一種將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統的製作方法
2023-10-06 16:47:19
專利名稱：一種將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種從地熱井中取熱的裝置，尤其涉及一種將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統。
背景技術：
隨著石油、天然氣等不可再生資源的快速消耗，開發利用新能源，尤其是可再生能源越來越受到人們的關注。可再生能源包括太陽能、水能、生物質能、風能、海洋能以及地熱能等。地熱資源賦存於地下，是一種潔淨的礦產資源。地熱能的潛在價值非常可觀，從地心不斷向外留出的熱量相當於44萬億瓦/年，這些熱量，即使只有一少部分被開發利用， 也能輕易滿足世界大部分能源要求。地熱資源按照溫度劃分，可分為高溫(> 150°C)、中溫 (90 150°C)、低溫(< 90°C)三種類型。我國是一個以中低溫地熱資源為主的國家，近10 年來地熱直接利用均以每年10%速率增長，目前以直接利用設備裝機容量的產量居世界之首。2008年我國地熱資源利用使全國二氧化碳減排2500萬噸，相當於860多萬輛汽車尾氣的排放量。而中低溫地熱資源的開採利用存在一個問題，即中低溫地熱井不能直接形成蒸汽將地熱能量帶出。傳統的地熱開採利用，一般採用閃蒸加壓等方法，然而閃蒸設備尺寸大、易腐蝕並且效率低，不能被廣泛利用。所以，目前，還沒有適合廣泛推廣的地熱開採裝置出現，這嚴重地制約了地熱開採領域的發展。
發明內容
本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，這種系統利用低沸點介質的氣液轉換將地熱井內的熱量取出並利用，形成新能源。本發明通過以下技術方案來實現上述目的
本發明包括井下換熱器、蒸汽收集器、蒸汽利用裝置、壓縮機、低沸點介質儲罐和介質泵，其中，所述井下換熱器的液態介質入口與所述介質泵的出口連接，所述井下換熱器的蒸汽出口與所述蒸汽收集器的入口連接，所述蒸汽收集器的出口與所述蒸汽利用裝置的入口連接，所述蒸汽利用裝置的出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接，所述壓縮機的液態介質出口與所述低沸點介質儲罐的入口連接，所述低沸點介質儲罐的出口與所述介質泵的入口連接。使用時，將井下換熱器置於地熱井內的熱水中，液態的低沸點介質在介質泵的作用下進入井下換熱器內，在地熱井內的熱水的作用下，液態介質沸騰變為高溫蒸汽，同時吸熱，然後高溫蒸汽被蒸汽收集器吸收並儲存，供蒸汽利用裝置使用。在高溫蒸汽經過蒸汽利用裝置後其溫度會降低，但還是處於氣態狀態，然後經過壓縮機壓縮後在高壓作用下會變成液態，並供介質泵輸送給井下換熱器，形成循環。因為地熱井內的熱量是很大的，基本不會存在熱量被全部吸走的問題，只能對地熱井內的水起到降溫的目的，所以本發明能夠持續不斷或根據需要間斷地提供蒸汽利用裝置所需的高溫蒸汽，同時還能使地熱井內的水溫降低，有利於解除因其溫度過高而引發的熱膨脹危害。具體地，所述低沸點介質儲罐內的低沸點介質為液氨、甲胺、戊烷、乙醇、乙醚、環氧乙烷、氯乙烷、乙胺或乙醛，也可以為其它介質，只要滿足低沸點的要求即可。根據實際需要，所述蒸汽利用裝置可以為汽輪發電機，所述汽輪發電機的蒸汽入口與所述所述蒸汽收集器的出口連接，所述汽輪發電機的蒸汽出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接。這適用於溫度比較高一點的地熱井，因為汽輪發電機所需蒸汽的壓力要大一些。 所述蒸汽利用裝置還可以為地面換熱器，所述地面換熱器的蒸汽入口與所述蒸汽收集器的出口連接，所述地面換熱器的蒸汽出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接；所述地面換熱器的冷水入口與冷水泵的出口連接，所述地面換熱器的熱水出口與熱水儲罐的入口連接。這適用於溫度不高的地熱井，所需的蒸汽壓力不用很大，而經過地面換熱器後的熱水蓄於熱水儲罐中，可以直接使用，如冬天供暖，也可以另作它用，如所述熱水儲罐的出口與吸收式制冷機的熱水入口連接，所述吸收式制冷機的冷水出口與所述冷水泵的入口連接。這樣，熱水儲罐內的熱水在經過吸收式制冷機後，使吸收式制冷機內的冷水變成凍水， 凍水在夏天就可派上用場了，如所述吸收式制冷機的凍水出口與空調器的凍水入口連接， 這樣凍水的冷量被空調器直接利用，用風扇即可直接吹出冷風，節省了一般空調壓縮機所需的電能，並擴大了熱能的應用範圍。所述蒸汽利用裝置還可以同時包括汽輪發電機、地面換熱器、熱水儲罐和吸收式制冷機，所述汽輪發電機的蒸汽入口與所述蒸汽收集器的出口連接，所述汽輪發電機的蒸汽出口與所述地面換熱器的蒸汽入口連接，所述地面換熱器的蒸汽出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接；所述地面換熱器的冷水入口與所述冷水泵的出口連接，所述地面換熱器的熱水出口與所述熱水儲罐的入口連接，所述熱水儲罐的出口與所述吸收式制冷機的熱水入口連接，所述吸收式制冷機的冷水出口與所述冷水泵的入口連接。這適用於溫度很高的地熱井，其高溫蒸汽的壓力足夠大，以至於可以先後為汽輪發電機和地面換熱器提供壓力和熱能後還能保持氣態狀態。本發明的有益效果在於
本發明利用井下熱水的熱量將井下換熱器內的液態介質變為高溫蒸汽，並讓它成為多種設備的能源，過程簡單、能耗低、無汙染，是對現有能源的有力補充；與傳統的閃蒸加壓取熱法相比，本發明設備簡單、尺寸小、佔地面積小、易於安裝建造、不受環境影響；綜上，本發明提供了一種新能源開採的可能，而且適合大面積推廣，為解決不可再生能源日漸枯竭的問題打下了堅實的基礎。
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明
如附圖所示，本發明包括井下換熱器2、蒸汽收集器4、蒸汽利用裝置、壓縮機11、低沸點介質儲罐12和介質泵5，其中，井下換熱器2的液態介質入口與介質泵5的出口連接，井下換熱器2的蒸汽出口與蒸汽收集器4的入口連接，蒸汽收集器4的出口與所述蒸汽利用裝置的入口連接，所述蒸汽利用裝置的出口與壓縮機11的氣態介質入口連接，壓縮機11的液態介質出口與低沸點介質儲罐12的入口連接，低沸點介質儲罐12的出口與介質泵5的入口連接。所述蒸汽利用裝置可以有很多種選擇，可以為發電設備，可以為製冷設備，可以為供暖設備，可以為一種設備，可以為幾種設備結合，總之，根據地熱井所能提供的熱量和實際需要來確定到底配置哪些蒸汽利用裝置。本實施例中以幾種設備結合使用為例，如附圖所示，其蒸汽利用裝置結構如下包括汽輪發電機6、地面換熱器7、熱水儲罐8和吸收式制冷機9，汽輪發電機6的蒸汽入口與蒸汽收集器4的出口連接，汽輪發電機6的蒸汽出口與地面換熱器7的蒸汽入口連接，地面換熱器7的蒸汽出口與壓縮機11的氣態介質入口連接；地面換熱器7的冷水入口與冷水泵10的出口連接，地面換熱器7的熱水出口與熱水儲罐8的入口連接，熱水儲罐8的出口與吸收式制冷機9的熱水入口連接，吸收式制冷機9的冷水出口與冷水泵10的入口連接。這適用於溫度很高的地熱井，其高溫蒸汽的壓力足夠大，以至於可以先後為汽輪發電機6和地面換熱器7提供壓力和熱能後還能保持氣態狀態。結合附圖，使用時，將井下換熱器2置於地熱井1內的熱水中，液態的低沸點介質 3在介質泵5的作用下進入井下換熱器2內，在地熱井1內的熱水的作用下，液態的低沸點介質3沸騰變為高溫蒸汽，同時吸熱，然後高溫蒸汽被蒸汽收集器4吸收並進入汽輪發電機 6的蒸汽入口，高溫蒸汽會帶動汽輪發電機6運行發電，所發電力可以直接通過電網供給用戶，也可通過大型蓄電池儲存備用；汽輪發電機6的蒸汽出口出來的高溫蒸汽進入地面換熱器7後，將地面換熱器7內的冷水變成熱水並儲存到熱水儲罐8中，可以直接使用，如冬天供暖，也可以另作它用，如熱水儲罐8內的熱水在經過吸收式制冷機9後，使吸收式制冷機9內的冷水變成凍水，凍水的冷量被空調器直接利用，用風扇即可直接吹出冷風，節省了一般空調壓縮機所需的電能，並擴大了熱能的應用範圍。在高溫蒸汽經過汽輪發電機6和地面換熱器7後，其溫度會降低，但還是處於氣態狀態，然後經過壓縮機11壓縮後在高壓作用下會變成液態，並供介質泵5輸送給井下換熱器2，形成循環。因為地熱井1內的熱量是很大的，基本不會存在熱量被全部吸走的問題，只能對地熱井1內的水起到降溫的目的，所以本發明能夠持續不斷或根據需要間斷地提供汽輪發電機6和地面換熱器7所需的高溫蒸汽，同時還能使地熱井1內的水溫降低，有利於解除因其溫度過高而弓I發的熱膨脹危害。上述設備中，地熱井1為中低溫地熱井，地熱溫度不超過150°C ；井下換熱器2為常規的換熱管；低沸點介質3為液氨，常壓下的沸點為-33. 5°C ；地面換熱器7為管殼式換熱器，其結構為固定管板式換熱器；吸收式制冷機9為單級氨水吸收式制冷機；壓縮機11為活塞式壓縮機；介質泵5和冷水泵10為常規的螺杆泵；井下換熱器2、蒸汽收集器4、地面換熱器7、低沸點介質儲罐12及所有和低沸點介質3接觸的連接管道都使用耐氨腐蝕的含鉬不鏽鋼材料；汽輪發電機6為常規汽輪發電機。結合附圖，本發明可以有很多不同的選擇和組合，如低沸點介質3為還可以為甲胺、戊烷、乙醇、乙醚、環氧乙烷、氯乙烷、乙胺和乙醛中的任何一種；地面換熱器7還可以為浮頭式換熱器或U形管換熱器；吸收式制冷機9還可以為溴化鋰吸收式制冷機；壓縮機11 還可以為螺杆式壓縮機、滑片式壓縮機、轉子式壓縮機、離心式壓縮機、軸流式壓縮機或噴射式壓縮機；介質泵5和冷水泵10還可以為容積式泵、葉輪式泵或噴射式泵。在此不一一舉例，但只要與本發明的結構相同，則均應視為侵犯本發明專利的權利。
權利要求
1.一種將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於包括井下換熱器、 蒸汽收集器、蒸汽利用裝置、壓縮機、低沸點介質儲罐和介質泵，其中，所述井下換熱器的液態介質入口與所述介質泵的出口連接，所述井下換熱器的蒸汽出口與所述蒸汽收集器的入口連接，所述蒸汽收集器的出口與所述蒸汽利用裝置的入口連接，所述蒸汽利用裝置的出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接，所述壓縮機的液態介質出口與所述低沸點介質儲罐的入口連接，所述低沸點介質儲罐的出口與所述介質泵的入口連接。
2.根據權利要求1所述的將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於 所述低沸點介質儲罐內的低沸點介質為液氨、甲胺、戊烷、乙醇、乙醚、環氧乙烷、氯乙烷、乙胺或乙醛。
3.根據權利要求1所述的將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於 所述蒸汽利用裝置為汽輪發電機，所述汽輪發電機的蒸汽入口與所述蒸汽收集器的出口連接，所述汽輪發電機的蒸汽出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接。
4.根據權利要求1所述的將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於 所述蒸汽利用裝置為地面換熱器，所述地面換熱器的蒸汽入口與所述蒸汽收集器的出口連接，所述地面換熱器的蒸汽出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接；所述地面換熱器的冷水入口與冷水泵的出口連接，所述地面換熱器的熱水出口與熱水儲罐的入口連接。
5.根據權利要求4所述的將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於 所述熱水儲罐的出口與吸收式制冷機的熱水入口連接，所述吸收式制冷機的冷水出口與所述冷水泵的入口連接。
6.根據權利要求1所述的將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於 所述蒸汽利用裝置包括汽輪發電機、地面換熱器、熱水儲罐和吸收式制冷機，所述汽輪發電機的蒸汽入口與所述蒸汽收集器的出口連接，所述汽輪發電機的蒸汽出口與所述地面換熱器的蒸汽入口連接，所述地面換熱器的蒸汽出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接；所述地面換熱器的冷水入口與所述冷水泵的出口連接，所述地面換熱器的熱水出口與所述熱水儲罐的入口連接，所述熱水儲罐的出口與所述吸收式制冷機的熱水入口連接，所述吸收式制冷機的冷水出口與所述冷水泵的入口連接。
7.根據權利要求5或6所述的將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，其特徵在於所述吸收式制冷機的凍水出口與空調器的凍水入口連接。
全文摘要
本發明公開了一種將低沸點介質用於中低溫地熱井取熱的系統，包括井下換熱器、蒸汽收集器、蒸汽利用裝置、壓縮機、低沸點介質儲罐和介質泵，其中，所述井下換熱器的液態介質入口與所述介質泵的出口連接，所述井下換熱器的蒸汽出口與所述蒸汽收集器的入口連接，所述蒸汽收集器的出口與所述蒸汽利用裝置的入口連接，所述蒸汽利用裝置的出口與所述壓縮機的氣態介質入口連接，所述壓縮機的液態介質出口與所述低沸點介質儲罐的入口連接，所述低沸點介質儲罐的出口與所述介質泵的入口連接。本發明利用井下熱水的熱量將井下換熱器內的液態介質變為高溫蒸汽，並讓它成為多種設備的能源，過程簡單、能耗低、無汙染，是對現有能源的有力補充。
文檔編號F03G4/00GK102359441SQ201110262188
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者徐毅 申請人:徐毅