水的发电、制冷和采暖建筑的供能装置具有以下特点:
[0038]1.该发明涉及的地热水梯级利用的建筑发电冷热电供能系统,地热水热源可以在90?120°C的范围内,符合我国地热资源的特征,可以实现中低温地热能在建设低能耗建筑的应用。以地热水为能量输入,不消耗化石能源,节能减排效果明显。
[0039]2.该发明涉及的地热水梯级利用的发电、制冷和采暖建筑供能系统,可实现不同季节下中低温地热水的梯级综合利用,满足建筑的不同负荷需求。
[0040]3.该发明涉及的地热水梯级利用的发电、制冷和采暖建筑供能系统的有机朗肯循环发电子系统的循环工质采用R245fa,设计利用地热水温差可达20?30°C,发电效率可达11%。
[0041]4.该发明涉及的地热水梯级利用的发电、制冷和采暖建筑供能系统的地热水两级溴化锂吸收式制冷系统采用溴化锂水溶液为工质对,在设计工况下(70°C的地热水进口,热源温降为5°C ),其性能系数可以达到0.41。
[0042]5.该发明涉及的地热水梯级利用的发电、制冷和采暖建筑供能系统,在地热水进口温度为100°c时,该梯级利用系统最大可利用地热水温差约60°C,地热水利用率达60%。同时,可在梯级利用系统的末级,增加地
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