地?zé)嵛菜诠嵯到y(tǒng)的綜合利用

摘 要

摘要：對利用地?zé)嵛菜酂峤Y(jié)合水源熱泵進(jìn)行供熱的工程實例進(jìn)行了探討。介紹了供熱系統(tǒng)流程、設(shè)備選型，計算了系統(tǒng)造價、年運(yùn)行費(fèi)用。與傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性進(jìn)行了
摘要：對利用地?zé)嵛菜酂峤Y(jié)合水源熱泵進(jìn)行供熱的工程實例進(jìn)行了探討。介紹了供熱系統(tǒng)流程、設(shè)備選型，計算了系統(tǒng)造價、年運(yùn)行費(fèi)用。與傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：地?zé)嵛菜?；供熱系統(tǒng)；水源熱源
Comprehensive Utilization of Geothermal Tail Water in Heating System
ZHANG Ke，JIA Pei，SHI Guang-wei
Abstract：The project case of using residual heat from geothermal tail water and water source heat pump for heating is discussed. The process of heating system and equipment lectotype are introduced，and the system fabrication cost and the annual operation cost are calculated. A comparison for economic efficiency and environmental protection between this system and traditional centralized heating system is made.
Key words：geothermal tail water；heating system；water source heat pump
1 工程概況
    某項目位于天津市，周邊地?zé)峋_采目的層均為薊縣系霧迷山組。新開采的地?zé)峋鏊疁囟葹?0℃，出水量為100m3/h，該項目范圍內(nèi)已有回灌井1眼，新開鑿回灌井1眼。由于周邊地?zé)峋鶠閱尾上到y(tǒng)(不回灌)，為了保證資源可再生性，考慮對地?zé)嵛菜倮?。本項目利用地?zé)嵛菜托麻_采地?zé)崴娉Ｒ?guī)熱源進(jìn)行供熱，對利用后地?zé)崴M(jìn)行回灌。該項目總供熱面積為42×104m2，總設(shè)計熱負(fù)荷為16950kW。
　　公共建筑供熱面積為3×104m2，末端為風(fēng)機(jī)盤管，供暖系統(tǒng)供、回水溫度為55、45℃，熱指標(biāo)為45W/m2，熱負(fù)荷為1350kW。居住建筑為24層高層建筑，分為高中低區(qū)，供熱面積為39×104m2，末端為地板輻射供暖系統(tǒng)，供暖系統(tǒng)供、回水溫度為42、32℃。熱指標(biāo)為40W/m2，各區(qū)的建筑面積均為13×104m2，各區(qū)熱負(fù)荷均為5200kW。
    根據(jù)項目所在地及周邊地?zé)峋F(xiàn)狀，可利用熱源為1眼新開采地?zé)峋?眼地?zé)峋菜⒂?眼回灌井。將3眼地?zé)峋菜旌蠎?yīng)用，混合后溫度約43℃，考慮尾水輸送過程中熱損失，計算溫度取42℃；新開采的地?zé)峋畣为?dú)利用。在計算地?zé)峋a(chǎn)熱量時，地?zé)崴K溫取35℃。地?zé)峋木唧w參數(shù)見表1。
表1 地?zé)峋木唧w參數(shù)
地?zé)峋?/span>
質(zhì)量流量/(t·h-1)
地?zé)崴疁囟?℃
混合后地?zé)崴疁囟?℃
產(chǎn)熱量/kW
1號井
120
46
42
2442
2號井
80
36
3號井
100
46
新開采井
100
80
—
5233
2 系統(tǒng)流程
2.1 熱源分配
    根據(jù)計算結(jié)果可知，地?zé)峋漠a(chǎn)熱量無法滿足項目負(fù)荷要求，因此考慮采用水源熱泵輔助供熱。具體配置如下：居住建筑低區(qū)利用新開采井直接供熱，中區(qū)采用1～3號井部分混合后的尾水通過水源熱泵供熱，高區(qū)采用1～3號井剩余尾水通過水源熱泵供熱；公共建筑采用新開采井尾水通過水源熱泵供熱。
2.2 系統(tǒng)流程
   ① 新開采井地?zé)崴孟到y(tǒng)
新開采井地?zé)崴孟到y(tǒng)流程見圖1。居住建筑低區(qū)系統(tǒng)：地?zé)崴?jīng)除砂器后進(jìn)入低區(qū)換熱器，換熱器一級側(cè)進(jìn)、出水溫度為80、35℃，二級側(cè)進(jìn)、出水溫度為32、42℃。公共建筑系統(tǒng)：公共建筑換熱器的一級側(cè)進(jìn)、出水溫度為35、25℃，二級側(cè)進(jìn)、出水溫度為17、25℃。熱泵冷凝器側(cè)進(jìn)出水溫度為45、55℃。地?zé)崴毓鄿囟葹?5℃。
 
② 1～3號井尾水利用系統(tǒng)
1～3號井尾水利用系統(tǒng)流程見圖2。
1～3號井尾水混合后的溫度約42℃，經(jīng)兩次換熱后回灌。中區(qū)與高區(qū)并聯(lián)，均通過一級換熱器提供基礎(chǔ)負(fù)荷，不足部分負(fù)荷由熱泵提供。地?zé)崴毓鄿囟燃s15℃。
3 設(shè)備選型
① 換熱器
 
式中A——換熱器的換熱面積，m2
    s——安全系數(shù)，宜采用1.10～1.15
    Φ——換熱量，W
    ε——水垢和傳熱介質(zhì)分布不均勻?qū)鳠嵝实挠绊懴禂?shù)，取0.6～0.8
    K——換熱器的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)
△t——換熱器的計算溫差，℃
由式(1)計算可得換熱器換熱面積(見表2)。
表2 換熱器的換熱面積計算結(jié)果
換熱器
換熱面積/m2
材質(zhì)
低區(qū)換熱器
160.7
鈦板
公共建筑換熱器
44.6
316型不銹鋼
中區(qū)一級換熱器
102.8
中區(qū)二級換熱器
201.4
高區(qū)一級換熱器
102.8
高區(qū)二級換熱器
201.4
    ② 水源熱泵
    根據(jù)設(shè)計熱負(fù)荷，考慮熱泵機(jī)組制熱性能系數(shù)，水源熱泵的計算選型結(jié)果見表3。
表3 水源熱泵的計算選型結(jié)果
水源熱泵
數(shù)量/臺
單臺制熱量/kW
單臺功率/kW
公共建筑水源熱泵
1
1480
320
中區(qū)水源熱泵
2
2152
460
高區(qū)水源熱泵
2
2152
460
③ 水泵
根據(jù)項目末端各系統(tǒng)情況，選擇各系統(tǒng)適合的循環(huán)泵和補(bǔ)水泵，各種水泵具體性能參數(shù)見表4。
表4 各種水泵具體性能參數(shù)
水泵
數(shù)量/臺
揚(yáng)程/m
流量/(m3·h-1)
單臺功率/kW
低區(qū)供暖循環(huán)泵
3(2用1備)
37
240
55.0
中區(qū)供暖循環(huán)泵
3(2用1備)
37
240
55.0
高區(qū)供暖循環(huán)泵
3(2用1備)
37
240
55.0
公共建筑供暖循環(huán)泵
2(1用1備)
36
144
22.0
中區(qū)熱泵循環(huán)泵
2(1用1備)
32
100
15.0
高區(qū)熱泵循環(huán)泵
2(1用1備)
32
100
15.0
公共建筑熱泵循環(huán)泵
2(1用1備)
24
150
15.0
低區(qū)補(bǔ)水泵
2(1用1備)
40
20
5.5
中區(qū)補(bǔ)水泵
2(1用1備)
70
22
11.0
高區(qū)補(bǔ)水泵
2(1用1備)
102
20
18.5
管道加壓泵
2(1用1備)
38
374
55.0
新開采井潛水泵
2(1用1備)
120
100
55.0
   ④ 電氣及自動化設(shè)備
   地?zé)嵴緝?nèi)主要設(shè)備以自動控制為主，循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、潛水泵采用變頻控制。根據(jù)工藝要求，熱控信號采用數(shù)字顯示儀表進(jìn)行集中監(jiān)控。
4 系統(tǒng)造價及運(yùn)行費(fèi)用
    系統(tǒng)造價主要包括地?zé)嵴局饕O(shè)備、電氣設(shè)備、管網(wǎng)造價及電力增容費(fèi)等(見表5)。系統(tǒng)造價為2086.92×104元，單位供熱面積系統(tǒng)造價為49.7元/m2。
表5 該項目的系統(tǒng)造價    元
項目
造價
主要設(shè)備造價
931.22×104
電氣設(shè)備造價
139.60×104
管網(wǎng)造價
453.60×104
電力增容費(fèi)
562.50×104
合計
2086.92×104
    系統(tǒng)年運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、地?zé)崴M(fèi)、自來水費(fèi)、人工費(fèi)、維修管理費(fèi)、折舊費(fèi)等(見表6)。冬季供暖時間按照120d、每日運(yùn)行24h計算。由于水泵采用變頻調(diào)節(jié)，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷可根據(jù)室外溫度變化逐時調(diào)節(jié)，因此系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時間按1728h計算。補(bǔ)水系統(tǒng)運(yùn)行時間按500h計算。電價為0.71元/(kW·h)，自來水價為5.6元/t，采用回灌工藝的地?zé)崴畠r為0.6元/t，未采用回灌工藝的地?zé)崴畠r為2元/t。人員工資按照每人每月1500元計算，工作人員為8人。系統(tǒng)年運(yùn)行成本為421.57×104元，單位供熱面積的運(yùn)行成本約10元/m2。
表6 該項目的年運(yùn)行成本    元/a
項目
年運(yùn)行成本
電費(fèi)
328.45×104
地?zé)崴M(fèi)
16.54×104
人工費(fèi)
14.40×104
維修管理費(fèi)
13.67×104
折舊費(fèi)
48.51×104
合計
421.57×104
5 經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性分析
    從系統(tǒng)造價、年運(yùn)行成本、環(huán)境影響等方面比較該項目與傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)，比較結(jié)果見表7。地?zé)豳Y源的開發(fā)采取了循環(huán)利用集約化供熱工藝，可有效減少常規(guī)燃料需求和灰、渣、二氧化硫及氮氧化物排放量，降低了城市污染的治理費(fèi)用，有效地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，有明顯的環(huán)境效益。利用3眼地?zé)峋菜Y(jié)合水源熱泵滿足項目部分負(fù)荷需求，不僅充分利用了清潔能源，而且回灌技術(shù)的應(yīng)用使原來3眼單采地?zé)峋畬崿F(xiàn)了采灌結(jié)合循環(huán)使用，降低了地?zé)崴欧帕俊?/span>
表7 該項目與傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)的比較
比較方面
該項目
傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)
單位供熱面積造價/(元·m-2)
49.7
92.0
單位供熱面積年運(yùn)行成本/(元·m-2)
10
25
環(huán)境污染
無污染
有有害氣體排放
6 結(jié)論
    ① 利用地?zé)嵛菜c水源熱泵聯(lián)合的供熱方式，充分利用了可再生能源。
    ② 與傳統(tǒng)供熱方式相比，該項目在系統(tǒng)造價、運(yùn)行成本、環(huán)境影響方面都具有較大優(yōu)勢。
③ 地?zé)豳Y源雖然具有一定局限性，但在天津等華北地區(qū)的應(yīng)用具有一定優(yōu)勢。
 
(本文作者：張珂 賈佩 時光偉 天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院 天津 300250)