地熱資源開發利用

天津市華馨公寓地熱梯級利用

  工程概況
  華馨公寓位于天津市河東區,建于1999年,規劃建設面積20萬平方米,一期有13.7萬平方米的采暖及生活用水,二期供暖面積6.3萬平方米。2002年,由于小區建設的需要,又新增了供熱面積4.5萬平方米左右。小區所處位置,地熱資源條件較好。熱儲層為薊縣系霧迷山組,出水溫度85℃左右,出水量為90 -130m3/h,如按一般工藝設計只能滿足10萬平方米左右的供暖,存在熱源嚴重的不足問題。結合開發建設的需求,地熱梯級利用技術為該工程熱源不足問題的解決發揮了重要作用。
  該站地熱井開采為一采一灌的對井回灌開采方式,系統特點為“小而精”,即占地面積小、結構合理、功能齊全、使用效果佳,配以計算機24小時自動監控系統。降溫后的地熱水部分進入下一級系統,另一部分進入裝有石英砂的除鐵罐內進行吸氣除鐵,實施24小時熱水供應。
  為了進一步提高地熱利用率,開發剩余地熱資源,為下一步的規劃建設預留供熱負荷,華馨公寓首次在地熱供熱系統中,引入了地板輻射采暖方式,同時,大面積的住宅型地板采暖天津地區也尚屬首例。其優點在于舒適、美觀、衛生,另外地板采暖高效節能,使地熱水的利用溫差加大了10℃。另外.輻射采暖可比其他散熱器節約20%左右的供熱量,與鑄鐵散熱器相比可節約30%的運行費用。華馨公寓地板采暖系統是利用散熱器采暖的回水(50℃)作為供水,利用低溫大流量的原理,循環至地板采暖回水為40℃,進入換熱器地熱水進行熱交換,這樣利用地熱尾水的熱量,增加了供熱面積5.5萬平方米,提高了資源利用率。可見地板輻射換熱是合理開發利用低溫地熱資源、擴大供熱面積和提高采暖效益的良好方式之一。
  由于小區建設的需要,2002年內新增熱面積4.5萬平方米,考慮到地熱井韻產熱量及新增熟負荷,調勢在必行。目前用于調峰的設備多為燃油、燃氣鍋爐,但在地熱供暖工程中,應甩水源熟泵技術進行冬季調峰,能提高熱能利用率,實現地熱資源梯級利用,為40℃以下的地熱棄水提供了新的利用途徑。
  目前水源熱泵技術已經成熟,主機運行安全可靠,較其他方式具有高效、環保、節能等多項優點。為此,該區新增4.5萬平方米的供熱,由熱泵提取棄水中的熱能來滿足,使系統實現了梯次、高效、節能的目的。

  地熱地質條件
  華馨公寓構造位置位于滄縣隆起大小東莊凸起的西南邊緣,基巖埋深1100米左右。區域上對本區地熱地質條件起控制作用的斷裂,主要有海河斷裂、天津斷裂和李七莊斷裂。

  海河斷裂
  位于本區南側,是大小東莊凸起的南部邊界。沿海河分布,走向北西,傾向南西,區域上延伸較長,西起天津市區,東入渤海。該斷裂屬殼斷裂,活動時期長,有一定的繼承性和新生性。該斷裂距離設計區較近,對本區的地熱地質條件的影響較大。

  天津斷裂
  位于天津市區西部,是大一小東莊凸起的西部邊界,走向北北東,傾向北西西,傾角約45°,屬正斷層,斷層落差200-300m。該斷裂屬蓋層斷裂。

  李七莊斷裂
  位于本區東側是凸起內部斷裂,走向北北東,傾向北西西,傾角60°,屬正斷層,區域上延伸約10km,該斷裂對設計區地熱地質條件影響較大。

  地層概況
  華馨公寓所在地區的地層包括新生界的平原組與明化鎮組,古生界的奧陶系與寒武系,元古界的景兒峪組、龍山組與霧迷山組。

  熱儲特征
  小區將取薊縣系霧迷山組熱儲層地熱水,該熱儲層位于上元古界青白口系地層之下,主要巖性以深灰、淺灰色含灰質白云巖為主。設計區附近該層的頂板埋深2550- 2600m,熱儲層溫度85℃左右,單井出水量90-130 m3/h,水質類型為CISO4.HC03-Na型,含氟量約lOmg/L,總礦化度1900 mg/L,總硬度為245 mg/L,總堿度約330 mg/L,pH值為7.5左右,為低礦化度中性軟水。拉申指數3左右,屬中等腐蝕性熱水。該熱儲層熱水中鍶、鋰、偏硅酸和偏硼酸等含量也均達到飲用礦泉水標準。
  地熱井設計方案
  根據有關資料,結合設計區地熱地質條件,以及現有地熱井的分布,布設一采一灌兩眼地熱井。1#井垂深3000m,斜深3040m,傾角11.45°,方位角44°;2#井垂深2950m,斜深301Om,傾角14.55°,方位角270°。兩井均于400m開始造斜。
  根據工程條件決定采用地熱梯級利用技術。具體設計方案如下:
  1.系統采用兩級換熱一級提熱:利用鈦板換熱器將85℃的地熱水經一級換熱后排出溫度60℃;然后進入二級鈦板換熱器,換熱后排出,排出溫度35℃;再進入熱泵機組進行提熱后排出,排出溫度12℃,排出的地熱尾水回灌回灌井中。
  2.供熱負荷分為三部分:第一部分采用管網方式供熱,供熱溫度為63℃,管網回水溫度為40℃;第二、第三部分采用地板輻射換熱,系統進水溫度為50℃,出水溫度為30℃。