中深层地热能梯级利用的研究

付效东

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

FU Xiao-dong

【摘  要】近年来，随着生活水平的提高，当地百姓对供暖的需求越来越大，尤其是大批新建建筑急需解决供暖问题，但是原有的燃煤锅炉供暖造成了严重的空气污染，地热能作为一种清洁可再生能源，已得到人们的认可，但是如何提高地热能源的利用效率显得尤为重要，论文以某实际需求供暖的小区为例，设计了项目的梯级利用方案，采用板式换热器+热泵机组的供暖方式，从而提高了地热水利用率。

【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.

【关键词】中深层地热能;采暖;梯級利用;板式换热器;热泵技术

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

【中图分类号】TU832                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）05-0190-02

1 引言

城市集中供热是城市的一套基础配套设施，北方地区冬季取暖主要采取热电联产、燃煤锅炉集中供热和单户煤炉、气炉、空调分户取暖方式，主要以原煤为燃料，巨量的污染物排放量，极度恶化了冬季空气质量。中深层地热能源作为一种清洁可再生能源，蕴藏量丰富，并且国家出台了多项促进地热能发现的优惠政策，所以充分利用地热能资源供暖市场前景广阔。

2 方案设计

2.1 项目概况及地质条件

河南省某县地热供暖项目，小区总建筑面积28万m2，最高楼层9层，不分高低区，均为节能建筑，居民末端为地暖盘管敷设，参照小区暖通设计，供暖负荷为35W/m2，故小区总供暖负荷为9800kW。

该县区域内断裂为隐伏断裂。该区域热储结构为复合型结构，2000m深度以内有供热意义的热储层，主要热储为奥陶系—寒武系热储层，中奥陶统、中、上石炭统和二叠系在I区由西向东依次伏于新近系之下，其顶面埋深由西向东逐渐增大。由奥陶系中统马家沟组灰岩、白云质灰岩组成的热水储层，开采层为1258～1815m，地热水温度为50～65℃。

2.2 设计原则

①采用多级利用原则，分层次利用地热资源，适当增加热泵，进一步降低地热尾水温度，有效提高地热能利用效率。

②坚持“采灌均衡”的工艺模式，通过换热技术将换完热的地热尾水在密闭状态下通过回灌管线回注到地下，做到“取热不取水”，实现地热资源可持续利用。

2.3 地热井设计

本次井身结构采用“三开”结构，拟利用1800m中深层地热水，每口地热井出水温度55℃，出水流量100m3/h。地热生产井和回灌井井深和结构一致，拟新建地热井4口，其中：生产井2口，回灌井2口。

2.4 工艺流程设计

项目利用地热水作为供暖热源，冬季为用户提供35～45℃热水。系统设置2口生产井，单口生产井地热水流量100m3/h，出水温度55℃。当初冬采暖负荷较小时，可只开启地热水直接供热，随着负荷增大，开启热泵来制热满足所有负荷要求。

2.5 参数计算

2.5.1 一级直供板式换热器

设计地热水（55℃、200m3/h）一级板式换热器一次侧温差为18℃，则一次侧进水温度55℃，出水温度37℃，换热器热负荷为Q1=1.163×200×（55-37）kW=4186.8kW。