一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組的製作方法

2023-09-21 07:06:30

專利名稱：一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組的製作方法
技術領域：
本發明屬於能源技術應用領域，特別涉及一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地 溫能供熱制冷機組。
背景技術：
燃氣熱電冷聯供能源系統以其高效、經濟、環保等優勢日益受到世界範圍的廣泛 重視。目前的燃氣熱電冷聯產系統一般採用高溫排煙驅動吸收式機組，夏季吸收式製冷，冬 季僅作為換熱器使用，直接將這部分熱量用於供暖，高能低用，排煙溫度均在100°c以上，排 放的中溫煙氣不僅有顯熱，更有大量的水蒸氣汽化潛熱未被利用，以天然氣為例，這部分熱 量一般佔天然氣低位熱值計算輸入熱量的10 15%左右。另外即使冬季採用吸收式熱泵 運行，採用高溫段的煙氣熱量作為驅動熱源回收利用低溫煙氣冷凝餘熱，仍然沒有充分利 用高溫段煙氣熱量的做功能力，它還有能力回收除煙氣低溫餘熱之外的其它餘熱。因此如 何在冬夏季進一步降低排煙溫度，充分利用高溫段煙氣的做功能力，實現能源的梯級利用， 提高能源利用效率，具有重要意義。

發明內容
為了解決現有技術中的不足，本發明提供一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地 溫能供熱制冷機組。本發明採用的技術方案為所述機組由吸收式熱泵、中溫煙氣-水換熱器、地埋管 以及用於連接以上部件的連接管路、閥門組成；吸收式熱泵由煙氣發生器、冷凝及吸收器、 蒸發器組成，其中高溫煙氣依次進入吸收式熱泵的煙氣發生器、中溫煙氣-水換熱器後排 出機組；在供熱工況下，吸收式熱泵的蒸發器與地埋管通過循環水路相連，回收淺層地熱， 吸收式熱泵的冷凝及吸收器與中溫煙氣-水換熱器並聯接入採暖水管路；在製冷工況下， 吸收式熱泵的蒸發器接入冷凍水管路，吸收式熱泵的冷凝及吸收器與地埋管通過循環水路 相連。所述機組沿高溫煙氣行進方向在中溫煙氣_水換熱器後串聯低溫煙氣_水換熱 器，高溫煙氣依次進入吸收式熱泵的煙氣發生器、中溫煙氣-水換熱器、低溫煙氣-水換熱 器後排出機組；在供熱工況下，所述低溫煙氣-水換熱器與地埋管通過循環水路串連，再與 吸收式熱泵的蒸發器相連，同時回收低溫煙氣餘熱和淺層地熱。所述吸收式熱泵內增設與高溫熱水管路相連的熱水發生器；高溫熱水由吸收式熱 泵的煙氣發生器排出的高溫煙氣加熱獲得，或由內燃機缸套水加熱獲得，或通過城市熱網獲得。在製冷工況下，所述低溫煙氣_水換熱器與地埋管通過循環水路相連，將低溫煙 氣熱量灌入地下，以便冬季供熱時再提取出來。所述低溫煙氣_水換熱器與地埋管之間採用串聯或並聯的方式連接。在製冷工況下，所述中溫煙氣-水換熱器與溶液除溼空調串聯，中溫煙氣-水換熱器供熱水用於溶液除溼空調的溶液再生，以滿足部分冷負荷。在供熱工況下，所述吸收式熱泵的蒸發器與淺層地下水井通過循環水管路相連；在製冷工況下，吸收式熱泵的冷凝及吸收器切換到與淺層地下水井通過循環水路相連。所述吸收式熱泵的蒸發器與汙水換熱器通過循環水管路相連；在製冷工況下，吸 收式熱泵的冷凝及吸收器切換到與汙水換熱器通過循環水路相連。供熱工況下機組實現的功能如下吸收式熱泵以高溫段的煙氣作為驅動熱源，提 取低溫煙氣熱量和淺層地熱或汙水餘熱，通過冷凝器和吸收器放出熱量到採暖水迴路，中 溫段煙氣通過換熱器與採暖回水直接換熱。製冷工況下機組實現的功能如下吸收式熱泵以高溫段的煙氣作為驅動熱源製冷 運行，蒸發器側供出冷水，通過地埋管循環水、淺層地下水或汙水冷卻冷凝器和吸收器，中溫 段煙氣通過換熱器與熱水回水直接換熱，制出熱水用於溶液除溼空調以負擔一部分冷負荷。 低溫煙氣熱量通過地埋管循環水冷卻將熱量存儲到地下，以便於冬季供熱時再提取出來。本發明的有益效果為本發明採用上述連接形式所構成的機組，實現了冬夏季與 常規技術相比進一步降低排煙溫度，並充分利用高溫段煙氣的做功能力，實現能量的梯級 利用，與淺層地熱、汙水餘熱利用、溶液除溼相結合，綜合提高能源利用效率。


圖1為本發明以高溫煙氣為熱源的單蒸發器式土壤源供熱制冷機組結構流程示 意圖；圖2為本發明以高溫煙氣為熱源的雙蒸發器式土壤源供熱制冷機組結構流程示 意圖；圖3為本發明以高溫煙氣和熱水為熱源的單蒸發器式、低溫煙氣-水換熱器與地 埋管串聯的土壤源供熱制冷機組結構流程示意圖；圖4為本發明以高溫煙氣和熱水為熱源的單蒸發器式、低溫煙氣-水換熱器與地 埋管並聯的土壤源供熱制冷機組結構流程示意圖；圖5為本發明以高溫煙氣和熱水為熱源的雙蒸發器式土壤源供熱制冷機組結構 流程示意圖；圖6為本發明以高溫煙氣和熱水為熱源的土壤、地下水源供熱制冷機組結構流程 示意圖；圖7為本發明以高溫煙氣和熱水為熱源的土壤、汙水源供熱制冷機組結構流程示 意圖。圖中標號1-吸收式熱泵；Ia-煙氣發生器；Ib-熱水發生器；lc_冷凝及吸收器；Id-第一蒸 發器；Ie-第二蒸發器；2-中溫煙氣-水換熱器；3-低溫煙氣-水換熱器；4-地埋管；5-淺層地下水井；6-汙水換熱器；7_汙水幹 渠；8_溶液除溼空調；9-高溫煙氣-水換熱器。
具體實施例方式本發明提供了一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組，下面結合供熱、供冷系統實際參數的要求，對本發明的具體實施方式
進行說明。實施例1 如圖1所示，5000C的高溫煙氣首先作為驅動熱源進入吸收式熱泵1的煙氣發生器Ia放熱降溫至110°C排出，再進入中溫煙氣-水換熱器2放熱降溫到80°C排出，最後進入 低溫煙氣_水換熱器3放熱降溫到25 40°C排向大氣。在供熱工況下，第一閥門VI、第二 閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第十閥門VlO打開，第五閥門V5、第六閥 門V6、第七閥門V7、第八閥門V8、第十一閥門VII、第十二閥門V12、第十三閥門V13關閉，低 溫煙氣_水換熱器3與地埋管4通過循環水路串聯，再與吸收式熱泵1的第一蒸發器Id相 連，提取低溫煙氣熱量和淺層地熱。用戶採暖回水並聯進入吸收式熱泵1的冷凝及吸收器 Ic與中溫煙氣-水換熱器2換熱後供出。製冷工況下，第一閥門Vl、第二閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第 十閥門VlO關閉，第五閥門V5、第六閥門V6、第七閥門V7、第八閥門VSJii閥門VII、第 十二閥門V12、第十三閥門V13打開，中溫煙氣-水換熱器2接入熱水管路供熱水用於溶液 除溼空調8溶液再生，低溫煙氣-水換熱器3與地埋管4通過循環水路相連，將低溫煙氣熱 量灌入地下存儲以便於冬季供熱時再提取，吸收式熱泵1的冷凝及吸收器Ic與地埋管4通 過循環水路相連將熱量放入地下。用戶的冷凍回水進入吸收式熱泵1的第一蒸發器Id降 溫後供出。實施例2 如圖2所示，吸收式熱泵1增設第二蒸發器le。在供熱工況下，第一閥門VI、第二 閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第十閥門V10、第十五閥門V15、第十六閥 門V16打開，第五閥門V5、第六閥門V6、第七閥門V7、第八閥門V8、第十一閥門VII、第十二 閥門V12、第十三閥門V13、第十四閥門V14關閉，低溫煙氣-水換熱器3與地埋管4通過循 環水路並聯，再與吸收式熱泵1的第一蒸發器Id相連，提取低溫煙氣熱量和淺層地熱，吸收 式熱泵1的第二蒸發器Ie與地埋管4通過循環水路相連，提取淺層地熱。 製冷工況下，第一閥門Vl、第二閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第 十閥門V10、第十五閥門V15、第十六閥門V16關閉，第五閥門閥門V5、第六閥門V6、第七閥 門V7、第八閥門V8、第i^一閥門VII、第十二閥門V12、第十三閥門V13、第十四閥門V14打 開，低溫煙氣_水換熱器3與地埋管4通過循環水路相連，將低溫煙氣熱量灌入地下存儲以 便於冬季供熱時再提取，吸收式熱泵1的冷凝及吸收器Ic與地埋管4通過循環水路相連將 熱量放入地下。用戶的冷凍回水並聯進入吸收式熱泵1的第一蒸發器Id與第二蒸發器Ie 降溫後供出。其餘機組工作過程與實施例1相同。實施例3 如圖3所示，在吸收式熱泵1內增設熱水發生器lb，熱水發生器Ib與高溫熱水管 路相連，增加高溫熱水作為驅動熱源，以匹配調節供熱、製冷能力以及土壤熱平衡。其中的 高溫熱水自外部的內燃機缸套循環水、城市熱網，或者由自身高溫煙氣加熱獲得。500 V的 高溫煙氣首先作為驅動熱源進入吸收式熱泵1的煙氣發生器Ia放熱降溫至170°C排出，再 進入高溫煙氣_水換熱器9放熱降溫至110°C排出，然後再進入中溫煙氣_水換熱器2和低 溫煙氣_水換熱器3，高溫煙氣-水換熱器9與高溫熱水循環管路相連，其餘機組工作過程 與實施例1相同。
實施例4 如圖4所示，供熱工況下，第一閥門VI、第二閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第十閥門V10、第十六閥門V16打開，第五閥門V5、第六閥門V6、第七閥門V7、第 八閥門V8、第十一閥門VII、第十二閥門V12、第十三閥門V13、第十四閥門V14、第十五閥門 V15關閉，低溫煙氣_水換熱器3與地埋管4通過循環水路並聯，再與吸收式熱泵1的蒸發 器Ie相連，提取低溫煙氣熱量和淺層地熱。製冷工況下，第一閥門Vl、第二閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第 十閥門V10、第十六閥門V16關閉，第五閥門V5、第六閥門V6、第七閥門V7、第八閥門V8、第 十一閥門VII、第十二閥門V12、第十三閥門V13、第十四閥門V14、第十五閥門V15打開，低 溫煙氣_水換熱器3與地埋管4通過循環水路相連，將低溫煙氣熱量灌入地下存儲以便於 冬季供熱時再提取，其餘機組工作過程與實施例3相同。實施例5 如圖5所示，在吸收式熱泵1內增設熱水發生器lb，熱水發生器Ib與高溫熱水管 路相連，增加以高溫熱水作為驅動熱源，其餘機組工作過程與實施例2相同。實施例6 如圖6所示，5000C的高溫煙氣首先作為驅動熱源進入吸收式熱泵1的煙氣發生器 Ia放熱降溫至110°C排出，再進入中溫煙氣-水換熱器2放熱降溫到80°C排出，最後進入低 溫煙氣_水換熱器3放熱降溫到25 40°C排向大氣。熱水發生器Ib與高溫熱水管路相 連，增加高溫熱水作為驅動熱源。供熱工況下，第一閥門VI、第二閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門V9、第 十閥門V10、第十六閥門V16、第十七閥門V17打開，第五閥門V5、第六閥門V6、第七閥門V7、 第八閥門V8、第十一閥門VII、第十二閥門V12、第十三閥門V13、第十四閥門V14、第十五閥 門V15關閉，低溫煙氣-水換熱器3與地埋管4通過循環水路串聯，再與吸收式熱泵1的第 一蒸發器Id相連，提取低溫煙氣熱量和淺層地熱。吸收式熱泵1的第二蒸發器Ie與淺層 地下水井5通過循環水路相連，提取淺層地下水熱量。用戶採暖回水並聯進入吸收式熱泵 1的冷凝及吸收器Ic與中溫煙氣-水換熱器2加熱後供出。機組製冷工況下，第一閥門VI、第二閥門V2、第三閥門V3、第四閥門V4、第九閥門 V9、第十閥門V10、第十六閥門V16、第十七閥門V17關閉，第五閥門V5、第六閥門V6、第七閥 門V7、第八閥門V8、第十一閥門VII、第十二閥門V12、第十三閥門V13、第十四閥門V14、第 十五閥門V15打開，中溫煙氣-水換熱器2接入熱水管路供熱水用於溶液除溼空調8溶液 再生，低溫煙氣_水換熱器3與地埋管4通過循環水路相連，將低溫煙氣熱量灌入地下存儲 以便於冬季供熱時再提取，吸收式熱泵1的冷凝及吸收器Ic與淺層地下水井5通過循環水 路相連將熱量放入地下。用戶的冷凍回水並聯進入吸收式熱泵1的第一蒸發器Id與第二 蒸發器Ie降溫後供出。實施例7 如圖7所示，機組供熱工況下，吸收式熱泵1的第二蒸發器Ie與汙水換熱器6通 過循環水路相連，從汙水乾渠7中提取汙水餘熱。機組製冷工況下，吸收式熱泵1的冷凝及 吸收器Ic與汙水換熱器6通過循環水路相連將熱量放給汙水。其餘機組工作過程與實施 例6相同。
權利要求
一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組，其特徵在於，所述機組由吸收式熱泵(1)、中溫煙氣-水換熱器(2)、地埋管(4)以及用於連接以上部件的連接管路、閥門組成；吸收式熱泵(1)由煙氣發生器、冷凝及吸收器、蒸發器組成，其中高溫煙氣依次進入吸收式熱泵(1)的煙氣發生器、中溫煙氣-水換熱器(2)後排出機組；在供熱工況下，吸收式熱泵(1)的蒸發器與地埋管(4)通過循環水路相連，回收淺層地熱，吸收式熱泵(1)的冷凝及吸收器與中溫煙氣-水換熱器(2)並聯接入採暖水管路；在製冷工況下，吸收式熱泵(1)的蒸發器接入冷凍水管路，吸收式熱泵(1)的冷凝及吸收器與地埋管(4)通過循環水路相連。
2.根據權利要求1所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機 組，其特徵在於，所述機組沿高溫煙氣行進方向在中溫煙氣-水換熱器(2)後串聯低溫煙 氣-水換熱器(3)，高溫煙氣依次進入吸收式熱泵(1)的煙氣發生器、中溫煙氣-水換熱器(2)、低溫煙氣-水換熱器(3)後排出機組；在供熱工況下，所述低溫煙氣-水換熱器(3)與 地埋管(4)通過循環水路串連，再與吸收式熱泵(1)的蒸發器相連，同時回收低溫煙氣餘熱 和淺層地熱。
3.根據權利要求1所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組， 其特徵在於所述吸收式熱泵(1)內增設與高溫熱水管路相連的熱水發生器；高溫熱水由 吸收式熱泵(1)的煙氣發生器排出的高溫煙氣加熱獲得，或由內燃機缸套水加熱獲得，或 通過城市熱網獲得。
4.根據權利要求2所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組， 其特徵在於在製冷工況下，所述低溫煙氣-水換熱器(3)與地埋管(4)通過循環水路相 連，將低溫煙氣熱量灌入地下，以便冬季供熱時再提取出來。
5.根據權利要求4所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組， 其特徵在於所述低溫煙氣-水換熱器⑶與地埋管⑷之間採用串聯或並聯的方式連接。
6.根據權利要求1所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組， 其特徵在於在製冷工況下，所述中溫煙氣-水換熱器⑵與溶液除溼空調(8)串聯，中溫 煙氣-水換熱器(2)供熱水用於溶液除溼空調(8)的溶液再生，以滿足部分冷負荷。
7.根據權利要求1所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組， 其特徵在於在供熱工況下，所述吸收式熱泵(1)的蒸發器與淺層地下水井(5)通過循環水 管路相連；在製冷工況下，吸收式熱泵(1)的冷凝及吸收器切換到與淺層地下水井(5)通過 循環水路相連。
8.根據權利要求1所述的一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組， 其特徵在於所述吸收式熱泵(1)的蒸發器與汙水換熱器(6)通過循環水管路相連；在制 冷工況下，吸收式熱泵(1)的冷凝及吸收器切換到與汙水換熱器(6)通過循環水路相連。
全文摘要
一種以高溫煙氣和熱水為驅動熱源的地溫能供熱制冷機組屬於能源技術應用領域。該機組由吸收式熱泵、中溫煙氣-水換熱器、低溫煙氣-水換熱器、地埋管或淺層地下水井或汙水換熱器以及連接管路和閥門等附件組成。該機組以高溫煙氣或熱水作為吸收式熱泵的驅動熱源，供熱工況下提取低溫煙氣熱量和淺層地熱或汙水源熱量；製冷工況下除供應冷凍水外，將中溫煙氣熱量製取熱水用於溶液除溼空調溶液再生，同時將低溫煙氣熱量利用地埋管循環水排入地下儲存，以便冬季供熱時提取，吸收機冷卻側熱量排入地埋管、淺層地下水井，減少冷卻塔負荷。與現有技術相比，該機組實現煙氣和熱水能量的梯級利用，提高供熱和製冷效率，並注重淺層地熱利用的冬夏季平衡。
文檔編號F25B29/00GK101806517SQ20101911409
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月26日 優先權日2010年2月26日
發明者付林, 張世鋼, 李永紅, 趙璽靈 申請人:清華大學;北京環能瑞通科技發展有限公司