中深层套管式地埋管换热器热-经济性分析及应用

摘要

为获得设计参数对中深层套管式地埋管换热器热-经济性的影响规律,本文首先建立了中深层套管式地埋管换热器及岩土层的流动传热模型和供热系统的经济学模型;其次,探究了物性参数(回填材料、内管、外管的导热系数)、结构参数(埋深、内管管径、外管管径)以及运行参数(入口温度、循环流量)对换热器取热性能的影响;再次,分析了供热系统关键参数(埋深、循环流量、井口数)对系统经济效益的影响;最后,对西安某无干扰地热能供热项目进行热-经济性优化。研究结果表明:影响取热性能最重要的因素为埋深,其次为入口温度和循环流量,内管导热系数、外管管径、回填材料导热系数、内管管径和外管导热系数对取热性能影响较小。对于物性参数,增大回填材料导热系数、减小内管导热系数、增大外管导热系数均可以提高换热器取热性能;对于结构参数,增大埋深、减小内管管径和增大外管管径均可以提高换热器取热性能;对于运行参数,减小入口温度和增大循环流量均可以提高换热器取热性能。考虑初投资、运行成本和项目收益,以动态投资回收期评价系统热-经济性,当埋深为3 000 m、循环流量为25 t/h时,系统动态投资回收期缩短至3.7 a。