一种提取干热岩地热能内翅换热结构及梯级利用方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107975953A(43)申请公布日2018.05.01(21)申请号201711249192.X(22)申请日2017.12.01(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号(72)发明人赵钦新桂雍王云刚梁志远(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人何会侠(51)Int.Cl.F24T10/17(2018.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种提取干热岩地热能内翅换热结构及梯级利用方法(57)摘要一种提取干热岩地热能内翅换热结构及梯级利用方法，属于干热岩地能利用领域，解决干热岩中地热能提取率低、地下换热流体易流失、破坏地质结构所带来的未知灾害，该内翅换热结构包括干热岩换热系统、监控系统、地热能梯级利用系统，干热岩换热系统中通过导热优良的包覆层与强化换热内翅管提高对蕴藏在干热岩层中地热能的提取效率；采用同轴封闭式结构设计，环保无污染；监控系统控制调节抽气温度、流量及回液温度、流量并方便及时解决有机工质泄露问题；地热能梯级利用系统中有机工质提取干热岩中地热能供汽轮机发电，并利用发电后有机工质中低品位热能加热供暖水以满足供暖用户的需求，实现地热能的梯级利用。CN107975953ACN107975953A权利要求书1/2页1.一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：包括干热岩换热系统(1)、监控系统(2)和地热能梯级利用系统(3)；所述干热岩换热系统(1)包括地热井(11)，置于地热井(11)中的换热管(13)和换热管(13)内的回液管(14)，套接在地热井(11)外并位于松散地层中的固井套管(12)，位于固井套管(12)与地热井(11)间并延伸至基岩层中的隔热包覆层(15)，套接在地热井(11)外并位于干热岩层中的导热包覆层(16)，设置在换热管(13)顶部出口的出口法兰(19)以及设置在回液管(14)入口的进口法兰(18)；所述换热管(13)为分体式结构设计，包括位于松散地层和基岩层中的非换热段光管(131)以及位于干热岩层中的换热段内翅管(132)和设置在换热管(13)底部的封底盘(133)；所述监控系统(2)包括设置在地热井(11)出口的抽气控制阀(21)和增压泵(22)，设置在换热管(13)内的由液位传感器(26)、温度传感器(27)和流量计(28)组成的数据采集系统，设置在回液管(14)入口的显示控制模块(23)、回液控制阀(24)和回液泵(25)；所述地热能梯级利用系统(3)包括与增压泵(22)连接的气液分离装置(31)，与气液分离装置(31)的高温有机气体出口连接的汽轮机(32)，汽轮机(32)利用有机朗肯循环带动发电机(33)发电，汽轮机(32)的出气口和气液分离装置(31)的有机液出口连接换热器(34)入口，汽轮机(32)出口气与气液分离器(31)分离出的有机液一同进入换热器(34)中与供暖用户(35)的供暖水换热，换热器(34)出口连接冷凝塔(36)入口，冷凝塔(36)连接回液泵(25)。2.根据权利要求1所述的一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：所述换热段内翅管(132)底部预设距离处设置封底盘(133)，该距离确保工质下行180°转弯不形成涡流而均匀进入翅片间流动换热。3.根据权利要求1所述的一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：所述换热段内翅管(132)采用整体成形方式制造，即采用整体锻造、整体挤压和整体机加成型；或采用线切割成形，线切割的钼丝进入和退出时的缝隙要封焊才能成为封闭圆管；或采用焊接而成，焊接结构是将两个整体锻造或整体挤压或机加工的半圆内翅管对接焊接两道纵缝而成。4.根据权利要求1所述的一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：所述换热段内翅管(132)表面为光面，或为增强换热能力做纵向波纹处理，波纹形式为锯齿形、矩形或正弦函数波形。5.根据权利要求1所述的一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：所述换热段内翅管(132)采用轴对称梳齿状结构时，内翅片对的数量为3～8对，厚度为2～4mm，在具体制作时根据管径大小、工质流动情况选择内翅片参数。6.根据权利要求1所述的一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：所述换热段内翅管(132)采用中心对称内板翅结构时，内翅片对的数量为2～8对，厚度为2～4mm，在具体制作时根据管径大小、工质流动情况选择内翅片参数。7.根据权利要求1所述的一种提取干热岩地热能内翅换热结构，其特征在于：所述换热段内翅管(132)和封底盘(133)为铝硅合金、铜或铜合金材质，非换热段光管(131)的头部采用导热系数低的金属材质，回液管(14)采用耐高温的氟塑料材料。8.根据权利要求1所述