一种基于太阳能的地表水增温补偿地热储层系统的制作方法

[0001]
本发明涉及地热开发领域，尤其是一种基于太阳能的地表水增温补偿地热储层系统。


背景技术：

[0002]
华北盆地蕴藏着丰富的地热资源，资源的大量开采导致热储压力下降，影响了地热资源的可持续开发利用。采用地热尾水回灌的“取热不取水”的开采模式虽然能够缓解热储压力的下降趋势，但是早期“直采直排”所浪费的地热水资源已无法弥补。另外，早期的地热井由于缺乏科学合理的布局，采灌井井间距往往不能满足可持续开发的要求，会存在热突破的风险。


技术实现要素：

[0003]
本发明需要解决的技术问题是提供一种基于太阳能的地表水增温补偿地热储层系统，利用非供暖季的太阳能资源对处理后的地表水进行增温并回灌至回灌井中，不仅可对热储层起到补给作用，而且可以对热储层进行热补偿，缓解热突破的发生。
[0004]
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于太阳能的地表水增温补偿地热储层系统，包括旋流除砂器，所述旋流除砂器的进口与地表水的进口通过管道连接，所述地表水进口与旋流除砂器进口之间的管道上依次设置有第一循环泵、第一阀门和第一流量计；所述旋流除砂器的出口通过管道连接杀菌箱的进口，所述杀菌箱的出口通过管道依次连接第二循环泵和第二阀门后连接过滤器的进口，所述过滤器的出口通过管道连接第三阀门后连接蓄水罐的进口，所述蓄水罐的出口通过管道连接第四阀门后连接板式换热器的二次侧进口，所述板式换热器的二次侧出口通过管道连接第五阀门后连接回灌井，所述板式换热器的一次侧出口通过管道连接第六阀门和第二流量计后连接太阳能集热器的进口，所述太阳能集热器的出口通过管道依次连接第三循环泵和第七阀门连接板式换热器的一次侧进口。
[0005]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述地表水进口与第一循环泵之间的管道上依次设置有第一温度传感器和第一压力传感器，所述蓄水罐的出口与第四阀门之间的管道上设置有第二温度传感器和第二压力传感器，所述第五阀门与回灌井之间的管道上依次设置有第三压力传感器和第三温度传感器，所述第六阀门与太阳能集热器的进口之间的管道上依次设置有第四压力传感器和第四温度传感器，所述第三循环泵和第七阀门之间的依次设置有第五温度传感器和第五压力传感器。
[0006]
本发明技术方案的进一步改进在于：系统换热效率公式为：
[0007][0008]
其中：φ为系统换热效率，q1为第一流量计读数，q2为第二流量计的读数，t1为第二温度传感器读数，t2为第三温度传感器读数，t3为第四温度传感器读数，t2为第五温度传感
器读数。
[0009]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述杀菌箱的底部通过管道连接第八阀门后连接排污口。
[0010]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述过滤器的出口与蓄水罐的进口之间的管道上依次设置有第四循环泵和第九阀门，所述第四循环泵和第九阀门与第三阀门并联设置，所述过滤器的底部通过管道连接第十阀门后连接排污口。
[0011]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述太阳能集热器包括底座，所述底座的上侧截面上设置有多个间隔一定距离的半圆形聚光长凹槽且多个半圆形聚光长凹槽构成“之”字形，每个所述聚光长凹槽内均设置有半球形的聚光球面，每个所述聚光球面的上方均设置有集热球，所有集热球通过聚热管连通并构成“之”字形，所述聚热管的两端分别设置有介质进口和介质出口，所述聚热管与底座之间通过多个固定架连接。
[0012]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述聚光球面的直径大于聚光长凹槽的宽度。
[0013]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述集热球为透明的球形壳体，所述聚热管为透明的圆柱管。
[0014]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述集热球和聚热管采用玻璃材质。
[0015]
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0016]
1.本发明利用非供暖季的太阳能资源对处理后的地表水进行增温并回灌至回灌井中，不仅可补充热储层的水资源，而且可以对热储层进行热补偿，缓解热突破的发生；
[0017]
2、本发明中板式换热器一次侧和太阳能集热器构成一个循环，软化水或其它导热介质进入太阳能集热器，通过太阳能对软化水或其它导热介质进行加热后，进入板式换热器一次侧，在板式换热器内通过钛板对板式换热器二次侧内的地表水进口进行交换热量，将地表水进行增温；
[0018]
3、本发明的系统中设计了反冲洗，当过滤器内的滤芯被固相微粒堵塞时，关闭第二阀门、第三阀门和第四阀门，打开第九阀门和第十阀门，蓄水罐内的地表水经第四循环泵进入过滤器，对过滤器的滤芯进行反冲洗，并通过第十阀门进行排放处理；
[0019]
4、本发明中在地表水进口、板式换热器一次侧进出口和板式换热器二次侧进出口处均设置了压力传感器，有利于检测系统是否正常运行，若不正常运行，则压力传感器则报警提醒；
[0020]
5、本发明通过测量地表水进口流量、板式换热器出口流量、板式换热器一次侧进出口温度及板式换热器二次侧进出口温度，得到整个系统的换热系数，有利于了解整个系统的运行情况及对地表水进行增温的效果；
[0021]
6、本发明中的太阳能集热器，太阳光线直射在集热球和集热管的上部，由于透明的球形壳体和圆柱管对太阳光线有凸透聚集作用，可以提高太阳能集热器的热效率，同时，集热球采用球形设计，对太阳光线的入射角度要求较小，在不同入射角度下都可保证一定的集热效率；另外，当太阳光线直射在聚光长凹槽和聚光球面上，由于凹槽和半圆形球面对太阳光线又有反射聚集作用，所有可以进一步提高太阳能集热器的热效率。
附图说明
[0022]
图1是本发明系统流程图；
[0023]
图2是本发明太阳能集热器俯视图；
[0024]
图3是本发明太阳能集热器a-a局部剖视图；
[0025]
图4是本发明太阳能集热器整体结构立体图；
[0026]
图5是本发明集热球和聚热管连接结构示意图；
[0027]
其中，1、第一循环泵，2、第一阀门，3、第一流量计，4、旋流除砂器，5、杀菌箱，6、第二循环泵，7、第二阀门，8、过滤器，9、第三阀门，10、蓄水罐，11、第四阀门，12、板式换热器，13、第五阀门，14、回灌井，15、第六阀门，16、太阳能集热器，161、底座，162、聚光长凹槽，163、聚光球面，164、集热球，165、聚热管，166、介质进口，167、介质出口，168、固定架，17、第三循环泵，18、第七阀门，19、第二流量计，20、第一温度传感器，21、第一压力传感器，22、第二温度传感器，23、第二压力传感器，24、第三压力传感器，25、第三温度传感器，26、第四压力传感器，27、第四温度传感器，28、第五温度传感器，29、第五压力传感器，30、第八阀门，31、排污口，32、第四循环泵，33、第九阀门，34、第十阀门。
具体实施方式
[0028]
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
[0029]
如图1所示，一种基于太阳能的地表水增温补偿地热储层系统，包括旋流除砂器4，所述旋流除砂器4的进口与地表水的进口通过管道连接，旋流除砂器4对地表水进行除砂，所述地表水进口与旋流除砂器4进口之间的管道上依次设置有第一循环泵1、第一阀门2和第一流量计3；所述旋流除砂器4的出口通过管道连接杀菌箱5的进口，杀菌箱5对除砂后的地表水进行杀菌处理，所述杀菌箱5的底部通过管道连接第八阀门30后连接排污口31。所述杀菌箱5的出口通过管道依次连接第二循环泵6和第二阀门7后连接过滤器8的进口，在过滤器8内除去地表水中的固相微粒，所述过滤器8的出口通过管道连接第三阀门9后连接蓄水罐10的进口，所述蓄水罐10的出口通过管道连接第四阀门11后连接板式换热器12的二次侧进口，所述板式换热器12的二次侧出口通过管道连接第五阀门13后连接回灌井14，所述板式换热器12的一次侧出口通过管道连接第六阀门15和第二流量计19后连接太阳能集热器16的进口，所述太阳能集热器16的出口通过管道依次连接第三循环泵17和第七阀门18连接板式换热器12的一次侧进口。
[0030]
板式换热器12一次侧和太阳能集热器16构成一个循环，软化水或其它导热介质进入太阳能集热器16，通过太阳能对软化水或其它导热介质进行加热后，进入板式换热器12一次侧，在板式换热器12内通过钛板对板式换热器12二次侧内的地表水进口进行交换热量，将地表水进行增温；
[0031]
所述地表水进口与第一循环泵1之间的管道上依次设置有第一温度传感器20和第一压力传感器21，所述蓄水罐10的出口与第四阀门11之间的管道上设置有第二温度传感器22和第二压力传感器23，所述第五阀门13与回灌井14之间的管道上依次设置有第三压力传感器24和第三温度传感器25，所述第六阀门15与太阳能集热器16的进口之间的管道上依次设置有第四压力传感器26和第四温度传感器27，所述第三循环泵17和第七阀门18之间的依次设置有第五温度传感器28和第五压力传感器29。
[0032]
通过设置多个压力传感器，有利于检测系统是否正常运行，若不正常运行，则压力传感器则报警提醒；通过测量地表水进口流量、板式换热器12出口流量、板式换热器12一次侧进出口温度及板式换热器12二次侧进出口温度，得到整个系统的换热系数，系统换热效率公式为：
[0033][0034]
其中：φ为系统换热效率，q1为第一流量计3读数，q2为第二流量计19的读数，t1为第二温度传感器22读数，t2为第三温度传感器25读数，t3为第四温度传感器27读数，t2为第五温度传感器28读数。
[0035]
通过系统换热效率，有利于了解整个系统的运行情况及对地表水进行增温的效果。
[0036]
所述过滤器8的出口与蓄水罐10的进口之间的管道上依次设置有第四循环泵32和第九阀门33，所述第四循环泵32和第九阀门33与第三阀门9并联设置，所述过滤器8的底部通过管道连接第十阀门34后连接排污口31。
[0037]
当过滤器8内的滤芯被固相微粒堵塞时，关闭第二阀门7、第三阀门9和第四阀门11，打开第九阀门33和第十阀门34，蓄水罐10内的地表水经第四循环泵32进入过滤器8，对过滤器8的滤芯进行反冲洗，并通过第十阀门34进行排放处理；
[0038]
如图2至图5所示：所述太阳能集热器16包括底座161，所述底座161的上侧截面上设置有多个间隔一定距离的半圆形聚光长凹槽162且多个半圆形聚光长凹槽162构成“之”字形，每个所述聚光长凹槽162内均设置有半球形的聚光球面163，所述聚光球面163的直径大于聚光长凹槽162的宽度。每个所述聚光球面163的上方均设置有集热球164，所有集热球164通过聚热管165连通并构成“之”字形，所述集热球164为玻璃材质的透明球形壳体，所述聚热管165为玻璃材质的透明圆柱管，所述聚热管165的两端分别设置有介质进口166和介质出口167，所述聚热管165与底座161之间通过多个固定架168连接。
[0039]
本发明中的太阳能集热器16，太阳光线直射在集热球164和集热管165的上部，由于透明的球形壳体和圆柱管对太阳光线有凸透聚集作用，可以提高太阳能集热器16的热效率，同时，集热球164采用球形设计，对太阳光线的入射角度要求较小，在不同入射角度下都可保证一定的集热效率；另外，当太阳光线直射在聚光长凹槽164和聚光球面163上，由于凹槽和半圆形球面对太阳光线又有反射聚集作用，所有可以进一步提高太阳能集热器的热效率。

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