CN210717769U - 中深层地热能采集同井抽回*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中深层地热能采集同井抽回***，包括采集井和换热组件；采集井井体包括下部的热能提取区和上部的回灌区，在热能提取区与回灌区之间的相邻处设有封闭装置，在封闭装置的中心设有用于穿过抽水管的通孔，抽水管的下端延伸至热能提取区内，在抽水管的下端连接有用于抽取地热水的潜水泵；在回灌区的井管外侧与井孔内壁之间填充有石英砂滤料层；换热组件包括过滤净化装置和换热器。本实用新型采用具有抽水和回水功能的采集井，采集利用中深层地热水中的热量，但不消耗地热水，换热后的地热水回灌率高，不会造成地下水位的降低，不会造成地质结构的改变和破坏。本实用新型占地面积小，便于施工和维护，成本更低，资源利用率更高。

Description

中深层地热能采集同井抽回***

技术领域

本实用新型涉及地热采集技术领域，具体涉及一种中深层地热能采集同井抽回***。

背景技术

近年来，我国大气污染问题日益严峻，其中以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题尤为突出，同时随着我国工业化、城镇化的深入推进，能源资源消耗持续增加，大气污染防治压力不断加大。

利用地下水源的热能为居室或商业场合供暖是一种清洁能源供暖方式，近年来得到广泛的应用，现有的水源热泵中央空调的能量采集***存在一些问题：1.一般采用一抽多回模式的采集井，弊端是长期使用不能完全回灌会造成地下水位下降，并且使用中会产生移砂，长期使用容易造成地质塌陷等不利影响；2.一般采用地埋管土壤换热器***，弊端是占用场地大，成本高；3.一般是利用浅层地热能为热源，提取的热量为15-18℃，热源转换率不高，供暖效果不理想。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种中深层地热能采集同井抽回***，采用同时具有抽水和回水功能的采集井，抽取地热水进行换热为供暖管网提供热量，换热后的地热水回流到采集井内，供热效果好、回灌率高，且对地质结构无破坏，更加节能环保。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

设计一种一种中深层地热能采集同井抽回***，包括采集井和换热组件；

所述采集井包括井体，所述井体包括下部的热能提取区和上部的回灌区，所述热能提取区的井孔直径小于回灌区的井孔直径，在所述热能提取区与回灌区之间的相邻处设有封闭装置，所述封闭装置包括承重钢板和固定设置在所述承重钢板下表面的密封橡胶板，所述封闭装置设置在热能提取区的井孔顶部；在所述承重钢板的中心设有用于穿过抽水管的通孔，所述抽水管的下端延伸至所述热能提取区内，在所述抽水管的下端连接有用于抽取地热水的潜水泵；在所述回灌区的井管外侧与井孔内壁之间填充有石英砂滤料层；

所述换热组件包括过滤净化装置和换热器，所述抽水管与所述过滤净化装置的进水管相连通，所述过滤净化装置的出水管与换热器的进水口相连通，所述换热器接入供暖管网，所述换热器的出水口连接有回水管，所述回水管的出水端延伸至所述回灌区内，换热后的地热水通过回水管流回到所述回灌区。

在上述技术方案中，一个采集井的井体内分为下部的热能提取区和上部的回灌区，热能提取区内用于抽取中深层的地热水，抽出的地热水通过抽水管流出，先经过过滤净化装置进行过滤，然后通过换热器（如板式换热器）进行热交换，换热器接入到供暖管网，为供暖管网提供热量，热交换之后的地热水通过封闭的回水管路回流到回灌区，回灌区的井管与井孔内壁之间填充有石英砂滤料，起到滤水、蓄热作用，使得回灌的地热水回渗的过程中与地下水和地下土壤进行热交换。在热能提取区与回灌区之间设置封闭装置，将热能提取区与回灌区有效隔开，回灌区的地热水不会进入热能提取区，能够避免回灌水影响热能提取区水质、水温；抽取的地热水在进行换热之前可以先经过过滤净化装置进行过滤，可以避免深层水中含有的矿物质如锰、铁、硫等污染浅层水，同时起到保护换热设备和管道的作用。

优选的，所述过滤净化装置包括顶部开口的罐体、进水管和出水管，在所述罐体内由下至上依次设有蒙砂滤料层、石英砂滤料层和PVC淋水填料层；在所述罐体侧壁上位于所述PVC淋水填料层对应的区域开设有均匀分布的进气孔，在所述罐体的顶部开口处设有向上抽风的加氧风机；在所述罐体侧壁外部覆盖所述进气孔区域的位置设有挡水槽；

所述进水管延伸至所述罐体内部且位于所述PVC淋水填料层的上方，在所述进水管位于罐体内的部分上均匀分布有多个出水管头，在所述进水管上设有进水阀；在所述罐体底部开设有出水口，所述出水口连接有出水管，在所述出水管上设有出水阀。

中深层地下水抽上来之后，通过进水管进入过滤净化装置，且由罐体上部流入，进水管采用多个出水管头实现分流，多个管头同时出水分散水流，使水流与PVC淋水填料层充分接触，实现初步过滤。水流顺着PVC淋水填料的缝隙往下流动，同时在上部加氧风机的作用下，外部空气通过进气孔进入到罐体内的PVC淋水填料层部分，再由上部风机抽出，这一过程中空气中的氧与水流充分接触起到氧化作用，地热水中的矿物质在氧化作用下更容易被后续过滤。向下流动的水依次经过石英砂滤料层、蒙砂滤料层实现进一步过滤，过滤后的水通过下部出水管流向后续换热设备。在水流经过PVC淋水填料层部分时，有些水可能通过进气孔溅到罐体外，通过在罐体外壁上设置挡水槽，可以避免这一部分的水流到罐体外部影响其他设备，也避免浪费水资源，挡水槽可以将溅出的水汇集起来再流回到罐体内。

优选的，所述过滤净化装置还包括反冲洗管，所述反冲洗管一端连接所述进水管，且连接处位于进水阀之前，另一端连接所述罐体底部的出水口，在所述反冲洗管上设有冲洗阀，用于使反冲洗水由底部的出水口进入罐体内；在所述PVC淋水填料层和石英砂滤料层之间的罐体侧壁上开设有排水口，所述排水口连接有排水管，在所述排水管上设有排水阀，用于将反冲洗水排出；所述排水管连通至外部的沉淀池。

罐体可以定期进行反冲洗，此时水源通过下部出水口进入，由下至上在罐体中流动，对蒙砂滤料层、石英砂滤料层进行反向冲洗，其中的杂质跟随水流向上流动，通过排水管排出到外部沉淀池，经过沉淀后在进行后续处理和排放。

优选的，所述挡水槽的底面为与罐体外壁相连接的环形，所述挡水槽的侧面环绕所述罐体侧壁的圆周，且高度大于进气孔区域的高度；在所述罐体侧壁上靠近所述挡水槽内侧底部的位置设有回流孔。

挡水槽中汇集的水可以通过进气孔再流回到罐体中，为避免影响进气孔进气或因进气孔孔径较小造成进水不畅，可以设置孔径较大的回流孔，使挡水槽内的水能够顺利回流到罐体内。

优选的，所述PVC淋水填料层由多个竖向平行排列的PVC淋水片组成，所述PVC淋水片为S波型。

优选的，在所述蒙砂滤料层的底部设有填料挡板，在所述填料挡板上布设有透水孔；在所述填料挡板上设有向上凸出且开口向下的透水槽，在所述透水槽的侧壁和顶面上均匀分布有透水孔。

优选的，所述密封橡胶板通过固定螺栓与承重钢板紧固在一起。

优选的，所述石英砂滤料层采用2-4㎜直径的石英砂滤料填充而成。

优选的，所述采集井的井体深度大于1000米；所述回灌区位于100-500米之间的位置。

优选的，所述回灌区的井管为桥式滤水管。

优选的，所述回灌区的井孔直径为600mm，所述回灌区的井管直径为300mm。

优选的，所述热能提取区内500-1000米深度的区域的井孔直径为300mm，井管为250mm螺旋管，此区域不取水；取水区位于大于1000米深度的区域，井孔直径为250mm，从基岩裂隙中取水，不需放置井管。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型是利用地下中深层热能为能源给居室或商业场合供暖的一种清洁能源供暖方式，主要用于采集800米以下地层中的地热水热量，为建筑物供暖。其中的采集井能够在提取热量的同时还能回水，只采集中深层地下水中的能量，不消耗地下水，抽取地热水经过外部换热装置换热后又回到井内，回灌率接近100％全回灌，运行中无高温高压，长期运行无沉沙。

2.本实用新型***管路串联净化过滤装置，能够过滤深层水含有的矿物质如锰、铁、硫等，过滤净化装置采用采用一体化设计、依次多重过滤的结构，初步过滤采用PVC淋水填料层，多个出水管头分散水流，增大水流与PVC淋水填料层的接触范围，通过加氧电机和进气孔，使水流在流过PVC淋水填料层的同时与外部空气充分接触，起到氧化作用，使水流中的矿物质发生氧化，利于后续进一步过滤。通过设置挡水槽可以收集进气孔区域溅出的水，并回流到罐体内；通过设置反冲洗管可以实现该过滤装置的反冲洗。该过滤净化装置紧凑合理，体积小，占地少、便于现场安装，运行安全可靠，能够有效对中深层地下水进行过滤，避免水中杂质损坏换热设备和管道，同时避免回流时污染地下水，配合中深层地热水采集和供暖***使用效果更好。

3.本实用新型热利用率高、供热效果好，且对地下地质结构不破坏，不污染，通过过滤净化装置过滤后再进行换热和回灌，避免污染浅层水，同时起到保护换热装置和管路的作用。

4.本实用新型***占地少，便于施工和安装维护，采集井的位置可以设置在道路旁、绿化带内等，外观只看到一个标准井盖，与现有的采用地埋管土壤换热的地热采集方式相比，能够节约大量占地面积和施工成本。

附图说明

图1是本实用新型中深层地热能采集同井抽回***的结构示意图；

图2是封闭装置结构示意图；

图3是过滤净化装置的结构示意图；

图4是过滤净化装置中挡水槽部分的俯视示意图；

图5是过滤净化装置中进气孔部分的展开示意图。

图中标号：1热能提取区，2回灌区，3封闭装置，4承重钢板，5密封橡胶板，6抽水管，7潜水泵，8回水管，9石英砂滤料层，10固定螺栓；11罐体，12进水管，13出水管，14蒙砂滤料层，15石英砂滤料层，16PVC淋水填料层；17进气孔，18加氧风机；19挡水槽；20出水管头，21反冲洗管，22排水管，23沉淀池，24回流孔，25填料挡板，26透水槽；27基岩，28换热器，29过滤净化装置。

F1进水阀，F2冲洗阀，F3排水阀，F4出水阀。

图3中：箭头A为进水水流方向，箭头B为反冲洗水水流方向，箭头C为加氧风机带动的气流方向。

图1中箭头标示为水流方向。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本实用新型的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本实用新型，并不以任何方式限制本实用新型的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件；所涉及的工业原料如无特别说明，均为市售常规工业原料。

实施例1：一种中深层地热能采集同井抽回***，参见图1、图2，包括采集井和换热组件。

采集井包括井体，井体包括下部的热能提取区1和上部的回灌区2，热能提取区1的井孔直径小于回灌区2的井孔直径，在热能提取区1与回灌区2之间的相邻处设有封闭装置3，封闭装置3包括承重钢板4和固定设置在承重钢板4下表面的密封橡胶板5，密封橡胶板5通过固定螺栓10与承重钢板4紧固在一起，封闭装置3设置在热能提取区1的井孔顶部；在承重钢板4的中心设有用于穿过抽水管6的通孔，抽水管6的下端延伸至热能提取区1内，在抽水管6的下端连接有用于抽取地热水的潜水泵7；在回灌区1的井管外侧与井孔内壁之间填充有石英砂滤料层9，石英砂滤料层9采用2-4㎜直径的石英砂滤料填充而成。

其中，井体的深度大于1000米，可根据地质情况设置合适的井深，一般在1000-2000米之间；回灌区2位于井体内100-500米之间的位置，回灌区2的井管为桥式滤水管。

本实施例中，回灌区2的井孔直径为600mm，回灌区2的井管为桥式滤水管、直径为300mm，热能提取区1内500-1000米深度的区域的井孔直径为300mm，井管为250mm螺旋管，此区域不取水；取水区位于大于1000米深度的区域，井孔直径为250mm，从基岩11的裂隙中取水，不需放置井管。

换热组件包括过滤净化装置29和换热器28，抽水管6与过滤净化装置29的进水管12相连通，过滤净化装置29的出水管13与换热器28的进水口相连通，换热器28接入供暖管网，换热器28的出水口连接有回水管8，回水管8的出水端延伸至回灌区2内，换热后的地热水通过回水管8流回到回灌区2。

过滤净化装置29包括顶部开口的罐体11、进水管12和出水管13，参见图3-图5，在罐体11内由下至上依次设有蒙砂滤料层14、石英砂滤料层15和PVC淋水填料层16；在罐体11侧壁上位于PVC淋水填料层16对应的区域开设有均匀分布的进气孔17，在罐体11的顶部开口处设有向上抽风的加氧风机18；在罐体11侧壁外部覆盖进气孔区域的位置设有挡水槽19。挡水槽19的底面为与罐体11外壁相连接的环形，挡水槽19的侧面环绕罐体11侧壁的圆周，且高度大于进气孔区域的高度；在罐体11侧壁上靠近挡水槽19内侧底部的位置设有回流孔24。

进水管12延伸至罐体11内部且位于PVC淋水填料层16的上方，在进水管12位于罐体11内的部分上均匀分布有多个出水管头20，在进水管12上设有进水阀F1；在罐体11底部开设有出水口，出水口连接有出水管13，在出水管13上设有出水阀F4。

过滤净化装置29还包括反冲洗管21，反冲洗管21一端连接进水管12，且连接处位于进水阀F1之前，另一端连接罐体11底部的出水口，在反冲洗管21上设有冲洗阀F2，用于使反冲洗水由底部的出水口进入罐体11内；在PVC淋水填料层16和石英砂滤料层15之间的罐体侧壁上开设有排水口，排水口连接有排水管22，在排水管22上设有排水阀F3，用于将反冲洗水排出；排水管22连通至外部的沉淀池23。

PVC淋水填料层16由多个竖向平行排列的PVC淋水片组成，PVC淋水片为S波型；在蒙砂滤料层14的底部设有填料挡板25，在填料挡板25上布设有透水孔；在填料挡板25上设有向上凸出且开口向下的透水槽26，在透水槽26的侧壁和顶面上均匀分布有透水孔。

经过试验，采用本实用新型中深层地热能采集同井抽回***，能提供3000KW-5000KW的能量，能供应50000-80000㎡的建筑供暖。例如，一口采集井的抽水温度约为80摄氏度，流量50吨/小时，通过换热器后回水温度30℃，提取50摄氏度温度的热量就是2900KW热量，可供应72500㎡的居民冬季供暖（住宅供暖负荷按40W/㎡计算）。

本实用新型中深层地热能采集同井抽回***的具体工作方式：

潜水泵抽取热能提取区内的地热水，通过抽水管流出，进入换热器进行换热，换热器连接到供暖管网，实现热能的利用；热交换之后的地热水从换热装置中流出后，通过回水管回流到采集井的回灌区，实现地热水的回灌。在回灌区设置桥式滤水管和石英砂滤料层，便于渗水和过滤。在热能提取区和回灌区的连接处设置封闭装置，能够避免回灌的水直接流到热能提取区中去影响其中的水质和水温。

在换热器之前设置过滤净化装置，过滤净化装置的进水过滤过程：进水阀F1和出水阀F4开启，冲洗阀F2和排水阀F3关闭，加氧风机开启，从地下抽出的中深层地热水通过进水管流入，通过多个出水管头流出，水流顺着PVC淋水填料层中PVC淋水片之间的缝隙往下流动，在加氧风机的带动下，外部空气通过进气孔进入罐体内，再由罐体顶部抽出，这一过程中空气与流到PVC淋水填料层的水充分接触，实现加氧氧化。水流再依次经过石英砂滤料层和蒙砂滤料层进行进一步过滤后，通过出水管流到后续换热设备中，实现热能的利用。

过滤净化装置的反冲洗过程：进水阀F1和出水阀F4关闭，冲洗阀F2和排水阀F3开启，加氧风机关闭，水流从下部的出水口进入罐体内，向上溢流，对蒙砂滤料层和石英砂滤料层进行冲洗，其中的杂质顺着水流排水管排出，流到外部沉淀池内，经过沉淀后再进行后续处理和排放。

本实用新型中采用具有抽水和回水功能的采集井，采集利用中深层地热水中的热量，但不消耗地热水，换热后的地热水回灌率高，不会造成地下水位的降低，不会造成地质结构的改变和破坏。本实用新型占地面积小，便于施工和维护，成本更低，资源利用率更高。

上面结合实施例对本实用新型作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本实用新型的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，包括采集井和换热组件；

所述采集井包括井体，所述井体包括下部的热能提取区和上部的回灌区，所述热能提取区的井孔直径小于回灌区的井孔直径，在所述热能提取区与回灌区之间的相邻处设有封闭装置，所述封闭装置包括承重钢板和固定设置在所述承重钢板下表面的密封橡胶板，所述封闭装置设置在热能提取区的井孔顶部；在所述承重钢板的中心设有用于穿过抽水管的通孔，所述抽水管的下端延伸至所述热能提取区内，在所述抽水管的下端连接有用于抽取地热水的潜水泵；在所述回灌区的井管外侧与井孔内壁之间填充有石英砂滤料层；

所述换热组件包括过滤净化装置和换热器，所述抽水管与所述过滤净化装置的进水管相连通，所述过滤净化装置的出水管与换热器的进水口相连通，所述换热器接入供暖管网，所述换热器的出水口连接有回水管，所述回水管的出水端延伸至所述回灌区内，换热后的地热水通过回水管流回到所述回灌区。

2.根据权利要求1所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述过滤净化装置包括顶部开口的罐体、进水管和出水管，在所述罐体内由下至上依次设有蒙砂滤料层、石英砂滤料层和PVC淋水填料层；在所述罐体侧壁上位于所述PVC淋水填料层对应的区域开设有均匀分布的进气孔，在所述罐体的顶部开口处设有向上抽风的加氧风机；在所述罐体侧壁外部覆盖所述进气孔区域的位置设有挡水槽；

所述进水管延伸至所述罐体内部且位于所述PVC淋水填料层的上方，在所述进水管位于罐体内的部分上均匀分布有多个出水管头，在所述进水管上设有进水阀；在所述罐体底部开设有出水口，所述出水口连接有出水管，在所述出水管上设有出水阀。

3.根据权利要求2所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述过滤净化装置还包括反冲洗管，所述反冲洗管一端连接所述进水管，且连接处位于进水阀之前，另一端连接所述罐体底部的出水口，在所述反冲洗管上设有冲洗阀，用于使反冲洗水由底部的出水口进入罐体内；在所述PVC淋水填料层和石英砂滤料层之间的罐体侧壁上开设有排水口，所述排水口连接有排水管，在所述排水管上设有排水阀，用于将反冲洗水排出；所述排水管连通至外部的沉淀池。

4.根据权利要求2所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述挡水槽的底面为与罐体外壁相连接的环形，所述挡水槽的侧面环绕所述罐体侧壁的圆周，且高度大于进气孔区域的高度；在所述罐体侧壁上靠近所述挡水槽内侧底部的位置设有回流孔。

5.根据权利要求2所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述PVC淋水填料层由多个竖向平行排列的PVC淋水片组成，所述PVC淋水片为S波型。

6.根据权利要求2所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，在所述蒙砂滤料层的底部设有填料挡板，在所述填料挡板上布设有透水孔；在所述填料挡板上设有向上凸出且开口向下的透水槽，在所述透水槽的侧壁和顶面上均匀分布有透水孔。

7.根据权利要求1所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述密封橡胶板通过固定螺栓与承重钢板紧固在一起。

8.根据权利要求1所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述石英砂滤料层采用2-4㎜直径的石英砂滤料填充而成。

9.根据权利要求1所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述采集井的井体深度大于1000米；所述回灌区位于100-500米之间的位置。

10.根据权利要求1所述的中深层地热能采集同井抽回***，其特征在于，所述回灌区的井管为桥式滤水管。

Images