一种水热型地热开发系统及方法

技术领域

本发明涉及中深层地热开发设备技术领域，特别涉及一种水热型地热开发系统及方法。

背景技术

地热资源是一种无污染，可再生的清洁能源，与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比，具备数量巨大、可再生和不污染环境三大要素以及清洁、环保、就地取用等优势，现在已被广泛用于冬季供暖、烘干、化工业、种植养殖业、房地产开发、旅游、医疗洗浴及保健娱乐等众多领域，并显现出日益广阔的应用前景。开发地热资源对于建设资源节约型、环境友好型和谐社会具有非常重要的意义，已经列入国家可再生能源的中长期发展规划。发展地热产业，积极促进地热能的综合开发利用，不仅对调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义，也是实现绿色、清洁、低碳、可持续发展目标的有效途径。

传统的地热水开采系统只设置开采井，抽出的地热水被送往用户或用来发电，经利用后废弃；但这种地热开发方式会造成热储中的热水含量逐渐降低，不能保证地热资源的可持续开采，并且大量尾水会对环境和生态造成不利影响。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种水热型地热开发系统及方法。

一方面，提供了一种水热型地热开发系统，所述地热开发系统包括：开发

系统、换热系统和闭式循环回灌过滤系统；

所述开发系统包括：第一开采井、第二开采井、第一回灌井和第二回灌井；所述第一开采井、所述第二开采井、所述第一回灌井和所述第二回灌井井口分别连接有第一井口装置、第二井口装置、第三井口装置和第四井口装置；

所述换热系统包括：气液分离器、第一换热器、第二换热器和热泵机组；

所述第一井口装置和所述第二井口装置分别通过第一管道和第二管道与所述气液分离器连接，所述气液分离器还与所述第一换热器连接，所述第一换热器还与用户和所述第二换热器连接，所述第二换热器还与所述热泵机组和所述闭式循环回灌过滤系统连接，所述热泵机组还与用户连接；

所述第三井口装置和所述第四井口装置分别通过第三管道和第四管道与所述闭式循环回灌过滤系统连接；所述第一管道和所述第三管道之间连接有第一闭式切换阀组，所述第二管道和所述第四管道之间连接有第二闭式切换阀组。

进一步地，所述第一闭式切换阀组包括：第一连接管和第二连接管，所述第一连接管为直型，所述第二连接管为Z型，所述第一连接管和所述第二连接管交叉连接在所述第一管道和所述第三管道之间；所述第一连接管上设置有第一控制阀，所述第二连接管上设置有第二控制阀；所述第一连接管与所述第一管道的连接处和所述第二连接管与所述第一管道的连接处之间的所述第一管道上设置有第三控制阀，所述第一连接管与所述第三管道的连接处和所述第二连接管与所述第三管道的连接处之间的所述第三管道上设置有第四控制阀。

进一步地，所述第二闭式切换阀组包括：第三连接管和第四连接管，所述第三连接管为直型，所述第四连接管为Z型，所述第三连接管和所述第四连接管交叉连接在所述第二管道和所述第四管道之间；所述第三连接管上设置有第五控制阀，所述第四连接管上设置有第六控制阀；所述第三连接管与所述第二管道的连接处和所述第四连接管与所述第二管道的连接处之间的所述第二管道上设置有第七控制阀，所述第三连接管与所述第四管道的连接处和所述第四连接管与所述第四管道的连接处之间的所述第四管道上设置有第八控制阀。

进一步地，所述闭式循环回灌过滤系统包括：第一过滤器、第二过滤器和除气装置；所述第一过滤器和所述第二过滤器连接，所述第一过滤器还与所述除气装置连接，所述除气装置还与所述第二换热器连接；所述第二过滤器还与所述第三管道和所述第四管道连接。

进一步地，所述除气装置与所述第二换热器之间设置有第一加压泵；所述第二过滤器与所述第三管道和所述第四管道之间设置有回灌加压泵。

进一步地，所述第一管道和所述第二管道上均设置有除砂装置。

进一步地，所述第二换热器与所述热泵机组之间设置有第二加压泵。

进一步地，所述热泵机组与用户之间设置有供暖循环泵。

进一步地，所述系统还包括：补水系统；

所述地热开发补水系统包括：全自动软水装置、软化水箱和定压补水装置；所述全自动软水装置的进口与自来水连接，所述全自动软水装置的出口与所述软化水箱的进口连接，所述软化水箱的出口与所述定压补水装置的进口连接，所述定压补水装置的出口与用户出口连接。

另一方面，还提供了一种水热型地热开发方法，所述方法包括：

步骤(1)：通过所述第一井口装置和所述第二井口装置抽取所述第一开采井和所述第二开采井中的地热水；

步骤(2)：地热水进入所述气液分离器进行气水分离；

步骤(3)：分离后的热水进入所述第一换热器中进行换热，为用户提供热源；

步骤(4)：换热后的低温热水通过所述第一换热器进入所述第二换热器中再次进行换热；通过所述热泵机组为用户提供热源；

步骤(5)：再次换热后的低温热水通过闭式循环回灌过滤系统过滤后回灌至所述第一回灌井和所述第二回灌井内。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在本发明中，设置有开发系统、换热系统和闭式循环回灌过滤系统，通过开发系统开采第一开采井和第二开采井中的地热水，然后通过换热系统进行换热，为用户提供热源，最后通过闭式循环回灌过滤系统将换热后的低温地热水回灌至第一回灌井和第二回灌井中，本发明不仅提高了地热能的利用效率，最大限度利用地热资源，更确保了地热资源长期稳定不衰减。

其次，在第一开采井的第一管道和第一回灌井的第二管道之间设置了第一闭式切换阀组，第二开采井的第三管道和第二回灌井的第四管道之间设置了第二闭式切换阀组，从而能够解决现阶段地热开发井间距过大、占地空间大，施工场地协调难度大的问题。另外，本发明中还设置有补水系统，确保水热型地热开发系统压力的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种水热型地热开发系统的示意图；

图2是本发明提供的一种闭式循环回灌过滤系统的示意图；

图3是本发明提供的一种第一闭式切换阀组的示意图；

图4是本发明提供的一种第二闭式切换阀组的示意图；

图5是本发明提供的一种补水系统的示意图。

附图标记：1-第一开采井；2-第二开采井；3-第一回灌井；4-第二回灌井；5-第一井口装置；6-第二井口装置；7-第三井口装置；8-第四井口装置；9-气液分离器；10-第一换热器；11-第二换热器；12-热泵机组；13-第一管道；14-第二管道；15-第三管道；16-第四管道；17-第一连接管；18-第二连接管；19-第一控制阀；20-第二控制阀；21-第三控制阀；22-第四控制阀；23-第三连接管；24-第四连接管；25-第五控制阀；26-第六控制阀；27-第七控制阀；28-第八控制阀；29-第一过滤器；30-第二过滤器；31-除气装置；32-第一加压泵；33-回灌加压泵；34-除砂装置；35-第二加压泵；36-供暖循环泵；37-所述第一闭式切换阀组；38-第二闭式切换阀组；39-全自动软水装置；40-软化水箱；41-定压补水装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本发明所使用的的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例目的，不是旨在于限定本发明。

参见图1-4，该地热开发系统包括：开发系统、换热系统和闭式循环回灌过滤系统；开发系统包括：第一开采井1、第二开采井2、第一回灌井3和第二回灌井4；第一开采井1、第二开采井2、第一回灌井3和第二回灌井4井口分别连接有第一井口装置5、第二井口装置6、第三井口装置7和第四井口装置8；换热系统包括：气液分离器9、第一换热器10、第二换热器11和热泵机组12；第一井口装置5和第二井口装置6分别通过第一管道13和第二管道14与气液分离器9连接，气液分离器9还与第一换热器10连接，第一换热器10还与用户和第二换热器11连接，第二换热器11还与热泵机组12和闭式循环回灌过滤系统连接，热泵机组12还与用户连接；第三井口装置7和第四井口装置8分别通过第三管道15和第四管道16与闭式循环回灌过滤系统连接；第一管道13和第三管道15之间连接有第一闭式切换阀组37，第二管道14和第四管道16之间连接有第二闭式切换阀组38。

需要说明的是，第一开采井1、第一回灌井3和第二回灌井4为定向井，第二开采井2为直井。该地热开发系统在运行时，从第一开采井1和第二开采井2抽取地热水，地热水经过气液分离器9将气水混合物进行气水分离，然后除气后的地热水进入第一换热器10换热，为用户提供热源，换热后的低温地热水通过第一换热器10进入第二换热器11中，第二换热器11再次进行换热，通过热泵机组12为用户提供热源，再次换热后的低温地热水通过闭式循环回灌过滤系统处理后，回灌至第一回灌井3和第二回灌井4内。

第一开采井1、第二开采井2、第一回灌井3和第二回灌井4为采灌互换形式，井间距离为6米，确保了地热资源长期稳定不衰减。另外，设置第一换热器10和第二换热器11，对第一换热器10换热后的地热水通过第二换热器11进行二次提取热能，不仅进一步提高了地热能的利用效率，最大限度利用地热资源，更进一步提高了环保效益与经济效益平衡度。此地热开发系统可在管道上设置阀组，可根据末端实际需热负荷适时调整热泵机组启闭，同时不影响换热设备的正常使用。可满足不同供暖区的分时需求负荷，更为灵活。

进一步地，第一闭式切换阀组37包括：第一连接管17和第二连接管18，第一连接管17为直型，第二连接管18为Z型，第一连接管17和第二连接管18交叉连接在第一管道13和第三管道15之间；第一连接管17上设置有第一控制阀19，第二连接管18上设置有第二控制阀20；第一连接管17与第一管道13的连接处和第二连接管18与第一管道13的连接处之间的第一管道13上设置有第三控制阀21，第一连接管17与第三管道15的连接处和第二连接管18与第三管道15的连接处之间的第三管道15上设置有第四控制阀22。

需要说明的是，第一开采井1的第一管道13和第一回灌井3的第二管道14之间设置了第一闭式切换阀组37，使得第一开采井1和第一回灌井3采灌互换，能够解决现阶段地热开发井间距过大、占地空间大，施工场地协调难度大的问题。

进一步地，第二闭式切换阀组38包括：第三连接管23和第四连接管24，第三连接管23为直型，第四连接管24为Z型，第三连接管23和第四连接管24交叉连接在第二管道14和第四管道16之间；第三连接管23上设置有第五控制阀25，第四连接管24上设置有第六控制阀26；第三连接管23与第二管道14的连接处和第四连接管24与第二管道14的连接处之间的第二管道14上设置有第七控制阀27，第三连接管23与第四管道16的连接处和第四连接管24与第四管道16的连接处之间的第四管道16上设置有第八控制阀28。

需要说明的是，第二开采井2的第三管道15和第二回灌井4的第四管道16之间设置了第二闭式切换阀组38，使得第二开采井2和第二回灌井4采灌互换，能够解决现阶段地热开发井间距过大、占地空间大，施工场地协调难度大的问题。

进一步地，闭式循环回灌过滤系统包括：第一过滤器29、第二过滤器30和除气装置31；第一过滤器29和第二过滤器30连接，第一过滤器29还与除气装置31连接，除气装置31还与第二换热器11连接；第二过滤器30还与第三管道15和第四管道16连接。

需要说明的是，地热供热地热水矿化度一般比较高，水质具有较强的结垢性和腐蚀性，严重影响管道和设备的使用寿命和正常运行。因此换热后的低温地热水需要通过闭式循环回灌过滤系统处理，首先通过除气装置31除去气体，然后依次经过第一过滤器29、第二过滤器30进行过滤，过滤后的低温地热水通过第三管道15和第四管道16分别进入第一回灌井3和第二回灌井4，经过闭式循环回灌过滤系统处理后可以防止在设备管道上结垢，影响设备正常工作。

进一步地，除气装置31与第二换热器11之间设置有第一加压泵32。从而可以进行加压，加速循环。

进一步地，第二过滤器30与第三管道15和第四管道16之间设置有回灌加压泵33。从而可以进行加压，加速回灌。

进一步地，第一管道13和第二管道14上均设置有除砂装置34。从而可以将地热水中的杂质分离出来。

进一步地，第二换热器11与热泵机组12之间设置有第二加压泵35。从而可以进行加压，加速循环。

进一步地，热泵机组12与用户之间设置有供暖循环泵36。从而可以克服压力降。

进一步地，该地热开发系统还包括：补水系统；补水系统包括：全自动软水装置39、软化水箱40和定压补水装置41；全自动软水装置39的进口与自来水连接，全自动软水装置39的出口与软化水箱40的进口连接，软化水箱40的出口与定压补水装置41的进口连接，定压补水装置41的出口与用户出口连接。

需要说明的是，全自动软水装置39与自来水连接，去除自来水水中的钙、镁等结垢离子，防止管道结垢；然后再通过软化水箱40将水通过电子方式进行软化，其目的是尽量减少管道产生水垢，最后通过定压补水装置41输送至管道，从而在该系统中，确保地热开发系统压力的稳定性。

本发明的完整工作流程可以为：步骤(1)：通过第一井口装置5和第二井口装置6抽取第一开采井1和第二开采井2中的地热水；步骤(2)：地热水进入所述气液分离器9进行气水分离；步骤(3)：分离后的热水进入第一换热器10中进行换热，为用户提供热源；步骤(4)：换热后的低温热水通过第一换热器10进入第二换热器11中再次进行换热；通过热泵机组12为用户提供热源；步骤(5)：再次换热后的低温热水通过闭式循环回灌过滤系统过滤后回灌至第一回灌井3和第二回灌井4内。

值得说明的是，在本发明中。利用地热资源供暖是取用以水为介质的地热资源“热能”为百姓供暖，通过回灌等技术手段将水回灌到地下，“间接换热、梯级利用、采灌均衡”技术工艺。开采井抽出的水经换热站换完热后进入回灌系统处理后回灌至回灌井，这种开采方式可有效补充热储压力和含水量确保资源的长效稳定，并且是国家环保政策大势所趋，该地热开发系统主要特点有以下三点：

1)通过板换换热；

2)按照“温度对口，梯级利用”的原则，针对末端不同品位的能源需求，将地热流体自高温至低温不同温度与末端需求温度进行逐级匹配的用能方式。

3)通过热泵机组井地热能换热后的低温水进行梯级利用然后进行回灌。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。