既有地热单井采暖系统换热量的增强方法

发布时间：2021-03-27 11:23

　　针对企业关注的单井换热量提高和优化运行问题,建立地热井内流体的流动换热方程和岩石的能量方程,并与热泵相结合,分析保温材料性能、注入水温度和流量对系统性能的影响。结果表明:地热井采出热功率随保温材料性能的增强而增大,保温材料导热系数从0.21 W/（m·K）减小到0.04 W/（m·K）时,地热井采出热功率从516.62 kW增加到543.92 kW;降低注入水温度可增大热泵输出功率,注入水温度为2.5、5.0、7.5和10.0℃时,地热井采出热功率分别为579.86、550.82、521.78、492.74 kW,热泵的输出功率分别为796.70、744.99、694.38、645.14 kW;井内对流热阻远小于岩石导热热阻,流量的增加对于提高换热量的作用较小。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

单井地热换热原理图

QE与λ1的关系

图3为采暖开始20周后井内流体温度随井深的变化关系。由图3可知，λ1越大注入井内流体温度越高，而井口采出水温度越低。这是因为λ1越大采出通道内流体的热量传递到注入通道内的越多，导致注入通道内流体的温度升高越大，而采出通道内流体的温降越大。λ1分别为0、0.04、0.10、0.21 W/（m·K）时，对应的井口采出水温度分别为19.47、19.31、19.07、18.66℃。图4所示为井深对单位延米换热功率和注入通道内水温的影响。图中qL表示单位延米换热功率，可以发现qL随井深基本呈线性增大的趋势。可见，增大钻井深度是增大单井取热功率的有效手段，但实际工程中还要兼顾经济性。地热井深度每增加1米，qL增大约0.105 W/m，这是因为岩石温度随井深的增加远大于注入通道内水温随井深的增加，两者之间的传热温差随井深在增大。

【参考文献】：
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本文编号：3103424