CN102506510A - 利用热管摄取地热的供热系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用热管摄取地热的供热系统及工艺。其技术方案是主要由热管井筒摄热段、带有保温固井井壁的热管井筒传热段和地面热交换站三大结构系统构成，所述的热管井筒摄热段是由与高温地层直接接触的热管构成；所述带有保温固井井壁的热管井筒传热段是由保温固井井壁、热管井筒和热源控制闸阀组成；所述的地面热交换站是由一台或多台多种形式的热管换热器和热量外输控制计量系统组成。有益效果是通过热管提取地热，其摄取地热的地面热站供热温度可达200℃以上，稳定的供热功率可达数百至数十万千瓦。
Description
技术领域：
本发明涉及一种地热利用新技术，特别涉及一种利用热管摄取地热的供热系统及工艺。
背景技术：
目前，我国对地热的利用仅限于浅层百十米的地热摄取，以用来取暖或用于小区域的地面保温。而所采用的方法有二：一是抽取地下热水（＜70℃）进行地面热交换取热，缺点是地下水造成地表污染和增加其它动力的消耗；二是采用浅层热管摄热（＜30℃）技术，配合地面热管系统用于温室和高速公路的地面保温，其技术的不足在于温度太低，地热利用极其有限。二者的缺陷在于摄取的温度和热负荷极低，实现不了真正意义的地热利用。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有地热利用技术存在的缺陷，提供一种利用热管摄取地热的供热系统及工艺，是通过热管提取地热，其摄取地热的地面热站供热温度可达200℃以上，稳定的供热功率可达数百至数十万千瓦。
一种利用热管摄取地热的供热系统，其技术方案是：主要由热管井筒摄热段、带有保温固井井壁的热管井筒传热段和地面热交换站三大结构系统构成，所述的热管井筒摄热段是由与高温地层直接接触的热管构成；所述带有保温固井井壁的热管井筒传热段是由保温固井井壁、热管井筒和热源控制闸阀组成；所述的地面热交换站是由一台或多台多种形式的热管换热器和热量外输控制计量系统组成。
上述的热管井筒摄热段由多根热管构成，其中，热管最下端是一支下端为死口或丝堵构成的热管，上端带有连接丝扣，通过丝扣将多根吸热段热管连接起来，构成热管井筒摄热段，从设计深度的地层摄取高温地层足够的热量；作用是根据设计热负荷从高温地层提取足够的稳定热量。
上述的热管井筒由多根热管构成，通过丝扣依次相连，最上端井口装有热源控制闸阀，热管井筒的外壁与地层间采用具有绝热特性的保温固井井壁进行固井；作用是以最小的传热损耗，将从高温地层摄取的热量最大限度送达地面热交换站。
另外地面热交换站是由热管换热器和热量外输控制计量系统构成，其作用是根据用户需要输出所要求的温度和热量，并对此进行控制和计量。
本发明提供的一种利用热管摄取地热的供热工艺，包括以下步骤：
首先，构建热管井筒摄热段：根据地面热交换站的热负荷设计要求，通过地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位，依据地热摄取热负荷设计热管井筒地热摄取段的长度和深度，通过钻井技术实现在目的地层钻井，并下入热管；
其次，构建带有保温固井井壁的热管井筒传热段：依据地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位进行钻井作业，钻至目的层顶部后下入传热段热管，然后，采用设计的绝热固井材料进行固井，固井完成后，在传热热管井筒顶部安装热源控制阀；
构建热管工艺系统：上述步骤完成后，向井内注入特定的热管传热热媒，然后进行热管工艺的实施，当达到热管设计工艺要求后，井筒的热管供热系统即告构建完成；
再次，构建地面热交换站：将地面热交换站的热管换热器与井筒的热管供热系统按照热管工艺要求连接后，整个热管摄取地热的供热系统就具备供热条件；然后，将热源外输管线接入热量外输控制计量系统并外输，整个热管摄取地热的供热系统即告全部完成。
上述步骤（1）和（2）的实施过程是如下进行的：通过钻井作业一直钻到设计井深，完后首先下入最上端为带有盲板的热管井筒摄热段，再连接下入传热段井筒热管，然后进行目的层顶部的定位固井，固井完成后打穿摄热段顶部盲板，然后进行洗井作业，直至达到设计要求，最后，安装热源控制阀。
本发明的有益效果是：本发明提供的是一种无污染、零排放、无能耗的绿色热源，可以很大程度上替代人类以燃烧燃料供热取暖，即浪费资源又污染自然环境的传统方式。其直接效果是通过热管摄取地热的供热系统，向社会提供一种纯粹绿色、无污染、零排放、无能耗的高温热源，以满足全社会大多数领域的生产和生活需要。比如：居民、厂矿、机关的冬季取暖需要，需求温度在50~200℃的各经济领域生产需要。本发明对人类创建环保型经济发展模式，具有重大而深远的意义，是对实施全球节能减排经济发展战略的重大贡献，是人类发展精神和物质文明建设的福音。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明的地面换热站的示意图；
上图中：高温地层1、热管井筒摄热段2、保温固井井壁3、热管井筒传热段4、热源控制阀5、热管换热器6、热源控制计量系统7、取暖用户8。
具体实施方式：
结合附图1-2，对本发明作进一步的描述：
一种利用热管摄取地热的供热系统，主要由热管井筒摄热段2、带有保温固井井壁3的热管井筒传热段4和地面热交换站三大结构系统构成，所述的热管井筒摄热段2是由与高温地层直接接触的热管构成；所述带有保温固井井壁的热管井筒传热段4是由保温固井井壁3、热管井筒和热源控制闸阀5组成；所述的地面热交换站是由一台或多台多种形式的热管换热器6和热量外输控制计量系统7组成。
上述的热管井筒摄热段2由多根热管构成，其中，热管最下端是一支下端为死口或丝堵构成的热管，上端带有连接丝扣，通过丝扣将多根吸热段热管连接起来，构成热管井筒摄热段2，从设计深度的地层摄取高温地层1足够的热量；作用是根据设计热负荷从高温地层提取足够的稳定热量。
上述的热管井筒由多根热管构成，通过丝扣依次相连，最上端井口装有热源控制闸阀5，热管井筒的外壁与地层间采用具有绝热特性的保温固井井壁3进行固井；作用是以最小的传热损耗，将从高温地层摄取的热量最大限度送达地面热交换站。
另外地面热交换站是由热管换热器6和热量外输控制计量系统7构成，其作用是根据用户需要输出所要求的温度和热量，并对此进行控制和计量。
本发明提供的一种利用热管摄取地热的供热工艺，包括以下步骤：
首先，构建热管井筒摄热段2：根据地面热交换站的热负荷设计要求，通过地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位，依据地热摄取热负荷设计热管井筒地热摄取段的长度和深度，通过钻井技术实现在目的地层钻井，并下入热管；
其次，构建带有保温固井井壁的热管井筒传热段4：依据地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位进行钻井作业，钻至目的层顶部后下入传热段热管，然后，采用设计的绝热固井材料进行固井，固井完成后，在传热热管井筒顶部安装热源控制阀5；
步骤1和2的实施过程是如下进行的：通过钻井作业一直钻到设计井深，完后首先下入热管井筒摄热段2，打塞后连接下入传热段井筒热管，然后进行目的层顶部的定位固井，固井完成后打穿摄热段顶部水泥塞，然后进行洗井作业，直至达到设计要求，最后，安装热源控制阀5；
构建热管工艺系统：上述步骤完成后，向井内注入特定的热管传热热媒，然后进行热管工艺的实施，当到达热管设计工艺要求后，井筒的热管供热系统即告构建完成；
再次，构建地面热交换站：将地面热交换站的热管换热器6与井筒的热管供热系统按照热管工艺要求连接后，整个热管摄取地热的供热系统就具备供热条件；然后，将热源外输管线接入热量外输控制计量系统7并外输，整个热管摄取地热的供热系统即告全部完成。
本发明技术方案的实施需要以下多专业的结合：
一是根据某一区域用户的综合热能需要，确定所需热站提供的温度和热负荷。
二是根据所需热负荷进行地质勘探，找到和确定能提供恒定温度和热量的地层；并确定所需钻井数据。包括井位、井深、不同钻进深度井斜变化、固井深度等等，以及多井位和地面热站位置、数量等等。并制定相应的钻井设计方案。
三是上述准备工作完成后，实施热管摄取地热的供热系统技术，其技术方案是：通过钻井作业一直钻到设计井深，完后首先下入最上端为带有盲板的热管井筒摄热段（2），再连接下入传热段井筒热管，然后进行目的层顶部的定位固井，绝热固井井壁一直要固井到地面；固井完成后打穿摄热段顶部盲板，然后进行洗井作业，直至达到设计要求，最后，安装热源控制阀（5）。到此就完成热管井筒地热摄取系统的工艺结构。
其中，热管井筒摄热段（2）是由多根热管构成，摄热热管最下端是一支下端为死口或丝堵构成的热管，上端带有连接丝扣，通过丝扣将多根吸热段热管连接起来，构成热管井筒摄热段（2），热管井筒摄热段外壁不采用固井，目的在于从设计地层摄取高温地层（1）足够的热量。
其中，带有保温固井井壁的热管井筒传热段（4）是由多根热管构成，通过丝扣依次相连，最上端井口装有热源控制阀，传热段热管外壁与地层间采用具有绝热特性的固井井壁进行固井。目的是以最小的传热损耗，将从高温地层摄取的热量最大限度送达地面热交换站。
四是在热管井筒地热摄取系统的工艺结构完成后，向地热井筒内按技术设计注入特定的热管热媒和数量。
五是对热管井筒进行热管工艺技术实施，实现热管井筒的热管工艺技术条件。
六是在热管井筒摄取地热技术完成后，连接地面热站的热管换热器；再接热量外输控制计量系统和外输热管线。
上述步骤完成后，开启用户供热循环系统和传热热管井筒顶部热源控制阀，整个热管摄取地热的地面热站就进入正常运行状态了。
经济实效性：
环保产业、绿色节能：采用热管摄取地热，既不污染地层也不污染自然环境。零能耗无污染的创新技术，实现了企业人绿色环保发展经济的美好意愿。
清洁热源成就人类美好的生活：由于热源取自于地层热源，温度和热量是根据需要设定和摄取的，无污染的热管地热摄取技术和取之不尽的地层热源，为人类的冬季取暖，造就了绿色环保的新生活。
高温热源造就绿色经济的发展：热管摄取地热技术可以根据社会生产的需要提供200~300℃的高温热源，这一温度可以满足大多数热力需求的企业生产需要，替代原有的耗能污染取热供热方式。面对全球节能减排的经济发展规则，这一点对经济起飞迈向发达国家的中国来讲，具有重大而深远的现实意义。热管摄取地热技术将为中国经济的高速绿色发展，做出无以估量的贡献。
拯救我们家园的热力革命：每年冬煤的紧张，可想对我们家园——地球的伤害，热管摄取地热技术带来的热力革命，可以在很大程度上减少煤炭的挖掘，可以在很大程度上减少煤炭燃烧对大气的污染，可以在很大程度上拯救我们的家园——地球，还给人们一个碧水蓝天的世界。
热管摄取地热技术必将引领世界经济的未来：现在的热管摄取地热技术只是刚刚起步，随着该技术的深入研究和发展应用，即温度和供热能力的大幅提升，必将覆盖更多社会经济领域，也必将引领世界经济走向绿色经济发展之路。
本发明属于国家“节能环保产业”战略性新兴产业范畴的一项新技术。是一项针对地热利用的新技术和新思路，可根据社会生产、生活和经济发展的不同需求，应用于社会发展的诸多领域。
Claims (5)
1.一种利用热管摄取地热的供热系统，其特征是：主要由热管井筒摄热段（2）、带有保温固井井壁（3）的热管井筒传热段（4）和地面热交换站三大结构系统构成，所述的热管井筒摄热段（2）是由与高温地层直接接触的热管构成；所述带有保温固井井壁的热管井筒传热段（4）是由保温固井井壁（3）、热管井筒和热源控制闸阀（5）组成；所述的地面热交换站是由一台或多台多种形式的热管换热器（6）和热量外输控制计量系统（7）组成。
2.根据权利要求1所述的利用热管摄取地热的供热系统，其特征是：所述的热管井筒摄热段（2）由多根热管构成，其中，热管最下端是一支下端为死口或丝堵构成的热管，上端带有连接丝扣，通过丝扣将多根吸热段热管连接起来，构成热管井筒摄热段（2），从设计深度的地层摄取高温地层（1）足够的热量。
3.根据权利要求1所述的利用热管摄取地热的供热系统，其特征是：所述的热管井筒由多根热管构成，通过丝扣依次相连，最上端井口装有热源控制闸阀（5），热管井筒的外壁与地层间采用具有绝热特性的保温固井井壁（3）进行固井。
4.一种利用热管摄取地热的供热工艺，其特征是包括以下步骤：
首先，构建热管井筒摄热段（2）：根据地面热交换站的热负荷设计要求，通过地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位，依据地热摄取热负荷设计热管井筒地热摄取段的长度和深度，通过钻井技术实现在目的地层钻井，并下入热管；
其次，构建带有保温固井井壁的热管井筒传热段（4）：依据地质勘探确定符合设计要求的取热地层层位进行钻井作业，钻至目的层顶部后下入传热段热管，然后，采用设计的绝热固井材料进行固井，固井完成后，在传热热管井筒顶部安装热源控制阀（5）；
构建热管工艺系统：上述步骤完成后，向井内注入特定的热管传热热媒，然后进行热管工艺的实施，当达到热管设计工艺要求后，井筒的热管供热系统即告构建完成；
再次，构建地面热交换站：将地面热交换站的热管换热器（6）与井筒的热管供热系统按照热管工艺要求连接后，整个热管摄取地热的供热系统就具备供热条件；然后，将热源外输管线接入热量外输控制计量系统（7）并外输，整个热管摄取地热的供热系统即告全部完成。
5.根据权利要求4所述的利用热管摄取地热的供热工艺，其特征是：步骤（1）和（2）的实施过程是如下进行的：通过钻井作业一直钻到设计井深，完后首先下入最上端为带有盲板的热管井筒摄热段（2），再连接下入传热段井筒热管，然后进行目的层顶部的定位固井，固井完成后打穿摄热段顶部盲板，然后进行洗井作业，直至达到设计要求，最后，安装热源控制阀（5）。
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Inventor after: Wang Kaiyi Inventor after: Wei Gang Inventor after: Liu Xiongying Inventor after: Wang Weixu Inventor after: Qi Yuzhong Inventor before: Wang Kaiyi Inventor before: Liu Xiongying Inventor before: Wang Weixu Inventor before: Qi Yuzhong |
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WANG KAIYI LIU XIONGYING WANG WEIXU QI YUZHONG TO: WANG KAIYI WEI GANG LIU XIONGYING WANG WEIXU QI YUZHONG Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 257091 DONGYING, SHANDONG PROVINCE TO: 101100 TONGZHOU, BEIJING |
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