[实用新型]一种地热井取热结构

说明书

本实用新型提供了一种地热井取热结构，该地热井取热结构包括：固井套管和换热器；其中，固井套管沿地热井的内壁整周设置且沿地热井的长度方向延伸；换热器设置在固井套管的内部；固井套管沿地热井的长度方向分为若干段，包括：保温段、换热段；换热段设置在保温段的下方且与保温段相连通，并且，换热段的末端为封闭端，以使固井套管的内部与地热井的井壁相隔离。本实用新型通过设置在地热井上部的保温段减缓换热介质与地层之间换热，避免换热介质在近地表区域处热量的损失；通过设置在地热井下部的换热段，促进地层热量向换热介质传递，获得较多热能的换热介质通过换热器回流到地表。

技术领域

本实用新型涉及新能源与节能环保技术领域，具体而言，涉及一种地热井取热结构。

背景技术

我国地域宽广，横跨多个气候带。在快速的经济社会发展中，随着人民对美好生活的追求越来越高，供热成为一个重要能源利用方向。供热的方式主要分为集中式供热和分布式供热。集中式供热一般指采用热电厂对一个较大的区域进行集中供热的方法，主要采用的一次能源是煤炭，但是随着我国环保形势的日益紧张，这种采用热电厂燃煤锅炉采暖的方式会排放大量的烟气，污染环境，使环境保护承压。另一种常见的方式为分布式供热，当前在我国“煤改气、煤改电”的统一指挥下，很多城市普遍采用的分布式供热的热源一般有燃气锅炉、燃气壁挂炉和电空气源热泵，然而这些技术在运行过程中暴露出了许多的问题。第一个问题是运行费用高，煤改后采暖运行费由二十多元猛增至三十多至六十多元；以燃气壁挂炉为例，普遍运行费在40~50多元。集中供暖的燃气锅炉采暖费也在三十多元；严重拖累供暖企业及政府，供暖企业入不敷出，政府为保民生项目推出补贴，拖累地方财政。第二个问题是排放高，根据国家燃气锅炉排放要求，燃气锅炉二氧化硫排放在50mg/m³，氮氧化物排放在150~200mg/m³，颗粒物排放浓度在20mg/m³，烟气黑度≤1，如全部煤改后其规模和体量也是不能回避的；电空气源热泵使用电为驱动能源，在采暖区域的华北及东北区域，普遍使用火力发电，电作为二次能源也是使用煤这种一次能源转换来，采暖更改后，增加电量使用，增加火电厂的污染，污染依旧存在。因此，在这种现实情况下，采用地热能作为供暖一次热源就是一种既环境友好而且运行费用还比较低的一种技术。

地热能的使用主要分为水热型地热和干热岩型地热，可以利用到采暖等各个需要中低温热源的行业。水热型地热原来发展较多，但是该技术是直接将地下水采至地面然后回注，受限于技术和底层结构的多样性，目前采出的地热水回注效果不好或者完全不能回注。

干热岩型地热是目前一种新型的采热方式，该方式将地面的水注入干热岩地热井，与井内高温岩层换热后抽至地面利用。该技术不采水，不破坏地层，是一种洁净绿色的环保供暖方式，受到了政府和企业的高度重视。干热岩地热井采用垂直井结构的较多。

垂直地热井是指中深层地热的垂直单井取热器，一般采用套管形式，环空进入地下，从内换热套管中间出，施工方便，隔热良好，取热量不高，平均单井一般供热能力能够达到10000-15000㎡，平均每平方米的初期投资达到180元以上。

地下温度可分三层：第一层叫外热层（变温层），该层温度主要来自太阳的辐射热能，它随纬度的高低、海陆分布、季节、昼夜、植被的变化而不同，一般在地下15-80米；第二层叫常温层（恒温层），该层为外热层的下部界面（即内、外热层的分界面），地下温度大致保持为当地年平均温度；第三层叫内热层（增温层），该层不受太阳辐射的影响，其热能来自地球内部，其中主要是来自放射性元素衰变产生的热能，其次是其他能量（如机械能、化学能、重力能、旋转能等）转化而来的热能，每深入100米，温度上升3度(海洋地区的岩石圈是每深入15米，上升1度)。

地热井水向用户直供时回水温度约45℃，地热井水通过热泵利用，回水温度可以降低至15℃。用户回至地热井的水温高于冬季供热时地表温度，从地表至地下地温等于回水温度的某一深度，因回水的温度高于地温，水会被井壁冷却，从而产生大量的热量损失，即地表至地下地温等于回水温度的某一深度存在热量损失，最终导致单井供热能力偏低。

发明内容