CN109282515A - 一种蓄热型地热提取装置及提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄热型地热提取装置及提取方法，包括套装设置的内、外管以及保温丝，所述外管底端封闭，顶端开口，其底端深入地热源层，顶端伸出地表层，且该外管顶端开口用密封盖密封，该外管伸出地表层部分外壁一侧设置有与其内腔连通的传热介质进入管，所述内管顶、底两端均为开口，其底端悬于所述外管底部上空，顶端穿过所述密封盖并伸出，且该内管外壁与密封盖之间密封连接，所述内管和所述外管之间形成传热介质通道，所述保温丝缠绕于所述内管外壁上。与现有技术相比，本发明结构简单，节约水资源，易于操作，所使用的保温、蓄热材料以及保温丝等能有效提高传热效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明内容属于地热能提取利用技术领域，涉及一种蓄热型地热提取装置及提取方法。
背景技术
干热岩作为一种深埋于地下（2000米以下）深层的热源，为绿色、环保的可再生能源，近年来得到发展和推广。
开发干热岩资源是从地表往干热岩中打一眼井（注入井），封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水，产生了非常高的压力。在岩体致密无裂隙的情况下，高压水会使岩体大致垂直最小地应力的方向产生许多裂缝。若岩体中本来就有少量天然节理，这些高压水使之扩充成更大的裂缝。当然，这些裂缝的方向要受地应力系统的影响。随着低温水的不断注入，裂缝不断增加、扩大，并相互连通，最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造。在距注入井合理的位置处钻几口井并贯通人工热储构造，这些井用来回收高温水、汽，称之为生产井。注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换，产生了温度高达200-300℃的高温高压水或水汽混合物。从贯通人工热储构造的生产井中提取高温蒸汽，用于地热发电和综合利用。利用之后的温水又通过注入井回灌到干热岩中，从而达到循环利用的目的，然而这种干热岩热量传导方法成本较高，在热交换过程中随着介质的流动也会产生热能损耗，传热效率低。现有技术中，常用的地热提取装置结构复杂，成本较高，对水资源的消耗也极大，所提取利用地热能的效率也较低，生产成本较大，不利于地热能这种绿色、环保的可再生资源的广泛推广和使用。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的成本高、传热效率低等问题，提供了一种蓄热型地热提取装置，结构简单，节约水资源，易于操作，所使用的蓄热材料、保温丝等能有效提高传热效率，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种蓄热型地热提取装置，包括套装设置的内、外管以及保温丝，所述外管底端封闭，顶端开口，其底端深入地热源层，顶端伸出地表层，且该外管顶端开口用密封盖密封，该外管伸出地表层部分外壁一侧设置有与其内腔连通的传热介质进入管，所述内管顶、底两端均为开口，其底端悬于所述外管底部上空，顶端穿过所述密封盖并伸出，且该内管外壁与密封盖之间密封连接，所述内管和所述外管之间形成传热介质通道，所述保温丝缠绕于所述内管外壁上。
在上述技术方案中，所述保温丝缠绕时相邻两段紧密接触。
在上述技术方案中，所述保温丝内部为中空结构。
在上述技术方案中，所述外管位于地表层以及一般地层之间的外壁与自然岩土之间填充有保温材料。
在上述技术方案中，所述外管位于地热源层之间的外壁与自然岩土之间填充有蓄热材料。
在上述技术方案中，所述传热介质进入管水平设置。
上述技术方案的有益效果是：本发明结构简单，能有效节约水资源，易于操作，传热介质从外管进入地热源层进行热交换，使得传热介质被加热，然后从内管流出，一方面整套装置停止运行后，蓄热材料会吸收储存周围地热源的热量，当系统再次运行后，与传热介质进行热交换，从而大大提高换热效率；另一方面所使用的保温材料以及保温丝等可以有效地防止传热介质在流动时产生的热损失，从而提高系统的传热效率，降低生产成本。
本发明还提供了一种蓄热型地热提取方法，包括以下步骤：
1）开挖竖井，使竖井的底部伸入第热源层；
2）将外管置于竖井内，外管底端深入地热源层，顶端开口伸出地表层；
3）依次在外管位于地热源层之间的外壁与自然岩土之间填充蓄热材料，在外管位于地表层以及一般地层之间的外壁与自然岩土之间填充保温材料；
4）在内管外壁缠绕上保温丝，将内管置于外管内，使内管底端悬于外管底部上空，内管顶端伸出外管顶端，并用穿过内管顶端的密封盖密封外管顶端开口，且密封盖与内管外壁作密封处理；
5）向外管内输入传热介质。
在上述技术方案中，步骤1）中由地表层开挖钻井，形成竖井。
在上述技术方案中，步骤4）中缠绕在内管外壁上的相邻每段保温丝之间紧密接触。
上述技术方法的有益效果是：本发明提供的蓄热型地热提取方法操作简单，只需一个井筒，占地面积小，蓄热材料的使用会吸收储存周围地热源的热量，与传热介质进行热交换，从而大大提高换热效率；保温材料以及保温丝等的使用可以有效地防止传热介质在流动时产生的热损失，从而提高系统的传热效率，降低生产成本，提高地热能的利用率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明内管上保温丝的剖面结构示意图。
图中编号1、自然岩土，2、内管，3、外管，4、保温丝，5、蓄热材料，6、保温材料，7、密封盖，8、地表层，9、一般地层，10、地热源层，11、传热介质进入管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1，如图1、2所示，一种蓄热型地热提取装置，包括套装设置的内管2、外管3以及保温丝4，外管3底端封闭，顶端开口，外管3底端深入地热源层10，,地热源层10为干热岩层或高梯度地温地层，顶端伸出地表层8，且该外管3的顶端开口用密封盖7密封，使得外管3变为密封管，防止传热介质溢出和减少散热，该外管3伸出地表层8的部分的外壁一侧水平设置有与其内腔连通的传热介质进入管11，用以输入传热介质。内管2的顶、底两端均为开口，用以传热介质的流出，其底端悬于外管3底部上空，顶端穿过密封盖7并伸出，且该内管外壁与密封盖7之间密封连接，防止传热介质流失，内管2外径小于外管3内径，使得内管2与外管3之间存在间隙，形成传热介质的流动通道。保温丝4缠绕于内管2外壁上，减少传热介质在内管2内流动时产生的热损失，提高传热效率。
在本实施例中，保温丝4缠绕时相邻两段紧密接触，相互之间不留空隙，且其内部为中空结构，增强保温丝的保温效果，提高传热效率，降低热能损耗和生产成本。
在本实施例中，外管3位于地表层8以及一般地层9之间的外壁与自然岩土1之间填充有保温材料6，能有效防止传热介质在流动时产生的热损失，从而提高系统的传热效率，降低生产成本。
在本实施例中，外管3位于地热源层10之间的外壁与自然岩土1之间填充有蓄热材料5，在整套装置停止运行时，蓄热材料5会吸收储存周围地热源的热量，当系统再次运行后，蓄热材料5也能与传热介质进行热交换，从而大大提高换热效率，降低生产成本。
实施例2：一种一种蓄热型地热提取方法，包括以下步骤：
1）由地面向地热源层10钻井，形成竖井，竖井的底部深入地热源层10；竖井的深度根据不同地区的岩层决定。本发明对于钻井技术无特殊限制，一般情况下，包括地质录井、岩层性质确认、地球物理测井、井下施工作业、套管安装等。可以根据具体的实际情况选择合适的钻井技术。
2）将外管3置于竖井内，外管3底端深入地热源层10，顶端伸出地表层8；外管3的底部置于竖井底部。外管3和内管2可以选择耐高温、耐高压和耐腐蚀的材质作为外管的材质，例如J55特种钢，在此不作特别限定。
3）依次在外管3位于地热源层10之间的外壁与自然岩土之间填充蓄热材料5，在外管3位于地表层8以及一般地层9之间的外壁与自然岩土之间填充保温材料6；蓄热材料5的材质选取要根据不同地区地热梯度的变化，在不同的深度选择合适的材料，在此不做具体限定。同样对保温材料6的材质也不做特别限定。
4）在内管2外壁紧密缠绕上保温丝4，将内管2置于外管3内，使内管2底端悬于外管3底部上空，内管2顶端伸出外管3顶端，并用穿过内管2顶端的密封盖7密封外管3顶端开口，且密封盖7与内管2外壁也作密封处理；对于密封盖以及内管2与密封盖之间的缝隙的密封材料不作特别限制，按照本领域常用的密封材料和结构选材即可。
5）向外管3内输入传热介质。传热介质可以为水，也可以采用其它传热材料，具体根据实际情况而定，在此不做具体限定。
本发明的使用方法：本发明正常运作时，传热介质由地表层的水平管经传热介质进入管11流入到外管3中，从外管3与内管2之间的通道向下流动，由地表层8开始，通过一般地层9，最后进入地热源层10进行热交换，从而使得传热介质被加热，其中外管3位于地表层8与一般地层9之间的一部分需要做保温处理，防止热量散失。加热后的传热介质经内管2底端的开口流入内管2，由内管2顶端的开口流出，且因为内管2上缠绕的保温丝4可以有效地防止传热介质在内管2中流动时产生的热损失，从而提高系统的传热效率，降低生产成本。
因为整套装置是间歇运行的，所以在整套装置停止运行后，蓄热材料5会吸收储存周围地热源的热量，当系统运行后，蓄热材料5也与传热介质进行热交换，从而提高换热效率，降低生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种蓄热型地热提取装置，其特征在于，包括套装设置的内、外管以及保温丝，所述外管底端封闭，顶端开口，其底端深入地热源层，顶端伸出地表层，且该外管顶端开口用密封盖密封，该外管伸出地表层部分外壁一侧设置有与其内腔连通的传热介质进入管，所述内管顶、底两端均为开口，其底端悬于所述外管底部上空，顶端穿过所述密封盖并伸出，且该内管外壁与密封盖之间密封连接，所述内管和所述外管之间形成传热介质通道，所述保温丝缠绕于所述内管外壁上。
2.如权利要求1所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，所述保温丝缠绕时相邻两段紧密接触。
3.如权利要求1或2所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，所述保温丝内部为中空结构。
4.如权利要求1所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，所述外管位于地表层以及一般地层之间的外壁与自然岩土之间填充有保温材料。
5.如权利要求1所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，所述外管位于地热源层之间的外壁与自然岩土之间填充有蓄热材料。
6.如权利要求1所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，所述传热介质进入管水平设置。
7.一种蓄热型地热提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）开挖竖井，使竖井的底部伸入第热源层；
2）将外管置于竖井内，外管底端深入地热源层，顶端开口伸出地表层；
3）依次在外管位于地热源层之间的外壁与自然岩土之间填充蓄热材料，在外管位于地表层以及一般地层之间的外壁与自然岩土之间填充保温材料；
4）在内管外壁缠绕上保温丝，将内管置于外管内，使内管底端悬于外管底部上空，内管顶端伸出外管顶端，并用穿过内管顶端的密封盖密封外管顶端开口，且密封盖与内管外壁作密封处理；
5）向外管内输入传热介质。
8.如权利要求1所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，步骤1）中由地表层开挖钻井，形成竖井。
9.如权利要求1所述的蓄热型地热提取装置，其特征在于，步骤4）中缠绕在内管外壁上的相邻每段保温丝之间紧密接触。
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