一种用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统
阅读说明：本技术 一种用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统 (Power generation and heating coupling system for comprehensive utilization of hot dry rock energy ) 是由 汪健生 牛锦涛 刘雪玲 付伟娟 于 2020-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统,包括干热岩生产井、除沙装置、第一闪蒸器、第二闪蒸器、第一膨胀机、蒸发器、第一发电机、膨胀机、第二发电机、预热器、第二膨胀机、第三发电机、工质泵、冷凝器、土壤源热泵冷水管、土壤源热泵热水管和干热岩回灌井；干热岩生产井的热水通过除沙装置处理后首先在第一级闪蒸系统中的第一闪蒸器中进行降压降温闪蒸,温度降低,热水从饱和液体变成饱和气体和饱和液体两部分,饱和气体进入第一膨胀机中进行膨胀做功,带动第一发电机输出电能；饱和液体进入第二级闪蒸系统中的第二闪蒸器；热用户的回水管的供水在有机朗肯循环的冷凝器中温度升温,之后进入热用户进行供热。(The invention relates to a power generation and heating coupling system for comprehensive utilization of hot dry rock energy, which comprises a hot dry rock production well, a sand removal device, a first flash evaporator, a second flash evaporator, a first expander, an evaporator, a first generator, an expander, a second generator, a preheater, a second expander, a third generator, a working medium pump, a condenser, a soil source heat pump cold water pipe, a soil source heat pump hot water pipe and a hot dry rock recharge well, wherein the first flash evaporator is connected with the first generator through a pipeline; after being treated by a sand removal device, hot water of the hot dry rock production well is subjected to pressure reduction, temperature reduction and flash evaporation in a first flash evaporator in a first-stage flash evaporation system, the temperature is reduced, the hot water is changed into two parts of saturated gas and saturated liquid from saturated liquid, and the saturated gas enters a first expansion machine to perform expansion work so as to drive a first generator to output electric energy; the saturated liquid enters a second flash evaporator in the second-stage flash evaporation system; the temperature of water supplied to a water return pipe of a hot user is raised in a condenser of the organic Rankine cycle, and then the water enters the hot user for heating.)
技术领域
本发明属于干热岩能量利用发电系统领域，具体涉及到一种用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统。
背景技术
请参阅图1，图1为一个常规的有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)发电系统，包括蒸发器1、膨胀机2、冷凝器3、工质泵4、发电机5和冷却水6。
低温低压的有机工质(液体)经过工质泵4升压后进入蒸发器1；在蒸发器1中吸收热源提供的热量成为高温高压气体；进入膨胀机2进行膨胀做功，带动发电机5进行发电；膨胀做功后的有机工质(气体)进入冷凝器3被冷却成液体；再回到工质泵4之中，完成一个完整的有机朗肯循环。
对于常规的有机朗肯循环而言，系统的热效率较低，不能高效利用干热岩能量导致系统的净输出功较低，相比于较低的系统净输出功，干热岩发电的平均成本较高。
请参阅图2，图2为一个单级的闪蒸发电系统，包括干热岩生产井1、除沙装置2、闪蒸器3、膨胀机4、发电机5、冷凝器6、冷却水7、回灌井8。
从干热岩生产井1中抽出的热水进入除沙装置2，除沙装置2对热水中的固体杂质进行过滤；热水从除沙装置2中出来后进入闪蒸器3进行闪蒸，温度由T1降至T3；饱和气体进入膨胀机4中进行膨胀做功，通过发电机5转换为电能；做功后的乏汽和从闪蒸器3中出来的饱和液体汇合温度降至T4，进入冷凝器6中冷凝；之后进入干热岩回灌井8中，进入地下和干热岩进行换热并流动至干热岩生产井位置。
对于单级闪蒸发电系统而言，相比常规的有机朗肯循环可以提高热效率，提高系统的净输出功，但是T4温度仍然较高，通过冷凝器散掉多余热量是对能量的浪费，不能实现能量的充分高效利用。较高的投入与较低的净输出功相比，使单级闪蒸系统的发电成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统，实现干热岩能量的综合利用，提高系统的热效率和净输出功以及降低干热岩发电平均成本。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统，包括干热岩生产井1、除沙装置2、第一闪蒸器3、第二闪蒸器4、第一膨胀机5、蒸发器6、第一发电机7、膨胀机8、第二发电机9、预热器10、第二膨胀机11、第三发电机12、工质泵13、冷凝器15、土壤源热泵冷水管17、土壤源热泵热水管18和干热岩回灌井19；
干热岩生产井1的热水通过除沙装置2处理后首先在第一级闪蒸系统中的第一闪蒸器3 中进行降压降温闪蒸，温度由T1降低至T3，热水从饱和液体变成饱和气体和饱和液体两部分，饱和气体进入第一膨胀机5中进行膨胀做功，带动第一发电机7输出电能；饱和液体进入第二级闪蒸系统中的第二闪蒸器4；
从第一级闪蒸系统中的第一闪蒸器3中流出的饱和液体在第二级闪蒸系统中的第二闪蒸器4中进一步降温降压进行闪蒸，温度由T3降至T4，饱和液体再次分为饱和液体和饱和气体两部分；饱和气体和从第一膨胀机5做功后的乏汽一同进入第二膨胀机8中进行膨胀做功，带动第二发电机9输出电能；
做功后的乏汽从第二膨胀机8中流出后进入预热器10对有机工质进行预热，从预热器 10中流出后流入干热岩回灌井19并在流入地下的过程中向低温土壤层进行散热，降低自身温度，以获取更大的取热能力；
第二级闪蒸系统中的第二闪蒸器4中的饱和液体在流出后进入蒸发器6，饱和液体在蒸发器6中释放热量降低温度后流出；之后流入干热岩回灌井19并在流入地下的过程中向低温土壤层进行散热，降低自身温度，以获取更大的取热能力；
经过工质泵13压缩的有机工质流入预热器10吸热升温至蒸发温度，之后流入蒸发器6 中吸收饱和液体释放的热量蒸发至饱和气体；有机工质的饱和气体进入第二膨胀机11中进行膨胀做功，带动第三发电机12输出电能；之后流经冷凝器15冷凝至饱和液体，最后流入工质泵13中；
热用户16的回水管的供水在有机朗肯循环的冷凝器15中温度由T14升温至T14’，之后进入热用户16进行供热。
在本发明中，土壤源热泵利用储存在土壤中的热能进行供暖。
本发明通过两级闪蒸耦合有机朗肯循环可以提高系统的净输出功；有机朗肯循环的冷凝器和储存在浅层土壤中的热为热用户供暖提供热能，提高了系统的热效率；通过土壤降低回灌水的温度，减少了冷凝器设备，降低了系统投资；利用土壤良好的储热性能实现热泵的变负荷工作条件；因此本发明实现了干热岩能量的高效综合利用，并降低了干热岩发电的平均成本。
附图说明
图1为常规的有机朗肯循环发电系统
图2为单级闪蒸发电系统
图3为双级闪蒸——有机朗肯循环耦合发电系统
图3中，1、干热岩生产井，2、除沙装置，3、闪蒸器，4、闪蒸器，5、膨胀机，6、蒸发器，7、发电机，8、膨胀机，9、发电机，10、预热器，11、膨胀机，12、发电机，13、工质泵，14、冷却水，15、冷凝器，16、热用户，17、土壤源热泵冷水管，18、土壤源热泵热水管，19、干热岩回灌井。
图4为干热岩回灌井19的横截面图，19(a)、19(b)、19(c)、19(d)、19(e)为干热岩回灌单井。
具体实施方式
以下结合附图3和附图4对本发明做进一步说明。
本发明的用于干热岩能量综合利用的发电供暖耦合系统，所述系统主要包括两级闪蒸系统、一级有机朗肯循环和土壤源热泵，具体如图3所示：本发明具体由干热岩生产井1、除沙装置2、闪蒸器3、闪蒸器4、膨胀机5、蒸发器6、发电机7、膨胀机8、发电机9、预热器10、膨胀机11、发电机12、工质泵13、冷却水14、冷凝器15、热用户16、土壤源热泵冷水管17、土壤源热泵热水管18和干热岩回灌井19组成。
在本发明中，除沙装置2是为了除去从干热岩生产井1中抽出的热水中的各种固体杂质，防止其损坏后续的设备。热水在该装置中无热损失和压力损失。
在本发明中，热水首先在第一级闪蒸系统中的闪蒸器3中进行降压降温闪蒸，温度由 T1降低至T3，热水从饱和液体变成饱和气体和饱和液体两部分，饱和气体进入膨胀机5中进行膨胀做功，带动发电机7输出电能；饱和液体进入第二级闪蒸系统中的闪蒸器4。
在本发明中，从第一级闪蒸系统中的闪蒸器3中流出的饱和液体在第二级闪蒸系统中的闪蒸器4中进一步降温降压进行闪蒸，温度由T3降至T4，饱和液体再次分为饱和液体和饱和气体两部分；饱和气体和从膨胀机5做功后的乏汽一同进入膨胀机8中进行膨胀做功，带动发电机9输出电能；
在本发明中，做功后的乏汽从膨胀机8中流出后进入预热器10对有机工质进行预热，从预热器10中流出后流入干热岩回灌井19并在流入地下的过程中向低温土壤层进行散热，降低自身温度，以获取更大的取热能力。
在本发明中，第二级闪蒸系统中的闪蒸器4中的饱和液体在流出后进入蒸发器6，饱和液体在蒸发器6中释放热量降低温度后流出；之后流入干热岩回灌井19并在流入地下的过程中向低温土壤层进行散热，降低自身温度，以获取更大的取热能力。
在本发明中，经过工质泵13压缩的有机工质流入预热器10吸热升温至蒸发温度，之后流入蒸发器6中吸收饱和液体释放的热量蒸发至饱和气体；有机工质的饱和气体进入膨胀机 11中进行膨胀做功，带动发电机12输出电能；之后流经冷凝器15冷凝至饱和液体，最后流入工质泵13中。
在本发明中，热用户16的回水管的供水在有机朗肯循环的冷凝器15中温度由T14升温至T14’，之后进入热用户16进行供热。
在本发明中，由蒸发器6流出的饱和液体和由预热器10流出的气液混合物汇合后流入干热岩回灌单井19(a-b-c-d-e)中，干热岩回灌单井19(a-b-c-d)中的流体汇合至19(e)中回灌至干热岩裂隙中；在干热岩回灌井19中继续向低温的土壤散热，降低自身温度至饱和液体，并将热能储存在浅层土壤中，之后再地下干热岩中的裂缝中吸热流至干热岩生产井1的位置。
在本发明中，土壤源热泵利用储存在土壤中的热能进行供暖。
如图所示，水在干热岩裂隙中进行换热升温至T1，由干热岩生产井1抽出进入除沙装置2中，在除沙装置2中除去固体杂质防止固体杂质损坏后续设备；热水从除沙装置2中出来后进入第一级闪蒸系统中的闪蒸器3，在闪蒸器3中降温降压进行闪蒸，温度由T1降至T3，热水在闪蒸器3中分为饱和液体和饱和气体；闪蒸器3中的饱和气体进入膨胀机5中进行膨胀做功，并带动发电机7输出电能；闪蒸器3中的饱和液体进入第二级闪蒸系统的闪蒸器4中继续降温降压进行闪蒸，温度由T3降至T4，热水在闪蒸器4中分为饱和液体和饱和气体；闪蒸器4中的饱和气体和从膨胀机5中做功后的乏汽一同进入膨胀机8中进行膨胀做功，并带动发电机9输出电能；从膨胀机8中出来的乏汽进入预热器10中释放热量，对有机工质进行预热，乏汽温度降至T10；闪蒸器4中的饱和液体进入蒸发器6中释放热量，液体温度降至T6；从蒸发器6中流出的水和从预热器10中流出的乏汽汇合之后流入干热岩回灌井19中；经过工质泵13压缩的有机工质进入预热器10吸收热量升温至蒸发温度，之后进入蒸发器6中吸收热量蒸发至饱和气体，有机工质的饱和气体进入膨胀机11中进行膨胀做功，并带动发电机12输出电能；有机工质的饱和气体在膨胀做功后变成乏汽进入冷凝器15进行冷凝，冷凝水的温度由T14升高至T14’；从冷凝器15出来的有机工质进入工质泵13中进行压缩；由蒸发器6流出的饱和液体和由预热器10流出的气液混合物汇合后流入干热岩回灌单井19(a-b-c-d-e)中，干热岩回灌单井19(a-b-c-d)中的流体汇合至19(e)中回灌至干热岩裂隙中；在干热岩回灌井19中继续向浅层的低温土壤散热，冷却为饱和液体；水从干热岩回灌井19回灌至干热岩裂隙中同高温的岩石进行热交换，并流动至干热岩生产井1 中。至此，水在双级闪蒸——有机朗肯循环耦合发电系统中完成一次循环。由蒸发器6流出的饱和液体和由预热器10流出的气液混合物散失在浅层土壤中的热将储存在浅层土壤中；土壤源热泵冷水管17吸收浅层土壤中的热，通过土壤源热泵热水管18给热用户16供暖；利用浅层土壤储存热能既省去了冷却热水所需的冷凝器，又可以很好地储存热能，满足热泵供暖的变负荷工作条件。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种热发电方法及所含部件设计