本發(fā)明涉及一種熱泵余熱回收系統(tǒng)，尤其是涉及一種可用于提取電廠余熱且清潔高效的超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

干熱巖技術(shù)，就是利用深井鉆探技術(shù)，在高溫?zé)o滲透率的熱巖體中，通過水力壓裂等方法制造一個人工熱儲，將地面冷水注入地底深處，通過與巖體進行換熱來獲取熱能，以達到使用目的。首先，干熱巖技術(shù)具有普遍適用性，地?zé)崮苜Y源豐富，廣泛賦存于地下數(shù)千米深處，且鉆孔位置靈活，不受場地條件的限制。其次，干熱巖能源清潔環(huán)保，不采用地下水且熱交換介質(zhì)-水(城市自來水或工業(yè)軟化水)可循環(huán)利用。再者，干熱巖系統(tǒng)簡單且安全可靠。因此，干熱巖技術(shù)是一種綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源技術(shù)，是一種現(xiàn)實可行且具有競爭力的清潔能源利用技術(shù)。

火力發(fā)電廠在純凝工況下的能源利用率通常低于40％，而在有抽汽供熱的情況下能源綜合利用率也不到60％，在損失的能量中，由冷卻循環(huán)水(或乏汽)所帶走的能量約占電廠總耗能的30％以上，如何充分高效的利用這部分能量將會對社會、環(huán)境、電廠帶來巨大的利益。這些利益對社會來說可以增加人們的幸福和對政府的信任感；對環(huán)境來說可以節(jié)約燃煤、節(jié)約大量水，減少溫室氣體co2和nox等有害氣體以及粉塵的排放；對企業(yè)來說可以優(yōu)化設(shè)備、降低成本，緩解現(xiàn)有供熱機組供熱不足的問題，滿足更大的供熱需求，為更大的供熱面積提供熱源，從而進一步拓展供熱市場。

蒸汽驅(qū)動型壓縮式熱泵，憑借其高可靠性及大溫差提升能力，為熱電廠冷卻循環(huán)水余熱回收集中供暖應(yīng)用開辟了新途徑。壓縮式熱泵機組通過循環(huán)工質(zhì)壓縮式制熱循環(huán)，從熱源水中提取低品位熱能，并將提取的熱量連同壓縮機壓縮功一同釋放到熱網(wǎng)回水中，用于熱水加熱，從而實現(xiàn)余熱回收集中供暖的目的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和提高能源利用效率的要求，提供了運行成本低，節(jié)能環(huán)保，系統(tǒng)可靠的超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，廣泛適用于電廠余熱回收，主要由地下蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)和地上余熱回收供熱系統(tǒng)組成，其特征在于：地下蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)包括：生產(chǎn)井、蒸汽熱儲、外護套管、外護套管保溫層、蒸汽上升傳熱管、真空裝置；地上余熱回收系統(tǒng)組成包括：汽輪機、熱泵壓縮機、熱泵蒸發(fā)器、熱泵節(jié)流閥、熱泵冷凝器、余熱源進口管、余熱源出口管、熱網(wǎng)水進口管、汽水換熱器、熱網(wǎng)水出口管、凝水循環(huán)泵；生產(chǎn)井由超深井鉆井機械鉆探完成，通過人工壓裂的方式獲得蒸汽熱儲，外護套管位于生產(chǎn)井的徑向內(nèi)側(cè)，并通過鉆井機械緊貼安放在生產(chǎn)井的內(nèi)壁，外護套管保溫層位于外護套管徑向外側(cè)，蒸汽上升傳熱管位于外護套管徑向內(nèi)側(cè)，其一端深入連接蒸汽熱儲，另一端連接真空裝置，工作中的真空裝置不斷抽引著高溫蒸汽沿著蒸汽上升傳熱管內(nèi)壁高速上升，產(chǎn)生的高溫蒸汽沿著管道進入汽輪機中，推動汽輪機帶動熱泵壓縮機工作，熱泵壓縮機不斷壓縮來自熱泵蒸發(fā)器循環(huán)工質(zhì)，并且將循環(huán)工質(zhì)輸送到熱泵冷凝器中，熱泵蒸發(fā)器的工質(zhì)因吸收來自余熱源進口管中余熱源的余熱后不斷蒸發(fā)進入熱泵壓縮機中，溫度降低后的余熱源從余熱源出口管流出，起著節(jié)流降壓作用的熱泵節(jié)流閥不斷調(diào)節(jié)著進入熱泵蒸發(fā)器的流量，熱泵冷凝器中的工質(zhì)不斷冷凝放熱，釋放的熱量被熱網(wǎng)水進口管中的熱水吸收，完成第一次溫度提升，熱水隨后流入汽水換熱器中，吸收來自汽輪機凝水余熱和乏汽余熱，完成第二次溫度提升，并通過熱網(wǎng)水出口管流出，蒸汽凝水通過凝水循環(huán)泵泵入到生產(chǎn)井中，蒸汽凝水沿外護套管內(nèi)壁流入蒸汽熱儲中，完成蒸汽的循環(huán)。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的生產(chǎn)井為干熱巖井自循環(huán)式，深度為7000m-8000m，且井內(nèi)一次性加入用以產(chǎn)生高溫蒸汽的循環(huán)水。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的蒸汽上升傳熱管上部設(shè)置真空裝置，其下部開口形狀為喇叭形。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的蒸汽上升傳熱管外表面涂刷抗高溫隔熱材料。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的汽輪機做功后的乏汽及凝水直接進入汽水換熱器與熱水進行換熱。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的熱泵蒸發(fā)器中的余熱形式為冷卻循環(huán)水(或乏汽)。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的熱水經(jīng)過熱泵冷凝器進行初次溫度提升，再進入汽水換熱器進行第二次溫度提升。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的外護套管和汽水換熱器之間設(shè)置凝水循環(huán)泵。

上述方案的原理是：如圖1所示，換熱后的凝水沿著外護套管內(nèi)壁流入到蒸汽熱儲，在蒸汽熱儲中吸收來自干熱巖巖石的熱量后迅速蒸發(fā)，形成的高溫蒸汽在真空裝置的抽引下沿著蒸汽上升傳熱管高速上升至地面，并通過管道進入到汽輪機中，推動汽輪機葉片做功，同時帶動壓縮機工作，做功后的蒸汽變成乏汽和凝水，進入到汽水換熱器中與熱網(wǎng)水化熱，換熱后的凝水通過凝水循環(huán)泵泵入到外護套管內(nèi)壁，再進入到蒸汽熱儲中，這就完成蒸汽凝水循環(huán)。在熱泵蒸發(fā)器中，工質(zhì)液體吸收來自余熱源的熱量蒸發(fā)后變成低壓蒸汽，進入熱泵壓縮機后被壓縮到冷凝壓力，然后進入熱泵冷凝器中，使工質(zhì)蒸汽凝結(jié)成液體，凝結(jié)時壓力不變，并放出大量熱量被熱網(wǎng)水吸收.由熱泵冷凝器出來的液體工質(zhì)，經(jīng)節(jié)流閥膨脹到一定壓力，溫度也下降到與壓力相應(yīng)的飽和溫度.此時工質(zhì)已成為汽液兩相混合物，然后再進入熱泵蒸發(fā)器中，在其間吸收熱量并蒸發(fā)，這就完成壓縮式熱泵工質(zhì)的循環(huán)。熱網(wǎng)回水首先吸收來自熱泵冷凝器釋放的熱量，完成第一次溫度提升，熱網(wǎng)水隨后流入汽水換熱器中，吸收來自汽輪機凝水余熱和乏汽余熱，完成第二次溫度提升，并通過熱網(wǎng)水出口管流出。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明由于超深井干熱巖制取高溫蒸汽，與利用燃燒燃煤的方式制取高溫蒸汽的方法相比，避免了燃煤燃燒排放大量氮氧化物和煙塵的缺點，具有清潔環(huán)保的優(yōu)點；與電壓縮式熱泵相比，利用高溫蒸汽驅(qū)動壓縮機，免去產(chǎn)生電能的環(huán)節(jié)，因此采用蒸汽透平式熱泵更加節(jié)能；與吸收式熱泵相比，蒸汽透平式熱泵的cop能夠達到4，系統(tǒng)效率更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)解決方案的一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一種超深井干熱巖蒸汽透平式熱泵余熱回收供熱系統(tǒng)，廣泛適用于電廠余熱回收，主要由地下蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)和地上余熱回收供熱系統(tǒng)組成，其特征在于：地下蒸汽生產(chǎn)系統(tǒng)包括：生產(chǎn)井1、蒸汽熱儲2、外護套管3、外護套管保溫層4、蒸汽上升傳熱管5、真空裝置6；地上余熱回收系統(tǒng)組成包括：汽輪機7、熱泵壓縮機8a、熱泵蒸發(fā)器8b、熱泵節(jié)流閥8c、熱泵冷凝器8d、余熱源進口管9、余熱源出口管10、熱網(wǎng)水進口管11、汽水換熱器12、熱網(wǎng)水出口管13、凝水循環(huán)泵14；生產(chǎn)井1由超深井鉆井機械鉆探完成，通過人工壓裂的方式獲得蒸汽熱儲2，外護套管3位于生產(chǎn)井1的徑向內(nèi)側(cè)，并通過鉆井機械緊貼安放在生產(chǎn)井1的內(nèi)壁，外護套管保溫層4位于外護套管3徑向外側(cè)，蒸汽上升傳熱管5位于外護套管3徑向內(nèi)側(cè)，其一端深入連接蒸汽熱儲2，另一端連接真空裝置6，工作中的真空裝置6不斷抽引著高溫蒸汽沿著蒸汽上升傳熱管5內(nèi)壁高速上升，產(chǎn)生的高溫蒸汽沿著管道進入汽輪機7中，推動汽輪機7帶動熱泵壓縮機8a工作，熱泵壓縮機8a不斷壓縮來自熱泵蒸發(fā)器8b循環(huán)工質(zhì)，并且將循環(huán)工質(zhì)輸送到熱泵冷凝器8d中，熱泵蒸發(fā)器8b的工質(zhì)因吸收來自余熱源進口管9中余熱源的余熱后不斷蒸發(fā)進入熱泵壓縮機8a中，溫度降低后的余熱源從余熱源出口管10流出，起著節(jié)流降壓作用的熱泵節(jié)流閥8c不斷調(diào)節(jié)著進入熱泵蒸發(fā)器8b的流量，熱泵冷凝器8d中的工質(zhì)不斷冷凝放熱，釋放的熱量被熱網(wǎng)水進口管11中的熱水吸收，完成第一次溫度提升，熱水隨后流入汽水換熱器12中，吸收來自汽輪機7凝水余熱和乏汽余熱，完成第二次溫度提升，并通過熱網(wǎng)水出口管13流出，蒸汽凝水通過凝水循環(huán)泵14泵入到生產(chǎn)井1中，蒸汽凝水沿外護套管3內(nèi)壁流入蒸汽熱儲2中，完成蒸汽的循環(huán)。

系統(tǒng)正常運行時，凝水通過不斷吸收干熱巖巖石的熱量變成高溫蒸汽，在真空裝置6的抽引下高速上升，并進入到汽輪機(7)中推動葉片做功，帶動熱泵壓縮機8工作，產(chǎn)生的乏汽和凝水進入到汽水換熱器12中與熱網(wǎng)水換熱，并通過凝水循環(huán)泵14泵入到外護套管3內(nèi)部。

成井過程為：在鉆探機械鉆生產(chǎn)井1完畢后，將事先準備的外護套管保溫層4纏繞安裝在外護套管3上，通過鉆井機械緊貼安放在生產(chǎn)井1內(nèi)壁，此時通過人工壓裂的方法，建造完成蒸汽熱儲2，蒸汽上升傳熱管5與外護套管3同心放置。

總之，本發(fā)明系統(tǒng)較好的考慮到節(jié)能減排、運行成本等因素，具有節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟效益高、高效率等優(yōu)點。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。