劉斌 白玉

(1.中國中元國際工程公司,北京 100089;2.西安長慶科技工程有限責任公司,陜西西安 710018)

地熱資源的綜合利用設(shè)計分析

劉斌1白玉2

(1.中國中元國際工程公司,北京 100089;2.西安長慶科技工程有限責任公司,陜西西安 710018)

地熱資源作為可再生的清潔能源,在中國有著廣闊的開發(fā)利用前景。本文結(jié)合北京某地的地熱資源綜合利用項目,對地熱+熱泵+調(diào)峰鍋爐房相結(jié)合的方案進行了分析,提出了可行性的設(shè)計方案。

地熱 熱泵 梯級利用 供熱

1 引言

地熱資源是指能夠為人類開發(fā)利用的地球內(nèi)部的熱資源,也是一種清潔能源。與煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比,地熱能源具備數(shù)量巨大、可再生和不污染環(huán)境三大要素和清潔、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢。北京市分布有較為豐富的中低溫地熱資源,分為4個地熱異常帶、10個地熱田[1-2]。

2 項目概況

2.1 地熱資源量

該項目位于X區(qū)鳳河營地熱田。地熱資源為溫度大等于90℃小于150℃的中溫地熱資源。地區(qū)已開采的地熱井井口出水溫度103℃,地熱井采用抽水泵抽水時地熱井的出水流量為2000t/d,地熱井自流時地熱井出水流量為800t/d。

2.2 供熱負荷

整個地區(qū)的熱負荷如表1所示。

表1

3 方案比選

地熱供暖技術(shù)大體可分為三種類型見表2,簡要分析各種方式的優(yōu)缺點。

根據(jù)以上分析,地熱+熱泵+鍋爐調(diào)峰綜合利用方式可充分利用地熱系統(tǒng)的產(chǎn)熱能力,節(jié)約投資,提高供熱系統(tǒng)的安全可靠性;雖然調(diào)峰鍋爐房的設(shè)置會造成運行費用的增加,但是由于只是在嚴寒期才需運行調(diào)峰鍋爐房,運行費用變化不大,所以本項目推薦采用地熱+熱泵+鍋爐調(diào)峰綜合利用方式對該地區(qū)進行供熱。

4 供熱設(shè)計

該地區(qū)采暖熱負荷分為兩種,工業(yè)區(qū)為散熱器采暖系統(tǒng),設(shè)計供回水溫度85/60℃,鎮(zhèn)區(qū)(1#站和2#站)為地板采暖系統(tǒng),設(shè)計供回水溫度50/40℃。根據(jù)能量“品位對等,梯級利用”的原則,確定該采暖供熱方案如下:

從10口地熱供水井提取出的地熱水送至地熱綜合利用中心,考慮到散熱損失,地熱綜合利用中心進口處地熱水溫度按100℃計算。

地熱水經(jīng)集水缸匯集后,先送至液氣分離器進行氣液分離,分離出的可燃性氣體送至燃氣發(fā)電車間燃燒發(fā)電;液體在非采暖季送往螺桿機間進行地熱發(fā)電,在采暖季則送至換熱間進行一次換熱。為充分利用開采出的地熱資源,降低整個供熱系統(tǒng)的運行成本,此換熱器換熱溫差按3℃考慮;同時考慮到地熱水的腐蝕性,為保證供熱系統(tǒng)的安全可靠性和設(shè)備的使用壽命,此換熱器選用鈦金屬板換熱器。

采暖季換熱后的地熱水和非采暖季地熱發(fā)電車間的地熱回水均送往回灌水池,經(jīng)回灌泵加壓后通過地熱回灌井回灌至地下。

換熱后的一次水經(jīng)一次熱網(wǎng)循環(huán)泵送往工業(yè)區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)供應(yīng)采暖,同時換熱間內(nèi)設(shè)置全自動軟水器、軟化水箱、一次熱網(wǎng)補給水泵等必要的軟水和補水設(shè)施。

為了最大限度利用地熱水中的高品位熱量,地熱綜合利用中心引出的一次水(供水溫度97℃)首先送至工業(yè)區(qū)熱力中心,經(jīng)換熱為85/60℃二次水后供應(yīng)工業(yè)區(qū)采暖。換熱后一次水設(shè)計出水溫度為63℃,一次水供熱量為33215.3kW;而工業(yè)區(qū)采暖熱負荷為51531.8kW,熱量不足部分18316.5kW需通過設(shè)置在工業(yè)區(qū)熱力中心的調(diào)峰燃氣熱水鍋爐提供。

經(jīng)工業(yè)區(qū)熱力中心換熱后的一次水水溫63℃,送往鎮(zhèn)區(qū)1#和2#熱泵站。進入熱泵站的一次水首先通過板式換熱器換取品位偏高(水溫高于43℃)的熱量進行采暖供熱,不足部分則采用常溫熱泵繼續(xù)提取一次水中低品位熱量來滿足1#站和2#站的采暖要求。

表2

圖1 熱力系統(tǒng)圖

5 結(jié)語

采暖季利用地熱水供熱,非采暖季利用地熱水發(fā)電,充分利用了地熱水的熱量;調(diào)峰鍋爐房靈活設(shè)置,通過調(diào)節(jié)作用解決了高低品質(zhì)供熱匹配問題;通過熱泵技術(shù),實現(xiàn)地能量的梯級利用,最終回水溫度不到10℃,而且在非采暖季也可以用熱泵實現(xiàn)集中供冷。通過該項目的實施,可以最大限度地節(jié)約能源,減少污染,提高居民的生活質(zhì)量。

[1]賓德志,劉久榮,王小玲.北京地熱資源[M].地質(zhì)出版社,2002:169-176.

[2]何柏林.北京城區(qū)地熱田西北部地熱地質(zhì)特征[J].現(xiàn)代地質(zhì),2009.23(1):49-56.