热虹吸深层地热连通井及其在河道融冰中的应用制造技术

本发明专利技术属于地热资源利用领域，涉及热虹吸深层地热连通井及其在河道融冰中的应用，本发明专利技术设计科学合理，创新将热虹吸深层地热连通井应用在河道融冰中，基于中深层地下热能储量大、清洁且可持续、热源稳定且不受气候影响的特点，在河水冰盖下建立自然循环回路，该自然循环回路为封闭循环管路，管内流体不与地层内流体混合接触，对地下环境友好，符合低碳环保的地热资源开发理念。本发明专利技术从低功耗的角度出发，以自然循环回路(热虹吸)的方式抽取中深层地热能用于加热河水融冰。提供了一种基于可再生地热资源、不耗功、取热效率高、热源稳定不受气候影响的河道融冰与冰层控制系统，适用于在南水北调工程中转化应用。南水北调工程中转化应用。南水北调工程中转化应用。

【技术实现步骤摘要】
热虹吸深层地热连通井及其在河道融冰中的应用


[0001]本专利技术属于地热资源利用领域，涉及热虹吸深层地热连通井技术，尤其是热虹吸深层地热连通井及其在河道融冰中的应用。

技术介绍

[0002]南水北调工程自2014年投入运营以来，一直在复杂的冰雪演化和冬季条件下运行，冰盖和冰厚度的时空分布增加了冰灾的威胁，严重影响了调水工程的运行安全与输水效益。
[0003]目前已有的冰塞问题解决方案以被动式解决方法为主，包括(1)扰动法，如在冰盖形成后进行高水位调度延缓冰盖加厚、假设扰流器扰动、向水中吹入气泡群进行干扰等(CN105178258B，CN115822842A)；(2)启用闸门门槽或输水管路加热设备(CN218326822U)；(3)直接干预措施，如现场人工捞冰、机械设备除冰(CN207891845U，CN216809802U，CN216712961U)、冰盖爆破(CN110847132A)，以及岸边保温措施等。虽然这些被动式干预措施在小规模冰塞防治中能起到一定效果，但是很难确保严寒恶劣天气下的河道不出现冰害问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，利用中深层地热资源，将热虹吸深层地热连通井应用于河道融冰中，通过超长地下连通井形成的热虹吸加热方法实现严寒时期主干渠的加热、融冰和冰层控制，实现河道不出现浮冰或薄浮冰层情况下的最低限加热负荷，从而避免灾害发生并保证河道输水能力。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]一种热虹吸深层地热连通井，包括地上工质供应单元和地下自然循环单元，地上工质供应单元包括调节水箱、进水管道及排气溢流管道，调节水箱设置在下游地面河岸，调节水箱出口连接进水管道，进水管道出口连接所述的地下自然循环单元，地下自然循环单元的出口连接所述排气溢流管道的入口，排气溢流管道的出口设置在上游地面河岸，所述的地下自然循环单元包括换热管段、下行回路管段及上行回路管段，所述的换热管段为水平管，下行回路管段为垂直井，上行回路管段为定向斜井，上述换热管段的水平管，下行回路管段的垂直井及上行回路管段的定向斜井相互连接组成自然循环回路，所述换热管段的水平管设置在河水冰盖下的河水层，换热管段的出口端连接下行回路管段的入口端向下依次穿过浅层地层和深层地层，下行回路管段的出口端连接所述上行回路管段的入口端，上行回路管段的出口端向上依次穿过深层地层和浅层地层后与换热管段的入口端连接。
[0007]而且，所述的进水管道的出口端连接下行回路管段的入口端，所述的排气溢流管道的入口端连接上行回路管段的出口端，在下游地面河岸的调节水箱出口端设置有进水阀门和流量计，在上游地面河岸排气溢流管道出口端设置有排气阀门。
[0008]而且，在所述换热管段的水平管上设置有开关阀门，该开关阀门用于开启或关闭
自然循环回路。
[0009]一种将上述热虹吸深层地热连通井应用于河道融冰中的方法，具体方法步骤包括：地下自然循环单元的自然循环回路流动方向与河水流动方向采用逆流布置，即下行回路管段在上游，上行回路管段在下游，施工完毕后，在调节水箱中注入足量工质，打开进水阀门与排气阀门，工质在重力作用下经进水管道流入自然循环回路中，管路系统内的气体经排气溢流管道通过排气阀门流出系统，当管路系统内充满工质时，同时关闭进水阀门与排气阀门形成封闭自然回路，系统即自动开始运行，如需停止系统运行只需关闭开关阀门阻断自然回路的循环流动即可。
[0010]对于河段直接打井难度高，地下连通井的钻井位置由原来的河床底部调整至换热管段地面河岸两侧，或利用现有成井(油井、地热井)，通过添加额外的连通管路设置在河水冰盖上用于连接换热管段与地面河岸的连通井。
[0011]本专利技术的优点和积极效果是：
[0012]本专利技术设计科学合理，创新将热虹吸深层地热连通井应用在河道融冰中，基于中深层地下热能储量大、清洁且可持续、热源稳定且不受气候影响的特点，在河水冰盖下建立自然循环回路，该自然循环回路为封闭循环管路，管内流体不与地层内流体混合接触，对地下环境友好，符合低碳环保的地热资源开发理念。
[0013]本专利技术无需外界动力驱动回路内流体循环，通过重力场下的热虹吸现象即可获取地热资源，系统运行经济环保。相比于供暖等其他地热能利用方式，掺冰河水冷源温度越低，取热效率会越高，随着河水温度的降低，自然循环回路的取热效率不断增高，因此，具有自我调节能力。
[0014]本专利技术从低功耗的角度出发，以自然循环回路(热虹吸)的方式抽取中深层地热能用于加热河水融冰。提供了一种基于可再生地热资源、不耗功、取热效率高、热源稳定不受气候影响的河道融冰与冰层控制系统。将热虹吸深层地热连通井应用在河道融冰中，具有突出地实质性效果和显著地进步，适用于在南水北调工程中转化应用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的第一实施例结构示意图；
[0016]图2为本专利技术的第二实施例结构示意图，
[0017]图中，1
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排气阀门、2
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排气溢流管道、3
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河水冰盖、4
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河水层、5
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换热管段、6
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开关阀门、7进水管道、8
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流量计、9
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进水阀门、10
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调节水箱、11
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上行回路管段、12
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下行回路管段、
[0018]13
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深层地层、14
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浅层地层。
具体实施方式
[0019]下面结合附图并通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。
[0020]一种热虹吸深层地热连通井，如图1所示，包括地上工质供应单元和地下自然循环单元，地上工质供应单元包括调节水箱10、进水管道7及排气溢流管道2，调节水箱10设置在下游地面河岸，调节水箱10出口连接进水管道7，进水管道7出口连接所述的地下自然循环
单元，地下自然循环单元的出口连接所述排气溢流管道2的入口，排气溢流管道2的出口设置在上游地面河岸。
[0021]所述的地下自然循环单元包括换热管段5、下行回路管段12及上行回路管段11，所述的换热管段5为水平管，下行回路管段12为垂直井，上行回路管段11为定向斜井，上述换热管段的水平管，下行回路管段的垂直井及上行回路管段的定向斜井相互连接组成自然循环回路。
[0022]所述换热管段的水平管设置在河水冰盖3下的河水层4，换热管段5的出口端连接下行回路管段12的入口端向下依次穿过浅层地层14和深层地层13，下行回路管段12的出口端连接所述上行回路管段11的入口端，上行回路管段11的出口端向上依次穿过深层地层13和浅层地层14后与换热管段5的入口端连接。
[0023]所述的进水管道7的出口端连接下行回路管段12的入口端，所述的排气溢流管道2的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热虹吸深层地热连通井，其特征在于：包括地上工质供应单元和地下自然循环单元，地上工质供应单元包括调节水箱(10)、进水管道(7)及排气溢流管道(2)，调节水箱(10)设置在下游地面地面河岸，调节水箱(10)出口连接进水管道(7)，进水管道(7)出口连接所述的地下自然循环单元，地下自然循环单元的出口连接所述排气溢流管道(2)的入口，排气溢流管道(2)的出口设置在上游地面河岸，所述的地下自然循环单元包括换热管段(5)、下行回路管段(12)及上行回路管段(11)，所述的换热管段(5)为水平管，下行回路管段(12)为垂直井，上行回路管段(11)为定向斜井，上述换热管段的水平管，下行回路管段的垂直井及上行回路管段的定向斜井相互连接组成自然循环回路，所述换热管段的水平管设置在河水冰盖(3)下的河水层(4)，换热管段(5)的出口端连接下行回路管段(12)的入口端向下依次穿过浅层地层(14)和深层地层(13)，下行回路管段(12)的出口端连接所述上行回路管段(11)的入口端，上行回路管段(11)的出口端向上依次穿过深层地层(13)和浅层地层(14)后与换热管段(5)的入口端连接。2.根据权利要求1所述的一种热虹吸深层地热连通井，其特征在于：所述的进水管道(7)的出口端连接下行回路管段(12)的入口端，所述的排气溢流管道(2)的入口端连接上行回路管段(11)的出口端。3.根据权利要求1所述的一种热虹吸深层地热连通井，其特征在于：在下游地面河岸的调节水箱(10)出口端设置有进水阀...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴传山，洪鹏，雷海燕，刘东喜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：