1.本发明属于地热资源利用领域，涉及中深层单井取热技术，尤其是一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统。
背景技术：
2.随着温室效应和大气污染的日趋严峻，以煤为主的传统化石能源已不能满足我国环境友好型的社会发展需求。太阳能、风能、地热能等清洁替代能源的开发利用越来越受到关注，在能源构成中所占比例必将逐年增加。地热能是以热能形式存在的清洁可再生能源资源，与太阳能和风能相比，以热用热，无需转换，具有天然优势，且不受昼夜与天气的影响，储量大、运行稳定，在我国北方地区的建筑供热领域具有良好的应用前景。
3.我国地热资源以中低温水热型地热资源为主，其开发利用主要为直接抽取地热水的多井抽灌模式，但由于一些砂岩地层实现同层或异层的完全回灌仍较困难，由此导致地下水位逐年下降直至无法开采或不经济而弃井，因此人们开始研究“取热不取水”的地热单井换热利用模式，主要包括中深层闭式套管换热形式和单井开式结构换热形式。相对于封闭套管形式，开式换热系统增加了与地下高温含水层的传质交换，因此取热功率较闭式形式高，但目前此结构应用很少。因此，研发“取热不取水”的地热单井高效换热取热装置对地热能的清洁开发利用意义重大。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，安装方便、造价低廉，发挥“对流增速管”的强化换热作用，可保证井筒内流体的循环换热，完全克服回灌困难问题；同时可利用对流增速管强化地热水与管内流体的自然对流，进而提高单井换热的取热效率。
5.本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
6.一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，包括设置于地热井内的内套管，所述的内套管采用导热率低的材料制成，减少热量散失，在内套管下部设置有内套管滤水管，在内套管滤水管下部设置有对流增速管，该对流增速管设置于地下含水层，通过含水层密度差强化自然对流进行强化换热，在对流增速管下部设置有对流增速管吸水口，在对流增速管上部两侧对称开设有对流增速管出水口，在内套管与内套管滤水管之间设置有潜水泵，用来提取地热水，在所述地热井的地面上与内套管连接设置有板式换热器，所述板式换热器的前端连接有除砂过滤器，所述板式换热器的后端连接至用户供热端，板式换热器与地热水进行换热，换热前通过除砂过滤器过滤地下水杂质，过滤后的热水经过板式换热器用于末端用户供热。
7.本发明的优点和积极效果是：
8.本发明提出了一种利用对流增速管强化单井取热的装置，通过该装置的设计，可以强化地热含水层内因密度差引起的自然对流换热；另外由于井壁开放，地层内地热流体
可与井内流体发生掺混，增强对流换热。本发明设计科学合理，结构简单，易于安装，适用于大部分有地热含水层的水热型单井换热系统。同时，该发明回水通过惯性与密度差产生的自然对流可回至井底，克服了单井抽灌换热系统中可能出现的回灌困难问题，易于转化应用及普及。
附图说明
9.图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
10.下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
11.一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，如图1所示，包括设置于地热井3内的内套管5，所述的内套管采用导热率低的材料制成，减少热量散失，在内套管下部设置有内套管滤水管2，在内套管滤水管下部设置有对流增速管1，该对流增速管设置于地下含水层，通过含水层密度差强化自然对流进行强化换热，在对流增速管下部设置有对流增速管吸水口1-1，在对流增速管上部两侧对称开设有对流增速管出水口1-2，在内套管与内套管滤水管之间设置有潜水泵4，用来提取地热水，在所述地热井的地面上与内套管连接设置有板式换热器7，所述板式换热器的前端连接有除砂过滤器6，所述板式换热器的后端连接至用户供热端8，板式换热器与地热水进行换热，换热前通过除砂过滤器过滤地下水杂质，过滤后的热水经过板式换热器用于末端用户供热。
12.本发明的工作原理：
13.工作时，首先潜水泵运转，抽取中深层地下热水，部分地热井中回水与地下热水进行掺混后从内套管滤水管进入内套管；部分地热井中回水在对流增速管出水口处与对流增速管中流体掺混，依靠回水惯性与密度差继续向下，通过对流增速管吸水口流经对流增速管、滤水管进入内套管；或者重新经对流增速管出水口进入地热井中与地热井中回水进行掺混形成自然对流循环。混合后的高温流体通过内套管送至地上，经除砂过滤器进入板式换热器为末端用户进行供热，供热后的冷水进入地热井，依靠回水惯性与回水密度回灌至地下含水层。
14.尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
技术特征：
1.一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，其特征在于：包括设置于地热井内的内套管，在内套管下部设置有内套管滤水管，在内套管滤水管下部设置有对流增速管，该对流增速管设置于地下含水层，在对流增速管下部设置有对流增速管吸水口，在对流增速管上部两侧对称开设有对流增速管出水口，在内套管与内套管滤水管之间设置有潜水泵，在所述地热井的地面上与内套管连接设置有板式换热器。2.根据权利要求1所述的一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，其特征在于：所述板式换热器的前端连接有除砂过滤器。3.根据权利要求1所述的一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，其特征在于：所述板式换热器的后端连接至用户供热端。
技术总结
本发明涉及一种采用对流增速管强化换热的中深层单井取热系统，包括设置于地热井内的内套管，在内套管下部设置有内套管滤水管，在内套管滤水管下部设置有对流增速管，该对流增速管设置于地下含水层，在对流增速管下部设置有对流增速管吸水口，在对流增速管上部两侧对称开设有对流增速管出水口。本发明安装方便、造价低廉，发挥“对流增速管”的强化换热作用，可保证井筒内流体的循环换热，完全克服回灌困难问题；同时可利用对流增速管强化地热水与管内流体的自然对流，进而提高单井换热的取热效率。率。率。
技术研发人员：雷海燕 李嘉舒 张伟 戴传山
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/4/8