一种烟气余热驱动的双级吸收式土壤源热泵系统的制作方法

本实用新型涉及低品位余热利用技术领域，特别是涉及一种烟气余热驱动的双级吸收式土壤源热泵系统。

背景技术：

能源和环境问题是制约经济社会可持续发展的两大突出问题。分布式能源系统通常是以可再生能源和清洁燃料为能源，布置在需求侧附近，直接面向用户，按需供应多种能量的绿色综合供能系统。可再生能源具有能流密度低、分布较为分散、规模较小的特点，常规能源利用方式难以对其高效利用，因此，研究以清洁化石燃料和可再生能源互为补充的新型分布式供能系统意义重大。

地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能，土壤源是近乎无限的可再生能源，也是清洁能源。单独的土壤源利用方案受土壤性能影响较大，如何实现浅层地热能源和燃气分布式能源的高效耦合成为本领域技术人员亟待解决的实际技术问题。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题：

本实用新型提供了一种烟气余热驱动的双级吸收式土壤源热泵系统，实现浅层地热能源和燃气分布式能源的高效耦合。

本实用新型采用的技术方案：

一种烟气余热驱动的双级吸收式土壤源热泵系统，包括：

提供排烟的烟气余热利用子系统；获取烟气余热利用子系统的排烟的吸热式热泵子系统；与吸热式热泵子系统连通进行换热的土壤源利用子系统；

所述土壤源利用子系统包括对地热和吸热式热泵子系统进行换热的浅层地热能换热装置5；

所述吸热式热泵子系统包括制热机3和制冷机4；

制热机3接收烟气余热利用子系统的排烟和经过浅层地热能换热装置5换热后的循环水对进入制热机3的用户供暖循环水的回水进行加热后，作为用户供暖循环水的给水输出，同时将经过换热冷却的浅层地热能换热装置5的循环水重新送入到浅层地热能换热装置5进行换热升温；

制冷机4接收烟气余热利用子系统的排烟进行热-冷交换后，对进入制冷机4的用户制冷循环的回水进行冷却后，作为用户制冷循环水的给水输出；同时，冷却过程中产生的热量将经过浅层地热能换热装置5的循环水进行加热后，重新送入到浅层地热能换热装置5进行换热降温。

进一步，所述土壤源利用子系统还包括U型地埋管装置6，U型地埋管装置6的管道内的介质进入到浅层地热能换热装置5进行换热后，重新进入到U型地埋管装置6中。

进一步，所述吸热式热泵子系统的制热机3为第一类增热型吸收式热泵，包括发生器ⅠGH、冷凝器ⅠCH、蒸发器ⅠEH、吸收器ⅠAH；发生器ⅠGH的进气口接收烟气余热利用子系统的排烟，发生器ⅠGH出气口的排烟排入大气；蒸发器ⅠEH的入水口连接浅层地热能换热装置5的循环水出水，蒸发器EH的出水口连接浅层地热能换热装置5的循环水进水；吸收器ⅠAH的入水口连接用户供暖循环水的回水，冷凝器ⅠCH的出水口连接用户供暖循环水的给水；

所述吸热式热泵子系统的制冷机4为吸收式制冷装置，包括发生器ⅡGC、冷凝器ⅡCC、蒸发器ⅡEC、吸收器ⅡAC；发生器ⅡGC的进气口接收烟气余热利用子系统的排烟，发生器ⅡGC出气口的排烟排入大气；蒸发器ⅡEC的入水口连接用户制冷循环水的回水，蒸发器ⅡEC的出水口连接用户制冷循环水的给水，吸收器ⅡAH的入水口连接浅层地热能换热装置5的循环水出水，冷凝器ⅡCH的出水口连接浅层地热能换热装置5的循环水进水。

进一步，所述烟气余热利用子系统与制热机3的发生器ⅠGH进气口连通的管道上设置有阀ⅠVG1，所述蒸发器ⅠEH的出水口与浅层地热能换热装置5的循环水进水口连通的管道上设置有阀ⅢVH2，所述浅层地热能换热装置5的循环水出水口与蒸发器ⅠEH的进水口连通的管道上设置有阀ⅤVH1；

所述烟气余热利用子系统与制冷机4的发生器ⅡGC进气口连通的管道上设置有阀ⅡVG2；所述冷凝器ⅡCC的出水口与浅层地热能换热装置5的循环水进水口之间的管道上设置有阀ⅣVC2，所述浅层地热能换热装置5的循环水出水口与吸收器ⅡAC的进水口连通的管道上设置有阀ⅥVC1；

在制热机3工作时，阀ⅠVG1、阀ⅢVH2、阀ⅤVH1开启，阀ⅡVG2、阀ⅣVC2、阀ⅥVC1关闭；

在制冷机4工作时，阀ⅡVG2、阀ⅣVC2、阀ⅥVC1开启，阀ⅠVG1、阀ⅢVH2、阀ⅤVH1关闭。

进一步，所述烟气余热利用子系统包括依次连接的燃料动力转换装置1和余热制冷供热装置2，所述燃料动力转换装置1为内燃机组；所述余热制冷供热装置2为烟气热水型吸收式热泵。

本实用新型的有益效果：

（1）利用吸收式热泵技术实现了低品位烟气余热和浅层地热能源的高效回收和利用，实现了燃气冷热电三联供技术和土壤源热泵技术的耦合，提高了可再生能源供能稳定性，减小了余热浪费和热污染；

（2）吸收式热泵以烟气为驱动热源，吸收式热泵能耗小于电驱动土壤源热泵，提高了多能互补系统综合能源利用率。

（3）通过多能互补耦合，既可灵活调节浅层地热能源的利用量，又能保证用户的用能需求，维持土壤中的能量平衡，实现可再生能源的持续利用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1-燃料动力转换装置；2-余热制冷供热装置；3-制热机；4-制冷机；5-浅层地热能换热装置；6-U型地埋管装置；

S1、S2、S3、S4、S5、S6为烟气；

W1、W2、W3、W4、W5、W6为浅层地热能换热器循环水；

D1、D2为U型地埋管循环水；

L1、L2、L3、L4为用户空调循环水；

VG1、VG2、VC1、VC2、VH1、VH2为阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型实施例公开了一种烟气余热驱动的双级吸收式土壤源热泵系统，实现了燃气冷热电三联供技术和土壤源热泵技术的互补耦合，提高了可再生能源供能稳定性，减小了余热浪费和热污染。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

具体来说，如图1所示，本实用新型提供一种烟气余热驱动的双级吸收式土壤源热泵系统，包括烟气余热利用子系统，该烟气余热利用子系统使用燃气冷热电三联供系统提供排烟S2作为吸热式热泵子系统的驱动热源；排烟S2进入到吸热式热泵子系统进行加热，同时还包括与吸热式热泵子系统连通进行换热的土壤源利用子系统。

其中，土壤源利用子系统包括对地下热和地上的吸热式热泵子系统进行换热的浅层地热能换热装置5，还包括埋在地下的U型地埋管装置6，其中，U型地埋管装置6的U型管内的介质D1（如循环热水）进入到浅层地热能换热装置5进行换热，换热后的介质D2返回U型管内。浅层地热能换热装置5内部可设置换热管，该换热管与U型地埋管装置6的介质管道连通，还与吸热式热泵子系统连通。

吸热式热泵子系统包括制热机3和制冷机4，制热机3用于对用户供暖循环水进行加热后对用户进行供暖，制冷机4用于对用户制冷循环水冷却后对用户进行制冷，其中，用户供暖循环水和用户制冷循环水可采用同一条循环管道，在不同的季节连接制热机3或者制冷机4，实现制热或者制冷。制热机3以排烟S2作为驱动热源，以浅层地热能换热装置5的循环水W5作为低温热源实现供热，而制冷机4则以排烟S2作为高温热源，以浅层地热能换热装置5的循环水W2作为冷却水实现供冷。

其中，如图1所示的系统中，制热机3接收烟气余热利用子系统的排烟S2和经过浅层地热能换热装置5换热后的循环水进水W4，对进入制热机3的用户供暖循环水的回水L3进行加热，加热后的循环水作为用户供暖循环水的给水L4输出给用户进行供暖；同时制热机3将经过换热冷却的浅层地热能换热装置5的进水W5重新送入到浅层地热能换热装置5作为循环水进水W6进行换热升温，换热升温后的循环水出水W1再次进入到制热机3。

制冷机4接收烟气余热利用子系统的排烟对发生器进行加热，制冷剂在蒸发器中蒸发并吸收进入制冷机4的用户制冷循环水的回水L1的热量，对用户制冷循环水进行降温后，作为用户制冷循环水的给水L2输出给用户进行降温；而在制冷循环过程中，吸收器和冷凝器产生的热量对进入制冷机4的浅层地热能换热装置5的循环水W2进行加热后，重新作为浅层地热能换热装置5循环水的进水W4进入到浅层地热能换热装置5进行换热降温，降温后的循环水出水W1作为冷却水再次进入制冷机4循环。

作为一种具体的实施方式，上述的吸热式热泵子系统的制热机3为第一类增热型吸收式热泵，包括发生器ⅠGH、冷凝器ⅠCH、蒸发器ⅠEH、吸收器ⅠAH；发生器ⅠGH的进气口接收烟气余热利用子系统，烟气余热利用子系统的排烟作为制热机3的排烟S3进入发生器GH的进气口，发生器ⅠGH的出气口作为排气口将降温的烟气S5排入大气；蒸发器ⅠEH的入水口连接浅层地热能换热装置5的循环水出水W3，蒸发器ⅠEH的出水口连接浅层地热能换热装置5的循环水进水W5；吸收器ⅠAH的入水口连接用户供暖循环水的回水L3，冷凝器ⅠCH的出水口连接用户供暖循环水的给水L2。

上述的制热机3在工作时，发生器ⅠGH接收排烟S4后，加热发生器ⅠGH中稀溶液使制冷剂蒸发析出，气态制冷剂进入到冷凝器ⅠCH放热冷凝后成为液态，经降压后进入蒸发器ⅠEH吸热成为低压蒸气，低压蒸气被吸收器ⅠAH中的浓溶液吸收变成稀溶液，稀溶液返回发生器，完成循环。吸收器和冷凝器为放热过程，用户制冷循环水依次进入吸收器和冷凝器进行加热，加热的用户制冷循环出水在用户侧完成换热，用户制冷循环回水重新进入吸收器入口。蒸发器为吸热过程，浅层地热能换热装置5的循环水进入蒸发器放热，冷却后的浅层地热能换热装置5的循环水进入到浅层地热能换热装置5换热后，再次进入循环作为冷却水。

吸热式热泵子系统的制冷机4为吸收式制冷装置，包括发生器ⅡGC、冷凝器ⅡCC、蒸发器ⅡEC、吸收器ⅡAC；发生器ⅡGC的进气口接收烟气余热利用子系统送出的排烟S4，发生器ⅡGC的出气口将经过换热的烟气S6排入大气；蒸发器ⅡEC的入水口连接用户制冷循环水的回水L1，蒸发器ⅡEC的出水口作为用户制冷循环水的给水L2，吸收器ⅡAC的入水口连接浅层地热能换热装置5的循环水出水W2，冷凝器ⅡCC的出水口连接浅层地热能换热装置5的循环水进水W4。

上述的制冷机4在工作时，发生器ⅡGC接收排烟S4后，加热发生器ⅡGC中稀溶液使制冷剂蒸发析出，气态制冷剂进入到冷凝器ⅡCC放热冷凝后成为液态，经降压后进入蒸发器ⅡEC吸热成为低压蒸气，低压蒸气被吸收器ⅡAC中的浓溶液吸收变成稀溶液，稀溶液返回发生器，完成循环。蒸发器为吸热过程，对用户制冷循环水进行冷却，冷却后的用户制冷循环出水在用户侧完成换热，用户制冷循环回水重新进入蒸发器。此循环过程中，冷凝器和吸收器为放热过程，浅层地热能换热装置5的循环水依次进入吸收器和冷凝器吸热，加热后的浅层地热能换热装置5的循环水进入到浅层地热能换热装置5换热后，再次进入循环作为冷却水。

为了更好的实现供冷和供热的控制，烟气余热利用子系统与制热机3的发生器GH进气口连通的管道上设置有阀ⅠVG1，蒸发器EH的出水口与浅层地热能换热装置5的循环水进水口连通的管道上设置有阀ⅢVH2，浅层地热能换热装置5的循环水出水口与蒸发器ⅠEH的进水口连通的管道上设置有阀ⅤVH1。

烟气余热利用子系统与制冷机4的发生器GC进气口连通的管道上设置有阀ⅡVG2；冷凝器ⅡCC的出水口与浅层地热能换热装置5的循环水进水口之间的管道上设置有阀ⅣVC2，浅层地热能换热装置5的循环水出水口与吸收器AC的进水口连通的管道上设置有阀ⅥVC1。

在制热机3工作时，阀ⅠVG1、阀ⅢVH2、阀ⅤVH1开启，阀ⅡVG2、阀ⅣVC2、阀ⅥVC1关闭；在制冷机4工作时，阀ⅡVG2、阀ⅣVC2、阀ⅥVC1开启，阀ⅠVG1、阀ⅢVH2、阀ⅤVH1关闭。

作为一种具体的实施方式，烟气余热利用子系统包燃料动力转换装置1和余热制冷供热装置2，燃料动力转换装置1的排烟S1连接余热制冷供热装置2，用于实现发电、供冷、供热，燃料动力转换装置1可选择内燃机组，用于实现发电，燃料可选择天然气、沼气等；余热制冷供热装置2可选择烟气热水型吸收式热泵，用于回收燃料动力转换装置的排烟S1和缸套水余热实现供冷、供热。

余热制冷供热装置2可以使用现有的烟气热水型吸收式热泵实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。