CN109406753A

CN109406753A - 高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置

Info

Publication number: CN109406753A
Application number: CN201811272905.9A
Authority: CN
Inventors: 王春; 程露萍; 熊祖强; 王成; 王怀彬; 刘星乐; 李俊彪; 张志方
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2019-03-01

Abstract

本发明公开了高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验利用高温驱动气液自行循环模拟试验，达到开采地热能的资源利用率更高，增加深层地热能的循环利用；地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生资源，其开发利用具有供能持续稳定、高效循环利用、可再生的特点，可减少温室气体排放、改善生态环境，在未来清洁能源发展占居重要地位，有望成为能源结构转型的新方向。

Description

高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置

技术领域

本发明涉及能源开采技术领域，具体涉及高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置。

背景技术

随着石油、天然气、煤炭等化石能源消耗剧增，生态环境保护压力与日俱增，节能减排、绿色发展、开发利用可再生能源等举措已刻不容缓，地热能作为一种清洁、低碳的可再生资源，具有高效循环利用、供能稳定、开发耗时短等巨大优势，可有效促进生态环境改善，是未来清洁能源发展的新趋向，目前，虽然地热开发利用量逐年增加，效率不断提高，在直接利用（供暖、康养、种养殖等）和发电方面取得了突破发展，但仍然处于浅层地热开发，存在利用率低、开发利用效益差、热水污染等问题，尤其是地热发电（高温岩体地热发电）仍处于试验阶段。

目前，地热能开发利用的方式为“一注一抽循环取热”，即注水井回灌低温水，生产井开采高温水或水蒸气用来发电、供暖等，此循环的回灌、采热等主要环节都需要消耗能量，基于能量守恒的考虑，可推测上述地热能开采方式开采地热能时的资源利用率不高，同时高温岩体在冷热水交替影响的环境中可能出现变形、损伤、破坏等现象，导致生产井、回灌井变形、坍塌几率大，阻碍深层地热能的循环利用。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，包括供电加热装置、安全防护装置、循环生产装置、监测监控装置和降压补给装置，所述供电加热装置包括供电加热器、加热棒、耐高温材料以及温度显示仪；所述安全防护装置包括绝缘隔热底座和绝缘隔热防护箱，所述循环生产装置包括注水井、注水通道、生产井、液化器、水力发电机组和蒸汽发电机组；所述监测监控装置包括深度标尺I、深度标尺II、电量监测仪、气压监测仪、温度监测仪和流量监测仪；所述降压补给装置包括补水箱、补水管道；所述供电加热装置、循环生产装置、监测监控装置和降压补给装置均设置在绝缘隔热防护箱的内部，所述绝缘隔热底座设置在绝缘隔热防护箱内部的底部，所述循环生产装置设置在绝缘隔热底座上；所述注水井设置在绝缘隔热防护箱内的左侧，所述生产井设置在绝缘隔热防护箱的右侧，所述注水井的底部通过注水通道连接到生产井的底部，所述生产井的顶部通过液化器连接到注水井的顶部从而形成自循环，所述注水通道从左到右倾斜向下的角度为30～40°，所述水力发电机组设置在注水井的内壁上，所述蒸汽发电机组设置在生产井的内壁上，所述生产井的外壁上设置有隔热层；所述供电加热装置设置在注水通道的下端部，所述耐高温材料设置在注水通道的下端部，所述加热棒设置在耐高温材料的内部，所述供电加热器设置在注水通道的下部，所述供电加热器与加热棒连接，所述温度显示仪设置在供电加热器的前面板上；所述深井标尺I设置在注水井的左侧且与注水井连接，所述深井标尺II设置在生产井的右侧且与生产井连接，所述电量监测仪、气压监测仪、温度监测仪和流量监测仪设置在注水通道的上部，并且设置在注水井与生产井之间，所述电量监测仪、气压监测仪、温度监测仪和流量监测仪均与水力发电机组和蒸汽发电机组连接；所述降压补给装置设置在注水井顶部的右侧，所述补水箱通过补水管道连接到注水井上。

进一步的，所述耐高温材料为岩石。

进一步的，所述耐高温材料的设计温度为100～600°。

进一步的，所述耐高温材料的设计温度为200°。

进一步的，所述注水通道从左到右倾斜向下的角度为32°。

采用上述技术方案，本发明的有益效果：

高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验利用高温驱动气液自行循环模拟试验，达到开采地热能的资源利用率更高，增加深层地热能的循环利用；地热能是一种清洁低碳、分布广泛、资源丰富、安全优质的可再生资源，其开发利用具有供能持续稳定、高效循环利用、可再生的特等，可减少温室气体排放、改善生态环境，在未来清洁能源发展占居重要地位，有望成为能源结构转型的新方向；据初步估算，中国大陆埋深3000m~10000m的高温岩体地热能资源量约为2.5×10²⁵J（折合标准煤约为856亿万吨）；由此可预测，如果深部高温岩体地热能得到充分利用，可能成为能源结构支柱；也间接改善了环境，地热能用以发电，减少了火力发电量，进一步减少了有害气体的排放，也减少了粉尘的产生，最终可降低“雾霾”天气的出现，还给人们蓝天。

附图说明

图1是本发明中高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明：

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，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本发明中的具体含义。

结合图1所示：高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，包括供电加热装置1、安全防护装置2、循环生产装置3、监测监控装置4和降压补给装置5，所述供电加热装置1包括供电加热器11、加热棒12、耐高温材料13以及温度显示仪14（用于显示高温岩体温度），所述供电加热装置1加热耐高温材料13，为整个系统提供动力；所述安全防护装置2包括绝缘隔热底座21和绝缘隔热防护箱22，所述安全防护装置2是为了避免试验过程中漏电、漏气、漏水等现象出现，造成伤害事故；所述循环生产装置3包括注水井31、注水通道32、生产井33、液化器34、水力发电机组35和蒸汽发电机组36，所述循环生产装置3是高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置的核心部分，并且为地热能开采模拟试验提供气液循环的通道及发电设备；所述监测监控装置4包括深度标尺I41、深度标尺II42、电量监测仪43、气压监测仪44、温度监测仪45和流量监测仪46，所述监测监控装置4是为了监测试验过程中的各种数据，以便掌控试验精度；所述降压补给装置5包括补水箱51、补水管道52，所述补给装置5是为了维持循环生产系统3中水量的稳定，定时向循环生产装置3内补充水源；所述供电加热装置1、循环生产装置2、监测监控装置3和降压补给装置4均设置在绝缘隔热防护箱22的内部，所述绝缘隔热底座21设置在绝缘隔热防护箱22内部的底部，所述循环生产装置3设置在绝缘隔热底座21上；所述注水井31设置在绝缘隔热防护箱22内的左侧，所述生产井33设置在绝缘隔热防护箱22的右侧，所述注水井31的底部通过注水通道32连接到生产井33的底部，所述生产井33的顶部通过液化器34连接到注水井31的顶部从而形成自循环，所述注水通道32从左到右倾斜向下的角度为30～40°，所述水力发电机组35设置在注水井31的内壁上，所述蒸汽发电机组36设置在生产井33的内壁上，所述生产井33的外壁上设置有隔热层60；所述供电加热装置1设置在注水通道32的下端部，所述耐高温材料13设置在注水通道32的下端部，所述加热棒12设置在耐高温材料13的内部，所述供电加热器11设置在注水通道32的下部，所述供电加热器11与加热棒12连接，所述温度显示仪14设置在供电加热器11的前面板上；所述深井标尺I41设置在注水井31的左侧且与注水井31连接，所述深井标尺II42设置在生产井33的右侧且与生产井33连接，所述电量监测仪43、气压监测仪44、温度监测仪45和流量监测仪46设置在注水通道32的上部，并且设置在注水井31与生产井32之间，所述电量监测仪43、气压监测仪44、温度监测仪45和流量监测仪46均与水力发电机组35和蒸汽发电机组36连接；所述降压补给装置5设置在注水井31顶部的右侧，所述补水箱51通过补水管道52连接到注水井31上。

进一步的，所述耐高温材料13为岩石。

进一步的，所述耐高温材料13的设计温度为100～600°。

进一步的，所述耐高温材料13的设计温度为200°。

进一步的，所述注水通道32从左到右倾斜向下的角度为32°。

工作原理：补水箱51通过补水管道52对循环生产装置3内注入一定量的水，加热耐高温材料13至试验设计温度100～600°之间，高温水蒸气由生产井33上升，带动蒸汽发电机组36运行，将热能转换成电能，水蒸气上升至液化器34，由于温度降低液化流入注水井31，带动水力发电机组35工作，将水的势能转化成电能，电量监测仪43、气压监测仪44、温度监测仪45、流量监测仪46监测各深度位置的电量、气压、温度、流量等数据，用于试验研究，总结规律。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，其特征在于：包括供电加热装置、安全防护装置、循环生产装置、监测监控装置和降压补给装置，所述供电加热装置包括供电加热器、加热棒、耐高温材料以及温度显示仪；所述安全防护装置包括绝缘隔热底座和绝缘隔热防护箱，所述循环生产装置包括注水井、注水通道、生产井、液化器、水力发电机组和蒸汽发电机组；所述监测监控装置包括深度标尺I、深度标尺II、电量监测仪、气压监测仪、温度监测仪和流量监测仪；所述降压补给装置包括补水箱、补水管道；所述供电加热装置、循环生产装置、监测监控装置和降压补给装置均设置在绝缘隔热防护箱的内部，所述绝缘隔热底座设置在绝缘隔热防护箱内部的底部，所述循环生产装置设置在绝缘隔热底座上；所述注水井设置在绝缘隔热防护箱内的左侧，所述生产井设置在绝缘隔热防护箱的右侧，所述注水井的底部通过注水通道连接到生产井的底部，所述生产井的顶部通过液化器连接到注水井的顶部从而形成自循环，所述注水通道从左到右倾斜向下的角度为30～40°，所述水力发电机组设置在注水井的内壁上，所述蒸汽发电机组设置在生产井的内壁上，所述生产井的外壁上设置有隔热层；所述供电加热装置设置在注水通道的下端部，所述耐高温材料设置在注水通道的下端部，所述加热棒设置在耐高温材料的内部，所述供电加热器设置在注水通道的下部，所述供电加热器与加热棒连接，所述温度显示仪设置在供电加热器的前面板上；所述深井标尺I设置在注水井的左侧且与注水井连接，所述深井标尺II设置在生产井的右侧且与生产井连接，所述电量监测仪、气压监测仪、温度监测仪和流量监测仪设置在注水通道的上部，并且设置在注水井与生产井之间，所述电量监测仪、气压监测仪、温度监测仪和流量监测仪均与水力发电机组和蒸汽发电机组连接；所述降压补给装置设置在注水井顶部的右侧，所述补水箱通过补水管道连接到注水井上。

2.根据权利要求1所述高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，其特征在于：所述耐高温材料为岩石。

3.根据权利要求1或2所述高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，其特征在于：所述耐高温材料的设计温度为100～600°。

4.根据权利要求3所述高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，其特征在于：所述耐高温材料的设计温度为200°。

5.根据权利要求1所述高温驱动气液自行循环模拟地热能开采试验装置，其特征在于：所述注水通道从左到右倾斜向下的角度为32°。