CN201866970U - 同层地热循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种同层地热循环利用系统，包括抽水井、回灌井、虹吸管和引水管等，抽水井井口及回灌井井口均密封设置，地上换热器的管程出口通过回水管连通于回灌井静水位液面上方；虹吸管两端分别密封穿过抽水井和回灌井并连通于所在井的动水位液面下方；运行时，地热水与地上换热器管程内与壳程内的冷流体换热，降温后再通过回水管回到回灌井内；因抽水井及回水井均密封设置，当井液面降低，回灌井液压高于抽水井内液压后，回灌井内的水被虹吸管抽送至抽水井，与此同时，回灌井液面下降，回灌井的空气段内腔呈负压态，地上换热器管程内的地热水即可在负压作用下经回水管自动导入回灌井内，系统能耗低，安全性高，结构简单且易于实现。

Description

同层地热循环利用系统

技术领域

本实用新型涉及地热循环利用，特别涉及一种同层地热循环利用系统。 

背景技术

地热资源作为可再生的能源，虽然目前在整个能源结构中的地位微乎其微，但与太阳能、风能及潮汐能等相比较，品位却是最高，是最为现实可行的热源，若进行合理的开发利用，就会成为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源。地热利用途径及利用效率是目前能源领域的研究重点。 

温泉洗浴是最原始的地热利用方式，已有数千年历史。随着科技进步，热泵等技术的出现使地热能在更广阔的领域体现出价值。例如利用地热资源的热泵热水技术运用在家庭中，地暖，整体热水供应，夏季空调利用综合初装设计费用和运行使用费用较其它方式要节能得多，其次利用高温地热流体发电也成为了新的尝试。 

地热源主要具有几大特点：1、水质矿化度高，对开采设备以及管路的腐蚀性强，尾水不经处理就进行排放会对地表生态环境造成严重破坏；2、对地热水的大规模开采和利用会造成浅表地下水体水位下降，而来自大气降水的补充不能够完全填补这方面的缺失，当地热水体被过量开采后，不可避免地产生岩层内及岩层下的水体空缺，导致大地的稳定性受到破坏。尤其是在一些蕴藏有大量地热资源的沿海地区，因地下多沉积巨厚的松散层，其颗粒较细，结构复杂，更易因地热水开采诱发地面沉降等破坏。 

较为有效的方式是，将利用过后的地热尾水进行回灌，现有方式包括a、单井异层回灌：即将某地层内的地热水利用后从同一口井内回灌至另一地层内，该方法主要缺陷在于：回灌水没有充分与浅表土壤进行热量交换，温度尚未恢复到初始温度，就被抽回，土壤热效利用低，其次，于同一口井内同时进行抽水和回灌，抽水量和回灌量均降低，地面采暖效果易受较大影响，再次，异层回灌，须得保障取水层和回灌水层水质近似，否则，易对回灌水层造成污染，同时，取水层因尾水无法回位，取水时带出的泥砂、粘土无法回到取水层，长年累月造成该层地质结构发生变化；b、异井异层回灌，异井回灌方式延长了尾水的流程，便于其与岩土层进行充分的热交换，但同样易导致水质污染及地质结构变化的问题；c、异井同层回灌，异井同层回灌是目前采用较广的方式，克服了前两种方式的诸多缺陷。 

但实际操作中，因开采井与回灌井液面之间的压差不足，常常遇到回灌量显著低于开采量的情况，须得加压回灌，加大回灌力度，才能保障基本要求。加压回灌能耗大，对系统的安全性能要求高，操作不当即会产生一定安全隐患。 

需要克服所述缺陷，提供一种地热循环利用系统，采用异井同层回灌的方式进行地热利用，尾水回灌时无需加压即可满足需求，回灌率高，回灌效果好，能耗低，系统运行安全。 

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种同层地热循环利用系统，采用异井同层回灌的方式进行地热利用，尾水回灌时无需加压，即可满足需求，回灌率高，回灌效果好，能耗低，系统运行安全。 

本实用新型的同层地热循环利用系统，包括抽水井、回灌井、地上换热器、冷流体输送管路和取暖管网，抽水井底部与回灌井底部连通于同层地热水层，抽水井底部设置潜水泵，潜水泵的出水口通过地上换热器的管程与回灌井连通，冷流体输送管路通过地上换热器的壳程与取暖管网连通，在此基础上，本实用新型结构还包括虹吸管、引水管和回水管，抽水井井口及回灌井井口均密封设置；引水管密封穿过抽水井，潜水泵的出水口通过引水管与地上换热器的管程入口连通，回水管密封穿过回水井，地上换热器的管程出口通过回水管连通于回灌井静水位液面上方； 

虹吸管一端密封穿过抽水井连通于抽水井动水位液面下方，另一端密封穿过回水井连通于回水井动水位液面下方；

地热水流动管路上沿地热水流动方向设置单向阀。

进一步，回灌井为至少两口并沿抽水井周向分布，地上换热器为至少两套并依次串联，潜水泵的出水口通过引水管与首套地上换热器的管程入口连通，尾套地上换热器的管程出口与各个回灌井的回水管连通； 

进一步，引水管管路上设置除砂器；

进一步，抽水井侧壁及回灌井侧壁位于各自动水位液面下方均设置贯穿井内壁和井外壁的渗水孔；

进一步，抽水井井口和回灌井井口分别通过密封压盖密封设置，引水管沿抽水井纵向密封穿过抽水井井口的密封压盖，回水管沿回灌井纵向密封穿过回灌井井口的密封压盖。

本实用新型的有益效果：本实用新型结构的同层地热循环利用系统包括虹吸管、引水管和回水管，抽水井井口及回灌井井口均密封设置；潜水泵的出水口通过引水管与地上换热器的管程入口连通，地上换热器的管程出口通过回水管连通于回灌井静水位液面上方；虹吸管一端密封穿过抽水井连通于抽水井动水位液面下方，另一端密封穿过回水井连通于回水井动水位液面下方；潜水泵工作时，地热水流至地上换热器的管程内并与壳程内的冷流体换热，冷流体升温后被输送至取暖管网供用户取暖，而降温的地热水（即尾水）则通过回水管回到回灌井内，在相同地热层内被再次加热；因抽水井及回水井均密封设置，二者静水位液面上方封闭了一段空气，设置虹吸管后，潜水泵抽水，抽水井液面降低，回灌井液压高于抽水井内液压，回灌井内的地热水被虹吸管抽送至抽水井，与此同时，回灌井的液面下降，回灌井的空气段内腔呈负压态，地上换热器管程内的地热水即可在负压作用下经回水管自动导入回灌井内，地热水流动管路上沿地热水流动方向设置单向阀，防止流体倒流，降低运行风险；基于此，本实用新型有效解决了传统地热水回灌时必须加压回灌的问题，在没有加压装置的情况下实现了尾水的有效回灌，同时系统能耗降低，操作安全性提高。 

整个系统结构简单，易于实现，在地热的开发利用方面广阔前景及重要意义。 

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。 

图1为本实用新型的结构示意图； 

图2为图1的A部放大图。

具体实施方式

图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1的A部放大图。 

如图所示： 

本实施例的同层地热循环利用系统，包括抽水井1、回灌井2、地上换热器3、冷流体输送管路4、取暖管网12、虹吸管8、引水管6和回水管7，抽水井底部与回灌井底部连通于同层地热水层13，抽水井底部设置潜水泵5，潜水泵5的出水口通过地上换热器的管程与回灌井2连通，冷流体输送管路4通过地上换热器的壳程与取暖管网连通，抽水井井口及回灌井井口均密封设置；引水管6密封穿过抽水井，潜水泵5的出水口通过引水管6与地上换热器3的管程入口连通，回水管7密封穿过回水井，地上换热器3的管程出口通过回水管7连通于回灌井静水位液面上方；虹吸管8一端密封穿过抽水井连通于抽水井动水位液面下方，另一端密封穿过回水井连通于回水井动水位液面下方；地热水流动管路上沿地热水流动方向设置单向阀9。

潜水泵5工作时，地热水经引水管6流至地上换热器3的管程内，并与流经地上换热器3壳程内的冷流体换热，冷流体吸热升温后被输送至取暖管网供用户取暖，而降温的地热水（即尾水）则通过回水管回到回灌井内，在相同地热层内被再次加热；因设置虹吸管且抽水井及回灌井均为密封状态，潜水泵抽水时，抽水井液面降低，回灌井内液压高于抽水井内液压，虹吸管抽送回灌井内的地热水至抽水井，与此同时，回灌井的液面下降，回灌井的空气段内腔呈负压态，地上换热器管程内的地热水即可在负压作用下经回水管自动导入回灌井内，地热水流动管路上沿地热水流动方向设置单向阀9，本实施例中，单向阀9可防止回灌井内的流体倒流，保障其负压态的稳定，在此方案中，抽水井不局限其数量，一个或多个均可。其中，地上换热器可以一套或多套，若为多套换热器，多套换热器之间可以并联，也可以串联，还可并联一部分换热器之后再与其余换热器串联。 

作为上述方案的优选方案，回灌井2为至少两口并沿抽水井周向分布，具体实施方式为回灌井为两口（图中仅示出其中一口），在抽水井抽水功率一定的情况下，回灌井数量增多可有效提高尾水回灌率；地上换热器为至少两套并依次串联，具体实施方式为两套，潜水泵的出水口通过引水管与首套地上换热器的管程入口连通，尾套地上换热器的管程出口通过分水器19与各个回灌井的回水管连通，换热器串联使冷流体能够更加充分得吸收地热水的热量，提高系统换热效能。 

在前述结构的基础上，本实施例进一步于引水管管路上设置除砂器11，使抽水带出的泥土、砂石得到过滤，降低管路堵塞的风险，提高设备使用寿命。 

在前述结构的基础上，本实施例进一步于抽水井侧壁位于其动水位液面下方设置贯穿抽水井内壁与外壁的抽水井渗水孔111，回灌井侧壁位于其动水位液面下方设置贯穿回灌井内壁与外壁的回灌井渗水孔112，便于土壤中的渗水流入井内。 

在前述结构的基础上，本实施例进一步通过密封压盖结构对抽水井井口和回灌井井口进行密封，引水管沿抽水井纵向密封穿过抽水井井口的密封压盖，回水管沿回灌井纵向密封穿过回灌井井口的密封压盖，如图所示，密封压盖包括封井法兰井盖18，封井法兰井盖18通过预埋地脚螺栓14与地面固定设置，封井法兰井盖18的下端与井管15上端共同内套于柔性管16内，柔性管16外圆通过两个夹箍箍紧即可，引水管6与回水管7穿过密封压盖时，均可通过密封圈结构实现贯穿部位的密封，此为现有技术，在此不多做阐述。 

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 

Claims (5)

1.一种同层地热循环利用系统，包括抽水井（1）、回灌井（2）、地上换热器（3）、冷流体输送管路（4）和取暖管网，抽水井底部与回灌井底部连通于同层地热水层，抽水井底部设置潜水泵（5），潜水泵（5）的出水口通过地上换热器的管程与回灌井（2）连通，冷流体输送管路（4）通过地上换热器的壳程与取暖管网连通，其特征在于：抽水井井口及回灌井井口均密封设置；

还包括虹吸管（8）、引水管（6）和回水管（7）；

引水管（6）密封穿过抽水井，潜水泵（5）的出水口通过引水管（6）与地上换热器（3）的管程入口连通，回水管（7）密封穿过回水井，地上换热器（3）的管程出口通过回水管（7）连通于回灌井静水位液面上方；

虹吸管（8）一端密封穿过抽水井连通于抽水井动水位液面下方，另一端密封穿过回水井连通于回水井动水位液面下方；

地热水流动管路上沿地热水流动方向设置单向阀（9）。

2.根据权利要求1所述的同层地热循环利用系统，其特征在于：回灌井（2）为至少两口并沿抽水井周向分布，地上换热器为至少两套并依次串联，潜水泵（5）的出水口通过引水管（6）与首套地上换热器的管程入口连通，尾套地上换热器的管程出口与各个回灌井的回水管连通。

3.根据权利要求1或2所述的同层地热循环利用系统，其特征在于：引水管管路上设置除砂器（10）。

4.根据权利要求3所述的同层地热循环利用系统，其特征在于：抽水井侧壁及回灌井侧壁位于各自动水位液面下方均设置贯穿井内壁和井外壁的渗水孔。

5.根据权利要求4所述的同层地热循环利用系统，其特征在于：抽水井井口和回灌井井口分别通过密封压盖密封设置，引水管（6）沿抽水井纵向密封穿过抽水井井口的密封压盖，回水管（7）沿回灌井纵向密封穿过回灌井井口的密封压盖。

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