刘斌 白玉
(1.中国中元国际工程公司,北京 100089;2.西安长庆科技工程有限责任公司,陕西西安 710018)
地热资源的综合利用设计分析
刘斌1白玉2
(1.中国中元国际工程公司,北京 100089;2.西安长庆科技工程有限责任公司,陕西西安 710018)
地热资源作为可再生的清洁能源,在中国有着广阔的开发利用前景。本文结合北京某地的地热资源综合利用项目,对地热+热泵+调峰锅炉房相结合的方案进行了分析,提出了可行性的设计方案。
地热 热泵 梯级利用 供热
1 引言
地热资源是指能够为人类开发利用的地球内部的热资源,也是一种清洁能源。与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比,地热能源具备数量巨大、可再生和不污染环境三大要素和清洁、环保、就地取用等优势。北京市分布有较为丰富的中低温地热资源,分为4个地热异常带、10个地热田[1-2]。
2 项目概况
2.1 地热资源量
该项目位于X区凤河营地热田。地热资源为温度大等于90℃小于150℃的中温地热资源。地区已开采的地热井井口出水温度103℃,地热井采用抽水泵抽水时地热井的出水流量为2000t/d,地热井自流时地热井出水流量为800t/d。
2.2 供热负荷
整个地区的热负荷如表1所示。
表1
3 方案比选
地热供暖技术大体可分为三种类型见表2,简要分析各种方式的优缺点。
根据以上分析,地热+热泵+锅炉调峰综合利用方式可充分利用地热系统的产热能力,节约投资,提高供热系统的安全可靠性;虽然调峰锅炉房的设置会造成运行费用的增加,但是由于只是在严寒期才需运行调峰锅炉房,运行费用变化不大,所以本项目推荐采用地热+热泵+锅炉调峰综合利用方式对该地区进行供热。
4 供热设计
该地区采暖热负荷分为两种,工业区为散热器采暖系统,设计供回水温度85/60℃,镇区(1#站和2#站)为地板采暖系统,设计供回水温度50/40℃。根据能量“品位对等,梯级利用”的原则,确定该采暖供热方案如下:
从10口地热供水井提取出的地热水送至地热综合利用中心,考虑到散热损失,地热综合利用中心进口处地热水温度按100℃计算。
地热水经集水缸汇集后,先送至液气分离器进行气液分离,分离出的可燃性气体送至燃气发电车间燃烧发电;液体在非采暖季送往螺杆机间进行地热发电,在采暖季则送至换热间进行一次换热。为充分利用开采出的地热资源,降低整个供热系统的运行成本,此换热器换热温差按3℃考虑;同时考虑到地热水的腐蚀性,为保证供热系统的安全可靠性和设备的使用寿命,此换热器选用钛金属板换热器。
采暖季换热后的地热水和非采暖季地热发电车间的地热回水均送往回灌水池,经回灌泵加压后通过地热回灌井回灌至地下。
换热后的一次水经一次热网循环泵送往工业区和镇区供应采暖,同时换热间内设置全自动软水器、软化水箱、一次热网补给水泵等必要的软水和补水设施。
为了最大限度利用地热水中的高品位热量,地热综合利用中心引出的一次水(供水温度97℃)首先送至工业区热力中心,经换热为85/60℃二次水后供应工业区采暖。换热后一次水设计出水温度为63℃,一次水供热量为33215.3kW;而工业区采暖热负荷为51531.8kW,热量不足部分18316.5kW需通过设置在工业区热力中心的调峰燃气热水锅炉提供。
经工业区热力中心换热后的一次水水温63℃,送往镇区1#和2#热泵站。进入热泵站的一次水首先通过板式换热器换取品位偏高(水温高于43℃)的热量进行采暖供热,不足部分则采用常温热泵继续提取一次水中低品位热量来满足1#站和2#站的采暖要求。
表2
图1 热力系统图
5 结语
采暖季利用地热水供热,非采暖季利用地热水发电,充分利用了地热水的热量;调峰锅炉房灵活设置,通过调节作用解决了高低品质供热匹配问题;通过热泵技术,实现地能量的梯级利用,最终回水温度不到10℃,而且在非采暖季也可以用热泵实现集中供冷。通过该项目的实施,可以最大限度地节约能源,减少污染,提高居民的生活质量。
[1]宾德志,刘久荣,王小玲.北京地热资源[M].地质出版社,2002:169-176.
[2]何柏林.北京城区地热田西北部地热地质特征[J].现代地质,2009.23(1):49-56.
