一种无负压地热回灌装置及使用方法与流程

1.本发明涉及地热回灌技术领域，特别涉及一种无负压地热回灌装置及使用方法。


背景技术：

2.地热尾水回灌是指将利用后温度下降的地热流体通过回灌井重新注入热储层的一项技术。地热尾水回灌对延长热田使用寿命、减少供热尾水排放对环境污染、预防因开采而引起地面沉降具有十分重要的意义。地下水回灌具有控制地下水位、涵养水资源等功能。为了节约水资源，降低成本，地下水回灌通常都采用原水(即：深基坑开挖抽取的地下水)作为回灌水源，但是，地下水原水回灌很容易发生堵塞，堵塞的原因是由于含水层孔隙率和渗透性降低，进而造成回灌量会随时间的推移不断减少。堵塞问题是制约承压水人工回灌效率的关键，堵塞的产生与回灌水水源的水质、水中各种气体的含量、含水层的矿物成分及颗粒组成特征等多种因素有关。根据其成因，分为物理堵塞、化学堵塞、生物堵塞，其中物理堵塞包括气堵和悬浮物堵塞，流体注入储层的压力方式不同，地热尾水回灌方式可分为加压回灌和负压回灌。当回灌井含水层渗透性较差，地层吸水能力不能满足实际回灌需求时，依靠外力作用在回灌系统中增加压力，从而补偿地层的自然吸水能力，满足回灌需求。当回灌井含水层渗透性较强，如岩溶裂隙型地热回灌井，该类型地热储层吸水能力往往远大于实际回灌需求，此时则采用负压回灌方式。由于负压回灌时，地层吸水能力大于系统尾水流量，常常造成供暖系统内形成真空柱，一方面影响供暖效果，另一方面对地热动态监测带来困难，比如回灌流量监测误差较大。由于常规的负压抑制器会导致空气进入回灌系统，进而导致回灌尾水水质发生变化，堵塞回灌通道，所以急需一种装置来保证回灌系统内压力平衡。
3.公开号为cn112413914a的中国发明专利公开了一种无负压地热回灌装置及使用方法，其中回灌系统包括稳流罐和氮气补偿装置，所述稳流罐的上部设置有稳流罐压力表,所述稳流罐的进口连接地热尾水进口，所述地热尾水进口和稳流罐的进口之间设置有第一流量计，所述稳流罐的出口连接地热回灌井，所述地回灌井的井口处设置有密封回灌井口装置和井口压力表，所述稳流罐的出口和地热回灌井之间依次设置有第一电控阀和第二流量计，所述氮气补偿装置通过氮气补偿管线分别连接至稳流罐内和地热回灌井内，本发明通过设置稳流罐将地热尾水进口处不稳定的压力转化为稳流罐内可控的压力，通过氮气补偿装置调节稳流罐与地热回灌井内的压力平衡，从而保证回灌系统稳态运行。
4.上述技术方案仍然不能有效提高回灌效率，因此本发明提供一种无负压地热回灌装置及使用方法，可以有效提高回灌效率，而且结构上易于实现，利用尾水本身可以实现自动控制过滤尾水和通过结构的气压调节实现无负压。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种无负压地热回灌装置及使用方法，包括放置在地面上的过滤装置，所述的过滤装置包括固定安装在地面上的过滤箱，所
述的过滤装置用于对尾水进行过滤，所述的地面上设置有稳流装置，所述的稳流装置包括固定安装在地面上的稳流罐，所述的稳流装置用于调节尾水的压力平衡，所述的地面上设置有回灌稳流装置，所述的回灌稳流装置包括固定安装在地面上的回灌井，所述的回灌稳流装置用于控制稳流罐和回灌井的压力平衡。
6.使用时，温度下降后的地热尾水进入过滤装置，将大型固体过滤出去，并通过沙石层进一步过滤，随后尾水进入稳流装置中，尾水经过稳流后进入回灌稳流装置中，最后进入地底热储层。
7.进一步的，所述的过滤装置包括固定安装在地面上的尾水箱，尾水箱和过滤箱之间固定安装有尾水管，过滤箱侧面固定安装有杂质箱，过滤箱内转动安装有辊轮，过滤箱内固定安装有沙石层，过滤箱内固定安装有螺杆箱，螺杆箱下方固定安装有下滤板，过滤箱上固定安装有尾水收集池，尾水收集池上固定安装有潜水泵，潜水泵上固定安装有抽水管，过滤箱内转动安装有螺旋叶片，辊轮和螺旋叶片外缠绕有传动带。
8.进一步的，所述的沙石层为低密度的沙石组成。
9.尾水从尾水箱经过尾水管进入过滤箱中，尾水拨动辊轮，从而通过传动带带动螺旋叶片转动，螺旋叶片转动将尾水中的大型固体杂质运输到杂质箱中，剩余尾水通过下滤板和沙石层的过滤到达尾水收集池中，随后潜水泵作用，将尾水收集池中的尾水通过抽水管抽入稳流装置中。
10.进一步的，所述的稳流装置包括固定安装在稳流罐上的连接块，稳流罐与抽水管固定安装，连接块上转动安装有横连杆，稳流罐上固定安装有限位柱，限位柱上滑动安装有放气板，放气板和限位柱之间设置有回位弹簧，放气板与横连杆转动安装，横连杆上转动安装有竖杆，竖杆下固定安装有浮块，稳流罐上固定安装有支撑板，支撑板上固定安装有水箱，浮块与水箱滑动安装，水箱两侧固定安装有回灌井进水开关和稳流管进水开关，支撑板上固定安装有调节座，调节座上固定安装有稳定盒，稳流罐进气管内滑动安装有推动杆，推动杆上固定安装有推动盘，推动杆端部固定安装有推杆，稳流罐上固定安装有大排水管、稳流进气管和稳流进水管，稳定盒和稳流罐之间固定安装有稳流罐进气管，水箱和稳流罐之间固定安装有稳流罐管，稳定盒上固定安装有回灌井进气管，水箱上固定安装有排水管。
11.尾水从抽水管进入稳流罐中，当回灌井的气体压力小于稳流罐的压力，推动杆就会向右运动，当推动杆向右运动，拨动回灌井进水开关打开，稳流管进水开关关闭，此时，稳流罐的水无法进入水箱，而水箱的水会进入回灌井中，使水箱的水位下降，浮块随之下降，通过竖杆和横连杆带动放气板沿着限位柱上升，从而使得稳流罐放气，当稳流罐和回灌井的气压相等时，推动杆就会向左运动，从而带动稳流管进水开关打开，回灌井进水开关关闭，浮块上升，推动杆上的推动盘到达中间位置时，回灌井进水开关和稳流管进水开关都关闭，放气板在回位弹簧的回弹作用下关闭，从而控制稳流罐的压力。
12.进一步的，所述的稳定盒内设置有与推动盘直径相同的圆孔，推动盘初始状态位于稳定盒中心位置。
13.进一步的，所述的回灌稳流装置包括固定安装在回灌井上的放气座，放气座上转动安装有转板，转板上固定安装有储水箱和配重块，转板底部固定安装有放气门，转板和放气座之间设置有弹簧，储水箱上固定安装有稳流进水开关和井进水开关，回灌井侧面固定安装有恒压调节座，恒压调节座上固定安装有调节座壳，调节座壳内滑动安装有推柱，推柱
上固定安装有推盘，推柱端部固定安装有下推杆，回灌井与大排水管固定安装，排水管与回灌井固定安装，稳流进水管与储水箱固定安装，回灌井进气管与回灌井固定安装，稳流进气管与调节座壳固定安装，回灌井和调节座壳之间固定安装有井进气管，储水箱上固定安装有出水管。
14.进一步的，所述的调节座壳内设置有与推盘直径相同的圆孔，推盘初始状态位于调节座壳中心位置，稳流进水开关与井进水开关安装方向相反。
15.进一步的，所述的浮块为空心且具有浮力，回灌井进水开关和稳流管进水开关安装方向相反。
16.当回灌井下方的气压大于稳流罐的气压时，调节座壳中的推柱向左运动，带动稳流进水开关打开，井进水开关关闭，储水箱中的水增多，储水箱重量增加，由于转板和放气座转动安装，储水箱向下落，使回灌井气孔上的放气门打开释放回灌井压力，当稳流罐和回灌井下方压力接近相等的时候，推柱向右运动，使稳流进水开关关闭，井进水开关打开放从而控制回灌井下方的压力。
17.本发明还公开了一种无负压地热回灌装置的使用方法，具体包括以下步骤：尾水进入稳流罐后的压力一直变化，因此需要调整稳流罐和回灌井下方的气压来保证回灌系统内压力平衡。当稳流罐的压力大于回灌井下方的时候，打开稳流罐的放气门释放压力，稳流罐和回灌井下方的压力相等时自动关闭稳流罐的放气门。当回灌井下方的压力大于稳流罐的时候，打开回灌井的放气门释放压力，当回灌井下方和稳流罐的压力相等时,自动关闭回灌井的放气门。
18.通过稳流装置和回灌稳流装置配合，就可以利用稳流罐中的尾水来自动控制稳流罐和回灌井下方的压力使其压力保持平衡。
19.本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明设置有过滤装置用来将尾水中的大型固态杂物以及小颗粒杂物通过蛟龙机构和沙石层过滤出来，从而更好地进行回灌；(2)本发明设置稳流装置和回灌稳流装置能够使得地热进行均压回灌，过程中不会出现负压；(3)本发明的过滤装置的蛟龙机构通过尾水的流动来驱动动作，无需使用额外的动力源，环保节能；(4)本发明通过尾水的流动来实现稳流罐和回罐井下部的压力平衡，无需使用电能，环保节能。
附图说明
20.图1为本发明整体结构示意图。
21.图2为本发明过滤装置结构示意图。
22.图3为本发明过滤装置内部结构示意图。
23.图4为本发明稳流装置结构示意图一。
24.图5为本发明稳定盒处结构示意图。
25.图6为本发明稳流装置结构示意图二。
26.图7为本发明回罐稳流装置结构示意图。
27.图8为本发明调节座壳处结构示意图。
28.图9为本发明放气座处结构示意图。
29.附图标号：101-尾水箱；102-尾水管；103-杂质箱；104-辊轮；105-过滤箱；106-沙
石层；107-螺杆箱；108-下滤板；109-尾水收集池；110-潜水泵；111-抽水管；112-传动带；113-螺旋叶片；201-稳流罐；202-连接块；203-限位柱；204-回位弹簧；205-放气板；206-横连杆；207-竖杆；208-浮块；209-水箱；210-稳流罐管；211-推杆；212-稳流进气管；213-支撑板；214-稳流罐进气管；215-回灌井进水开关；216-回灌井进气管；217-调节座；218-排水管；219-大排水管；220-稳流进水管；221-推动杆；222-推动盘；223-稳流管进水开关；224-稳定盒；301-回灌井；302-恒压调节座；303-调节座壳；304-井进气管；305-下推杆；306-推柱；307-推盘；308-放气座；309-储水箱；310-配重块；311-弹簧；312-转板；313-稳流进水开关；314-井进水开关；315-出水管；316-放气门；4-地面。
具体实施方式
30.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
31.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
32.实施例：如图1所示，一种无负压地热回灌装置及使用方法，包括放置在地面4上的过滤装置，过滤装置包括固定安装在地面4上的过滤箱105，过滤装置用于对尾水进行过滤，地面4上设置有稳流装置，稳流装置包括固定安装在地面4上的稳流罐201，稳流装置用于调节尾水的压力平衡，地面4上设置有回灌稳流装置，回灌稳流装置包括固定安装在地面4上的回灌井301，回灌稳流装置用于控制稳流罐201和回灌井301的压力平衡。
33.使用时，温度下降后的地热尾水进入过滤装置，将大型固体过滤出去，并通过沙石层106进一步过滤，随后尾水进入稳流装置中，尾水经过稳流后进入回灌稳流装置中，最后进入地底热储层。
34.如图2、图3所示，过滤装置包括固定安装在地面4上的尾水箱101，尾水箱101和过滤箱105之间固定安装有尾水管102，过滤箱105侧面固定安装有杂质箱103，过滤箱105内转动安装有辊轮104，过滤箱105内固定安装有沙石层106，过滤箱105内固定安装有螺杆箱107，螺杆箱107下方固定安装有下滤板108，过滤箱105上固定安装有尾水收集池109，尾水收集池109上固定安装有潜水泵110，潜水泵110上固定安装有抽水管111，过滤箱105内转动安装有螺旋叶片113，辊轮104和螺旋叶片113外缠绕有传动带112。
35.如图3所示，沙石层106为低密度的沙石组成。
36.尾水从尾水箱101经过尾水管102进入过滤箱105中，尾水拨动辊轮104，从而通过传动带112带动螺旋叶片113转动，螺旋叶片113转动将尾水中的大型固体杂质运输到杂质箱103中，剩余尾水通过下滤板108和沙石层106的过滤到达尾水收集池109中，随后潜水泵110作用，将尾水收集池109中的尾水通过抽水管111抽入稳流装置中。
37.如图4、图5、图6所示，稳流装置包括固定安装在稳流罐201上的连接块202，稳流罐201与抽水管111固定安装，连接块202上转动安装有横连杆206，稳流罐201上固定安装有限位柱203，限位柱203上滑动安装有放气板205，放气板205和限位柱203之间设置有回位弹簧204，放气板205与横连杆206转动安装，横连杆206上转动安装有竖杆207，竖杆207下固定安装有浮块208，稳流罐201上固定安装有支撑板213，支撑板213上固定安装有水箱209，浮块
208与水箱209滑动安装，水箱209两侧固定安装有回灌井进水开关215和稳流管进水开关223，支撑板213上固定安装有调节座217，调节座217上固定安装有稳定盒224，稳流罐进气管214内滑动安装有推动杆221，推动杆221上固定安装有推动盘222，推动杆221端部固定安装有推杆211，稳流罐201上固定安装有大排水管219、稳流进气管212和稳流进水管220，稳定盒224和稳流罐201之间固定安装有稳流罐进气管214，水箱209和稳流罐201之间固定安装有稳流罐管210，稳定盒224上固定安装有回灌井进气管216，水箱209上固定安装有排水管218。
38.尾水从抽水管111进入稳流罐201中，当回灌井301的气体压力小于稳流罐201的压力，推动杆221就会向右运动，当推动杆221向右运动，拨动回灌井进水开关215打开，稳流管进水开关223关闭，此时，稳流罐201的水无法进入水箱209，而水箱209的水会进入回灌井中，使水箱209的水位下降，浮块208随之下降，通过竖杆207和横连杆206带动放气板205沿着限位柱203上升，从而使得稳流罐201放气，当稳流罐201和回灌井的气压相等时，推动杆221就会向左运动，从而带动稳流管进水开关223打开，回灌井进水开关215关闭，浮块208上升，推动杆221上的推动盘222到达中间位置时，回灌井进水开关215和稳流管进水开关223都关闭，放气板205在回位弹簧204的回弹作用下关闭，从而控制稳流罐201的压力。
39.如图5所示，稳定盒224内设置有与推动盘222直径相同的圆孔，推动盘222初始状态位于稳定盒224中心位置。
40.如图7、图8、图9所示，回灌稳流装置包括固定安装在回灌井301上的放气座308，放气座308上转动安装有转板312，转板312上固定安装有储水箱309和配重块310，转板312底部固定安装有放气门316，转板312和放气座308之间设置有弹簧311，储水箱309上固定安装有稳流进水开关313和井进水开关314，回灌井301侧面固定安装有恒压调节座302，恒压调节座302上固定安装有调节座壳303，调节座壳303内滑动安装有推柱306，推柱306上固定安装有推盘307，推柱306端部固定安装有下推杆305，回灌井301与大排水管219固定安装，排水管218与回灌井301固定安装，稳流进水管220与储水箱309固定安装，回灌井进气管216与回灌井301固定安装，稳流进气管212与调节座壳303固定安装，回灌井301和调节座壳303之间固定安装有井进气管304，储水箱309上固定安装有出水管315。
41.如图8所示，调节座壳303内设置有与推盘307直径相同的圆孔，推盘307初始状态位于调节座壳303中心位置，稳流进水开关313与井进水开关314安装方向相反。
42.如图4所示，浮块208为空心且具有浮力，回灌井进水开关215和稳流管进水开关223安装方向相反。
43.当回灌井301下方的气压大于稳流罐201的气压时，调节座壳303中的推柱306向左运动，带动稳流进水开关313打开，井进水开关314关闭，储水箱309中的水增多，储水箱309重量增加，由于转板312和放气座308转动安装，储水箱309向下落，使回灌井301气孔上的放气门316打开释放回灌井301压力，当稳流罐201和回灌井301下方压力接近相等的时候，推柱306向右运动，使稳流进水开关313关闭，井进水开关314打开从而控制回灌井301下方的压力。
44.通过稳流装置和回灌稳流装置配合，利用稳流罐201中的尾水来自动控制稳流罐201和回灌井301下方的压力使其压力保持平衡。
45.本发明工作原理：尾水进入稳流罐201后的压力一直变化，因此需要调整稳流罐
201和回灌井301下方的气压来保证回灌系统内压力平衡。当稳流罐201的压力大于回灌井301下方的时候，稳流罐201放气释放压力，稳流罐201和回灌井301下方的压力相等时自动关闭稳流罐201的放气门。当回灌井301下方的压力大于稳流罐201的时候，打开回灌井301的放气门，释放压力，当回灌井301下方和稳流罐201的压力相等时,回灌井301停止放气。
46.尾水从尾水箱101经过尾水管102进入过滤箱105中，尾水拨动辊轮104，从而通过传动带112带动螺旋叶片113转动，螺旋叶片113转动将尾水中的大型固体杂质运输到杂质箱103中，剩余尾水通过下滤板108和沙石层106的过滤到达尾水收集池109中，随后潜水泵110作用，将尾水收集池109中的尾水通过抽水管111抽入稳流罐201中，当回灌井301下方的气体压力小于稳流罐201的压力，推动杆221就会向右运动，当推动杆221向右运动，拨动回灌井进水开关215打开，稳流管进水开关223关闭，此时，稳流罐201的水无法进入水箱209，而水箱209的水会进入回灌井301中，使水箱209的水位下降，浮块208随之下降，通过竖杆207和横连杆206带动放气板205沿着限位柱203上升，从而使得稳流罐201放气，当稳流罐201和回灌井301下方的气压相等时，推动杆221就会向左运动，从而带动稳流管进水开关223打开，回灌井进水开关215关闭，浮块208上升，推动杆221上的推动盘222到达中间位置时，回灌井进水开关215和稳流管进水开关223都关闭，放气板205在回位弹簧204的回弹作用下关闭，从而控制稳流罐201的压力。当回灌井301下方的气压大于稳流罐201的气压时，调节座壳303中的推柱306向左运动，带动稳流进水开关313打开，井进水开关314关闭，储水箱309中的水增多，储水箱309重量增加，由于转板312和放气座308转动安装，储水箱309向下落，使回灌井301气孔上的放气门316打开释放回灌井301压力，当稳流罐201和回灌井301下方压力接近相等的时候，推柱306向右运动，使稳流进水开关313关闭，井进水开关314打开从而控制回灌井301下方的压力。