CN207065911U - 中深层多功能地源井 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种中深层多功能地源井，属于地源井换热技术领域。包括中深层井管机构和地下端头机构，中深层井管机构包括同轴设置的垂直地埋管和保温管，保温管套设在垂直地埋管中，在垂直地埋管和保温管之间设有电加热电源线和水膜进水管，水膜进水管有两根且沿垂直地埋管的中心线对称设置，地下端头机构包括内部设有第一电加热器的第一微孔管，第一微孔管的投影在垂直地埋管和保温管之间，电加热电源线连接第一电加热器，两根水膜进水管的底部分别连接第一微孔管从而构成U型回路。本实用新型利用了中深层地源井成为超临界水状态后所具有的超氧化能力，用于氧化燃烧有机碳氢化合物，一面产生热一面使水中所含有机污染物分解无害化。

Description

中深层多功能地源井

技术领域

本实用新型属于地源井换热技术领域，涉及一种中深层多功能地源井。

背景技术

在量大面广的建筑物群中，需要供热供暖(供冷)，并且总会产生一些污水和垃圾。以往这些职能都是分由不同的技术/设备领域来解决，比如供热供暖(供冷)中的一种，采用浅层地埋管(<300米深)，中深层2000-3000米，经由电动热泵之类的装置进行热能转换而被利用，其目的是避开地面气温因各地的气候不同所致不确定性，但终归造价高，持续性不定，功能单一受到诸多限制，而污水与垃圾的就地处理则由于量小分散，处理场所限制、二次污染等问题也难于就地简单处理。

对于超临界水处理技术本身而言，目前的问题是：反应器的耐腐能力和结垢堵塞是主要的难点，***大多为地面装置加压能耗与耐压装备必不可少，单机功率较小，使用范围有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种中深层多功能地源井。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种中深层多功能地源井，包括中深层井管机构和地下端头机构，

所述的中深层井管机构包括同轴设置的垂直地埋管和保温管，保温管套设在垂直地埋管中，在垂直地埋管和保温管之间设有电加热电源线和水膜进水管，水膜进水管有两根且沿垂直地埋管的中心线对称设置，

所述的地下端头机构包括内部设有第一电加热器的第一微孔管，第一微孔管的投影在垂直地埋管和保温管之间，电加热电源线连接第一电加热器，两根水膜进水管的底部分别连接第一微孔管从而构成U型回路，所述的第一微孔管位于垂直地埋管底部，

其中一根水膜进水管连接有进气管。

在上述的中深层多功能地源井中，地下端头机构还包括设有第二电加热器的第二微孔管，电加热电源线连接第二电加热器，第二微孔管的投影在保温管内，第二微孔管的顶部密封连接复合单壁管，复合单壁管的顶部与保温管底部密封连接。

在上述的中深层多功能地源井中，在复合单壁管内插设有连接第二微孔管的回水管，所述的复合单壁管顶部与回水管密封连接，且回水管端部延伸到保温管端部。

在上述的中深层多功能地源井中，在垂直地埋管上部外壁设有单井回灌换热器，所述的单井回灌换热器上设有低温地源水进水管和低温地源水出水管。

在上述的中深层多功能地源井中，所述的垂直地埋管深度为2000-3000米，单井回灌换热器内设有套设在垂直地埋管外的保温层且保温层的深度为0-200米，保温管深度不大于1400米，复合单壁管的长度不大于1000米。

在上述的中深层多功能地源井中，所述的第二微孔管套设在第一微孔管内，且第一微孔管位于垂直地埋管底部。

在上述的中深层多功能地源井中，其中一根水膜进水管上设有空气混合器，空气混合器上连接有进气管和污水泵，另一根水膜进水管通过配电柜连接发电机。

在上述的中深层多功能地源井中，回水管连接有换热器，换热器的出口分别连接发电机和水净化过滤器，水净化过滤器连接净化泵，净化泵连接净化出水管，发电机连接冷却器，冷却器连接换热器。

在上述的中深层多功能地源井中，所述的净化泵还通过氧气混合器分别连接有水膜进水管和污水泵的进料口，水净化过滤器底部设有出渣池，污水泵的进料口还连接有有机介质入口管和污水入口管，冷却器内设有循环冷却水管，换热器内设有高温供水管。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：利用了中深层地源井成为超临界水状态后所具有的超氧化能力，用于氧化燃烧有机碳氢化合物，一面产生热一面使水中所含有机污染物分解无害化。水中所含有机污染物被氧化分解成为碳和氢分子而无害化，当污水中富含碳氢化合物时，由地面井口沿内管壁的燃气管输往端头经电热点火进行无焰/有焰燃烧。其污水温度升高并沿另一个通道返回至井口的发电换热装置中，完成热能的转换释放，水质的净化过滤并导入中水回用***。全部过程封闭无二次污染无有害物排出，完成了一次能量的发生产出输出的过程，并且能以主动可调被动可调积极优化的方式服务于区域建筑物群。

附图说明

图1是实用新型提供的平面结构示意图；

图2是图1另一个方向的结构示意图；

图3是中深层井管机构的结构示意图；

图4是地下端头机构的结构示意图。

图中，中深层井管机构1、地下端头机构2、垂直地埋管3、保温管4、电加热电源线5、水膜进水管6、第一电加热器7、第一微孔管8、进气管9、第二电加热器10、第二微孔管11、复合单壁管12、回水管13、单井回灌换热器14、低温地源水进水管15、低温地源水出水管16、保温层17、空气混合器18、污水泵19、配电柜20、发电机21、换热器22、水净化过滤器23、净化泵24、净化出水管25、冷却器26、氧气混合器27、出渣池28、有机介质入口管29、污水入口管30、循环冷却水管31、高温供水管32、弹性三角支架100。

具体实施方式

如图1-4所示，一种中深层多功能地源井，包括中深层井管机构1和地下端头机构2，所述的中深层井管机构1包括同轴设置的垂直地埋管3和保温管4，保温管4套设在垂直地埋管3中，在垂直地埋管3和保温管4之间设有电加热电源线5和水膜进水管6，水膜进水管6有两根且沿垂直地埋管3的中心线对称设置，

地下端头机构2包括内部设有第一电加热器7的第一微孔管8，第一微孔管8的投影在垂直地埋管3和保温管4之间，电加热电源线5连接第一电加热器7，两根水膜进水管6的底部分别连接第一微孔管8从而构成U型回路，所述的第一微孔管8位于垂直地埋管3底部，其中一根水膜进水管6连接有进气管9。

中深层井管机构1和地下端头机构2之间形成环形空间，每隔5-10米用弹性三角支架100保持同轴度，电加热电源线5和水膜进水管6位于环形空间内。

污水通过其中一根水膜进水管6进入到垂直地埋管3底部并灌满垂直地埋管3，第一电加热器7启动加热水温至400℃以上，并使水静压力值大于22MPa，此时水成为临界水，进气管9中通入天然气或空气，电热点火后燃烧，碳氢化合物经天然气点燃后燃烧，使污水温度升高并沿另一根水膜进水管6返回至发电机或换热器，在此过程中产生的热能一部分被传导至岩石层，其余部分随水沿内管上升至井口的换热器，完成热能转换。

地下端头机构2还包括设有第二电加热器10的第二微孔管11，电加热电源线5连接第二电加热器10，第二微孔管11的投影在保温管4内，第二微孔管11的顶部密封连接复合单壁管12，复合单壁管12的顶部与保温管4底部密封连接。

在复合单壁管12内插设有连接第二微孔管11的回水管13，所述的复合单壁管12顶部与回水管13密封连接，且回水管13端部延伸到保温管4端部。

在垂直地埋管3上部外壁设有单井回灌换热器14，所述的单井回灌换热器14上设有低温地源水进水管15和低温地源水出水管16。

垂直地埋管3深度为2000-3000米，单井回灌换热器14内设有套设在垂直地埋管3外的保温层17且保温层17的深度为0-200米，保温管4深度不大于1400米，第一微孔管8和第二微孔管11的长度的在100-500米，复合单壁管12的长度不大于1000米。

第二微孔管11套设在第一微孔管8内，且第一微孔管8位于垂直地埋管3底部。

其中一根水膜进水管6上设有空气混合器18，空气混合器18上连接有进气管9和污水泵19，另一根水膜进水管6通过配电柜20连接发电机21。

回水管13连接有换热器22，换热器22的出口分别连接发电机21和水净化过滤器23，水净化过滤器23连接净化泵24，净化泵24连接净化出水管25，发电机21连接冷却器26，冷却器26连接换热器22。

净化泵24还通过氧气混合器27分别连接有水膜进水管6和污水泵19的进料口，水净化过滤器23底部设有出渣池28，污水泵19的进料口还连接有有机介质入口管29和污水入口管30，冷却器26内设有循环冷却水管31，换热器22内设有高温供水管32。

本实用新型的工作过程是：

垂直地埋管3用石油钢管，管径DN150-DN450mm，垂直埋深2200-3000米，最低处端部封闭，构成外管，垂直地埋管3内同轴放置管径DN90-DN350mm的保温管4，垂直***至垂直地埋管3的近最低端部但不封闭管口，保温管4为双层中空隔热不锈钢管，在垂直地埋管3和保温管4的环形空间，每间隔5-10米有弹性三角支架100保持内外管的同轴度，电加热电源线5和进气管9也在环形空间内，进气管中可通入天然气或空气，进气管可以延伸至井口即垂直地埋管3的端部，与水膜进水管6连接。

保温管4的端部的100-500米之间包括第一微孔管8和第二微孔管11，与垂直地埋管3呈垂直同轴套管设置，铸石微孔夹层内衬构成，管径100-400mm，第一微孔管8和第二微孔管11内设耐温陶瓷电热内管，构成第一电加热器7和第二电加热器10，管径90-300mm，端部开口，连接电加热电源线5。

污水泵19将有机介质入口管29和污水入口管30中的有机介质和污水由水膜进水管6压入至垂直同轴套管的环状空间及垂直地埋管3和保温管4的环状空间，一路向下至约2000米后，经由第一电加热器7、第二电加热器10加温至400℃以上，此地的污水将成为超临界水，在有碳氢化合物加入时经天然气点燃变为有焰/无焰燃烧炉，在此过程中产生的热能一部分被传导至岩石层，其余部分随水沿内管上升至水膜进水管6和/或回水管13，与换热器22和发电机21，使清洁水/有机工质升温由进入发电回路/供热回路。水被降温后进入水净化过滤器23，分离出已无害化的固形物，其净化后的水可用于植栽/作为再生水被重复利用。

发电机21和换热器22在配电柜20的统一控制指挥下，可以有多种运行模式，可独立亦可多模式兼用运行。a，纯取热换热模式，即传统的地源井换热取热用于建筑物的供暖***；b，蓄热贮能模式，即可将外部的光伏发电/风力发电等不稳定能源转变为热能蓄贮至地下岩层中，或者在d模式下的发生热能转移至岩层中；c，污水垃圾净化模式兼a/b；d，燃烧炉及发电供热模式兼c，在加入有机质燃料/污泥的状态后成为燃烧炉产热发电模式。

本实用新型的工作原理是：

入***有机物的氧化反应机理：在水中加入O2，活性氧与最弱的c-H键作用产生自由基HO2-，而HO2-与有机物中的H可以生成H2O2，而H2O2进一步分解形成羟基HO-，HO-具有很高的活性，几乎可以和所有的含氢化合物进行反应。

RH十O2>R-十HO2-，

RH十HO2->R-十H2O2，

H2O2>2HO-，

RH十HO->R-十H2O，

前述反应中产生的自由基R-能和O2作用生成氧化自由基ROO-，后者并进一步获取氢原子生成过氧化物：

R-十O2>ROO-

ROO-十RH>ROOH十R-

过氧化物因为很不稳定通常会分解为分子较小的化合物，直至生成甲酸或乙酸等。甲酸或乙酸再经过自由基ROO-氧化过程最终也转化为CO2和H2O。NH3，NO3，>N2O>催化剂十升温>N2。

b，入***有机碳氢化合物的水有，煤粉/生物质/工业有机质/有机废水，水流量10M3～35M3/h，有机物浓度2～5％时，自热维持体系温度外还向外输出热能。

c，井下端部超临界水的反应是，

具有高扩散性，低粘度的非极性溶剂，与许多有机物有戊烷，己烷，苯，甲苯等和气体如氧气等都可以任意比例互溶，形成单一的均相氧化体系。而无机物质，特别是盐类，溶解度很低，析出后便于收集。其特点是：反应速率高，反应时间短<1min，有机物氧化效率达99％以上，碳氧化合物最终可被氧化成为CO2和H2O，含氮元素的有机物被氧化成N2及N2O等物质，氯，硫，磷等元素转化为无机盐的形式从超临界水中沉积下来。由于相对较低的反应温度与焚烧相比，不会有NOx或SO2形成。

d，井口出水的热能水质状态包括，水温150～200℃，含固形颗粒物5～10％，含CO2气体

e，井口热力发电装置的能量转换状态包括，水流量10～35M3/h，发电温差100～150℃，热电转换效率0.4，发电功率400～1200kw。

f，井口热力供应利用转换状态包括，90℃/45℃/20℃三等级外部供热/供冷。

g，井口出水排水水质状态包括，排水经不同精度过滤器过滤后的出水，无菌无毒无污染物，符合地表水排放标准，水温10～20℃，含少量CO2/N2气体。

h，井壁蓄热换热贮能状态包括，

由超临界水热反应24小时后，转为非水热状态后的放热功率峰值2000～3000kW，在冷井状态下，电网电转热蓄贮能力24小时＝3600kw。

本实用新型运行时具有以下优点：

a，可处理的污水流量，浓度范围，

b，可利用燃烧碳氢化合物发电能力，

c，可产生热能，

d，可贮能能力，

e，可调峰的能力，

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了中深层井管机构1、地下端头机构2、垂直地埋管3、保温管4、电加热电源线5、水膜进水管6、第一电加热器7、第一微孔管8、进气管9、第二电加热器10、第二微孔管11、复合单壁管12、回水管13、单井回灌换热器14、低温地源水进水管15、低温地源水出水管16、保温层17、空气混合器18、污水泵19、配电柜20、发电机21、换热器22、水净化过滤器23、净化泵24、净化出水管25、冷却器26、氧气混合器27、出渣池28、有机介质入口管29、污水入口管30、循环冷却水管31、高温供水管32、弹性三角支架100等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (9)

1.一种中深层多功能地源井，其特征在于，包括中深层井管机构(1)和地下端头机构(2)，

所述的中深层井管机构(1)包括同轴设置的垂直地埋管(3)和保温管(4)，保温管(4)套设在垂直地埋管(3)中，在垂直地埋管(3)和保温管(4)之间设有电加热电源线(5)和水膜进水管(6)，水膜进水管(6)有两根且沿垂直地埋管(3)的中心线对称设置，

所述的地下端头机构(2)包括内部设有第一电加热器(7)的第一微孔管(8)，第一微孔管(8)的投影在垂直地埋管(3)和保温管(4)之间，电加热电源线(5)连接第一电加热器(7)，两根水膜进水管(6)的底部分别连接第一微孔管(8)从而构成U型回路，所述的第一微孔管(8)位于垂直地埋管(3)底部，

其中一根水膜进水管(6)连接有进气管(9)。

2.根据权利要求1所述的中深层多功能地源井，其特征在于，地下端头机构(2)还包括设有第二电加热器(10)的第二微孔管(11)，电加热电源线(5)连接第二电加热器(10)，第二微孔管(11)的投影在保温管(4)内，第二微孔管(11)的顶部密封连接复合单壁管(12)，复合单壁管(12)的顶部与保温管(4)底部密封连接。

3.根据权利要求2所述的中深层多功能地源井，其特征在于，在复合单壁管(12)内插设有连接第二微孔管(11)的回水管(13)，所述的复合单壁管(12)顶部与回水管(13)密封连接，且回水管(13)端部延伸到保温管(4)端部。

4.根据权利要求3所述的中深层多功能地源井，其特征在于，在垂直地埋管(3)上部外壁设有单井回灌换热器(14)，所述的单井回灌换热器(14)上设有低温地源水进水管(15)和低温地源水出水管(16)。

5.根据权利要求4所述的中深层多功能地源井，其特征在于，所述的垂直地埋管(3)深度为2000-3000米，单井回灌换热器(14)内设有套设在垂直地埋管(3)外的保温层(17)且保温层(17)的深度为0-200米，保温管(4)深度不大于1400米，复合单壁管(12)的长度不大于1000米。

6.根据权利要求2所述的中深层多功能地源井，其特征在于，所述的第二微孔管(11)套设在第一微孔管(8)内，且第一微孔管(8)位于垂直地埋管(3)底部。

7.根据权利要求3所述的中深层多功能地源井，其特征在于，其中一根水膜进水管(6)上设有空气混合器(18)，空气混合器(18)上连接有进气管(9)和污水泵(19)，另一根水膜进水管(6)通过配电柜(20)连接发电机(21)。

8.根据权利要求7所述的中深层多功能地源井，其特征在于，回水管(13)连接有换热器(22)，换热器(22)的出口分别连接发电机(21)和水净化过滤器(23)，水净化过滤器(23)连接净化泵(24)，净化泵(24)连接净化出水管(25)，发电机(21)连接冷却器(26)，冷却器(26)连接换热器(22)。

9.根据权利要求8所述的中深层多功能地源井，其特征在于，所述的净化泵(24)还通过氧气混合器(27)分别连接有水膜进水管(6)和污水泵(19)的进料口，水净化过滤器(23)底部设有出渣池(28)，污水泵(19)的进料口还连接有有机介质入口管(29)和污水入口管(30)，冷却器(26)内设有循环冷却水管(31)，换热器(22)内设有高温供水管(32)。