[发明专利]一种开采干热岩地热的重力热管地下换热系统及施工方法

说明书

本发明涉及一种开采干热岩地热的换热水管重力热管地下换热系统及施工方法，换热系统包括人工热储、重力采热装置和换热装置，人工热储置于地下，用于吸收并存储地下岩石中的热量；所述重力采集装置包括重力热管，所述重力热管由置于地下的人工热储向地上延伸，所述重力热管内流通有换热流体介质，换热装置用于将重力采热装置内的热量传递出去，所述换热装置包括换热水管，所述换热水管缠绕在所述冷凝段外，所述换热水管内的水在冷凝段吸收所述换热流体介质内的热量。该换热系统采用流体自身重力实现循环吸热放热，并将热量上传，使地下数千米的热量输送至地上利用。

技术领域

本发明涉及一种换热系统及施工方法，尤其涉及一种开采干热岩地热的重力热管地下换热系统及施工方法。

背景技术

近年来，随着全球化石燃料总量的加速减少及其开发利用所带来的环境污染日益加剧，发展可再生清洁能源已迫在眉睫。以开采利用地下3公里~10公里低渗透性结晶质干热岩中热能为目标的增强型(或称工程型)地热系统（EGS）正逐渐成为世界各国新能源发展的重点关注方向之一。

常规的环境商品和服务系统通过水力压裂、化学腐蚀等方法增加地下深层岩石的渗透性，形成人工热储，然后建设流体循环系统经由注入井注入冷流体工质，其在人工热储被加热后由采出井输送至地面电厂，发电后的流体经进一步的梯级利用后再回灌到地下热储，从而实现深层地热能的开采和利用。这种流体循环采热方式不仅需要消耗大量的泵功，在实际应用中还可能存在着严重的流体工质损失现象，另一方面，由于循环中载热流体工质与深层岩石直接接触，当这些流体工质流入管道和换热设备时不仅会引起设备结垢，还有可能产生放射性污染等问题。

发明内容

本发明为了解决就目前干热岩地热能开采技术效率低，成本高，经济性低的问题，提供了一种开采干热岩地热的重力热管地下换热系统。该换热系统采用流体自身重力实现循环吸热放热，并将热量上传，使地下数千米的热量输送至地上利用。

本发明所采取的技术方案为：一种开采干热岩地热的超长弧形重力热管地下换热系统，包括

人工热储：置于地下，用于吸收并存储地下岩石中的热量；

重力采热装置：所述重力采集装置包括重力热管，所述重力热管由置于地下的人工热储向地上延伸，所述重力热管内流通有换热流体介质，所述重力热管包括蒸发段、绝热段和冷凝段；所述重力热管的蒸发段置于人工热储中，所述人工热储将吸收的岩石热量传递至重力热管的换热流体介质中，所述重力热管内的换热流体介质在蒸发段吸收人工热储的热量后蒸发为气体，经绝热段至冷凝段进行放热并冷凝，所述绝热段置于蒸发段和冷凝段之间，所述绝热段外设置有保温层；

换热装置：用于将重力采热装置内的热量传递出去，所述换热装置包括换热水管，所述换热水管缠绕在所述冷凝段外，所述换热水管内的冷却水在冷凝段吸收所述换热流体介质内的热量。

进一步的，所述重力热管的蒸发段水平设置，所述绝热段弧形向上延伸，所述冷凝段竖直设置。

进一步的，所述重力热管为两端封闭的管体，所述换热流体介质在所述冷凝段冷凝后在重力的作用下回流至蒸发段。

进一步的，所述换热水管在冷凝段和换热站之间形成循环吸热和放热系统，冷却水在冷凝段吸热后输送至换热站，在所述换热站放热后回流至冷凝段吸热。

进一步的，在所述冷凝段外还设置有与所述重力热管同轴设置的同心套管，在所述同心套管内置有液体和多孔介质，所述多孔介质浸渍在液体内，所述换热水管置于同心套管内，换热水管浸渍在所述同心套管内的液体内。

进一步的，保温层采用石墨烯涂层保温材料，由外向内依次包含第一铝膜反射层、阻燃体、第二铝膜反射层、生物质石墨烯抗菌抑菌层，所述生物质石墨烯抗菌抑菌层由聚氨醋树脂和在经高温碳化下由基团配位组装法制成的生物质石墨烯粉体组成。

进一步的，所述热工热储为CO₂ 流体工质。