BG1296U1

BG1296U1 - Инсталация за извличане на топлинна енергия от земните недра

Info

Publication number: BG1296U1
Application number: BG1685U
Authority: BG
Inventors: Иван СТОЯНОВ
Original assignee: Иван СТОЯНОВ
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2010-03-31

Abstract

Инсталацията за извличане на топлинна енергия от земните ядра намира приложение в топлоприемници, топлинни камери, топлофикационни съоръжения, топлоелектроцентрали и атомни електроцентрали като еквивалентен заместител на пещи-огнища, атомни реактори и други за промишлено получаване и доставяне на енергия за задоволяване енергийните потребности за битови и стопански цели. Тя притежава опростена конструкция, отпада необходимостта от използване на студена природна вода като преносител на извлечената геотермална енергия, доставя мощна топлинна енергия с висока температура на топлоносителя, позволява използване на свръхдълбоко сондиране, както и достигане на оптималните параметри на топлоносителя, необходим за получаване на топлинна и електроенергия. В надземната част са предвидени напорен резервоар (7), свързан чрез втори изходящ вентил (72) и напорен тръбопровод (71) към студения тръбопровод (6), както и от топлообменник, изпълнен като топлообменна камера (5), свързана чрез топлоотдаващо тяло (51) към главен циркулационен кръг, съставен от последователно свързани четвърти спирателен вентил (61), възвратен клапан (62), пети спирателен вентил (63) към входящата тръба (1), които изграждат студен тръбопровод (6). Горещият тръбопровод (4) е включен между изходящата тръба (2) и топлообменната камера (5) и съдържа първи спирателен вентил (41), при което студеният топлопровод (6) и топлият топлопровод (4) са свързани чрез регулатор (45), който включва пър

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до инсталация за извличане на топлинна енергия от земните недра, който намира приложение в топлоприемници, топлинни камери, топлофикационни съоръжения, топлоелектроцентрали и атомни електроцентрали като еквивалентен заместител на пещи-огнища, атомни реактори и други за промишлено получаване и доставяне на енергия за задоволяване енергийните потребности за битови и стопански цели.

Предшестващо състояние на техниката

Известна е инсталация за извличане на топлинна енергия от земните недра, предназначена за генериране на електрически ток, която съдържа енергиен обменник за земна енергия, свързан през входящ топлопровод с регулируем спирателен вентил и през изходящ топлопровод с регулируем спирателен вентил към енергиен обменник на земна енергия, който се състои наймалко от две топлоизолирани входящи тръби, поставени в сондажен отвор. Входящите тръби са обхванати от изолационна тръба, към която радиално навън е съединен до стената на сондажния отвор участък за обратен поток, в който са разположени изходящите тръби. Участъкът на сондажния отвор в земните недра, в който са поместени изходящите тръби на дълбочина 2000 до 2500 m под повърхността, има оформено сондажно дъно, в което са разположени чакъленопорьозни частици. Стените на изходящите тръби имат в зоната на сондажното дъно проходни отвори за подобряване на топлообмена, тъй като водата и/или парата се изпаряват от изходящи тръби в чакълено-порьозните частици, след което се нагряват и могат да се върнат обратно в изходящите тръби. Входящият тръбопровод има затварящ вентил, свързан с изходящия тръбопровод. Зоната между входящите тръби е запълнена с изолационен материал, като входящите тръби са свързани една с друга в зоната на долните входящи отвори. На земната повърхност едната входяща тръба е свързана с входящия тръбопровод, а другата входяща тръба - към входящия тръбопровод чрез управляем затварящ вентил. Освен това е предвидена и компресорна станция, която съдържа най-малко една помпа и управляем свързващ вентил и е включена към входящия топлопровод в зоната между първата входяща тръба и затварящия вентил. В участъка на входящия тръбопровод, между втората подаваща тръба и спирателен вентил, е разположен изходящият тръбопровод с изпускателен вентил /1/.

Недостатъци на инсталацията са, че има сложна конструкция, изисква допълнително използване на студена природна вода като приносител на геотермална енергия, както и възможност за работа на ограничена сондажна дълбочина, поради което в топлообменниците не се достигат оптималните параметри на прегрятата пара, необходима за получаване на електроенергия в топло- и електроцентрали.

Техническа същност на полезния модел

С предложения полезен модел се цели извличане на намиращата се в земните недра колосална неизчерпаема топлинна енергия и пренасянето й в активната зона на геотермален генератор, който отдава тази добита енергия на топлинни консуматори за задоволяване изцяло потребностите от топлоенергия и електроенергия във всяка точка на земното кълбо. По този начин рязко ще се ограничи или прекрати използването чрез изгаряне на различни полезни енергийни суровини като нефт, газ, мазут, вьглища, ядрено гориво и други, в резултат на което ще се прекрати изчерпването на съществуващите на земята класически енергийни ресурси, както и значително ще се понижи вредното въздействие върху околната среда и живите организми от отделянето в атмосферата на въглероден двуокис, метан и други вредни вещества и емисии.

Задача на полезния модел е да се създаде инсталация за извличане на топлинна енергия от земните недра, която да притежава опростена конструкция, да отпадне необходимостта от използване на студена природна вода като приносител на извлечената геотермална енергия, да доставя мощна топлинна енергия с висока температура на топлоносителя, да позволява използване на свръхдълбоко сондиране, както и достигане на оптималните параметри на топлоносителя, необходим за получаване на топлинна и електроенергия.

В съответствие с полезния модел тази задача се решава посредством инсталация за изв личане на топлинна енергия от земните недра, състояща се от подземна част, съставена от входяща и изходяща тръба, поставени в сондажен отвор, в чието сондажно дъно има чакъленопорьозни частици, както и от надземна част; съставена от компресор и топлообменник, свързани чрез входящи и изходящи вентили, съответно към входящата и изходящата тръба. В надземната част са предвидени напорен резервоар, свързан чрез втори изходящ вентил и напорен тръбопровод към студения тръбопровод, както и от топлообменник, изпълнен като топлообменна камера, свързана чрез топлоотдаващо тяло към главен циркулационен кръг, съставен от последователно свързани четвърти спирателен вентил, възвратен клапан и пети спирателен вентил към входящата тръба, които изграждат студения тръбопровод. Горещият тръбопровод е включен между изходящата тръба и топлообменната камера и съдържа първи спирателен вентил, при което студеният топлопровод и топлият топлопровод са свързани чрез регулатор, който включва първи спирателен вентил, втори спирателен вентил, трети спирателен вентил и изпускателен вентил. Предвидена е и циркулационна помпа, свързана паралелно на петия спирателен вентил чрез втори входящ вентил и четвърти изходящ вентил. Компресорът е изпълнен като компресорна станция, включена паралелно на петия спирателен вентил чрез първи входящ вентил и трети изходящ вентил.

Предимства на инсталацията за извличане на топлинна енергия от земните недра са, че се извършва свръхдълбоко сондиране чрез използване на единични, двойни, тройни и т.н. сондажи; възможност за получаване на геотермална енергия на всяко място от земните недра, която има повишени параметри по отношение на мощност и температура; използване на двоен топлопровод като вътрешния е топлоизолиран; регулиране скоростта на топлинния поток в главния циркулационен кръг и налягането, предизвикано от напорния резервоар и възвратния клапан; екологично чиста експлоатация на инсталацията; ниски разходи за реализация и експлоатация на топлинната инсталация, както и ниска себестойност на получената топлинна и електроенергия.

Пояснение на приложените фигури

Полезният модел се разяснява по-подробно чрез изпълнението на инсталацията за извличане на топлинна енергия от земните недра, показана на фигурите, където:

фигура 1 представлява конструкция на инсталацията за двойно сондиране с общ резервоар за активната зона на геотермалния генератор;

фигура 2 - конструкция на инсталацията за единично сондиране с използване на двоен топлопровод с частичен изрез на входящо-изходящата тръба.

Примери за изпълнение на полезния модел

Полезният модел се разяснява по-подробно с помощта на примерното изпълнение на инсталацията за извличане на топлинна енергия от земните недра, показана на фиг. 1, съставена от подземна част, която съдържа два сондажни отвора, във всеки от които е вкарана съответно по една входяща тръба 1 и изходяща тръба 2, чийто долен край завършва в общо сондажно дъно 3, запълнено с чакълено-порьозни частици 31, както и от надземната част, която съдържа горещ тръбопровод 4, топлообменна камера 5, студен топлопровод 6, напорен резервоар 7, компресорна станция 8 и циркулационна помпа 9.

Горещият тръбопровод 4 включва първи спирателен вентил 41, втори спирателен вентил 42, трети спирателен вентил 43, изпускателен вентил 44 и регулатор 45.

Топлообменната камера 5 е съставена от топлоотдаващо тяло 51, топлоприемно тяло 52 и първи изходящ вентил 53, като е свързана изходящо чрез студен тръбопровод 6 с четвърти спирателен вентил 61, възвратен клапан 62 и пети спирателен вентил 63 към входящата тръба 2.

Освен това инсталацията съдържа и спомагателни съоръжения, съставени от напорен резервоар 7, изходящо свързан към напорен тръбопровод 71 чрез втори изходящ вентил 72 към студения тръбопровод 6, от компресорна станция 8 с първия входящ вентил 81, трети изходящ вентил 82, както и от циркулационна помпа 9 с втори входящ вентил 91 и четвъртия изходящ вентил 92. Компресорната станция 8 и циркулационната помпа 9 са включени паралелно на петия спирателен вентил 63 от студения тръбопровод 6.

1296 Ul

Преди изграждане на инсталацията се извършва свръхдълбоко сондиране, при което се изграждат входящия и изходящия сондажен отвор, в които се поставят съответно входящата тръба 1 и изходящата тръба 2, долните отвори на които опират в сондажното дъно 3. По този начин в сондажното дъно 3 се образува един геотермален генератор, чийто резервоарен обем е запълнен с чакълено-порьозните частици 31.

Известно е, че граничната кота 101 в земните недра достига дълбочина Н=2185 т, която е критична по отношение на налягане и температура на природната вода, тъй като при сондиране с нарастване на дълбочината на проникване се увеличава и температурата с 1°С на всеки 30-33 т, като едновременно с това нараства и пластовото налягане.

Получаването на топлинна енергия от земните недра се извършва в подземния агрегат, какъвто е геотермалният генератор и се подава в надземния агрегат, каквато функция изпълнява топлообменната камера 5. Топлоносителят; който представлява флуид - течност или газ, циркулира по затворен контур, свързващ геотермалния генератор и топлообменната камера 5, които съставят главния циркулационен кръг. Като топлоносител може да се използват течности или газове, които получават и акумулират топлинната енергия в геотермалния генератор и по главния циркулационен кръг подават тази топлинна енергия, като я пренасят и предават чрез топлообменната камера 5 на топлинните консуматори, непоказани на фигурите.

Като топлоносители могат да се използват течности или газове, например вода, вода под налягане, водна пара, тежка вода, течни метали натрий, калий и др. За предпочитане е да се използва сплав от 22.8% натрий и 77.2% калий, която има температура на топене 12.5°С. Освен това може да се използват литий, олово, въглероден диоксид, дисоцииращи газове, хелий, който се очертава като най-подходящ газов топлоносител, дифенил, дифенилна смес, моноизопропилдифенил, промивна течност; въздух и др. Използваните топлоносители трябва да имат голям топлинен капацитет, топлопроводимост, висока температура на кипене и ниска температура на топене.

За осигуряване нормална работа на инсталацията, към главния циркулационен кръг са свързани допълнително и три спомагателни съоръжения - за подаване на течни топлоносители, за подаване на газови топлоносители и за принудителна циркулация на топлинния поток в главния циркулационен кръг.

Участъкът от главния циркулационен кръг, разположен между геотермалния генератор и топлообменната камера 5, проследен по посока на движение на топлоносителя, обхваща изходящия тръбопровод 2, горещия тръбопровод 4 и първия спирателен вентил 41. Участъкът, разположен между топлообменната камера 5 и геотермалния генератор, обхваща студения тръбопровод 6, четвъртия спирателен вентил 61, възвратния клапан 62, петия спирателен вентил 63 и входящата тръба 1.

Към студения участък се включват и спомагателните съоръжения - напорният резервоар 7, компресорната станция 8, която е необходима само при използване на газов топлоносител и циркулационната помпа 9, с която се осъществява принудителна циркулация на топлоносителя в главния циркулационен кръг.

При използване на инсталацията за добиване и доставка на топлинна енергия от земните недра, добитата топлинна енергия се получава в активната зона на геотермалния генератор от топлоотделящите чакълено-порьозни частици 31, които се намират в сондажното дъно 3. Топлоносителят обтича повърхността на тези чакълено-порьозни частици 31, при което протича бурен конвективен топлообменен процес. Топлоносителят се подава в главния циркулационен кръг, като се движи от напорния резервоар 7 последователно през втория изходящ вентил 71, напорния тръбопровод 71, пети спирателен вентил 63, входящата тръба 1 и се влива в активната зона на геотермалния генератор, след което обтича повърхността на топлоподаващите чакълено-порьозни частици 31 за протичане на вече споменатия конвективен топлообменен процес. Топлоносителят акумулира зададената му по мощност и температура геотермална топлинна енергия, след което топлинният поток от геотермалния генератор преминава през горещия тръбопровод 4 на главния циркулационен кръг, изходящата тръба 2, горещия тръбопровод 4, първия спирателен вентил 41 на главния циркулационен кръг, след което постъпва в топлообменната камера 5, топлоотдаващото тяло 51, топ

1296 Ul лоприемното тяло 52 и съответно към топлинните консуматори, непоказани на фигурите.

Горещият тръбопровод 4 и неговият първи спирателен вентил 41 позволяват топлинният поток да се предаде от геотермалния генератор чрез изходящата тръба 2 към топлообменната камера 5, която е разположена на нулевата кота 10 върху земната повърхност и обхваща топлоподаващото тяло 51, топлоприемното тяло 52 и първия изходящ вентил 53. Изгражда се студеният тръбопровод 6 и се монтира неговия четвърти спирателен вентил 61, петия спирателен вентил 63, което позволява топлинният поток да се предава от топлообменната камера 5 чрез входящата тръба 1 към геотермалния генератор. За съхранение на топлоносителя е предвиден напорният резервоар 7, към който са монтирани вторият изходящ вентил 72, напорният тръбопровод 71 и петият спирателен вентил 63 на студения топлопровод 6. Това дава възможност на топлоносителя да се влива чрез входящата тръба 1 в активната зона на геотермалния генератор.

При използване на газов топлоносител се предвижда изграждане като спомагателно съоръжение на компресорната станция 8, съставена от първия входящ вентил 81 и третия изходящ вентил 82, чрез които принудително се подава и движи газовият топлоносител в главния циркулационен кръг.

Като спомагателно съоръжение е предвидена и циркулационната помпа 9, към която са монтирани втория входящ вентил 91 и четвъртия изходящ вентил 92, с която се осъществява включване към главния циркулационен кръг за по-нататъшна принудителна циркулация на топлоносителя.

За постигане регулиране на движението и налягането на топлинния поток в главния циркулационен кръг се използва възвратният клапан 62, монтиран преди напорния тръбопровод 71, за включване към главния циркулационен кръг.

При задействане на топлинната инсталация се извършва подаване, вливане и движение на използвания топлоносител в главния циркулационен кръг, както следва:

- отварят се последователно първият спирателен вентил 41, четвъртият спирателен вентил 61 и петият спирателен вентил 63 от главния циркулационен кръг;

- отварят се вторият спирателен вентил 42, третият спирателен вентил 43, изпускателният вентил 44, като елементи на регулатора 45;

- отваря се вторият изходящ вентил 72 към напорния тръбопровод 71;

- влива се топлоносителят, съхраняван в напорния резервоар 7, в главния циркулационен кръг, който се подава през втория изходящ вентил 72, преминава последователно през напорния тръбопровод 71, петия спирателен вентил 63, входящата тръба 1, след което се влива в активната зона на геотермалния генератор в подземната част. След това топлоносителят обтича нагорещената повърхност на чакълено-порьозните частици 31, където се осъществява конвективен топлообменен процес, при който топлоносителят приема и акумулира зададената му геотермална топлинна енергия, преминава през изходящата тръба 2, горещия тръбопровод 4, първия спирателен вентил 41, постъпва в топлоотдаващото тяло 51, четвъртия спирателен вентил 61, студения топлопровод 6, възвратния клапан 62 и в началото на петия спирателен вентил 63 се затваря цикъла като топлоносителят продължава свободно движение в циркулационния кръг;

- след напълване и обезвъздушаване на топлинната инсталация се затварят изпускателният вентил 44, вторият спирателен вентил 42, третият спирателен вентил 43 и вторият изходящ вентил 72, при което топлоносителят продължава свободното си движение в главния циркулационен кръг в режим на експлоатация;

- принудително движение на топлинния поток в главния циркулационен кръг в режим на експлоатация се постига при отворен втори входящ вентил 91, четвърти изходящ вентил 92, затворено положение на петия спирателен вентил 63 и включена в действие циркулационна помпа 9.

При използване на газов топлоносител за работа на инсталацията се предвижда включване на компресорната станция 8, при което допълнително се извършват следните операции:

- затварят се вторият изходящ вентил 72 и петият спирателен вентил 63;

- отварят се първият спирателен вентил 41, четвъртият спирателен вентил 61, вторият спирателен вентил 42, третият спирателен вентил 43, изпускателният вентил 44, първият входящ вентил 81 и третият изходящ вентил 82;

- пуска се в действие газовата станция 8, с което се вкарва използваният газов топлоно6

1296 Ш сител в главния циркулационен кръг.

Действието на инсталацията при използване на газов топлоносител е аналогично на вече описаното с течен носител.

Показаната инсталация на фиг. 2 има частичен изрез на входящо-изходящата тръба 12. Инсталацията е аналогична на конструкцията от фиг. 1, с изключение на подземната част, в която се пробива само един сондажен отвор, в който се вкарва двойно свързаната тръба 12 с изолационно покритие 13 на вътрешната повърхност, която има два отвора и проходи до сондажното дъно 3. Конструкцията на двойно свързаната тръба 12 е изпълнена от две аксиално разположени една в друга тръби.

Приложение (използване) на полезния модел

Получената геотермална енергия от земните недра е с мощност от 100 до 1000 Mw и температура от 100 до 600°С. С предложената инсталация може да се решат енергийните проблеми и да се задоволяват изцяло потребностите на човечеството от топло- и електроенергия на всяко място върху земната повърхност.

Освен това с инсталацията се постига чрез свръх дълбоко сондиране на всяко място върху земята, като геотермалният генератор произвежда, а топлоносителят акумулира и доставя от земните недра топлинна енергия с висока мощност и температура, която се пренася и предава на топлинните консуматори за получаване на топлинна и електроенергия за нуждите на бита и промишлеността.

Предложената инсталация може да се използва като еквивалентен заместител на съществуващите пещи - огнища и атомни реактори, използвани за промишлено получаване на топлоенергия и електроенергия, като отпада необходимостта от изгаряне на съществуващите в ограничени количества природни суровини, включително и ядрено гориво.

Claims

Претенции

1. Инсталация за извличане на топлинна енергия от земните недра, състояща от подземна част, съставена от входяща и изходяща тръба, поставени в сондажен отвор, в чието сондажно дъно има чакълено-порьозни частици, както и от надземна част, съставена от компресор и топлообменник, свързани чрез входящи и изходящи вентили съответно към входящата тръба и изходящата тръба, характеризираща се с това, че в надземната част са предвидени напорен резервоар (7), свързан чрез втори изходящ вентил (72) и напорен тръбопровод (71) към студения тръбопровод (6), както и от топлообменник, изпълнен като топлообменна камера (5), свързана чрез топлоотдаващо тяло (51) към главен циркулационен кръг, съставен от последователно свързани четвърти спирателен вентил (61), възвратен клапан (62), пети спирателен вентил (63) към входящата тръба (1), които изграждат студения тръбопровод (6), а горещият тръбопровод (4) е включен между изходящата тръба (2) и топлообменната камера (5) и съдържа първи спирателен вентил (41), при което студеният топлопровод (6) и топлият топлопровод (4) са свързани чрез регулатор (45), който включва първи спирателен вентил (41), втори спирателен вентил (42), трети спирателен вентил (43) и изпускателен вентил (44), като е предвидена и циркулационна помпа (9), свързана паралелно напетия спирателен вентил (63) чрез втори входящ вентил (91) и четвърти изходящ вентил (92), а компресорът е изпълнен като компресорна станция (8), включена паралелно на петия спирателен вентил (63) чрез първи входящ вентил (81) и трети изходящ вентил (82).

Приложение: 2 фигури

Литература

1.BG 65072.

Легенда

1 - входяща тръба

12 - входящо-изходяща тръба

13 - изолационно покритие
2 - изходяща тръба
3 - сондажно дъно

31 - чакълено-порьозни частици
4 - горещ тръбопровод

41 - първи спирателен вентил

42 - втори спирателен вентил

43 - трети спирателен вентил

44 - изпускателен вентил

45 - регулатор
5 - топлообменна камера

51 -топлоотдаващо тяло

52 - топлоприемно тяло