[发明专利]基于地下煤气化的循环地热供暖系统

说明书

本申请公开了一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统。该系统可以包括：U型地热井，部署在地下煤气化区域上方砂岩层，内部有热介质循环流动；地热系统，其入口通过热泵与U型地热井的采出端连接，其出口与U型地热井的注入端连接，实现热介质的循环；U型煤气化通道，其水平段部署在地下煤气化区域，使煤气化区域与砂岩层产生热量，加热热介质；从U型地热井的注入端注入热介质，水平段与砂岩层通过套管方式实现中深层地热能的采集，从U型地热井采出热介质进入地热系统，为末端用户供暖。本发明通过产出井煤气传输过程中的热能，提高地下气化热能的利用率，解决煤气化后生产出来的煤化气中CO₂排放问题，实现经济有效开发。

技术领域

本发明涉及煤炭资源综合利用领域，更具体地，涉及一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统。

背景技术

煤气化是煤炭高效洁净利用的核心技术之一，其产物合成气(CO与H₂)是诸多煤化工过程的起点，大力发展煤气化技术可以有效降低煤化工过程的成本。受传统煤气化工艺的启发，也出现了将煤的开采与气化工艺结合起来进行的设想：煤地下气化(undergroundcoal gasification,UCG)。煤地下气化工艺将地底的煤层当作一个封闭的气化炉，对煤层进行有控制的燃烧气化。与传统煤气化工艺相似，气化剂一般为O₂(空气)与H₂O，通过注入井注入至地下通道(或洞穴)，与煤层就地反应。煤地下气化工艺节省了煤炭开采与运输的成本，另一方面也降低了采矿工人的安全，为煤炭的开发和加工利用提供了潜在的发展方向。

煤炭储层煤气化主要采用的燃烧气化的方式，导致煤层温度上升到500-1600℃。煤气化后储层形成潜在的地热资源。但是，这部分地热资源留在地下白白浪费，目前无任何资料报告如何利用。

因此，有必要开发一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提出了一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统，利用产出井煤气传输过程中的热能，提高地下气化热能的利用率。解决煤气化后生产出来的煤化气中CO₂排放问题，实现经济有效开发。

本公开实施例提供了一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统，包括：

U型地热井，部署在地下煤气化区域上方砂岩层，内部有热介质循环流动；

地热系统，其入口通过热泵与所述U型地热井的采出端连接，其出口与所述U型地热井的注入端连接，实现所述热介质的循环；

U型煤气化通道，其水平段部署在地下煤气化区域，使煤气化区域与砂岩层产生热量，加热所述热介质；

从所述U型地热井的注入端注入热介质，水平段与砂岩层通过套管方式实现中深层地热能的采集，从所述U型地热井采出所述热介质进入所述地热系统，为末端用户供暖。

优选地，所述热介质为水或CO₂。

优选地，建立基于温度变化的渗流方程，计算温度变化区间，进而确定U型地热井的水平井段的位置。

优选地，建立考虑温度变化的渗流方程，通过数值模拟计算所述U型煤气化通道范围内轴向和砂岩层径向温度的变化范围。

优选地，温度场方程为：

其中，为热传导项，为化学反应热源项，/为热对流项。

优选地，渗流场方程为：