[发明专利]一种应用热泵-膜蒸馏的地热供暖-除盐的方法

说明书

一、技术领域

本发明属于地热应用的技术领域，特别涉及一种应用热泵技术和膜蒸馏技术对地热资源进行综合利用的技术方法。

二、背景技术

地热资源是一种重要的清洁可再生能源。我国地热资源十分丰富，其中温度低于90℃的低温热水资源在全国各地都有比较广泛的分布。近年来，能源紧缺形势日益严峻，清洁可再生能源的开发利用不仅是国家的重要战略，也成为市场的热点，在我国的发展势头十分强劲。我国是地热利用的大国，地热利用的总量位居世界第一，但我国地热利用的综合水平仍有待提高。

近年来，将地热技术和热泵技术组合应用的趋势越来越明显。热泵是投入少量优质能源产出数倍热(冷)量的技术，有节能之王的美誉。热泵技术与地热技术组合应用，主要是应用热泵对热(冷)能的提升效应，用于地热供热调峰。另外热泵技术在低温水源、地源或空气源供热(冷)方面的应用也越来越普遍。

目前我国低温地热利用中存在的问题主要包括：第一，很多地热水的温度在60～90℃，对这部分比较优质的低温地热水，除了供暖利用(包括温室种植、温水养殖等)之外，缺少更高附加产值的应用。第二，现有的以供暖为主的直接利用方式，排放的尾水温度高，致使热能利用率不高。第三，地热开采及热泵机组等设施一次性投资大，而地热资源的应用有着强烈的季节性，在非采暖季节地热开采及热泵设备基本处于闲置状态，客观上造成投资回收周期过长的缺点，削弱了地热利用尤其是地热-热泵技术应用的优势。第四，我国很多地区的地热水为高矿化度水(矿化度3g～几十g/L)，高矿化度使地热水开采利用的价值大打折扣，例如在严重缺水的西北和山东沿海地区地区，虽然地热资源也很丰富，但目前开采应用的价值不大。

基于上述原因，本发明提出在地热直接利用中，应用膜蒸馏产水技术，建立集供暖、优质饮用水(或纯水)生产于一体的低温地热水综合利用的方法。

膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧的蒸汽压力差为驱动力的膜分离过程。当不同温度的水溶液被疏水膜分隔的时候，由于膜的疏水性，两侧的溶液水均不能通过膜进入另一侧，而气体则可以通过膜孔传质。由于高温侧水蒸汽压高于低温侧的水蒸气压，水蒸汽会从高温侧透过膜孔进入低温侧并冷凝成为渗出水。这种通过蒸馏(蒸发-冷凝)原理获得的渗出水是一种品质很高的纯水，高于其它一级除盐工艺的出水水质；浓水则留在高温侧成为渗余水。膜蒸馏过程无须将溶液加热到沸点，只要膜两侧存在温差，该过程就能够进行，因此又被称为低温膜蒸馏。

主要参考文献：

(1)刘时彬。地热资源及其开发应用和保护。化学工业出版社，2005，北京。

(2)赵军，戴传山。地热热泵技术与建筑节能技术。

(3)吴庸烈。膜蒸馏技术及其应用进展。膜科学与技术，2003，23(4)：67。

(4)马润宇。膜蒸馏技术的回顾与展望。天津城市建设学院学报，2003，9(2)：90。

三、发明内容

本发明所提出的热泵-膜蒸馏的地热供暖-除盐方法的基本原理是将深层地下热水作为膜蒸馏制水的热水源，将浅层地下水作为冷源、热能储仓和低温热源，通过热泵实现低品质热能向高品质热能的转变以及低品质冷源向高品质冷源的转变，首先将温度较高的地热水用于膜蒸馏除盐制水，然后根据系统供暖的需求，综合调度热泵负荷，或用于膜蒸馏热侧出水热能的循环回收，或用于膜蒸馏冷侧潜热的循环回收，或用于从浅层地下暖水以及从用户供暖回水等中采热，在满足用户供暖和热水需求的基础上，将系统剩余的产能用于通过膜蒸馏过程制备纯水。所说的热泵负荷分成高位热泵负荷和地位热泵负荷两部分，高位热泵负荷的功能是在热侧将中温水转变为高温的水，在冷侧将中温的水转变为低温的水；低位热泵负荷的功能是在热侧将低温的水转变为中温的水，在冷侧将低温的水转变为冷水；高温的水用于作为膜蒸馏器热侧的循环进水；中温的水除用于采暖和热水供应外，还用来制取高温的水；系统内总的水源热泵的功率可以在高位热泵和地位热泵之间进行调度。系统分常季和冬季两种运行模式，在冬季模式下，用户包括采暖和热水在内的热量需求大于地热开采所能提供的有效热能负荷，系统需要通过热泵从浅层地下水中取热补充热量供应；在常季模式下，用户包括采暖和热水在内的热量需求小于地热水开采所供应的有效热能负荷，系统需要将多余的热量转移到浅层地下水中。