本發(fā)明涉及一種提取地下2500m以下的深層地熱的熱泵供熱系統(tǒng)，尤其是涉及一種可用于城鎮(zhèn)居民供熱的單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

地熱資源按賦存形式可分熱水型、地壓地熱能、干熱巖地熱能和巖漿熱能四種類型；根據(jù)地熱水的溫度，又可分為高溫型(大于150℃)、中溫型(90至150℃)和低溫型(小于90℃)三大類。地熱能的開發(fā)利用可分為發(fā)電和非發(fā)電兩個方面，高溫地熱資源主要用于地熱發(fā)電，中、低溫地熱資源主要是直接利用，多用于采暖、干燥、工業(yè)、農(nóng)林牧副漁業(yè)、醫(yī)療、旅游及人民的日常生活等方面。

深層地熱資源極其豐富，相當于煤、石油、天然氣等化石能源總和的1000倍。深層地熱屬可再生清潔能源，城鄉(xiāng)都可開發(fā)利用。深層地熱能開發(fā)技術(shù)的最大優(yōu)勢在于只提取地下熱量，不抽采地下水、不污染地下水；利用深層地熱能發(fā)電或供熱，環(huán)境友好且無任何污染物排放，成本低且收益高，能有效節(jié)約能源、降低霧霾災害、減輕溫室效應、改善大氣質(zhì)量，亦或破解人類生存環(huán)境及能源危機問題。

深層地熱井分為單式地熱井和深層u型地熱井兩種。單式地熱井即采熱供水及采熱回水均在同一口井中實現(xiàn)，通過換熱器的形式吸收來自巖土的熱量交換給采熱水。專利申請?zhí)枮?01620603515.5所述的一種干熱巖供暖裝置，利用內(nèi)套管向換熱器注入經(jīng)干熱巖加熱的熱水，經(jīng)換熱器換熱后的冷卻水通過內(nèi)管和外管之間的通道流入干熱巖進行加熱成為熱水進入內(nèi)管。但該供暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，設備維護成本增加，且考慮到各地地質(zhì)構(gòu)造不同，干熱巖分布不均等因素，故該系統(tǒng)不具有普遍適用性。專利申請?zhí)枮?01410314696.5的干熱巖雙效溴化鋰吸收式熱泵供熱系統(tǒng)，通過地下設置一組或多組密閉的金屬地下?lián)Q熱器通過供水管與雙效溴化鋰吸收式熱泵機組相連以進行向外供熱。但該系統(tǒng)干熱巖熱源供水和干熱巖熱源回水未做有效隔離，會降低干熱巖熱源供水溫度，同時也會形成熱阻，降低換熱系統(tǒng)效率。專利申請?zhí)枮?01520986148.7的一種u型管式干熱巖換熱器，通過兩管間用兩塊板夾緊中間的隔熱材料的方式減少熱損失，在鉆井成本較高的情況下，沒有充分利用管的換熱面積和單位時間換熱量的大小，具有較大局限性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和居高不下的系統(tǒng)建設成本，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、普遍適用的單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，可廣泛應用于居民供熱，主要由地下采熱循環(huán)系統(tǒng)和地上供熱循環(huán)系統(tǒng)組成，其特征在于：地下采熱循環(huán)系統(tǒng)包括：外套管、鉆孔、內(nèi)套管、管卡裝置、采熱循環(huán)泵、采熱供水管、采熱回水管；地上供熱循環(huán)系統(tǒng)包括：直燃型熱泵、燃氣進口管、煙氣出口管、熱網(wǎng)循環(huán)泵、熱網(wǎng)供水管、熱用戶和熱網(wǎng)回水管；外套管位于鉆孔徑向內(nèi)側(cè)，并通過鉆井機械緊貼安放在鉆孔內(nèi)壁，內(nèi)套管位于外套管徑向內(nèi)側(cè)，并通過管卡裝置固定在外套管上，采熱循環(huán)泵位于采熱供水管的匯合后端，外套管中的采熱水通過采熱循環(huán)泵送入直燃型熱泵蒸發(fā)器中換熱，并通過采熱回水管送回到內(nèi)套管內(nèi)部通道，燃氣通過燃氣進口管送入到直燃型熱泵發(fā)生器中燃燒，充分燃燒后的煙氣通過煙氣出口管排出，熱網(wǎng)循環(huán)泵位于熱網(wǎng)供水管上，熱網(wǎng)水依次經(jīng)過直燃型熱泵吸收器和冷凝器，通過熱網(wǎng)循環(huán)泵將熱網(wǎng)水送給熱用戶，消耗熱量后的熱網(wǎng)水通過熱網(wǎng)回水管回到直燃型熱泵吸收器再次加熱。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的外套管和直燃型熱泵之間設置采熱循環(huán)泵。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的直燃型熱泵和熱用戶之間設置熱網(wǎng)循環(huán)泵。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的供熱系統(tǒng)只設一口直徑為325mm的采熱井，且井內(nèi)設置內(nèi)外套管。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的外套管為不銹鋼904l材料，厚度為6mm。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的外套管接近地面部分做?；⒅楸厣皾{保溫處理。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的外套管底部采用同材質(zhì)焊接封堵處理。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的內(nèi)套管為不銹鋼304材料。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，其特征在于：所述的外套管和內(nèi)套管采用管卡裝置進行固定安裝。

上述方案的原理是：如圖1所示，采熱水通過外套管的傳熱吸收來自深層巖土的熱量，吸收熱量的采熱水溫度升高，并通過采熱循環(huán)泵送入到直燃型熱泵蒸發(fā)器中進行和冷劑水的熱交換，釋放熱量后的采熱水通過內(nèi)套管內(nèi)部通道回到井下繼續(xù)換熱，這就完成采熱水的循環(huán)。天然氣通過燃氣進口管進入到直燃型熱泵發(fā)生器中，燃氣的充分燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣作為驅(qū)動熱源，并通過煙氣出口管排出。熱用戶消耗熱量后的熱網(wǎng)回水首先經(jīng)過直燃型熱泵吸收器時吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽釋放的潛熱，溫度首次提升；其次經(jīng)過直燃型熱泵冷凝器吸收來自發(fā)生器中冷劑蒸汽釋放的熱量，完成溫度的二次提升。升溫后的熱網(wǎng)水通過熱網(wǎng)循環(huán)泵送給熱用戶，熱用戶消耗熱量后回到熱泵中進行加熱。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明由于采取深層地熱，與干熱巖采熱方法相比，避免了地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同而無法取熱的缺點，具有普遍適用的優(yōu)點；與深層u型井采熱方法相比，其利用單井式循環(huán)采熱，減少豎井及水平井的成本支出，極大降低鉆井成本；與井下放置密閉式金屬換熱器采熱相比，采用傳熱系數(shù)高的外套管作為換熱器進行換熱，使系統(tǒng)更加方便簡潔；與現(xiàn)有干熱巖采熱系統(tǒng)直接供暖的方式相比，采用深層地熱利用直燃型熱泵系統(tǒng)對采熱水出水溫度要求更低，且采用燃氣驅(qū)動熱泵更加符合分布式居民供熱的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明技術(shù)解決方案的一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

一種單井式深層地熱利用直燃型熱泵供熱系統(tǒng)，可廣泛應用于居民供熱，主要由地下采熱循環(huán)系統(tǒng)和地上供熱循環(huán)系統(tǒng)組成，其特征在于：地下采熱循環(huán)系統(tǒng)包括：外套管1、鉆孔2、內(nèi)套管3、管卡裝置4、采熱循環(huán)泵5、采熱供水管6、采熱回水管7；地上供熱循環(huán)系統(tǒng)包括：直燃型熱泵8、燃氣進口管9、煙氣出口管10、熱網(wǎng)循環(huán)泵11、熱網(wǎng)供水管12、熱用戶13和熱網(wǎng)回水管14；外套管1位于鉆孔2徑向內(nèi)側(cè)，并通過鉆井機械緊貼安放在鉆孔2內(nèi)部，內(nèi)套管3位于外套管1徑向內(nèi)側(cè)，并通過管卡裝置4固定在外套管1上，采熱循環(huán)泵5位于采熱供水管6的匯合后端，外套管1中的采熱水通過采熱循環(huán)泵5送入直燃型熱泵8蒸發(fā)器中換熱，并通過采熱回水管7送回到內(nèi)套管3內(nèi)部流道，完成采熱水循環(huán)，燃氣通過燃氣進口管9送入到直燃型熱泵8發(fā)生器中燃燒，產(chǎn)生的煙氣通過煙氣出口管10排出，熱網(wǎng)循環(huán)泵11位于熱網(wǎng)供水管12上，熱網(wǎng)水依次經(jīng)過直燃型熱泵8吸收器和冷凝器，通過熱網(wǎng)循環(huán)泵11將熱網(wǎng)水送給熱用戶13，消耗熱量后的熱網(wǎng)水通過熱網(wǎng)回本管14回到直燃型熱泵8吸收器再次加熱，完成熱網(wǎng)水循環(huán)。

系統(tǒng)正常運行時，采熱水通過外管套1的傳熱不斷吸收來自高溫巖體或土壤的熱量，升溫后的采熱水沿著外管套1內(nèi)壁流動，通過工作的采熱循環(huán)泵5將采熱水送入到直燃型熱泵8的蒸發(fā)器中。經(jīng)過吸收器和冷凝器的熱網(wǎng)水吸收來自冷劑水冷凝釋放的熱量，通過熱網(wǎng)循環(huán)泵11送入到熱用戶13，消耗掉部分熱量的熱網(wǎng)水再回到熱泵中進行循環(huán)。

設置的外套管1和內(nèi)管套3均設置在井中，其材料分別為不銹鋼904l材料和為不銹鋼904l。內(nèi)管套3通過管卡裝置4安放在外套管1上，管卡裝置設置為同平面4個均布。

采熱水傳熱過程為：深層巖土將熱量傳遞給傳熱系數(shù)高的外管套1，外管套1吸收來自深層巖土的熱量后傳遞給來自內(nèi)管套3內(nèi)部通道的低溫采熱水，當采熱水經(jīng)過外管套1的內(nèi)壁時，溫度升高。

總之，本發(fā)明的供熱系統(tǒng)較好的考慮到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鉆井成本等因素，具有熱能連續(xù)性好、無地域使用限制、投資成本低、系統(tǒng)簡單可靠等優(yōu)點。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。