地熱資源的綜合利用設計分析

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利用前景。本文結合北京某地的地熱資源綜合利用項目,對地熱+熱泵+調峰鍋爐房相結合的方案進行了分析,提出了可行性的設計方案。

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利用的地球內部的熱資源,也是一種清潔能源。與煤炭、石油和天然氣等傳統的化石能源相比,地熱能源具備數量巨大、可再生和不污染環境三大要素和清潔、環保、就地取用等優勢。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

整個地區的熱負荷如表1所示。

表1

3 方案比選

地熱供暖技術大體可分為三種類型見表2,簡要分析各種方式的優缺點。

根據以上分析,地熱+熱泵+鍋爐調峰綜合利用方式可充分利用地熱系統的產熱能力,節約投資,提高供熱系統的安全可靠性;雖然調峰鍋爐房的設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+鍋爐調峰綜合利用方式對該地區進行供熱。

4 供熱設計

該地區采暖熱負荷分為兩種,工業區為散熱器采暖系統,設計供回水溫度85/60℃,鎮區(1#站和2#站)為地板采暖系統,設計供回水溫度50/40℃。根據能量“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電車間燃燒發電;液體在非采暖季送往螺桿機間進行地熱發電,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,為保證供熱系統的安全可靠性和設備的使用壽命,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電車間的地熱回水均送往回灌水池,經回灌泵加壓后通過地熱回灌井回灌至地下。

換熱后的一次水經一次熱網循環泵送往工業區和鎮區供應采暖,同時換熱間內設置全自動軟水器、軟化水箱、一次熱網補給水泵等必要的軟水和補水設施。

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℃)首先送至工業區熱力中心,經換熱為85/60℃二次水后供應工業區采暖。換熱后一次水設計出水溫度為63℃,一次水供熱量為33215.3kW;而工業區采暖熱負荷為51531.8kW,熱量不足部分18316.5kW需通過設置在工業區熱力中心的調峰燃氣熱水鍋爐提供。

經工業區熱力中心換熱后的一次水水溫63℃,送往鎮區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 熱力系統圖

5 結語

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

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

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