中深層地熱能梯級利用的研究

付效東

Research on Cascade Utilization of Geothermal Energy in Middle and Deep Layers

FU Xiao-dong

【摘? 要】近年來，隨著生活水平的提高，當地百姓對供暖的需求越來越大，尤其是大批新建建筑急需解決供暖問題，但是原有的燃煤鍋爐供暖造成了嚴重的空氣污染，地熱能作為一種清潔可再生能源，已得到人們的認可，但是如何提高地熱能源的利用效率顯得尤為重要，論文以某實際需求供暖的小區為例，設計了項目的梯級利用方案，采用板式換熱器+熱泵機組的供暖方式，從而提高了地熱水利用率。

【Abstract】In recent years， with the improvement of living standards， local people's demand for heating is increasing， especially the large number of new buildings are in urgent need of solving the problem of heating， but the original coal-fired boiler heating caused serious air pollution. Geothermal energy， as a kind of clean and renewable energy， has been recognized by people， but it is particularly important to how to improve the efficiency of geothermal energy. Based on a practical demand of heating area as an example， this paper designs the cascade utilization plan of the project， uses the heating methods of the plate heat exchanger and heat pump units， so as to improve the utilization rate of geothermal water.

【關鍵詞】中深層地熱能;采暖;梯級利用;板式換熱器;熱泵技術

【Keywords】middle and deep layers geothermal energy; heating; cascade utilization; plate heat exchanger; heat pump technology

【中圖分類號】TU832? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）05-0190-02

1 引言

城市集中供熱是城市的一套基礎配套設施，北方地區冬季取暖主要采取熱電聯產、燃煤鍋爐集中供熱和單戶煤爐、氣爐、空調分戶取暖方式，主要以原煤為燃料，巨量的污染物排放量，極度惡化了冬季空氣質量。中深層地熱能源作為一種清潔可再生能源，蘊藏量豐富，并且國家出臺了多項促進地熱能發現的優惠政策，所以充分利用地熱能資源供暖市場前景廣闊。

2 方案設計

2.1 項目概況及地質條件

河南省某縣地熱供暖項目，小區總建筑面積28萬m2，最高樓層9層，不分高低區，均為節能建筑，居民末端為地暖盤管敷設，參照小區暖通設計，供暖負荷為35W/m2，故小區總供暖負荷為9800kW。

該縣區域內斷裂為隱伏斷裂。該區域熱儲結構為復合型結構，2000m深度以內有供熱意義的熱儲層，主要熱儲為奧陶系—寒武系熱儲層，中奧陶統、中、上石炭統和二疊系在I區由西向東依次伏于新近系之下，其頂面埋深由西向東逐漸增大。由奧陶系中統馬家溝組灰巖、白云質灰巖組成的熱水儲層，開采層為1258～1815m，地熱水溫度為50～65℃。

2.2 設計原則

①采用多級利用原則，分層次利用地熱資源，適當增加熱泵，進一步降低地熱尾水溫度，有效提高地熱能利用效率。

②堅持“采灌均衡”的工藝模式，通過換熱技術將換完熱的地熱尾水在密閉狀態下通過回灌管線回注到地下，做到“取熱不取水”，實現地熱資源可持續利用。

2.3 地熱井設計

本次井身結構采用“三開”結構，擬利用1800m中深層地熱水，每口地熱井出水溫度55℃，出水流量100m3/h。地熱生產井和回灌井井深和結構一致，擬新建地熱井4口，其中：生產井2口，回灌井2口。

2.4 工藝流程設計

項目利用地熱水作為供暖熱源，冬季為用戶提供35～45℃熱水。系統設置2口生產井，單口生產井地熱水流量100m3/h，出水溫度55℃。當初冬采暖負荷較小時，可只開啟地熱水直接供熱，隨著負荷增大，開啟熱泵來制熱滿足所有負荷要求。

2.5 參數計算

2.5.1 一級直供板式換熱器

設計地熱水（55℃、200m3/h）一級板式換熱器一次側溫差為18℃，則一次側進水溫度55℃，出水溫度37℃，換熱器熱負荷為Q1=1.163×200×（55-37）kW=4186.8kW。