[发明专利]深井胶结充填体地下换热系统出口温度优化方法

说明书

本发明公开了一种深井胶结充填体地下换热系统出口温度优化方法，其采用的深井胶结充填体地下换热系统出口温度优化系统包括控制器、底层胶结充填体温度传感器、U型换热盘管入口温度传感器、电磁流量调节阀、U型换热盘管出口温度传感器、电磁温度调节阀、供水管三通阀、回水管三通阀、供水管截止阀和回水管截止阀。本发明通过采用将效能与温度误差作为出口流体混合标准的方法，优化了出口流体温度，使各层U型换热盘管的流体温度近似相等，提高了地下换热系统的值，提高了热能品质，且提高了热能转换效率，同时通过联合控制，能够满足不同热用户的热水温度要求，能够广泛用于深井下地埋管换热系统，实用性强，推广应用价值高。

技术领域

本发明属于深部矿井地热开采技术领域，具体涉及一种深井胶结充填体地下换热系统出口温度优化方法。

背景技术

使用清洁能源是能源发展的必然趋势，核电能源并非理想安全能源，光风能源又难以满足人类需求，而深层地热能源是取之不尽的安全环保能源，具有巨大的开发潜力，有可能成为解决人类未来能源危机的重要途径。对比风能、太阳能等可再生能源，地热资源具有稳定、不受季节和昼夜变化影响等独特优势。

有研究表明，随着矿井开采深度的增加，由深层地温所诱发的高温热害愈加严重，已成为制约深层矿床资源安全高效开采的重要因素。对我国而言，已有140多对矿井出现不同程度的热害问题，其中有45％的矿井采掘工作面温度超过30℃，是世界上热害矿井最多的国家。研究指出，30℃～40℃高温的采掘工作面，其事故率是温度低于30℃时的3.6倍，矿山井下作业地点气温每超过标准(此标准选用26℃)1℃，劳动生产率就会下降6％～8％。矿井热害已成为继瓦斯、火、水、矿压、粉尘之后的第六大灾害。因此，解决深井热害问题，改善深井作业热环境已成为世界矿床安全高效开采领域中极为重要，也是亟待解决的环节。深井高温围岩是诱发井下热害的根本原因，但其内部所蕴含的丰富热量却为地热能的开发利用提供了有利条件。

在深井开采过程中合理利用地热，可为矿区提供清洁、廉价的热能，降低矿区运营成本，提高矿业可持续性，实现资源高效开采及绿色开采，降低深部矿井与深地热开发的综合成本，实现双赢。另一方面，及时高效地提取出深井地热，可有效降低围岩或充填体温度，在一定程度上为深井降温产生积极的促进作用。

在实际应用中，U型管道常被用做冷热水循环系统，其能够有效降低进、出水循环能耗，避免地下有害矿物质通过水循环腐蚀管道系统。通过在U型管道循环系统中注入低温水后，不断地吸收深井胶结充填体的高温热量，使得管道内水温上升得到高温水，最后通过水泵输送给热用户。数据表明，在地下每下降100m，温度会增加4℃，这说明地层内存在一个明显的温度梯度。因此，埋管深度越深的管段输出的热水温度越高，然而在回水过程中，不同深度埋管中不同温度的热水一同汇入总回水管后必然会导致出水温度的整体降低。从分析的角度来讲，系统温度相对于环境温度越高，越大，能量品质也就越高，能转换成所需能量效率也高；越低，虽然会得到能量，但能级太低，可利用价值有限。因此，不能直接将深层充填体换热得到的高温水与浅层充填体换热得到的低温水进行混合，否则会造成热品质降低。

因此，必须要合理控制各分层埋管的出水温度，使其以较高温度汇入回水总管来供给热用户，从而有效避免高低温混合过程中能量浪费。而然，现有技术中还缺乏这样的技术方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种深井胶结充填体地下换热系统出口温度优化系统，其采用了模块化的设计，结构简单，实现方便且成本低，操作简单。