東營中深層地?zé)嵩诔擎?zhèn)居民集中供暖+設(shè)施農(nóng)業(yè)項目中的應(yīng)用

1概述

中國地?zé)豳Y源十分豐富以中低溫地?zé)豳Y源為主適合用于地?zé)峁┡?/a>、地?zé)?/a>種植養(yǎng)殖和旅游療養(yǎng)梯級綜合利用模式。北方地區(qū)是我國中低溫地?zé)豳Y源發(fā)育最好的區(qū)域以地?zé)峁┡?/a>方式替代傳統(tǒng)能源對緩解北方冬季大氣污染問題有著重要意義。

通過中深層地?zé)峁┡?/a>技術(shù)是通過采水井從地下抽取中高溫地?zé)?/a>水在地面換熱站內(nèi)通過換熱器將地?zé)崴?/a>中的熱能提取后為城鎮(zhèn)居民、周邊高端設(shè)施農(nóng)業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)供暖釋放完熱量后的地?zé)崴?/a>通過回灌井全部回灌到地下做到取熱不耗水。該供熱方式可完全替代用于城鎮(zhèn)集中供暖的燃煤鍋爐供暖清潔環(huán)保節(jié)能減排可為國家“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)助力。

2案例介紹

2.1項目概況

項目位于山東省東營市東營區(qū)項目所在地總供暖面積約2 5 2 4×1 04 m 2其中包括公建部分9 5 7×1 0 4 m 2居民部分1 5.6 7×1 04 m 2。該部分建筑最早采用2臺1 4 M W的燃煤熱水鍋爐提供熱源集中供暖。

該項目鍋爐容量小燃燒效率低加之燃煤價格逐年上漲供熱公司常年虧損靠當(dāng)?shù)卣?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/油田.html" >油田補貼維持運營為充分發(fā)揮當(dāng)?shù)?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地?zé)豳Y源優(yōu)勢.html" >地?zé)豳Y源優(yōu)勢2 0 1 9年當(dāng)?shù)卣疀Q定采用中深層地?zé)峁┡?/a>方式完全替代2臺1 4 M W燃煤鍋爐。另外該項目周邊建有1 8×1 04m 2設(shè)施農(nóng)業(yè)包括花卉大棚以及蔬菜大棚地?zé)?/a>水由換熱站提取熱量為當(dāng)?shù)鼐用窦肮?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/建筑供暖.html" >建筑供暖換完熱后的地?zé)崴?/a>通過管道送到大棚內(nèi)為1 8×1 04m 2設(shè)施農(nóng)業(yè)繼續(xù)供暖。

2.2熱負(fù)荷分析

該項目所服務(wù)的建筑均為非節(jié)能建筑供暖末端均為暖氣片參考《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(C J J 3 4—2 0 2 2)同時考慮熱網(wǎng)及供熱站損失熱量該項目供暖區(qū)域中非節(jié)能住宅建筑熱指標(biāo)(q1)6 0 W/m2非節(jié)能公共建筑熱指標(biāo)(q 2)6 5 W/m2。熱負(fù)荷計算公式為

式中Qh為采暖設(shè)計熱負(fù)荷(k W) ；q h為采暖熱指標(biāo)(W/m2);A c為采暖建筑物的建筑面積(m2)。

由于該項目為改造項目熱用戶的已趨于穩(wěn)定根據(jù)統(tǒng)計該項目入住率基本維持在7 5%~8 0%因此該項目的建筑總熱負(fù)荷按照采暖設(shè)計熱負(fù)荷Qh的8 0%考慮建筑總熱負(fù)荷為Q 1=Q h×8 0%=1 5 6 2 2.5×0.8=1 2 4 9 8 k W 設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚的采暖熱負(fù)荷指標(biāo)(q3)按照4 5 W/m2計算總熱負(fù)荷為Q 2=q 3×1 8×1 04÷1 0 0 0=4 5×1 8×1 0 4÷1 0 0 0=8 1 0 0 k W

因此,該項目總熱負(fù)荷為Q=Q1+Q 2=1 2 4 9 8+8 1 0 0=2 0 5 9 8 k W

2.3供熱方案

項目區(qū)前期供暖方式采用燃煤鍋爐房集中供暖采用中深層地?zé)崮芄┡?/a>技術(shù)在原燃煤鍋爐房內(nèi)新建地?zé)崮茉?/a>站替代原有燃煤鍋爐供熱系統(tǒng)供熱管網(wǎng)和末端設(shè)施均可利舊。

根據(jù)當(dāng)?shù)?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地?zé)豳Y源.html" >地?zé)豳Y源分析報告顯示當(dāng)?shù)刂髁?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/熱儲層.html" >熱儲層東營組地?zé)豳Y源豐富單井取水熱儲可達1 0 0 m成井深度約為2 0 0 0m熱水溫度可達8 0℃單井水量可達8 0 m3 /h該項目未采用熱泵梯級利用技術(shù)地?zé)崴?/a>經(jīng)多級板式換熱器換熱后直接回灌回灌尾溫度3 5 ℃單井供熱量4 1 7 6 k W鉆探5口采水井、5口回灌井可以完全滿足住宅、公建及設(shè)施農(nóng)業(yè)的用熱需求。項目工藝流程如圖1所示。2 0 0 0 m左右的東營組熱儲中的地?zé)?/a>水經(jīng)深井泵升壓后進入除砂器、汽水分離器進行處理除去地?zé)?/a>水中的泥沙及可燃性氣體然后進入布置于能源站內(nèi)板式換熱器熱端進行一級換熱溫度由8 0 ℃降低到約5 2 ℃板式換熱器的冷端溫軟化水在換熱器內(nèi)溫度由4 5 ℃加熱至5 3 ℃加熱后的軟化水經(jīng)分水器后通過集中供熱管網(wǎng)輸送到用戶供熱末端。經(jīng)過一級換熱后的地?zé)崴ㄟ^設(shè)施農(nóng)業(yè)供熱管線輸送到設(shè)施農(nóng)業(yè)蔬菜大棚和花卉大棚內(nèi)的換熱站內(nèi)通過板式換熱器進行二次換熱溫度降低到約3 5 ℃后通過地?zé)嵛菜?/a>回灌管線進入各回灌井內(nèi)進行同層回灌。

該工藝在未使用熱泵的情況下經(jīng)過兩級換熱最大限度地利用了地?zé)崴臒崃拷档土?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地?zé)崂?html" >地?zé)崂?/a>過程的能耗提高了地?zé)衢_發(fā)利用的效率。

3運營情況分析

3.1供暖效果

該項目于2 0 1 9年6月開始施工于2 0 1 9年1 0月3 0日達到供暖條件并于當(dāng)年1 1月7日投入供暖運營。供暖初期及末期開啟 3口取水井、3口回灌井即可滿足供熱需求供暖中期根據(jù)室外溫度情況增加地?zé)峋?/a>開啟數(shù)量。項目已經(jīng)連續(xù)運行4個供暖季供熱效果良好用戶室內(nèi)溫度均高于1 8 ℃滿足《山東省供熱條例》對室內(nèi)溫度要求。

3.2回灌效果分析

該項目采用一采一灌的方式來設(shè)計即一口開采井對應(yīng)一口回灌井。地?zé)峋?/a>及回灌系統(tǒng)采用公司自主研發(fā)無壓回灌專利技術(shù)該技術(shù)在鉆井設(shè)計及完井、工藝設(shè)備及材料的選擇、化學(xué)助劑的針對性應(yīng)用以及運行維保方面形成一整套完整的解決方案達到地?zé)嵛菜?/a>在砂巖熱儲(如館陶組、東營組等)能實現(xiàn)在采水井和回灌井?dāng)?shù)量為1 1的情況下實現(xiàn)1 0 0%無壓同層回灌從而確保以灌定采的實施也不會形成加壓回灌等方式對地層的破壞及不可持續(xù)性。在開采的過程中全程檢測開采井及回灌井的水位、壓力、流量及溫度通過上述參數(shù)的變化判斷生產(chǎn)及回灌的運行情況以確保1 0 0%達標(biāo)回灌及整個系統(tǒng)的安全運行。

圖2所示為2 0 2 1—2 0 2 2年供暖季項目開采量與回灌量對比曲線從圖中可以看出5口開采井的日開采量與5口回灌井的日回灌量基本吻合開采量略大于回灌量的原因是因為開采井的流量計均安裝于氣液分離器及除砂器前段由于當(dāng)?shù)靥幱谟蛥^(qū)地?zé)崴泻淄?、C O2等氣體在進入換熱站前需經(jīng)過氣液分離器除掉氣體以免影響換熱效果以及防止發(fā)生回灌氣堵問題。

3.3經(jīng)濟效益分析

3.3.1收入

該項目住宅收費率約8 5%每平方米供暖價格為2 1元共建收費率約8 0%每平方米供暖價格為3 2元。因此居住建筑供暖費總收入G1= (1 5.6 7×1 04)×8 5%×2 1+ (9.5 7×1 0 4)×8 0%×3 2=5 2 4.7萬元。

另外該項目向周邊設(shè)施農(nóng)業(yè)提供供熱服務(wù)每千焦的單價為0 0 5元年總供熱量約為1 1×1 08 k J收入G2=0.0 5×1.1×1 08  =5 5 0萬元。

該項目的總收入G=G1+G 2=5 2 4.7+5 5 0=1 0 7 4.7萬元。

3.3.2支出

該項目運營成本主要包括電費、人工費、維修費、礦產(chǎn)資源稅、管理費根據(jù)實際運行情況每個供暖季運營成本統(tǒng)計如下

電費1 0 5 3萬元人工費5 6萬元維修費6 0萬元(設(shè)備、地?zé)峋?/a>及管線維修)礦產(chǎn)資源稅7 5萬元管理費1 5萬元合計總運營支出3 1 1.3萬元。

3.3.3效益分析

該項目建設(shè)內(nèi)容包括地?zé)峋?/a>、能源站及供熱管線項目建設(shè)投資5 1 0 0萬元項目毛利潤約7 6 3 4萬元靜態(tài)投資回收期約為 6.6 8年。

3.4節(jié)能減排分析

該項目為燃煤鍋爐替代項目燃煤鍋爐機組已經(jīng)拆除項目已經(jīng)成功運行4個供暖季。根據(jù)運行數(shù)據(jù)測算該項目年供熱量約2 2×1 04  G J按照標(biāo)準(zhǔn)煤熱值2 9 3 0 7 k J/k g[《綜合能耗計算通則》(G B 2 5 8 9—2 0 2 0)]、燃煤熱水鍋爐的熱效率8 5%計算相當(dāng)于每年可節(jié)約標(biāo)煤量0 8 8×1 04 t減少二氧化碳排放量約2 1 6×1 0 4 t。本項目運行4個供暖季已節(jié)約燃煤3 5 2×1 0 4 t減排二氧化碳8.6 4×1 04 t節(jié)能減排效果顯著。

4結(jié)語

通過對該工程案例的分析總結(jié)如下。

(1)該項目采用中深層地?zé)崮?/a>替代傳統(tǒng)集中供暖方式項目建設(shè)投資較高但供熱系統(tǒng)自動化程度高、能耗低排放少運營成本低項目投資回收期較短有顯著的經(jīng)濟和環(huán)保效益。

(2)該項目采用自主知識產(chǎn)權(quán)回灌技術(shù)實現(xiàn)了同層達標(biāo)回灌地?zé)崴娜徇^程全部采用間接換熱形式真正做到了“取熱不耗水”也不污染地下水不會對地下水和地質(zhì)結(jié)構(gòu)造成破壞對地?zé)崮?/a>做到了安全、環(huán)保、可持續(xù)開發(fā)利用。

(3)采用中深層地?zé)崮?/a>完全替代傳統(tǒng)燃煤熱水鍋爐供暖供暖效果得到當(dāng)?shù)匕傩盏恼J(rèn)可徹底解決了供熱公司靠政府補貼維持運營的局面。另外該項目同時為鄉(xiāng)鎮(zhèn)周邊設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚提供廉價熱源助力當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)促進了當(dāng)?shù)?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地?zé)崮芾?html" >地?zé)崮芾?/a>產(chǎn)業(yè)發(fā)展有顯著的社會效益值得借鑒推廣。