一种基于地热资源的能量回收系统

文档序号:33506834发布日期:2023-03-18 02:34阅读:73来源:国知局
一种基于地热资源的能量回收系统

1.本发明涉及能量回收技术领域,具体涉及一种基于地热资源的能量回收系统。


背景技术:

2.目前在钢铁、煤炭、建材、化工等行业的存在气体工质压力能量大量浪费的现象,各种化工机械行业的能量回收具有重大的社会和经济效益。膨胀机是压力能量回收的核心设备,可用于替代各种化工环节节流减压阀,从而实现能量回收的同时满足实际工艺流程所需的压降需要,所回收的能量可用于发电或驱动其他耗能设备,具有显著的经济价值。
3.但是,在利用膨胀机实现压力能量回收的同时会造成高压流体工质温度急速下降,有些工艺可根据该降温过程利用冷能,而有些工艺确实不利的,如会出现结冰、结霜或析出物等,导致较大的安全风险甚至影响设备寿命。


技术实现要素:

4.因此,本发明要解决的技术问题在于在利用膨胀机实现压力能量回收的同时会造成高压流体工质温度急速下降,有些工艺可根据该降温过程利用冷能,而有些工艺确实不利的,如会出现结冰、结霜或析出物等,导致较大的安全风险甚至影响设备寿命,从而提供一种基于地热资源的能量回收系统。
5.为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
6.一种基于地热资源的能量回收系统,至少包括:余压膨胀机,所述余压膨胀机的工质入口适于与来流高压流体管道相连;发电机,与所述余压膨胀机相连,所述发电机受所述余压膨胀机的驱动进行发电;低压换热器,所述低压换热器的工质入口与所述余压膨胀机的工质出口相连通,所述低压换热器的工质出口适于与低压流体管道相连;抽水井,所述抽水井的出水口与所述低压换热器的进水口相连,适于利用地热对膨胀降压之后的流体进行加热。
7.进一步地,该基于地热资源的能量回收系统还包括高压换热器,所述高压换热器的工质入口适于与来流高压流体管道相连,所述高压换热器的工质出口与所述余压膨胀机的工质入口相连;所述抽水井的出水口与所述高压换热器的进水口相连,适于利用地热对高压流体进行预热。
8.进一步地,该基于地热资源的能量回收系统还包括回灌井,所述低压换热器与所述高压换热器的出水口均与所述回灌井相连通。
9.进一步地,该基于地热资源的能量回收系统还包括第一截止阀与第二截止阀;所述第一截止阀设置在所述高压换热器与来流高压流体管道之间的管路上;所述第二截止阀设置在所述低压换热器与低压流体管道之间的管路上。
10.进一步地,所述抽水井的出水口与所述低压换热器的进水口之间的管路上设置有第三截止阀。
11.进一步地,该基于地热资源的能量回收系统还包括节流阀,设置在来流高压流体
管道上,所述节流阀上游的来流高压流体管道记为高压流体工质节流阀前管道,所述节流阀下游的来流高压流体管道记为高压流体工质节流阀后管道;所述高压换热器的工质入口与所述高压流体工质节流阀前管道相连,所述低压换热器出口和所述高压流体工质节流阀后管道相连。
12.进一步地,所述余压膨胀机采用的工质包括空气、氮气、氧气、天然气、氢气、一氧化碳以及二氧化碳中的一种或多种。
13.进一步地,所述余压膨胀机的结构形式包括容积式、径流式、混流式以及轴流式中的一种或多种。
14.进一步地,所述余压膨胀机包括单级、两级或多级压缩的结构形式。
15.进一步地,所述高压换热器与所述低压换热器的结构形式包括管壳式、板式以及板翅式中的一种或多种。
16.本发明技术方案,具有如下优点:
17.本发明提供的基于地热资源的能量回收系统,在利用余压膨胀机实现高压流体中的压力能量回收的同时,再通过抽水井抽取地下水或者地表水对降压后的流体进行加热,提升运行温度,提高设备安全性和使用寿命。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例中的基于地热资源的能量回收系统的示意图。
20.1、节流阀;
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2、第一截止阀;
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3、第二截止阀;
21.4、第三截止阀;
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5、高压换热器;
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6、低压换热器;
22.7、余压膨胀机;
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8、发电机;
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9、抽水井;
23.10、回灌井。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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他实施例,都属于本发明保护的范围。
25.在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
28.图1为本发明实施例中的基于地热资源的能量回收系统的示意图,如图1所示,本实施例提供一种基于地热资源的能量回收系统,至少包括:余压膨胀机7,余压膨胀机7的工质入口适于与来流高压流体管道相连;发电机8,与余压膨胀机7相连,发电机8受余压膨胀机7的驱动下进行发电;低压换热器6,低压换热器6的工质入口与余压膨胀机7的工质出口相连通,低压换热器6的工质出口适于与低压流体管道相连;抽水井9,抽水井9的出水口与低压换热器6的进水口相连,适于利用地热对膨胀降压之后的流体进行加热。
29.本实施例提供的基于地热资源的能量回收系统,在利用余压膨胀机7实现高压流体中的压力能量回收的同时,再通过抽水井9抽取地下水或者地表水对降压后的流体进行加热,提升运行温度,提高设备安全性和使用寿命。
30.其中,该基于地热资源的能量回收系统还包括高压换热器5,高压换热器5的工质入口适于与来流高压流体管道相连,高压换热器5的工质出口与余压膨胀机7的工质入口相连;抽水井9的出水口与高压换热器5的进水口相连,适于利用地热对高压流体进行预热。
31.其中,该基于地热资源的能量回收系统还包括回灌井10,低压换热器6与高压换热器5的出水口均与回灌井10相连通。
32.其中,该基于地热资源的能量回收系统还包括第一截止阀2与第二截止阀3;第一截止阀2设置在高压换热器5与来流高压流体管道之间的管路上;第二截止阀3设置在低压换热器6与低压流体管道之间的管路上。
33.其中,抽水井9的出水口与低压换热器6的进水口之间的管路上设置有第三截止阀4。
34.其中,该基于地热资源的能量回收系统还包括节流阀1,设置在来流高压流体管道上,节流阀1上游的来流高压流体管道记为高压流体工质节流阀前管道,节流阀1下游的来流高压流体管道记为高压流体工质节流阀后管道;高压换热器5的工质入口与高压流体工质节流阀前管道相连,低压换热器6出口和高压流体工质节流阀后管道相连。
35.优选的,余压膨胀机7采用的工质包括空气、氮气、氧气、天然气、氢气、一氧化碳以及二氧化碳中的一种或多种。
36.优选的,余压膨胀机7的结构形式包括容积式、径流式、混流式以及轴流式中的一种或多种。
37.优选的,余压膨胀机7包括单级、两级或多级压缩的结构形式。
38.优选的,高压换热器5与低压换热器6的结构形式包括管壳式、板式以及板翅式中的一种或多种。
39.具体的,本技术中的基于地热资源的能量回收系统,使用余压膨胀机7完全替代或部分替代原节流阀1的作用,同时采用地热对高压流体降压前后进行加热,可对外提供动力或发电,从而实现能量回收。
40.利用地热对高压流体进行预热也可对膨胀做功后的流体进行加热一方面可提升高压流体温度保证系统运行安全,延长设备使用寿命;另一方面加热后可大幅提升高压流
体能量密度和能量回收功率。
41.例如,余压膨胀机7可以通过变速箱或联轴器连接驱动发电机8进行发电;地下的经水泵输送至高压换热器5和低压换热器6对流体工质进行加热,降温后的水又流回地下。
42.其中,由于高压换热器5入口和高压流体工质节流阀前管道相连,低压换热器6出口和高压流体工质节流阀后管道相连,即能量回收系统与原工艺系统节流阀1并联,可部分或全部替代节流阀1工作。
43.抽水井9的出水口分为一路或两路,可对膨胀机前或后流体工质进行加热。
44.其中,高压、低压流体是指流体在节流或膨胀前后相对高、低压,其绝对压力相对于大气环境均可为正压,也可为负压,完全取决于原工艺流程要求。
45.其中,可以采用地表水或地下水热量对节流或膨胀前后高压流体进行加热。
46.例如,所采用的管道及水路各阀门可采用气动、电动或液压自动控制阀门,便于实现快速有效自动控制和远程操作。
47.例如,对于易燃易爆工质,为保证安全性,所有电器设备采用防爆处理,整个系统阀门、接头均按照国家标准、行业标准要求,确保安全运行。
48.例如,对于有毒气体工质,为保证安全性,整个系统阀门、接头均按照国家标准、行业标准要求,确保安全无泄漏。
49.使用时,高压流体经过第一截止阀2进入高压换热器5进行预热,然后经过余压膨胀机7实现压力能转化为机械能,从而驱动发电机8进行发电,降压降温后的流体工质又进入低压换热器6再次加热后通过第二截止阀3进入原工艺管道,完成所需压降的同时实现余压的回收利用。而抽水井9、第三截止阀4、高压换热器5和低压换热器6、回灌井10通过水路管道依次连接组成水路系统。地下水经水泵由抽水井9送出两路,一路送至高压换热器5对来流高压流体进行加热提升流体做功能力,另一路送至低压换热器6对降压、降温后的流体进行加热,提升运行温度,保证下游设备运行安全,且抽水井9和回灌井10定期交替作为抽水和回灌井10使用,以保证用水温度和使用安全。
50.综上,本技术中的基于地热资源的能量回收系统,在实现系统余压能量回收的同时,还可实现温度提升,提高设备安全性和使用寿命以及提升能量回收功率,具有系统简单、运行成本低、适用范围广及环境友好等优点。
51.显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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