地热尾水热能回收再利用技术 (2).doc

地热尾水热能回收再利用技术
1绪论
1.1北京地区地热利用现状地热是一种在合理利用条件下可再生的清洁能源。北京地热资源分布范围较广，位于近城区的地热田有4个，分别是：城区南、北热田、沙河热田、后沙峪热田、天竺热田，总面积达776km2，地热水年可采储量6400万m3。地热呈规模的开发自20世纪70年代开始，并由1998年以前的年均钻凿地热井7眼，猛增到1999年以来的年均钻凿地热井20眼以上。1999年底以前，北京市地热井的用途和开采量比例统计见下表：
用途洗浴供暖种植养殖医疗旅游矿泉水井数（眼）821679451占在用井的比例（%）601259453开采量占全部开采量的比例（%）37.832.54.714.82.65.72.4就地热供暖而言，利用地热井16眼，年开采地热水量286万立方米，占全市年地热水开采量的三分之一，而供暖面积仅为58万平方米。虽然用于供暖的地热水占总开采量的比例较大，但用户范围和采暖面积均较小，地热作为清洁、环保新能源的经济及社会效益都不明显。究其原因，是由地热采暖的利用方式落后造成的。1999年之前，地热采暖的利用方式只有一种，即直供直排方式（图1）。地热水从地下取出后，直接进入建筑物用户室内散热器，为保证供暖效果，即使在增加室内暖气片数量的基础上，地热尾水温度也不能低于40℃，地热水热能利用率极低。

如按近城区地热田有代表性的地热井参数：水温55℃，水量40m3/h计，直接供暖地热尾水温度为40℃。(1)、Q：地热水供热量(kw)；Q＝1.163m△tm：地热井用水量(m3/h)；△t：供热过程供回水温差（℃）；55-40=15℃计算Q=698kw(2)、供暖面积：η：管线损失系数，取1.05qF：单位面积热指标，参照北京地区不同建筑物的采暖指标，连续供暖取50w/m2。计算s=1.33万m2这一面积很难满足一般规模住宅小区的供暖需求。较低的地热利用率与较高的初期钻井工程投，加上地热水对室内管道及散热器片有一定的腐蚀、结垢作用，更换管道及散热器片涉及千家万户，平时维修的工作量也较大。以上因素影响了地热供暖系统在用户中的推广。实际上，1999年之前北京城区的地热供暖用户多为20世纪八十年代初期形成的，以后在供暖方面就少有发展了。1.2利用地热采暖是大气污染治理的有效途径而北京地区，在1999年之前，冬季由于燃煤取暖造成的大气污染问题是相当突出的，1998年采暖期的统计结果与国家二级质量标准对比结果见下表：
污染物国家二级质量标准年平均（μg/m3）1998年采暖期实测年平均（μg/m3）实测与标准比超标倍数（倍）SO2602524.2TSP2004312.16NOX502014.02为尽快改善大气污染的状况，市政府颁发了京政办[1999]66号《北京市控制大气污染第三阶段目标和措施》的通知，对北京市的大气污染治理明确了阶段性的治理目标，大气污染的治理呼唤新能源。社会的需求与地热利用现状的极不平衡，给从事地热勘探、地热井施工的地质勘探部门提出了新的任务。1999年，以北京市地质勘察技术院为依托的华清集团承担了北京市政府下达的地热供暖可行性研究及建立示范工程任务，也标志着华清集团正式进入热泵开发研究市场。集团成立了课题攻关小组，会同有关专家，对地热的梯级利用和地热尾水的热能回收展开了深入研究。2地热尾水的热能回收方式地热井的钻井成本较高，地热水一经采出后，应尽可能的提高其热能利用率，做到物尽其用。课题小组结合当时国内刚刚引进的水源热泵系统技术，将其与地热供暖相结合，进行了细致的工作和大胆的尝试，终于在回收地热尾水热能上取得突破，使同一口地热井的采暖面积增加了2~3倍，采暖初投资减低了近一倍。2.1水源热泵系统的原理水源热泵系统是一个可以将低温热能提升为高温热能的集成系统。利用逆卡诺原理，热泵工质（以R22为例）在蒸发器中由低压湿蒸汽变成低压气体（简称工质蒸发），工质蒸发温度在0℃左右，蒸发过程中，通过换热器吸收地热尾水中的热量；携带能量的热泵工质气体，经压缩机的抽吸、压缩作用（驱动电能作功），以高温高压过饱和气体进入冷凝器内；在冷凝器内液化为常温高压液体，并释放携带的热量（简称工质冷凝），工质冷凝温度在68℃左右，冷凝过程中热能通过换热器传递给建筑物供暖系统循环水；工质经过膨胀阀降压节流后，又变成低压湿蒸汽进入蒸发器，完成一个循环。如此周而复始，不断的将地热尾水中的能量搬运、转移到需用的建筑物内。地热尾水由水源热泵系统回收热能后，由直接供暖后地热尾水温度40℃，最低可将低至10℃左右。2.2水源热泵热能回收系统的理论解析仍以城区地热田的有代表性的地热井为例：直接供暖，地热水由供水温度55℃降至40℃，直接利用地热温度为15℃。采用水源热泵系统，在此基础上可将地热尾水降至10℃，多利用地热水温度30℃，提