本發明涉及地熱能利用的技術領域，更具體地，涉及基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統。
背景技術：
地熱能梯級利用是采用熱泵將地熱尾水的熱能品位進行提升，實現低溫地熱水資源的完全利用。以地熱水作為中低溫熱源，利用常規的水源熱泵，可為熱用戶輸出60℃左右的二次熱水，不僅可以滿足風機盤管、散熱器和生活熱水的水溫要求，還可使尾水回灌溫度達到30℃以下。目前，工程實踐中大多采用間接供熱+熱泵系統，可以將地熱能充分利用。然而，地熱尾水溫度越低，熱泵機組耗電量越大，如何進一步降低尾水溫度，提高系統的節能性和經濟性，使得系統的熱力完善度更高，是目前亟待解決的問題。
因此，現有技術中亟需一種提高地熱利用效率，節約熱泵機組耗電量，并且使供熱用戶使用的熱水溫度和地熱水回灌溫度得到精準控制的技術方案。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本發明提供了基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統。
為實現上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現：
基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統，包括第一水泵和第二水泵，所述第一水泵設置在位于取水井中，用于從取水井中提取作為熱源的地熱水；所述第二水泵設置在熱用戶端的回水管路上，用于將熱用戶端的回水泵送回所述基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統中，所述基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統還包括：第一板式換熱器、第二板式換熱器、第三板式換熱器、第四板式換熱器、燃氣鍋爐、吸收式熱泵、電動熱泵、第三水泵、第四水泵和第五水泵；所述吸收式熱泵包括發生器、第二冷凝器、膨脹閥、第二蒸發器、吸收器和溶液泵；所述電動熱泵包括第三冷凝器、節流閥、第三蒸發器和壓縮機。
所述第一板式換熱器的高溫水進口與取水井連接，所述第一板式換熱器的高溫水出口與所述第二板式換熱器的高溫水進口連接，所述第二板式換熱器的高溫水出口與第三板式換熱器的高溫水進口連接，所述第三板式換熱器的高溫水出口與所述第四板式換熱器的高溫水進口連接，所述第四板式換熱器的高溫水出口與回灌井連接；所述第二板式換熱器的低溫水進口與所述第二水泵的出水口連接，所述第二板式換熱器的低溫水出口與熱用戶的供熱水進口連接。
所述第一板式換熱器的低溫水出口、和所述燃氣鍋爐的出水口分別與發生器的進水口連接，發生器的出水口與所述第三水泵的進水口連接，所述第三水泵的出水口分別與所述第一板式換熱器的低溫水進口、和所述燃氣鍋爐的進水口連接；燃氣鍋爐的進氣管路上設置有用于調節進氣量的控制閥。
所述吸收器的冷卻水進口與第三冷凝器的出水口連接，所述吸收器的冷卻水出口與所述第二冷凝器的冷卻水進口連接，所述第二冷凝器的冷卻水出口與熱用戶的供熱水進口連接。
第二蒸發器的進水口與所述第三板式換熱器的低溫水出口連接，第二蒸發器的出水口與所述第四水泵的進水口連接，所述第四水泵的出水口與所述第三板式換熱器的低溫水進口連接。
所述第三冷凝器的進水口與所述第二水泵的出水口連接；第三蒸發器的進水口與所述第四板式換熱器的低溫水出口連接，第三蒸發器的出水口與所述第五水泵的進水口連接，所述第五水泵的出水口與所述第四板式換熱器的低溫水進口連接。
所述吸收式熱泵的工質為水-溴化鋰溶液，所述電動熱泵的工質為有機工質。
所述第一板式換熱器、所述第二板式換熱器、所述第三板式換熱器和所述板式換熱器的高溫水進口、高溫水出口、低溫水進口和低溫水出口，所述燃氣鍋爐的進水口和出水口，所述吸收器的冷卻水進口，所述第二冷凝器的冷卻水出口，所述第三冷凝器的進水口和出水口，以及熱用戶的供水管路和回水管路上均設置有溫度傳感器。
所述燃氣鍋爐的進氣管路上設置有用于調節進氣量的控制閥。
所述發生器包括高壓發生器、高壓溶液換熱器、中壓發生器、中壓溶液換熱器、低壓發生器和低壓溶液換熱器，所述吸收器的蒸汽出口與所述溶液泵的進口連接，所述溶液泵的出口與所述低壓溶液換熱器的稀溶液進口連接，所述低壓溶液換熱器的稀溶液出口分別與所述中壓溶液換熱器的稀溶液進口、和所述低壓發生器的溶液進口連接，所述中壓溶液換熱器的稀溶液出口與所述高壓溶液換熱器的稀溶液進口連接和所述中壓發生器的溶液進口連接，所述高壓溶液換熱器的稀溶液出口與所述高壓發生器的溶液進口連接，所述高壓發生器的溶液出口與所述高壓溶液換熱器的濃溶液進口連接，所述高壓溶液換熱器的濃溶液出口、和所述中壓發生器的溶液出口均與所述中壓溶液換熱器的濃溶液進口連接，所述中壓溶液換熱器的濃溶液出口、和所述低壓發生器的溶液出口均與所述低壓溶液換熱器的濃溶液進口連接，所述低壓發生器的制冷劑出口與所述第二冷凝器的制冷劑進口連接，所述低壓溶液換熱器的濃溶液出口與所述吸收器的溶液進口連接，所述吸收器的蒸汽進口與所述第二蒸發器的制冷劑出口連接；所述第一板式換熱器的低溫水出口、和所述燃氣鍋爐的出水口分別與所述高壓發生器的熱媒進口連接，所述高壓發生器的熱媒出口與所述第三水泵的進口連接。
本發明與現有技術相比的有益效果是：將燃氣鍋爐與吸收式熱泵結合，通過調節溶液泵轉速來調節溶液工質的流量，從而保證吸收式熱泵的工況穩定，再通過控制閥調節鍋爐進氣量，來為吸收式熱泵補充熱量，再配合換熱器和常規熱泵，來控制熱用戶的供水溫度和回水溫度，并保證回灌井的回灌溫度的穩定。
附圖說明
圖1是本發明的系統圖。
圖2是吸收式熱泵的系統圖。
附圖標記：abs-吸收器，con-第二冷凝器，eva-第二蒸發器，hpg-高壓發生器，hhx-高壓溶液換熱器，mpg-中壓發生器，mhx-中壓溶液換熱器，lpg-低壓發生器，lhx-低壓溶液換熱器。
具體實施方式
下面根據具體實施方式對本發明做進一步闡述。
如圖1-2所示的基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統，包括第一水泵和第二水泵，第一水泵設置在位于取水井中，用于從取水井中提取作為熱源的地熱水；第二水泵設置在熱用戶端的回水管路上，用于將熱用戶端的回水泵送回基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統中，基于吸收式和蒸氣壓縮式熱泵的地熱梯級利用供熱系統還包括：第一板式換熱器、第二板式換熱器、第三板式換熱器、第四板式換熱器、燃氣鍋爐、吸收式熱泵、電動熱泵、第三水泵、第四水泵和第五水泵；吸收式熱泵包括發生器、第二冷凝器、膨脹閥、第二蒸發器、吸收器和溶液泵；電動熱泵包括第三冷凝器、節流閥、第三蒸發器和壓縮機。電動熱泵的工質為有機工質，吸收式熱泵的工質為水-溴化鋰溶液，制冷劑是水，吸收劑為溴化鋰，吸收式制冷機是以發生器、吸收器、溶液泵代替了壓縮機，吸收劑僅在發生器、吸收器、溶液泵、減壓閥中循環，并不到冷凝器、節流閥、蒸發器中去，而冷凝器、蒸發器、節流閥中則與蒸汽壓縮式制冷機一樣，只有制冷劑存在。具體為，由蒸發器出來的低壓制冷劑蒸汽先進入吸收器，在吸收器中用一種液態吸收劑來吸收，以維持蒸發器內的低壓，在吸收的過程中要放出大量的溶解熱。熱量由管內冷卻水或其他冷卻介質帶走，然后用溶液泵將這一由吸收劑與制冷劑混合而成的溶液送入發生器。溶液在發生器中被管內蒸汽或其他熱源加熱，提高了溫度，制冷劑蒸汽又重新蒸發析出。此時，壓力顯然比吸收器中的壓力高，成為高壓蒸汽進入冷凝器冷凝。冷凝液經節流減壓后進入蒸發器進行蒸發吸熱，而冷媒水(或稱冷凍水)降溫實現了制冷。發生器中剩下的吸收劑又回到吸收器，繼續循環。
第一板式換熱器的高溫水進口與取水井連接，第一板式換熱器的高溫水出口與第二板式換熱器的高溫水進口連接，第二板式換熱器的高溫水出口與第三板式換熱器的高溫水進口連接，第三板式換熱器的高溫水出口與第四板式換熱器的高溫水進口連接，第四板式換熱器的高溫水出口與回灌井連接；第二板式換熱器的低溫水進口與第二水泵的出水口連接，第二板式換熱器的低溫水出口與熱用戶的供熱水進口連接。
第一板式換熱器的低溫水出口、和燃氣鍋爐的出水口分別與發生器的進水口連接，發生器的出水口與第三水泵的進水口連接，第三水泵的出水口分別與第一板式換熱器的低溫水進口、和燃氣鍋爐的進水口連接。
吸收器的冷卻水進口與第三冷凝器的出水口連接，吸收器的冷卻水出口與所述第二冷凝器的冷卻水進口連接，所述第二冷凝器的冷卻水出口與熱用戶的供熱水進口連接。
第二蒸發器的進水口與第三板式換熱器的低溫水出口連接，第二蒸發器的出水口與第四水泵的進水口連接，第四水泵的出水口與第三板式換熱器的低溫水進口連接。
第三冷凝器的進水口與第二水泵的出水口連接；第三蒸發器的進水口與第四板式換熱器的低溫水出口連接，第三蒸發器的出水口與第五水泵的進水口連接，第五水泵的出水口與第四板式換熱器的低溫水進口連接。
第一板式換熱器、第二板式換熱器、第三板式換熱器和板式換熱器的高溫水進口、高溫水出口、低溫水進口和低溫水出口，燃氣鍋爐的進水口和出水口，吸收器的冷卻水進口，第二冷凝器的冷卻水出口，第三冷凝器的進水口和出水口，以及熱用戶的供水管路和回水管路上均設置有溫度傳感器。
本實施例中，如圖2所示，發生器包括高壓發生器、高壓溶液換熱器、中壓發生器、中壓溶液換熱器、低壓發生器和低壓溶液換熱器，吸收器的蒸汽出口與溶液泵的進口連接，溶液泵的出口與低壓溶液換熱器的稀溶液進口連接，低壓溶液換熱器的稀溶液出口分別與中壓溶液換熱器的稀溶液進口、和低壓發生器的溶液進口連接，中壓溶液換熱器的稀溶液出口與高壓溶液換熱器的稀溶液進口連接和中壓發生器的溶液進口連接，高壓溶液換熱器的稀溶液出口與高壓發生器的溶液進口連接，高壓發生器的溶液出口與高壓溶液換熱器的濃溶液進口連接，高壓溶液換熱器的濃溶液出口、和中壓發生器的溶液出口均與中壓溶液換熱器的濃溶液進口連接，中壓溶液換熱器的濃溶液出口、和低壓發生器的溶液出口均與低壓溶液換熱器的濃溶液進口連接，低壓發生器的制冷劑出口與第二冷凝器的制冷劑進口連接，低壓溶液換熱器的濃溶液出口與吸收器的溶液進口連接，吸收器的蒸汽進口與第二蒸發器的制冷劑出口連接；第一板式換熱器的低溫水出口、和燃氣鍋爐的出水口分別與高壓發生器的熱媒進口連接，高壓發生器的熱媒出口與第三水泵的進口連接。
本實施例中，從吸收器出來的稀溶液并沒有在吸收器出口就分成并聯的三路，而是所有溶液首先通過低溫溶液換熱器，低溫溶液換熱器之后的一路溶液分流進入低壓發生器，在那里被加熱濃縮，產生的冷劑蒸氣。余下的溶液繼續通過中溫溶液換熱器之后，又有一部分稀溶液分流進入中壓發生器，被來自高壓發生器的蒸氣加熱濃縮，混合后產生的蒸氣進入低壓發生器作為加熱熱源。中溫溶液換熱器中余下的溶液繼續通過高溫溶液換熱器，最終進入高壓發生器，被外界的熱源加熱，產生制冷劑蒸氣；高壓發生器中濃縮后的溶液經高溫溶液換熱器冷卻之后，進入中壓發生器，并與中壓發生器流出的溶液混合，通過中溫溶液換熱器之后，再與低壓發生器流出的溶液混合，流經低溫溶液換熱器后，進入吸收器，吸收來自第二蒸發器的蒸氣。所有的制冷劑蒸氣和冷凝水進入第二冷凝器中進一步換熱，制冷劑放出的熱量被冷卻水帶出。第三板式換熱器流出的低溫水(本實施例中為35℃)進入第二蒸發器，蒸發吸熱制出冷凍水(本實施例中為30℃)；氣態的冷劑蒸氣進入吸收器，被低壓發生器流回的濃溶液吸收，重新成為稀溶液，開始新一輪的溶液循環，吸收放出的熱量由外界冷卻水帶走，被輸送到熱用戶。本實施例中，進入吸收器的冷卻水的溫度為50℃，吸收放出的熱量后，從第二冷凝器流出時的溫度為60℃，這部分被加熱的冷卻水與第二板式換熱器低溫水一側流出的60℃水匯合，共同進入熱用戶的供水管路。上述流程中，發生器流出的各路濃溶液混合后最后通過低溫溶液換熱器，易于發生結晶的危險點只有一個，即低溫溶液換熱器出口，因此只要控制低溫溶液換熱器出口的濃溶液的質量分數不在結晶線上即可。
上述系統在工作時，通過第一水泵調節地熱水的流量，通過電動熱泵的壓縮機調節電動熱泵的功率，并通過設置在各個進出口及管路上的溫度傳感器監控，控制各個監測點的溫度保持在預設溫度。在必要時，通過控制閥調節燃氣鍋爐的進氣量，并調整溶液泵的轉速，來保持吸收式熱泵的工況穩定。本實施例中，控制地熱水進入第一板式換熱器時的溫度為90℃，流出第一板式換熱器時的溫度為80℃，流出第二板式換熱器時的溫度為55℃，流出第三板式換熱器時的溫度為35℃，流出第四板式換熱器時的溫度，即回灌溫度保持為8℃；熱用戶一側的供水溫度控制為60℃，回水溫度為45℃，回水流出第二板式換熱器時的溫度為60℃(與供水溫度一致)，流出電動熱泵的第三冷凝器時的溫度為50℃，流出吸收式熱泵的第二冷凝器時的溫度為60℃(與供水溫度一致)；從發生器流入第一板式換熱器和燃氣鍋爐的熱媒水的溫度為75℃，熱媒水在第一板式換熱器中吸熱后流出時的溫度為85℃，熱媒水在燃氣鍋爐中被加熱后流出時的溫度為85℃，兩路溫度為85℃的熱媒水進入發生器，為溴化鋰水溶液提供熱量，使作為制冷劑的水蒸氣從作為吸收劑的溴化鋰中析出，最終進入第二冷凝器中將熱量傳遞給供熱水，使熱用戶的供熱水溫度達到要求。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；對于本領域的技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
以上所述的僅是本發明的優選實施方式，但本發明并不局限于上述的具體實施方式，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。