[发明专利]一种基于地热能的冷热电联供系统及其工作方法

说明书

本发明公开的一种基于地热能的冷热电联供系统及其工作方法，属于可再生能源开发利用与动力工程技术领域。包括闪蒸器、精馏塔、吸收器、蒸汽透平、第一冷凝器、蒸发器、第二冷凝器、热用户回路和冷用户回路；将地热闪蒸发电循环与一个氨水吸收式循环有机集成，将闪蒸器排出的饱和水作为氨水吸收式循环的热源，同时回收利用氨水吸收式循环中冷凝器和吸收器放出的余热，形成一个冷热电联供系统，满足了用户对不同种类能量的需求，实现了能源的梯级利用。该系统结构设计合理，利用两种循环的耦合，产生冷热电三种产品，有效提高了系统的能源转换效率，且绿色环保、适用范围广。

技术领域

本发明属于可再生能源开发利用与动力工程技术领域，具体涉及一种基于地热能的冷热电联供系统及其工作方法。

背景技术

随着人类对能源需求的不断增长，大规模地燃烧化石能源已对大气环境和生态环境造成了严重影响，人们越来越担心大量使用传统化石能源所带来的资源枯竭和环境污染问题。在这种情况下，地热能等可再生的清洁新能源越来越受到世界各国的重视。地热资源的开发利用对于节约化石能源和保护生态环境以及降低二氧化碳排放，起到至关重要的作用。目前我国地热资源主要用于地热发电，地热供暖，医疗保健，洗浴旅游，种植养殖，工业生产等方面。

利用地热能发电有两种方式，一是利用高温地热蒸汽发电，二是利用中低温地热水发电。而目前地热发电技术主要包括干蒸汽发电，扩容式闪蒸发电，双工质循环发电，Kalina循环发电以及新型的联合循环发电等。其中，干蒸汽发电是高温地热蒸汽发电的主要形式，扩容式闪蒸发电广泛应用于中高温地热资源，双工质循环发电适用于中低温地热资源，Kalina循环在低温地热资源发电领域具有优越性。

1)干蒸汽发电

干蒸汽是从地下喷出的具有一定过热度的蒸汽，如图1，干蒸汽发电技术就是将干蒸汽从地热井引出，除去固体杂质后直接输送到汽轮发电机组进行发电，汽轮机排气经冷凝器冷却后回灌地下或者另作他用。

2)扩容式闪蒸发电

对于中高温(130℃T250℃)地热资源，所提供的大多是汽水混合物，其中蒸汽量较小，适宜采用扩容式闪蒸发电技术。如图2，地热井下带有一定压力的汽水混合物或热水被引到地面后，首先进入一级扩容器，地热水中携带的蒸汽及少部分由第一级减压产生的蒸汽直接进入汽轮机做功，其余的地热水进入二级扩容器。在二级扩容器中，由于减压作用，扩容器内的压力小于此时地热水温度所对应的饱和压力，部分地热水将汽化成蒸汽，再引入汽轮机做功。二级扩容器中剩余地热水回灌地下。汽轮机排气经冷凝器冷却后回灌地下或者另作他用。

3)双工质循环发电

对于中低温(T130℃)地热资源，温度较低的地热水想通过扩容方式形成蒸汽，需将压力降至大气压以下，整个系统形成负压，这给系统运行和设备带来很大困难，因此采用双工质循环发电技术。如图3，在双工质循环发电技术中，地热水不再与发电系统直接接触，而是作为热源加热某种低沸点介质(一般为有机物)，这些工质蒸发后形成具有一定温度压力的蒸气，进入有机透平进行做功。透平排气经过冷凝器冷却后，经过增压泵升压，重新送入到蒸发器中吸热，完成一个循环。放热后的地热水回灌地下。

4)Kalina循环发电

Kalina循环是区别于常规朗肯循环的一种新型热力循环，采用氨水混合物作为工质，这种混合工质的沸点是随着氨水浓度的变化而变化，工质的升温曲线更接近热源的降温曲线，尽可能减小传热温差，提高循环效率。当热源参数变化时，只需要调整氨水浓度即可达到最佳的循环效果。如图4，地热水从地热井抽出后，进入蒸发器放热，然后回灌地下。氨水基本溶液在蒸发器中被加热至两相态，然后进入氨水分离器被分离为饱和富氨蒸汽和饱和贫氨溶液。富氨蒸汽进入汽轮机做功，贫氨溶液进入高温回热器进行换热后经过节流降压，再与从汽轮机排汽混合，重新生成基本溶液，基本溶液通过低温回热器放热后再进入冷凝器完全冷凝为液态。基本溶液经过增压泵升压，然后依次流经低温回热器和高温回热器回收部分热量，随后基本溶液再次进入蒸发器开始下一次循环。