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地?zé)豳Y源開發(fā)利用

地?zé)豳Y源梯級利用工藝

  【一】研究意義
 
  我國廣泛分布著中低溫地?zé)豳Y源，非常有利于供熱
、養(yǎng)殖、種植等直接利用
。據(jù)國際地?zé)?/a>協(xié)會(IGA) 2000年統(tǒng)計(jì)，我國地?zé)嶂苯永?/a>量已37908TJ/a
，居世界首位
。我國的地?zé)嶂苯永?/a>中有很大一部分是用來供熱的，地?zé)峁?/a>已在天津
、北京
、西安和黑龍江、河北等省市得到廣泛推廣
，供熱面積已達(dá)1180萬平方米（2001年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）
。特別是天津市，地?zé)峁?/a>面積已達(dá)860萬平方米
，占全國的74%
。
 
  然而由于目前在一定程度上存在著粗放型開發(fā)現(xiàn)象，我國的地?zé)崂?/a>還存在如下問題：
  以地?zé)岵膳?/a>為主要目的的地?zé)崂孟到y(tǒng)
，不僅開發(fā)消耗的資源量很大
，而且簡單的用熱之后，沒有進(jìn)行很好的深度開發(fā)
，就將大量的地?zé)崴?/a>排放掉
。使地?zé)豳Y源的復(fù)合特征沒有充分的發(fā)揮，造成資源的較大浪費(fèi)
。
 
  2.利用技術(shù)
、工藝及設(shè)備配套尚需進(jìn)一步優(yōu)化
 
  目前在利用設(shè)備配套水平上，不能把地?zé)豳Y源的能量充分利用和提取出來
，從而使資源的利用率較低
。歷史上遺留下來的老的地?zé)峋?/a>系統(tǒng)中存在不經(jīng)濟(jì)、不合理
、浪費(fèi)大等問題
。
 
  3.排放溫度高，造成資源浪費(fèi)與新的環(huán)境問題
 
  在地?zé)岵膳到y(tǒng)中
，受常規(guī)的管網(wǎng)式供熱工藝和技術(shù)水平的限制
，地?zé)崴?/a>經(jīng)一級換熱后的溫度仍然很高，一般不低于40℃
，不僅造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)
，又給環(huán)境帶來了熱污染。地?zé)?/a>作為一種清潔的新能源
，市場的需求會愈來愈大
。但不能只依靠增加地?zé)豳Y源的開采總量來擴(kuò)大利用規(guī)模和滿足市場需求，而是要依靠科技進(jìn)步，提高利用水平
。就目前利用的水平來說
，還有很大的潛力可挖。從現(xiàn)狀看
，排放溫度普遍在45-50℃,地?zé)崴_采出來的溫度平均在85℃
，平均利用溫差為40℃，如果采用新技術(shù)把溫度降到20℃左右
，可提取更多的熱量以利用
。
 
  利用技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，是解決粗放式開發(fā)的關(guān)鍵問題
。地?zé)衢_發(fā)利用中存在的不科學(xué)
、不合理、不經(jīng)濟(jì)
，浪費(fèi)大
、污染重的諸多問題，只有依靠科技才能解決
。要借助于市場的推動
，政府的協(xié)調(diào)，資源意識的增強(qiáng)
，公眾的參與，大力推進(jìn)地?zé)崂?/a>中新技術(shù)
、新工藝
、新方法的應(yīng)用，解決長期以來一直不好解決的諸如腐蝕問題
、地?zé)?/a>棄水溫度高的問題
、地?zé)豳Y源的多種功能不能全部發(fā)揮的問題等。通過科技創(chuàng)新
，把跨學(xué)科
，跨領(lǐng)域的技術(shù)相互結(jié)合，取長補(bǔ)短
，實(shí)現(xiàn)突破
。
 
  【二】基本概念
 
  為了解決地?zé)嵛菜?/a>排放溫度高、資源利用率低與環(huán)境熱污染問題
，開發(fā)了地?zé)豳Y源梯級利用技術(shù)
。地?zé)崽菁壚?/a>就是多級次地從地?zé)崴?/a>中提取熱能，多層次地利用地?zé)崮?/a>
。通常情況下
，可以將地?zé)崮?/a>要供暖的總負(fù)荷分成高溫供暖部分與低溫供暖部分，先按照高溫供暖設(shè)計(jì)方法提供一部分供暖負(fù)荷，然后按照低溫供暖設(shè)計(jì)方法提供其余的供暖負(fù)荷
。高溫供暖部分一般可以采用管網(wǎng)方式
，低溫供暖部分可以采用地板輻射采暖和風(fēng)機(jī)盤管。
 
  地?zé)崽菁壚?/a>工藝充分發(fā)揮了地板輻射采暖
、地?zé)釤岜?/a>的優(yōu)勢
。地板輻射式采暖與熱泵技術(shù)，可以大大降低地?zé)崴?/a>的排放溫度
，從而提高熱利用率
，即地?zé)?/a>水首先通過板式換熱器換熱，供管網(wǎng)系統(tǒng)采暖
，再二次換熱供地板輻射采暖系統(tǒng)（完全非金屬系統(tǒng)也可直供）
，地輻射采暖系統(tǒng)下來的地?zé)崴倮?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/熱泵技術(shù).html" >熱泵技術(shù)提熱或直接供熱，或采用調(diào)峰
。在這三個(gè)溫降級次間
，根據(jù)需要，拓寬生活洗浴
、康樂理療
、礦泉水、花卉種植等項(xiàng)目
，以減少這些配套項(xiàng)目所需要的資金投入和土地
、能源、淡水資源的消耗
，使地?zé)崴亩喾N功能得以發(fā)揮
。在以供熱為主要用途的系統(tǒng)，必須采取回灌開發(fā)方式
，使當(dāng)時(shí)不能完全消化的尾水重新回到熱儲層
，經(jīng)過地下的熱交換，可以再開發(fā)出來更多的熱能
。所有這些都需要以科技為先導(dǎo)
，創(chuàng)新為突破，解決系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的瓶頸問題
，依靠科技進(jìn)步提高地?zé)豳Y源利用的集約化水平
。
 
  【三】技術(shù)原理
 
  以往的地?zé)峁?/a>設(shè)計(jì)是通過一級換熱進(jìn)行的，即地?zé)崴槿『筮M(jìn)入換熱器
，提取熱量后排放
。由于換熱器所能換取的熱量是有限的，使得這種供熱方式的熱能利用率不高
，并造成嚴(yán)重的熱污染
。
 
  為了解決這個(gè)問題，提出熱水雙循環(huán)系統(tǒng)梯級利用新技術(shù)。根據(jù)建筑物的規(guī)模
、負(fù)荷
、末端設(shè)備進(jìn)行分類，分成若干組團(tuán)
，根據(jù)各組團(tuán)的負(fù)荷
，將系統(tǒng)總負(fù)荷劃分成幾個(gè)部分，并且要結(jié)合各組團(tuán)設(shè)計(jì)參數(shù)和負(fù)荷量來確定各部分的系統(tǒng)參數(shù)
，同時(shí)使各部分參數(shù)與負(fù)荷之間相互藕合
，優(yōu)化配置，在滿足各部分負(fù)荷要求的同時(shí)
，使整個(gè)系統(tǒng)總負(fù)荷能力得到增強(qiáng)
。
 
  具體實(shí)施方法如下：
 
  (1)開采出來的地?zé)崴?jīng)過換熱器
，提取熱能供管網(wǎng)系統(tǒng)供熱
，即為第一梯次。
 
  (2)第二梯次是將經(jīng)過一級換熱的地?zé)崴M(jìn)行再次換熱
，提取能量供地板輻射采暖系統(tǒng)供熱
。
 
  (3)由第二梯次系統(tǒng)排出的地?zé)崴M(jìn)入熱泵機(jī)組進(jìn)行溫度的提升后供小區(qū)新開發(fā)的采暖
，或者熱泵機(jī)組將溫度提升后
，將熱送回第二梯次熱網(wǎng)中，供熱負(fù)荷并入第二梯次熱網(wǎng)中
，即為第三梯次
。
 
  (4)熱泵機(jī)組排出的地?zé)崴闪硪谎?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地?zé)峋毓?html" >地?zé)峋毓?/a>到地下。至此完成了一個(gè)循環(huán)過程
。由此解決地?zé)豳Y源利用中存在的諸多問題。
 
  該技術(shù)的目的是使地?zé)峁┡?/a>從一級利用擴(kuò)展到多級利用
，從而充分發(fā)掘地?zé)豳Y源的潛力
，減少環(huán)境熱污染，提高能源利用率
。
 
  【四】技術(shù)關(guān)鍵
 
  1.藕合自控雙循環(huán)調(diào)溫技術(shù)
 
  地?zé)峁┡?/a>
、供水系統(tǒng)的控制核心是要做到節(jié)水、節(jié)電
，并保證供暖和供水的良好效果
。因此，地?zé)崽菁?/a>利用系統(tǒng)中的一個(gè)核心問題是要將利用系統(tǒng)與地?zé)衢_采系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來
，做到利用多少開采多少
。實(shí)現(xiàn)這一要求的關(guān)鍵是解決好系統(tǒng)的控制技術(shù)問題。
 
  地?zé)峁?/a>中存在兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。一個(gè)是用戶熱力子系統(tǒng)
，負(fù)責(zé)室內(nèi)供熱
，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是水溫可調(diào)而流量不可調(diào)，即調(diào)質(zhì)不調(diào)量
。另一個(gè)是地?zé)崴酉到y(tǒng)
，負(fù)責(zé)熱水開采并向用戶熱力子系統(tǒng)提供熱能。由于地?zé)崴疁囟?/a>是相對恒溫的
，總熱量的變化只能通過流量來控制
，因此，該系統(tǒng)的特點(diǎn)是調(diào)量不調(diào)質(zhì)
。兩個(gè)系統(tǒng)之間通過換熱設(shè)備連接并進(jìn)行熱交換
。地?zé)崴_采量的變化決定了供熱總能量的變化，從而決定了用戶熱力子系統(tǒng)的變化
，最終決定了室內(nèi)溫度的變化
。利用這一特點(diǎn)，建立自動控制系統(tǒng)
，將室內(nèi)溫度需求反饋到地?zé)崴酉到y(tǒng)中
，對開采量進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)
。這個(gè)調(diào)節(jié)過程是由藕合自控雙循環(huán)調(diào)溫系統(tǒng)來控制的
。藕合自控雙循環(huán)調(diào)溫技術(shù)的基本原理是：根據(jù)室外溫度的變化，調(diào)節(jié)室內(nèi)供熱負(fù)荷
，再將室內(nèi)供熱負(fù)荷信號傳送到地?zé)崴酉到y(tǒng)中
，調(diào)節(jié)地?zé)崴髁浚瑢?shí)現(xiàn)對地?zé)崴偀崃康恼{(diào)節(jié)
，進(jìn)而調(diào)節(jié)用戶熱力子系統(tǒng)的循環(huán)水溫度
，最終實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)供熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)，保證室內(nèi)恒溫
。圖1為藕合自控雙循環(huán)調(diào)溫技術(shù)原理圖
。
 
  2.各級參數(shù)的藕合匹配
 
  地?zé)崽菁?/a>利用工藝的另一個(gè)關(guān)鍵是各級參數(shù)的藕合匹配。首先是用戶熱力子系統(tǒng)各級參數(shù)的匹配
，用戶熱力系統(tǒng)一般分三級進(jìn)行
，各級的供熱溫度要根據(jù)供熱面積與負(fù)荷要求確定。確定各級供熱溫度后
，就可以相應(yīng)地確定地?zé)崴到y(tǒng)的換熱溫度
。地?zé)崴到y(tǒng)一般采用兩級換熱一級提溫的方式，各級換熱溫度與提溫量由自控系統(tǒng)根據(jù)供熱參數(shù)確定
。
 
  3.直供與間供方式的選擇
 
  在地?zé)嵊糜诠┡?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/開發(fā)利用.html" >開發(fā)利用過程中
，由于各地水質(zhì)
、溫度和采暖設(shè)施的不同，利用的形式也就各有不同
。但總結(jié)起來其基本形式有兩種
，一種是地?zé)崴苯舆M(jìn)入末端設(shè)備的供暖方式，叫直接供暖方式;另一種是通過換熱器將地?zé)崴臒崃拷粨Q到另一種介質(zhì)中
，通過此種介質(zhì)的循環(huán)
，把熱量傳遞到各采暖用戶，叫間接供暖方式
。
 
  對于地?zé)峁┡到y(tǒng)采取直接供暖方式好還是間接供暖方式好
，需要綜合考慮地?zé)崴乃|(zhì)、水溫
、末端設(shè)備選型
、是否回灌以及資金狀況等許多因素。但影響選擇直接供暖和間接供暖的最主要的因素是地?zé)崴乃|(zhì)和溫度
。
 
  間接供暖需要使用換熱器
，使用換熱器必然有熱量的損失。對高溫資源來說
，熱量損失相對于資源品位而言較?div id="m50uktp" class="box-center"> 。欢鴮?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/低溫.html" >低溫資源來說
，由于本身溫度不高
，熱量損失相對資源品位就比較大。并且
，由于低溫地?zé)峋?/a>的水溫較低
，為盡量減少換熱溫差熱交換時(shí)需要的傳熱面積就比較大，換熱器的成本相應(yīng)也要增加
。盡管如此
，具體應(yīng)采用何種方式仍要以水質(zhì)的腐蝕特性而定。
 
  ②地?zé)崴|(zhì)因素
 
  利用地?zé)徇M(jìn)行直接供暖存在腐蝕結(jié)垢問題
。地?zé)崴乃|(zhì)將會直接影響到整個(gè)供熱系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕程度
。采用間接供熱時(shí)，可以選用耐腐蝕性很強(qiáng)的欽板換熱器
，避免地?zé)崴筒膳到y(tǒng)管道的直接接觸
，也就避免了系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢問題
。因此
，對于水質(zhì)差的地?zé)崴畱?yīng)優(yōu)先選用間接供暖方式。
 
  【五】設(shè)備組成及其功能
 
  該工藝主要包括井口裝置
、換熱器
、熱泵
、分水器、集水器
、除污器
、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵
、補(bǔ)水箱等
。
 
  其功能如下：
 
  4.熱泵：提升及交換熱能；
 
  5.分水器：進(jìn)行供水分流
；
 
  6.集水器：進(jìn)行回水匯集
；
 
  7.除污器：清除水中的雜物；
 
  8.循環(huán)泵：提供動力
，推動水循環(huán)
；
 
  9.補(bǔ)水泵：補(bǔ)充二次網(wǎng)的水量消耗；
 
  10.補(bǔ)水箱：貯存水以供補(bǔ)水泵使用
。