CN107642914A - 地热循环利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地热开发领域，提供了一种地热循环利用系统。该系统包括抽水井、回灌井和换热器，所述抽水井内设有第一潜水泵，所述第一潜水泵的出口通过第一抽水管与所述换热器的热水侧的进水口连通，所述换热器的热水侧的出水口通过第一回灌管与所述回灌井的顶部连通，所述回灌井的底部通过花管与所述抽水井的底部连通，所述花管设置在热储层中，所述抽水井和所述回灌井的井口均密封设置。本发明结构简单、操作便捷，通过利用花管将抽水井和回灌井的底部连通，不仅实现了地热水的有效回灌，提高了抽灌比，而且由于抽水井、回灌井和花管中的地热水始终是流动的，因此可避免固体颗粒物堵塞回灌井和花管，进而显著减少了回扬次数。
Description
技术领域
本发明涉及地热开发领域，尤其涉及一种地热循环利用系统。
背景技术
随着传统能源对环境的严重破坏，人们意识到可再生的清洁能源是未来能源发展的趋势，近年来地热能发展迅速，地热资源不仅具有清洁、高效、稳定、安全等独特优势，而且在治理雾霾、节能减排、调整能源结构等方面也发挥了重要作用。
但是，在地热能利用过程中遇到了许多问题，特别是关于地热尾水回灌的问题。为了保护地热资源、避免抽取大量地下水后地下水水位下降，目前许多企业都采用真空回灌、压力回灌的方式将从抽水井中抽出的水回灌至回灌井，但是上述方式不仅抽灌比低，而且回扬次数还很多。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中抽灌比低、回扬次数多的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种地热循环利用系统，该系统包括抽水井、回灌井和换热器，所述抽水井内设有第一潜水泵，所述第一潜水泵的出口通过第一抽水管与所述换热器的热水侧的进水口连通，所述换热器的热水侧的出水口通过第一回灌管与所述回灌井的顶部连通，所述回灌井的底部通过花管与所述抽水井的底部连通，所述花管设置在热储层中，所述抽水井和所述回灌井的井口均密封设置。
其中，所述花管呈U形或V形。
其中，还包括中间花管，所述中间花管的第一端设于所述花管的两端之间、第二端与所述花管的底部连通。
其中，所述花管呈Y形或H形，所述花管的两个上端分别与所述回灌井和所述抽水井连通、下端向地下延伸。
其中，所述花管的直径为100～200mm。
其中，所述第一抽水管上设有除砂器。
其中，还包括控制器，所述第一抽水管上设有电动调节阀，所述第一回灌管上设有第一温度传感器，所述第一潜水泵、所述电动调节阀和所述第一温度传感器均与所述控制器电连接。
其中，还包括第一换向阀、第二换向阀和设置在所述回灌井中的第二潜水泵，所述第一换向阀和所述第二换向阀均具有第一端口、第二端口和第三端口；所述第一潜水泵的出口通过第一连接管与所述第一换向阀的第一端口连通，所述第一换向阀的第二端口与所述第一抽水管的进口连通、第三端口通过第二回灌管与所述抽水井的顶部连通；所述第二潜水泵的出口通过第二抽水管与所述第二换向阀的第一端口连通，所述第二换向阀的第二端口与所述第一回灌管的出口连通、第三端口通过第二连接管与所述回灌井的顶部连通；所述第二潜水泵、所述第一换向阀和所述第二换向阀均与所述控制器电连接。
其中，所述第一抽水管上设有第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器电连接。
其中，所述抽水井和所述回灌井的井孔为阶梯孔，所述阶梯孔的上部孔径大于下部的孔径，所述第一潜水泵和所述第二潜水泵分别设置在所述抽水井和所述回灌井的上部。
本发明结构简单、操作便捷，通过利用花管将抽水井和回灌井的底部连通，不仅实现了地热水的有效回灌，提高了抽灌比，而且由于抽水井、回灌井和花管中的地热水始终是流动的，因此可避免固体颗粒物堵塞回灌井和花管，进而显著减少了回扬次数。
附图说明
图1是本发明实施例1中的一种地热循环利用系统的正视图；
图2是本发明实施例1中的花管的结构示意图；其中，图2(a)为U形花管；图2(b)为V形花管；图2(c)为另一种V形花管；图2(d)为连接有中间花管的花管；
图3是本发明实施例1中另一种花管的结构示意图；其中，图3(a)为H形花管；图3(b)为Y形花管；图3(c)为另一种Y形花管；图3(d)为连接有中间花管的花管；
图4是本发明实施例1中的另一种地热循环利用系统的正视图。
附图标记：
1、抽水井；2、回灌井；3、第一潜水泵；4、第一抽水管；
5、换热器；6、第一回灌管；7、花管；8、除砂器；
9、中间花管；10、控制器；11、电动调节阀；
12、第一温度传感器；13、第一换向阀；14、第一连接管；
15、第二回灌管；16、第二换向阀；17、第二潜水泵；
18、第二抽水管；19、第二连接管；20、第二温度传感器。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本发明提供了一种地热循环利用系统，该系统包括抽水井1、回灌井2和换热器5，抽水井1内设有第一潜水泵3，第一潜水泵3的出口通过第一抽水管4与换热器5的热水侧的进水口连通，换热器5的热水侧的出水口通过第一回灌管6与回灌井2的顶部连通，回灌井2的底部通过花管7与抽水井1的底部连通，花管7设置在热储层中，抽水井1和回灌井2的井口均密封设置。
使用时，首先将换热器5的冷水侧的进水口和出水口分别与取暖设备的出水口和进水口连通；然后，启动第一潜水泵3，抽水井1内的地热水便会在第一潜水泵3的抽吸作用下通过第一抽水管4流入换热器5的热水侧，进入换热器5的地热水与换热器5的冷水侧的冷水换热后便直接流入回灌井2中，由于抽水井1与回灌井2的底部通过花管7连通，因此经过换热降温的地热水流入回灌井2后会在水压和第一潜水泵3的抽吸作用下流入花管7。而由于热储层的地热水的温度通常为40℃，因此热储层的地热水的温度会远高于花管7中的地热水的温度，从而换热后的地热水流入花管7后，热储层的地热水会通过导热的方式不断将热量通过花管7的管壁传递给花管7内地热水，与此同时，花管7内的部分地热水还会通过花管7管壁上的小孔流入热储层，而热储层的地热水也会通过花管7的管壁上的小孔不断流入花管7，也就是说，在地热水沿着花管7流动的过程中，花管7内的地热水与热储层的地热水之间不断的进行质的交换和热的交换，从而当地热水沿花管7流动至抽水井1附近时，花管7内地热水的温度与热储层的地热水温度基本相同，进而在第一潜水泵3的抽吸作用下，升温后这些地热水又可被抽入换热器5进行换热。可见，通过利用花管7将抽水井1和回灌井2的底部连通，不仅实现了地热水的有效回灌，提高了抽灌比，而且由于抽水井1、回灌井2和花管7中的地热水始终是流动的，因此可避免固体颗粒物堵塞回灌井2和花管7，从而显著减少了回扬次数。
结合图2所示，花管7呈U形或V形。更优选地，该系统还包括中间花管9，中间花管9的第一端设于花管7的两端之间、第二端与花管7的底部连通，花管7的两端分别与抽水井1和回灌井2连通。由此，换热降温后的地热水通过回灌井2流入花管7后，其中一部分地热水会流入中间花管9，中间花管9中的地热水与热储层的地热水换热后，又会在水压和第一潜水泵3的抽吸作用下通过花管7流入抽水井1，可见通过设置中间花管9大大增加了换热降温后的地热水与热储层的地热水的接触面积，进而显著提高了加热效率。
进一步地，如图3所示，中间花管9的第二端穿过花管7的底部后向地下延伸，也就是说，中间花管9的第一端设于花管7的两端之间、第二端设于花管7的底部的下方，中间花管9插设在花管7中的部分设有用于与花管7连通的通孔。
需要说明的是，花管7的形状除了可以呈U形或V形，还可以呈Y形或H形，其中，当花管7呈Y形时，花管7的两个上端分别与回灌井2和抽水井1连通、下端向地下延伸；当花管7呈H形时，花管7的两个上端分别与回灌井2和抽水井1连通、两个下端均向地下延伸。这样设置的好处在于：一方面、可大大增加换热降温后的地热水与热储层的地热水的接触面积；另一方面、由于花管7的下端向地下延伸，因此随着换热后的地热水沿花管7不断地流动，地热水中的固体颗粒物会逐渐沉降在花管7的下端，从而可避免其堵塞花管7用于连通抽水井1与回灌井2的部分。
优选地，花管7的直径为100～200mm。
优选地，第一抽水管4上设有除砂器8、以过滤地热水中的泥土、砂石等固体颗粒物，避免其堵塞管路。
进一步地，再结合图4所示，该系统还包括控制器10，第一抽水管4上设有电动调节阀11，第一回灌管6上设有第一温度传感器12，第一潜水泵3、电动调节阀11和第一温度传感器12均与控制器10电连接。由此，当第一回灌管6内的地热水的温度大于设定温度时，即当取暖设备所需的热量减小时，控制器10便可通过降低第一潜水泵3的转速和/或减小电动调节阀11的开度，来减小流入换热器5的地热水的流量，从而既可以保证取暖设备的所需热量的供给，又可节约能源。
实施例2
本实施例中的地热循环利用系统的结构与原理与实施例1相同，本实施例不再赘述。
不同之处在于，本实施例中该系统还包括第一换向阀13、第二换向阀16和设置在回灌井2中的第二潜水泵17，第一换向阀13和第二换向阀16均具有第一端口、第二端口和第三端口；第一潜水泵3的出口通过第一连接管14与第一换向阀13的第一端口连通，第一换向阀13的第二端口与第一抽水管4的进口连通、第三端口通过第二回灌管15与抽水井1的顶部连通；第二潜水泵17的出口通过第二抽水管18与第二换向阀16的第一端口连通，第二换向阀16的第二端口与第一回灌管6的出口连通、第三端口通过第二连接管19与回灌井2的顶部连通；第二潜水泵17、第一换向阀13和第二换向阀16均与控制器10电连接。
为了进一步减少回扬次数，在第一潜水泵3运行指定时间后，控制器10可控制第一潜水泵3关闭、第二潜水泵17启动，同时控制第一换向阀13和第二换向阀16换向，具体地，使第一换向阀13的第二端口和第三端口连通，即通过第一换向阀3将第一抽水管4与第二回灌管15连通；同时使第二换向阀16的第一端口和第二端口连通，即通过第二换向阀16将第一回灌管6与第二抽水管18连通。此时，第二潜水泵17就可将回灌井2中的地热水依次通过第二抽水管18和第一回灌管6抽入换热器5中，而换热后的地热水又可依次通过第一抽水管4和第二回灌管15流入抽水井1中，也就是说，此时整个系统中地热水的流动方向与实施例1中正好相反。而当第二潜水泵17运行指定时间后，控制器10又可控制第二潜水泵17关闭、第一潜水泵3启动，同时控制第一换向阀13和第二换向阀16换向，具体地，使第一换向阀13的第一端口和第二端口连通，即通过第一换向阀3将第一抽水管4与第一连接管14连通；同时使第二换向阀16的第二端口和第三端口连通，即通过第二换向阀16将第一回灌管6与第二连接管19连通。此时，第一潜水泵3就可将抽水井1中的地热水依次通过第一连接管14与第一抽水管4抽入换热器5中，而换热后的地热水又可依次通过第一回灌管6与第二连接管19流入回灌井2中，也就是说，此时整个系统中地热水的流动方向与实施例1相同。由此，通过定期改变地热水的流动方向，可大大增大扰动，进而可避免地热水中的固体颗粒物堵塞回灌井2和花管7。
优选地，第一抽水管4上设有第二温度传感器20，第二温度传感器20与控制器10电连接。当第二潜水泵17启动时，第二温度传感器20实时检测第一抽水管4中地热水的温度，当第一抽水管4内的地热水的温度大于设定温度时，即当取暖设备所需的热量减小时，控制器10便可通过降低第二潜水泵17的转速来减小流入换热器5的地热水的流量，从而既可以保证取暖设备的所需热量的供给，又可节约能源。
优选地，抽水井1和回灌井2的井孔为阶梯孔，阶梯孔的上部孔径大于下部的孔径，第一潜水泵3和第二潜水泵17分别设置在抽水井1和回灌井2的上部。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种地热循环利用系统，其特征在于，包括抽水井、回灌井和换热器，所述抽水井内设有第一潜水泵，所述第一潜水泵的出口通过第一抽水管与所述换热器的热水侧的进水口连通，所述换热器的热水侧的出水口通过第一回灌管与所述回灌井的顶部连通，所述回灌井的底部通过花管与所述抽水井的底部连通，所述花管设置在热储层中，所述抽水井和所述回灌井的井口均密封设置。
2.根据权利要求1所述的地热循环利用系统，其特征在于，所述花管呈U形或V形。
3.根据权利要求2所述的地热循环利用系统，其特征在于，还包括中间花管，所述中间花管的第一端设于所述花管的两端之间、第二端与所述花管的底部连通。
4.根据权利要求1所述的地热循环利用系统，其特征在于，所述花管呈Y形或H形，所述花管的两个上端分别与所述回灌井和所述抽水井连通、下端向地下延伸。
5.根据权利要求1所述的地热循环利用系统，其特征在于，所述花管的直径为100～200mm。
6.根据权利要求1所述的地热循环利用系统，其特征在于，所述第一抽水管上设有除砂器。
7.根据权利要求1至6任一项所述的地热循环利用系统，其特征在于，还包括控制器，所述第一抽水管上设有电动调节阀，所述第一回灌管上设有第一温度传感器，所述第一潜水泵、所述电动调节阀和所述第一温度传感器均与所述控制器电连接。
8.根据权利要求7所述的地热循环利用系统，其特征在于，还包括第一换向阀、第二换向阀和设置在所述回灌井中的第二潜水泵，所述第一换向阀和所述第二换向阀均具有第一端口、第二端口和第三端口；所述第一潜水泵的出口通过第一连接管与所述第一换向阀的第一端口连通，所述第一换向阀的第二端口与所述第一抽水管的进口连通、第三端口通过第二回灌管与所述抽水井的顶部连通；所述第二潜水泵的出口通过第二抽水管与所述第二换向阀的第一端口连通，所述第二换向阀的第二端口与所述第一回灌管的出口连通、第三端口通过第二连接管与所述回灌井的顶部连通；所述第二潜水泵、所述第一换向阀和所述第二换向阀均与所述控制器电连接。
9.根据权利要求8所述的地热循环利用系统，其特征在于，所述第一抽水管上设有第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器电连接。
10.根据权利要求8所述的地热循环利用系统，其特征在于，所述抽水井和所述回灌井的井孔为阶梯孔，所述阶梯孔的上部孔径大于下部的孔径，所述第一潜水泵和所述第二潜水泵分别设置在所述抽水井和所述回灌井的上部。
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