CN113531930B - 利用矿坑水换热的井下换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用矿坑水换热的井下换热装置，工作进水管组的一端用于连通能源站的出水口，工作进水管组的另一端与工作液体进水口连通，工作出水管组的一端用于连通工作液体出水口，工作出水管组的另一端用于连通能源站的进水口；换热进水管的一端与一水泵固定连接并连通，且水泵用于将井下集水池内的矿坑水导入至换热进水管内，换热进水管的另一端与加热介质进水口连通，换热出水管组的一端与加热介质出水口连通，换热出水管组的另一端用于连通井下地层，换热进水管内的矿坑水和工作进水管组内的软化水在换热元件内进行热量交换。该利用矿坑水换热的井下换热装置能够对矿坑水中的热能进行利用，且不会污染环境。
Description
技术领域
本发明涉及矿坑水利用技术领域，具体是涉及一种利用矿坑水换热的井下换热装置。
背景技术
矿坑水是指流入露天矿坑和井下巷道中的各种水。地层中的水因传导加热或者对流加热，水温一般较高，又称之为地热水，若是其热量能够得到利用则在很大程度上节约了能源。
现有技术中，对于矿坑水的利用均是在井下开设一集水池，使得矿坑水能够汇集至集水池内，然后将集水池内的矿坑水导出至外界，进而利用其热量进行生产生活。但由于矿坑水具有高矿化度，直接外排会污染生态环境，因此需要一种能够在矿坑水不外排的基础上对矿坑水的热量进行利用的工艺，进而实现矿坑水的绿色高值利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用矿坑水换热的井下换热装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够对矿坑水中的热能进行利用，且不会污染环境。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种利用矿坑水换热的井下换热装置，包括换热进水管、换热出水管组、工作进水管组、工作出水管组和换热元件，所述换热元件上开设有加热介质进水口、加热介质出水口、工作液体进水口和工作液体出水口，所述工作进水管组的一端用于连通能源站的出水口，所述工作进水管组的另一端与所述工作液体进水口连通，所述工作出水管组的一端用于连通所述工作液体出水口，所述工作出水管组的另一端用于连通能源站的进水口；所述换热进水管的一端与一水泵固定连接并连通，且所述水泵用于将井下集水池内的矿坑水导入至所述换热进水管内，所述换热进水管的另一端与所述加热介质进水口连通，所述换热出水管组的一端与所述加热介质出水口连通，所述换热出水管组的另一端用于连通井下地层，所述换热进水管内的矿坑水和所述工作进水管组内的软化水在所述换热元件内进行热量交换。
优选地，所述换热出水管组包括横向换热出水管和纵向换热出水段，所述横向换热出水管的一端与所述加热介质出水口连通，另一端与所述纵向换热出水段的一端固定连接并连通，且所述纵向换热出水段上远离所述横向换热出水管的一端用于延伸至井下热储层，并用于将换热后的矿坑水排至井下地层。
优选地，所述横向换热出水管上固定有第一开关阀，且所述第一开关阀用于控制所述横向换热出水管内水流的通断。
优选地，所述横向换热出水管上还固定有单向阀，且所述第一开关阀位于所述单向阀与所述换热元件之间，所述单向阀用于使所述横向换热出水管内的矿坑水向远离所述换热元件的方向单向流动。
优选地，所述工作进水管组包括纵向工作进水段和横向工作进水管，所述纵向工作进水段的一端用于连通能源站的出水口，所述纵向工作进水段的另一端与所述横向工作进水管的一端固定连接并连通，所述横向工作进水管的另一端与所述工作介质进水口连通；
所述工作出水管组包括横向工作出水管和纵向工作出水段，所述横向工作出水管的一端连通所述工作介质出水口，所述横向工作出水管的另一端与所述纵向工作出水段的一端固定连接并连通，所述纵向工作出水段的另一端用于连通能源站的进水口。
优选地，所述横向工作进水管上固定有第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述横向工作进水管内软化水的通断，所述横向工作出水管上固定有第三开关阀，所述第三开关阀用于控制所述横向工作出水管内软化水的通断。
优选地，所述纵向换热出水段与所述纵向工作出水段之间固定连接并通过一第一封隔器阻断，且所述第一封隔器能够拆卸并连通所述纵向换热出水段和所述纵向工作出水段。
优选地，所述纵向工作出水段上用于远离能源站的一端还固定一纵向通水管，所述纵向通水管上远离所述纵向工作出水段的一端用于延伸至井下热储层，所述纵向工作出水段与所述纵向通水管之间通过第二封隔器阻断，且所述第二封隔器能够拆卸并连通所述纵向工作出水段和所述纵向通水管。
优选地，所述换热元件为换热站。
优选地，所述换热元件位于井下。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的利用矿坑水换热的井下换热装置，工作进水管组的一端用于连通能源站的出水口，另一端连通工作液体进水口，工作出水管组的一端连通工作液体出水口，另一端连通能源站的进水口，换热进水管的一端与一水泵固定连接并连通，且水泵用于将井下集水池内的矿坑水导入至换热进水管内，另一端与换热介质进水口连通，换热出水管组的一端与换热介质出水口连通，另一端用于连通井下地层，换热进水管通过水泵将集水池内的矿坑水导入至换热元件内，工作进水管组接收能源站排出的软化水，并在换热元件内经矿坑水加热后流回能源站，且换热后的矿坑水排至井下地层，直接通过换热进水管和换热出水管组在井下利用矿坑水对工作出水管组内的软化水加热，无需矿坑水外排，在节约能源的基础上，还避免污染生态环境，同时矿坑水与软化水不直接接触，能够实现软化水的循环使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的利用矿坑水换热的井下换热装置的结构示意图；
图中：100-利用矿坑水换热的井下换热装置，1-纵向工作出水段，2-横向工作管，3-纵向工作进水段，4-换热进水管，5-横向换热出水管，6-纵向换热出水段，7-单向阀，8-第一开关阀，9-换热元件，10-能源站，11-集水池，12-水泵，13-第三开关阀，14-第二开关阀，15-第二封隔器，16-第一封隔器，17-纵向通水管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种利用矿坑水换热的井下换热装置，以解决矿坑水的热能无法实现绿色高值利用的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种利用矿坑水换热的井下换热装置100，包括换热进水管4、换热出水管组、工作进水管组、工作出水管组和换热元件9，换热元件9上开设有加热介质进水口、加热介质出水口、工作液体进水口和工作液体出水口，工作进水管组的一端用于连通能源站10的出水口，工作进水管组的另一端与工作液体进水口连通，工作出水管组的一端用于连通工作液体出水口，另一端用于连通能源站10的进水口；换热进水管4的一端与一水泵12固定连接并连通，且水泵12用于将井下集水池11内的矿坑水导入至换热进水管内，集水池11即现有的工程中常见的集水装置，在此不作过多阐述，换热进水管4的另一端与加热介质进水口连通，换热出水管组的一端与加热介质出水口连通，换热出水管组的另一端用于连通井下地层，换热进水管4通过水泵12将集水池11内的矿坑水导入至换热元件9内，工作进水管组接收能源站10排出的软化水，并在换热元件9内经矿坑水加热后流回能源站10，且换热后的矿坑水排至井下地层，直接通过换热进水管和换热出水管组在井下利用矿坑水对软化水加热，无需矿坑水外排，在节约能源的基础上，还避免污染生态环境，同时矿坑水与软化水不直接接触，能够实现软化水的循环使用，优选地，水泵12为高压泵。
具体地，换热出水管组包括横向换热出水管5和纵向换热出水段6，换热元件9位于井下，换热进水管4和横向换热出水管5用于布设于井下含煤地层，进而缩短矿坑水所在管道的整体长度，减小矿坑水外排导致的管道结垢的风险，横向换热出水管5的一端与加热介质出水口连通，进而将换热后的热能低的矿坑水排出，以便于热能高的矿坑水能够继续通入至换热元件9内，横向换热出水管5的另一端与纵向换热出水段6的一端固定连接并连通，且纵向换热出水段6上远离横向换热出水管5的一端用于延伸至井下热储层，并用于将换热后的矿坑水排至井下地层，进而避免矿坑水外排导致环境污染。
横向换热出水管5上固定有第一开关阀8，且第一开关阀8用于控制横向换热出水管5内水流的通断，进而通过控制开关阀的通断，来实现换热工作的进行与否。
横向换热出水管5上还固定有单向阀7，且第一开关阀8位于单向阀7与换热元件9之间，单向阀7用于使横向换热出水管5内的矿坑水向远离换热元件9的方向单向流动，避免热储层内的水回流入换热元件9内，影响换热效率。
工作进水管组包括纵向工作进水段3和横向工作进水段，纵向工作进水段3的一端用于连通能源站10的出水口，纵向工作进水段3的另一端与横向工作进水管的一端固定连接并连通，横向工作进水管的另一端与工作介质进水口连通；
工作出水管组包括横向工作出水管和纵向工作出水段1，且横向工作出水管的一端连通工作介质出水口，另一端与纵向工作出水段1的一端固定连接并连通，纵向工作出水段1的另一端用于连通能源站10的进水口，进而实现软化水的循环利用，更优的，横向工作进水段和横向工作出水段固定连接并连通形成一横向工作管2，横向工作管2经工作介质进水口和工作介质出水口穿过换热元件9。
横向工作进水管上固定有第二开关阀14，横向工作出水管上固定有第三开关阀13，第二开关阀14和第三开关阀13分别用于控制横向工作进水管和横向工作出水管内软化水的通断，第二开关阀14能够在关闭时用于阻断纵向工作进水段3与换热元件9之间水的流通，第三开关阀13能够在关闭时用于阻断换热元件9与纵向工作出水段1之间水的流通。优选地，第一开关阀8、第二开关阀14和第三开关阀13均为手控阀。
纵向换热出水段6与纵向工作出水段1之间固定连接并通过一第一封隔器16阻断，且第一封隔器16能够拆卸并连通纵向换热出水段6和纵向工作出水段1，进而便于在矿坑闭坑后，开启第一封隔器16，并关闭第一开关阀8、第二开关阀14和第三开关阀13，纵向换热出水段6与纵向工作出水段1作为一个整体，作为一个地热井使用。
纵向工作出水段1上远离能源站10的一端还固定一纵向通水管17，纵向通水管17上远离纵向工作出水段1的一端用于延伸至井下热储层，纵向工作出水段1与纵向通水管17之间通过第二封隔器15阻断，且第二封隔器15能够拆卸并连通纵向工作出水段1和纵向通水管17，在矿坑闭坑后，开启第二封隔器15，纵向工作出水段1与纵向通水管17作为一个整体，并作为另一个地热井使用，进而实现采用两眼地热井进行常规换热和回灌供暖。
在实际使用过程中，结合矿山井上井下对照图，先在地表按照地热回灌井的施工工艺施工两眼钻孔(对于已有地热井的地段可直接利用地热井)，并按地热回灌井要求和矿井开发目的在矿井内下入换热进水管4、横向换热出水管5和横向工作管2，并连接水泵12和换热站，按照回灌井要求进行固井，待固井候凝后，在两个钻孔形成的地热井内分别下入第一封隔器16和第二封隔器15，打通钻孔与各个横向管道，利用第一封隔器16和第二封隔器15阻止回灌水因压力上返，同时还分离形成两套独立的循环管路，一路作为换热管路用于流通矿坑水，另一路作为工作管路用于流通软化水，并供生产生活使用(例如供暖)，由于水在高于4℃时，存在热胀冷缩特性，因此在循环过程中，能够实现低能耗下达到换热-供暖-回灌，实现了矿井水换热后的原位回注不外排，避免了矿坑水外排造成的环境污染和输送管线的结垢。在矿坑闭坑后，直接将第一封隔器16和第二封隔器15去除，关闭各开关阀，即可实现采用两眼地热井进行常规换热和回灌供暖。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：包括换热进水管、换热出水管组、工作进水管组、工作出水管组和换热元件，所述换热元件上开设有加热介质进水口、加热介质出水口、工作液体进水口和工作液体出水口，所述工作进水管组的一端用于连通能源站的出水口，所述工作进水管组的另一端与所述工作液体进水口连通，所述工作出水管组的一端用于连通所述工作液体出水口，所述工作出水管组的另一端用于连通能源站的进水口；所述换热进水管的一端与一水泵固定连接并连通，且所述水泵用于将井下集水池内的矿坑水导入至所述换热进水管内，所述换热进水管的另一端与所述加热介质进水口连通，所述换热出水管组的一端与所述加热介质出水口连通，所述换热出水管组的另一端用于连通井下地层，所述换热进水管内的矿坑水和所述工作进水管组内的软化水在所述换热元件内进行热量交换；所述换热出水管组包括横向换热出水管和纵向换热出水段，所述横向换热出水管的一端与所述加热介质出水口连通，另一端与所述纵向换热出水段的一端固定连接并连通，且所述纵向换热出水段上远离所述横向换热出水管的一端用于延伸至井下热储层，并用于将换热后的矿坑水排至井下地层；所述工作进水管组包括纵向工作进水段；所述工作出水管组包括纵向工作出水段；所述纵向换热出水段与所述纵向工作出水段之间固定连接并通过一第一封隔器阻断，且所述第一封隔器能够拆卸并连通所述纵向换热出水段和所述纵向工作出水段；所述纵向工作进水段上用于远离能源站的一端还固定一纵向通水管，所述纵向通水管上远离所述纵向工作进水段的一端用于延伸至井下热储层，所述纵向工作进水段与所述纵向通水管之间通过第二封隔器阻断，且所述第二封隔器能够拆卸并连通所述纵向工作进水段和所述纵向通水管。
2.根据权利要求1所述的利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：所述横向换热出水管上固定有第一开关阀，且所述第一开关阀用于控制所述横向换热出水管内水流的通断。
3.根据权利要求2所述的利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：所述横向换热出水管上还固定有单向阀，且所述第一开关阀位于所述单向阀与所述换热元件之间，所述单向阀用于使所述横向换热出水管内的矿坑水向远离所述换热元件的方向单向流动。
4.根据权利要求1所述的利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：所述工作进水管组包括横向工作进水管，所述纵向工作进水段的一端用于连通能源站的出水口，所述纵向工作进水段的另一端与所述横向工作进水管的一端固定连接并连通，所述横向工作进水管的另一端与所述工作液体进水口连通；
所述工作出水管组包括横向工作出水管，所述横向工作出水管的一端连通所述工作液体出水口，所述横向工作出水管的另一端与所述纵向工作出水段的一端固定连接并连通，所述纵向工作出水段的另一端用于连通能源站的进水口。
5.根据权利要求4所述的利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：所述横向工作进水管上固定有第二开关阀，所述第二开关阀用于控制所述横向工作进水管内软化水的通断，所述横向工作出水管上固定有第三开关阀，所述第三开关阀用于控制所述横向工作出水管内软化水的通断。
6.根据权利要求1所述的利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：所述换热元件为换热站。
7.根据权利要求1所述的利用矿坑水换热的井下换热装置，其特征在于：所述换热元件位于井下。
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