[发明专利]一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统

说明书

本发明公开了一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统，包括套管式回路热管、地表换热器和蓄液箱，地表换热器与蓄液箱均位于地面上，的套管回路热管包括蒸发段、绝热段和回流段，蒸发段位于高温热储内，地表换热器设有冷凝段，冷凝段与外界进行换热，绝热段与冷凝段之间设有单向阀或蒸汽泵，蓄液箱与回流段之间设有单向节流阀，蒸发段、绝热段、冷凝段、蓄液箱与回流段依次首尾相连通，蓄液箱的工质流体通过回流段进入蒸发段，进入蒸发段后的液态的工质流体吸收热量后产生膜态沸腾。本发明通过将蓄液箱的工质流体通过回流段，控制蒸发段液相回流模式及沸腾模式的控制，能实时调节地热热管有效充液率，从而实现稳定高效的提取地热能。

技术领域

本发明涉及能源领域的地热能开采技术，尤其涉及一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统。

背景技术

地热能是一种清洁的可再生能源，开发利用地热能，特别是深层地热资源的开发已逐渐成为世界各国新能源发展的重点关注方向之一。目前地热资源开发利用不仅包括供暖、种植等直接利用，还能够实现地热制冷、中高温地热资源发电。此外，地热资源开发也从中浅层水热型资源，向着深层地热、干热岩资源等更深赋存地层发展。

热管利用管内工质的相变，可以将热量迅速地从高温段传输到低温段。热管具有较高的传热率、优良的等温性等特征，是目前最有效的传热设备之一。相比于常规地热开采过程，使用地热热管来开采热储中的热能不需要消耗额外的泵功，同时由于载热工质仅在管内循环，可以有效避免出现工质流失、管道结垢以及地下水回灌等问题。然而随着地热资源开采向着更深赋存地层发展的同时，现有地热热管的技术瓶颈也日趋明显。目前应用于地热开采的重力热管中，蒸汽与冷凝后的液相工质均在同一管道内流动，液相工质在重力作用下沿管壁向下回流，并直接汇聚于蒸发段，形成一段液池或液柱。蒸汽流沿热管向上流动时与回流液相工质长期相互作用，一方面使蒸汽动能及内能受到损失，另一方面蒸汽还将携带液相工质，产生携带效应。此外蒸发段积聚的液池过深，较深液位处的压力较高，处于过冷状态，即不沸腾状态，这部分的蒸发段被不沸腾的液柱所充满，液相工质温度与岩石温度达到平衡，从而蒸发段底部较大范围将不会从管外吸取热量造成，导致传热效率低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统，能实现对蒸发段液相回流模式及沸腾模式的控制，以及实时调节地热热管有效充液率，从而实现稳定高效的提取地热能。

为实现以上目的，本发明采取以下的技术方案：

一种工质循环流量可调控的回路热管式地热开采系统，包括套管式回路热管、地表换热器和蓄液箱，地表换热器与蓄液箱均位于地面上，所述的套管式回路热管包括蒸发段、绝热段和回流段，所述蒸发段位于高温热储内，所述地表换热器设有冷凝段，所述冷凝段与外界进行换热，其中，所述绝热段与冷凝段之间设有单向阀或蒸汽泵，所述蓄液箱与回流段之间设有单向节流阀，所述蒸发段、绝热段、冷凝段、蓄液箱与回流段依次首尾相连通，蓄液箱的工质流体通过回流段进入蒸发段，进入蒸发段后的液态的工质流体吸收热量后产生膜态沸腾，汽化为气态工质流体，所述气态的工质流体经冷凝段放热液化后流入蓄液箱。

所述的套管式回路热管包括外套管、内套管和连接管，内套管顶部依次与单向节流阀、蓄液箱、地表换热器、单向阀或蒸汽泵、连接管以及外套管连接，所述内套管位于外套管内，外套管位于地层的高温热储内的部分设有蒸发段，外套管对应蒸发段区域的内壁设有微沟槽，外套管位于所述高温热储外的部分设有绝热段，所述连接管设有绝热段，所述内套管管壁对应蒸发段区域布有射孔，所述射孔的孔径及分布密度根据系统所需的循环流量和蒸发段的热流密度确定，所述内套管设有回流段。

注入蓄液箱的工质流体经单向节流阀进入内套管后，在内套管底部形成具有水头的液柱，工质流体在所述液柱的水头压力下通过射孔喷射至微沟槽表面。

通过控制蓄液箱的液位高度以及射孔的孔径及分布密度从而控制所述内套管底部的水头和液态的工质流体喷射流量，