[發明專利]中深層地熱能取熱不取水模式供暖系統

在審

• 申請號: 201911192704.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN112856562A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張育平
• 申請（專利權）人: 陜西省煤田地質集團有限公司
• 主分類號: F24D15/00
• 分類號: F24D15/00;F24T10/17;F24T10/15
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 吳甘棠

本發明公開了一種中深層地熱能取熱不取水模式供暖系統，其中，地埋管換熱器設置于地熱井筒內，地埋管換熱器為密封循環對流結構，地埋管換熱器的深度達到深層儲熱含水層，地埋管換熱器內對應深層儲熱含水層井段設置高效金屬換熱器，地埋管換熱器內填充循環介質，地埋管換熱器與井筒(圍巖)之間通過水泥砂漿固井形成密封；地埋管換熱器的對流井筒通過換熱管道形成與地源熱泵循環系統相對獨立不連通的循環系統，通過熱交換將熱量通過供暖系統傳遞至供暖建筑。通過本發明的技術方案，利用熱傳導方式提取地下地熱能，不串通地下含水層，無需消耗地下水，且提高了換熱效果，對地下環境不產生污染和擾動。

技術領域

本發明涉及地熱開發利用技術領域，尤其涉及一種中深層地熱能取熱不取水模式供暖系統。

背景技術

中深層水熱型換熱系統是指利用開采井抽取地下熱水，通過換熱設備將地熱水中的熱量傳遞給供熱管網循環水，從而實現對建筑物供暖，同時將地熱尾水進行回灌。該系統是迄今應用最廣泛的中深層地熱開發技術，但多年來的抽采引起了系列的問題：

(1)水位下降問題：如西安市地下熱水下降位漏斗迅速擴展，平均下降20m/a；

(2)回灌問題(回灌量、堵塞、回灌效果的監測和研究等)：孔隙型砂巖儲層回灌壓力高、阻力大、空隙小、易堵塞等，很難實現連續性回灌；

由于長期開采地下熱水，各地如陜西西安、咸陽、渭南等地地熱井水位降深加大，已經形成大面積降落漏斗，水溫衰減，水位和水溫均難以恢復，有的井已經干涸報廢。

中深部地下熱水徑流速度特別緩慢，深部徑流補給量遠遠小于單井開采量。開采量大部分是中深部含水層靜儲量，導致地面沉降和地質災害，并引起中深部地層熱能傳遞受限致水溫下降。

孔隙型砂巖熱水回灌屬世界性難題。目前地下水的回灌，特別是孔隙型儲層的回灌，沒有突破，難度較大。如果不進行回灌補充，地熱尾水也會造成環境污染。這種系統引發的環境和災害問題，使得在一些地區使用受到限制，如西安市區由于抽取地下水引起地裂縫和地面形變已限制地下水抽采。目前開展的直井同心管換熱技術，其鉆井結構、換熱形式、施工工藝等都有許多需要改進的地方，特別套管外不進行固井，患通、破壞地下含水層，引起地下環境的惡化。

淺層地埋管換熱系統換熱效率低，埋管占地面積較大，城區內難以施工。

發明內容

針對上述問題中的至少之一，本發明提供了一種中深層地熱能取熱不取水模式供暖系統，通過采用閉式循環的中深層地埋管換熱器(或井筒)，利用熱傳導方式提取地下地熱能，地埋管換熱器與地源熱泵循環系統分屬兩個獨立循環系統，無需消耗地下水，且深入至深層儲熱含水層，利用地下水的對流作用提高換熱效果，對地質條件不產生污染和擾動。

為實現上述目的，本發明提供了一種中深層地熱能取熱不取水模式供暖系統，包括：地下取熱系統、地源熱泵循環系統和供暖系統，所述地下取熱系統包括地熱井筒、地埋管換熱器和高效金屬換熱器，所述地埋管換熱器設置于所述地熱井筒內，所述地埋管換熱器為密封循環對流結構，所述地埋管換熱器的深度達到深層儲熱含水層，所述地埋管換熱器內對應所述深層儲熱含水層井段設置所述高效金屬換熱器，所述地埋管換熱器內填充循環介質，所述的地埋管換熱器與井筒(圍巖)之間通過水泥砂漿固井形成密封；所述地埋管換熱器的對流井筒通過換熱管道形成與所述地源熱泵循環系統相對獨立不連通的循環系統，所述地埋管換熱器的所述循環介質與所述地源熱泵循環系統實現熱交換，所述地源熱泵循環系統將熱交換獲取的熱量通過所述供暖系統傳遞至供暖建筑。

在上述技術方案中，優選地，所述地埋管換熱器采用豎直或L型的同軸套管結構，所述地埋管換熱器內包括高保溫隔熱的同軸套管。

在上述技術方案中，優選地，所述地埋管換熱器采用U型對接井管結構，所述U型對接井管的底部水平段對應穿過所述深層儲熱含水層，所述高效金屬換熱器設置于該水平段，所述U型對接井管的兩側直井段分別與所述換熱管道相連通形成循環對流。