一种中深层无干扰地热取热系统的制作方法

1.本实用新型属于地热设备技术领域，尤其涉及一种中深层无干扰地热取热系统。


背景技术：

2.地热能为地球本身蕴藏的能量，属于可再生能源，地热取热系统是指对地热热能进行提取的系统，提取得到的热能可以应用到诸如供热系统中，作为采暖供热的热源。中深层地热取热通常是指对深度范围为1500～3000米的地热层内的地热热能进行取热，在这个地热层内，地热水源的温度可达60～120℃。
3.随着技术的发展以及人们对地下水水位变化的日益重视，传统对地热水进行直接采集使用的方式逐渐得到淘汰，取而代之的是“取热不取水”技术。“取热不取水”是指只采集使用地热水源中的热能而不对地热水进行采集，这样既实现了供热系统的热源获取，又避免了由于地热水源的过渡采集导致的地下水位变化等问题，是一种对环境友好的地热供热技术。“取热不取水”的核心是在不采集地热水源的基础上获取地热水源中含有的热能，典型的处理方式为“回灌平衡”模式，即在地表采用换热设备对地热水源中的热能进行提取之后再将地热水源回灌至井内。
4.由前述可知，要实现“取热不取水”的模式，不仅要求取热系统具备对地热水源的采集功能，而且需要具备对地热水源进行回灌的功能。前一功能用于从井下顺利提取地热水源，后一功能用于将取热利用后的地热水源重新回灌至井内。另一方面，中深层的地热水源提取至地面之后，需要以相对高效的方式对水源中的热能进行提取和利用，保证系统整体的热利用效率。现有的地热取热系统难以满足前述要求，需要根据要求进行结构上的优化设计。


技术实现要素：

5.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、取热效率高且对水源的回灌效果好的中深层无干扰地热取热系统。
6.本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种中深层无干扰地热取热系统包括位于地热井内的管井装置、位于井口位置的井口组件以及位于地上的换热装置；管井装置包括位于中下部的集水盒组件，在集水盒组件的上方安装有回灌组件、下方安装有取水组件，在回灌组件与井口组件之间设有井管；回灌组件包括带有回灌孔的回灌套管，回灌套管的上端与井管的下端对接连接、下端与集水盒组件连接；取水组件包括带有取水孔的取水套管，取水套管的上端与集水盒组件连接，在取水套管的内部设有多个换热管，各换热管的上端与取水组件连接；井口组件包括与井管对接连接的取水外套管，在取水外套管上横向贯穿有输送管，输送管的中部连接有取水管，取水管的下端与集水盒组件连接，在取水外套管的上方还安装有回灌外套管，在回灌外套管上连接有回灌管；回灌管和输送管通过管路与换热装置连接。
7.本实用新型的优点和积极效果是：
8.本实用新型提供了一种结构设计合理的中深层无干扰地热取热系统，与现有的地热取热系统相比，本实用新型中通过在地热井内设置井管、回灌组件、集水盒组件和取水组件等构成，令地热取热系统具备了对地热水源的采集功能和回灌功能。通过设置回灌组件由回灌套管构成，实现了对地热水源的回灌，配合井口组件以及增压水泵等设施还能够实现加压回灌的方式，保证了地热水源的回灌效果。回灌组件位于取水组件上方，回灌的地热水源进入岩层后向取水组件循环式移动，因此形成了水源在井下的换热式循环。通过设置井口组件由取水外套管、输送管、取水管、回灌外套管和回灌管等构成，实现了一种结构紧凑的井口结构设计，该井口组件加装到井管的顶端位置，同时实现了地热水源取用和回灌的双重功能。通过在地上设置换热装置，与设置在井下的带有换热管的取水组件配合，实现了对地热水源中的热能进行高效提取的技术效果，取热效率高。
9.优选地：集水盒组件包括位于中部的扁圆柱形的集水盒本体，在集水盒本体的顶部设有上连接套管、底部设有下连接套管，上连接套管插装在回灌套管的下端且两者密封焊接固定，下连接套管插装在取水套管的上端且两者密封焊接固定。
10.优选地：换热管包括位于中部的波纹钢管，在波纹钢管的上端设有平直的上接管、下端设有平直的下接管，上接管与集水盒本体贯通连接；在波纹钢管的外壁上设有换热翅片；换热翅片包括螺旋形的翅片条带，在翅片条带的外侧边缘上设有等间距布置的翅片单体；翅片条带以螺旋的方式套设在波纹钢管上且波纹钢管的外壁与翅片条带的内侧边缘焊接固定。
11.优选地：在取水套管的下端内部还安装有支架板，各换热管的下接管穿过位于支架板上的管孔且密封焊接固定；换热管的数量为三个，沿周向等角度间隔设置；取水管的中心线与井管的中心线重合，各换热管的中心线与井管的中心线平行。
12.优选地：取水管的上端与输送管中部的支管之间通过法兰盘对接连接；在输送管的一端安装有盲板；回灌外套管与取水外套管之间通过法兰盘对接连接；在回灌外套管的顶部安装有盲板。
13.优选地：换热装置包括支撑框架，在支撑框架上安装有第一板式换热器和第二板式换热器；在两个板式换热器的一次侧入口上安装有一次侧进水管、一次侧出口上安装有一次侧出水管、二次侧入口上安装有二次侧进水管、二次侧出口上安装有二次侧出水管，在一次侧进水管上安装有增压泵。
14.优选地：一次侧进水管包括一次侧分水管、一次侧集水管、一次侧输入总管和两个一次侧连接分管，在一次侧分水管与一次侧集水管之间设有三个连通管，在每个连通管上各安装有一个所述增压泵；一次侧输入总管安装在一次侧分水管上，两个一次侧连接分管连接在一次侧集水管上且外端分别与两个板式换热器的一次侧入口连接。
15.优选地：二次侧进水管包括二次侧分水管、二次侧输入总管和两个二次侧连接分管，二次侧输入总管安装在二次侧分水管上，两个二次侧连接分管连接在二次侧分水管上且外端分别与两个板式换热器的二次侧入口连接。
16.优选地：还包括取样检测组件，取样检测组件包括与一次侧分水管连接的取样检测管路，在取样检测管路上安装有取样检测泵。
17.优选地：在一次侧输入总管和二次侧输入总管上均安装有管道过滤器。
附图说明
18.图1是本实用新型的结构示意图；
19.图2是图1中换热装置的结构示意图；
20.图3是图1中井口组件的结构示意图；
21.图4是图1中管井装置的结构示意图；
22.图5是图4中换热组件的结构示意图。
23.图中：
24.1、换热装置；1
‑
1、取样检测泵；1
‑
2、支撑框架；1
‑
3、一次侧进水管；1
‑
4、一次侧分水管；1
‑
5、增压泵；1
‑
6、一次侧出水管；1
‑
7、一次侧集水管；1
‑
8、二次侧出水管；1
‑
9、第一板式换热器；1
‑
10、第二板式换热器；1
‑
11、二次侧进水管；1
‑
12、二次侧分水管；1
‑
13、管道过滤器；1
‑
14、电控箱；2、井口组件；2
‑
1、回灌管；2
‑
2、回灌外套管；2
‑
3、输送管；2
‑
4、取水外套管；2
‑
5、取水管；3、井管；4、回灌组件；4
‑
1、回灌套管；4
‑
2、回灌孔；5、集水盒组件；5
‑
1、集水盒本体；5
‑
2、上部连接管；5
‑
3、下部连接管；6、取水组件；6
‑
1、取水套管；6
‑
2、取水孔；6
‑
3、支架板；6
‑
4、换热管；6
‑4‑
1、下接管；6
‑4‑
2、换热翅片；6
‑4‑
3、波纹钢管；6
‑4‑
4、上接管。
具体实施方式
25.为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。
26.请参见图1，本实用新型的中深层无干扰地热取热系统包括位于地热井内的管井装置、位于井口位置的井口组件2以及位于地上的换热装置1。管井装置包括位于中下部的集水盒组件5，在集水盒组件5的上方安装有回灌组件4、下方安装有取水组件6，在回灌组件4与井口组件2之间设有井管3。
27.其中，换热装置1用于对从地热井中抽取得到的地热水源进行换热取热，井口组件2安装在地热井的井口位置，提供一种集成化的井口结构，同时满足地热水源的取水功能和回灌功能。回灌组件4用于回灌的水源向周围岩层回灌，取水组件6用于从地热井的井底抽取地热水源，集水盒组件5用于对抽取得到的地热水源进行汇集。井管3作为管井装置的主体部分，从回灌组件4延伸至井口组件2。
28.请参见图2，可以看出：
29.换热装置1包括支撑框架1
‑
2，支撑框架1
‑
2安装固定在地面上。在支撑框架1
‑
2上安装有第一板式换热器1
‑
9和第二板式换热器1
‑
10，在两个板式换热器的一次侧入口上安装有一次侧进水管1
‑
3、一次侧出口上安装有一次侧出水管1
‑
6、二次侧入口上安装有二次侧进水管1
‑
11、二次侧出口上安装有二次侧出水管1
‑
8，在一次侧进水管1
‑
3上安装有增压泵1
‑
5。
30.抽取得到的地热水源从两个板式换热器的一次侧流过，换热介质从两个板式换热器的二次侧流过。地热水源与换热介质在板式换热器内换热，地热水源温度降低，换热介质温度升高，实现对热能的提取和利用。
31.本实施例中，一次侧进水管1
‑
3包括一次侧分水管1
‑
4、一次侧集水管1
‑
7、一次侧输入总管和两个一次侧连接分管，在一次侧分水管1
‑
4与一次侧集水管1
‑
7之间设有三个连通管，在每个连通管上各安装有一个增压泵1
‑
5，三者构成一用两备，保证装置运转的可靠性。一次侧输入总管安装在一次侧分水管1
‑
4上，两个一次侧连接分管连接在一次侧集水管
1
‑
7上且外端分别与两个板式换热器的一次侧入口连接。地热水源经由一次侧输入总管进入一次侧分水管1
‑
4，之后经过连通管和增压泵1
‑
5进入一次侧集水管1
‑
7，之后经由两个一次侧连接分管分别进入两个板式换热器的一次侧入口。
32.第一板式换热器1
‑
9和第二板式换热器1
‑
10两者的一次侧出口同时通过管路连接至一次侧出水管1
‑
6，因此一次侧出水管1
‑
6相当于两个板式换热器的一次侧出口的集水管。
33.本实施例中，二次侧进水管1
‑
11包括二次侧分水管1
‑
12、二次侧输入总管和两个二次侧连接分管，二次侧输入总管安装在二次侧分水管1
‑
12上，两个二次侧连接分管连接在二次侧分水管1
‑
12上且外端分别与两个板式换热器的二次侧入口连接。换热介质经由二次侧输入总管进入二次侧分水管1
‑
12，之后经由两个二次侧连接分管分别进入两个板式换热器的二次侧入口。
34.第一板式换热器1
‑
9和第二板式换热器1
‑
10两者的二次侧出口同时通过管路连接至二次侧出水管1
‑
8，因此二次侧出水管1
‑
8相当于两个板式换热器的二次侧出口的集水管。
35.本实施例中，还包括取样检测组件，取样检测组件包括与一次侧分水管1
‑
4连接的取样检测管路，在取样检测管路上安装有取样检测泵1
‑
1。具体地，取样检测泵1
‑
1并列设置有两个，实现一备一用，保证运行的可靠性。通过开启取样检测泵1
‑
1，能够将一次侧分水管1
‑
4内的少量地热水源向外抽取排出，用于计量地热水源进入板式换热器前的温度值以及检测得到水源的水质情况。
36.本实施例中，在一次侧输入总管和二次侧输入总管上均安装有管道过滤器1
‑
13，两个管道过滤器1
‑
13分别用于滤除地热水源和换热介质中的颗粒物杂质，令流经板式换热器一次侧和二次侧的地热水源、换热介质洁净。
37.换热装置1还包括电控箱1
‑
14，换热装置1的三个增压泵1
‑
5和两个取样检测泵1
‑
1均与电控箱1
‑
14连接，电控箱1
‑
14控制前述各泵体运转，实现对整个换热过程的控制。
38.请参见图3，可以看出：
39.井口组件2包括与井管3对接连接的取水外套管2
‑
4，在取水外套管2
‑
4上横向贯穿有输送管2
‑
3，输送管1
‑
3的中部连接有取水管2
‑
5，取水管2
‑
5的下端与集水盒组件5连接。在取水外套管2
‑
4的上方还安装有回灌外套管2
‑
2，在回灌外套管2
‑
2上连接有回灌管2
‑
1。
40.本实施例中，如图中所示，取水管2
‑
5的上端与输送管2
‑
3中部的支管之间通过法兰盘对接连接；在输送管2
‑
3的一端安装有盲板；回灌外套管2
‑
2与取水外套管2
‑
4之间通过法兰盘对接连接；在回灌外套管2
‑
2的顶部安装有盲板。前述通过法兰盘进行连接的方式令井口组件2整体能够进行拆装，便于本地热取热系统的构建以及维护。
41.井口组件2用于提供一种结构紧凑的、同时具有地热水源取用功能和回灌功能的井口结构，减小占地面积。如图中所示，抽取的地热水源经由取水管2
‑
5进入输送管2
‑
3后向外输出，回灌的地热水源经由回灌管2
‑
1进入回灌外套管2
‑
2和取水外套管2
‑
4的内腔并下行进入井管3的内腔，由此可知，抽取和回灌两种状态的地热水源沿各自的路径移动，互不干扰。
42.回灌管2
‑
1和输送管2
‑
3通过管路与换热装置1连接，具体地，输送管2
‑
3通过管路连接至一次侧输入总管，回灌管2
‑
1通过管路连接至一次侧出水管1
‑
6。从地热井内提取得
到的地热水源经由输送管2
‑
3向换热装置1输送，在换热装置1内完成换热的地热水源经由回灌管2
‑
1向地热井内进行回灌。
43.请参见图4，可以看出：
44.回灌组件4包括带有回灌孔4
‑
2的回灌套管4
‑
1，回灌套管4
‑
1的上端与井管3的下端对接连接、下端与集水盒组件5连接。
45.请参见图4，可以看出：
46.取水组件6包括带有取水孔6
‑
2的取水套管6
‑
1，取水套管6
‑
1的上端与集水盒组件5连接，在取水套管6
‑
1的内部设有多个换热管6
‑
4，各换热管6
‑
4的上端与集水盒组件5连接。
47.请参见图4，可以看出：
48.集水盒组件5包括位于中部的扁圆柱形的集水盒本体5
‑
1，在集水盒本体5
‑
1的顶部设有上连接套管5
‑
2、底部设有下连接套管5
‑
3，上连接套管5
‑
2插装在回灌套管4
‑
1的下端且两者密封焊接固定，下连接套管5
‑
3插装在取水套管6
‑
1的上端且两者密封焊接固定。
49.具体地，集水盒本体5
‑
1由圆形的上板、圆形的下板以及位于中部的扁平套管构成，上板的外侧边缘与扁平套管的顶部边缘密封焊接固定，下板的外侧边缘与扁平套管的底部边缘密封焊接固定，扁平套管的外径、回灌套管4
‑
1的外径以及取水套管6
‑
1的外径相等。进一步地，回灌套管4
‑
1的下端边缘与集水盒本体5
‑
1的上板边缘密封焊接，取水套管6
‑
1的上端边缘与集水盒本体5
‑
1的下板边缘密封焊接。
50.请参见图5，可以看出：
51.换热管6
‑
4包括位于中部的波纹钢管6
‑4‑
3，在波纹钢管6
‑4‑
3的上端设有平直的上接管6
‑4‑
4、下端设有平直的下接管6
‑4‑
1，上接管6
‑4‑
4与集水盒本体5
‑
1贯通连接、下端敞口；在波纹钢管6
‑4‑
3的外壁上设有换热翅片6
‑4‑
2。波纹钢管6
‑4‑
3是指外壁成波纹状的钢管，波纹钢管在单位长度内具有更大的表面积、更有利于换热。上接管6
‑4‑
4和下接管6
‑4‑
1两者用于提升组装连接的便利性，具体地，在集水盒本体5
‑
1的下板上的相应位置设置连接孔，上接管6
‑4‑
4的上端与相应的连接孔对接连接并密封焊接固定。
52.本实施例中，为了提升各换热管6
‑
4的结构稳定性，在取水套管6
‑
1的下端内部还安装有支架板6
‑
3，各换热管6
‑
4的下接管6
‑4‑
1穿过位于支架板6
‑
3上的管孔且密封焊接固定。
53.本实施例中，换热翅片6
‑4‑
2包括螺旋形的翅片条带，在翅片条带的外侧边缘上设有等间距布置的翅片单体；翅片条带以螺旋的方式套设在波纹钢管6
‑4‑
3上且波纹钢管6
‑4‑
3的外壁与翅片条带的内侧边缘焊接固定。
54.本实施例中，换热管6
‑
4的数量为三个，沿周向等角度间隔设置，即相邻两个换热管6
‑
4之间的夹角为120
°
；取水管2
‑
5的中心线与井管3的中心线重合，各换热管6
‑
4的中心线与井管3的中心线平行。
55.工作过程：
56.在增压泵1
‑
5的泵送作用下，地热井内的地热水源被取水组件6抽取，之后上行进入汇集盒组件5，之后由取水管2
‑
5上行到达输送管2
‑
3，最终从井口组件2排出；可以想到的是，还可以在地面另行设置抽水水泵以及具有保温能力的地热水源中转水箱，抽取得到的地热水源先进入中转水箱，之后在增压泵1
‑
5的作用下进入换热装置1；
57.由输送管2
‑
3排出的地热水源进入两个板式换热器的一次侧入口，换热降温后从一次侧出口排出，排出的地热水源经由回灌管2
‑
1进入井口组件2，回灌的地热水源降至回灌组件4内，通过回灌套管4
‑
1上的回灌孔4
‑
2回灌到周围的岩层内；流经两个板式换热器的二次侧的换热介质吸收地热水源中的热能而升温，实现对地热水源中热能的提取和利用。