地?zé)嵛菜诠嵯到y(tǒng)的綜合利用

摘 要

摘要：對(duì)利用地?zé)嵛菜酂峤Y(jié)合水源熱泵進(jìn)行供熱的工程實(shí)例進(jìn)行了探討。介紹了供熱系統(tǒng)流程、設(shè)備選型，計(jì)算了系統(tǒng)造價(jià)、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(duì)利用地?zé)嵛菜酂峤Y(jié)合水源熱泵進(jìn)行供熱的工程實(shí)例進(jìn)行了探討。介紹了供熱系統(tǒng)流程、設(shè)備選型，計(jì)算了系統(tǒng)造價(jià)、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(xiàng)目位于天津市，周邊地?zé)峋_(kāi)采目的層均為薊縣系霧迷山組。新開(kāi)采的地?zé)峋鏊疁囟葹?0℃，出水量為100m3/h，該項(xiàng)目范圍內(nèi)已有回灌井1眼，新開(kāi)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(duì)地?zé)嵛菜倮?。本?xiàng)目利用地?zé)嵛菜托麻_(kāi)采地?zé)崴娉Ｒ?guī)熱源進(jìn)行供熱，對(duì)利用后地?zé)崴M(jìn)行回灌。該項(xiàng)目總供熱面積為42×104m2，總設(shè)計(jì)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(pán)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(xiàng)目所在地及周邊地?zé)峋F(xiàn)狀，可利用熱源為1眼新開(kāi)采地?zé)峋?眼地?zé)峋菜?，并?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(guò)程中熱損失，計(jì)算溫度取42℃；新開(kāi)采的地?zé)峋畣为?dú)利用。在計(jì)算地?zé)峋a(chǎn)熱量時(shí)，地?zé)崴K溫取35℃。地?zé)峋木唧w參數(shù)見(jiàn)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(hào)井
120
46
42
2442
2號(hào)井
80
36
3號(hào)井
100
46
新開(kāi)采井
100
80
—
5233
2 系統(tǒng)流程
2.1 熱源分配
    根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，地?zé)峋漠a(chǎn)熱量無(wú)法滿足項(xiàng)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(kāi)采井直接供熱，中區(qū)采用1～3號(hào)井部分混合后的尾水通過(guò)水源熱泵供熱，高區(qū)采用1～3號(hào)井剩余尾水通過(guò)水源熱泵供熱；公共建筑采用新開(kāi)采井尾水通過(guò)水源熱泵供熱。
2.2 系統(tǒng)流程
   ① 新開(kāi)采井地?zé)崴孟到y(tǒng)
新開(kāi)采井地?zé)崴孟到y(tǒng)流程見(jiàn)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(jí)側(cè)進(jìn)、出水溫度為80、35℃，二級(jí)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(jí)側(cè)進(jìn)、出水溫度為35、25℃，二級(jí)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(hào)井尾水利用系統(tǒng)
1～3號(hào)井尾水利用系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2。
1～3號(hào)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(guò)一級(jí)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(jì)算溫差，℃
由式(1)計(jì)算可得換熱器換熱面積(見(jiàn)表2)。
表2 換熱器的換熱面積計(jì)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(jí)換熱器
102.8
中區(qū)二級(jí)換熱器
201.4
高區(qū)一級(jí)換熱器
102.8
高區(qū)二級(jí)換熱器
201.4
    ② 水源熱泵
    根據(jù)設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，考慮熱泵機(jī)組制熱性能系數(shù)，水源熱泵的計(jì)算選型結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 水源熱泵的計(jì)算選型結(jié)果
水源熱泵
數(shù)量/臺(tái)
單臺(tái)制熱量/kW
單臺(tái)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(xiàng)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(jiàn)表4。
表4 各種水泵具體性能參數(shù)
水泵
數(shù)量/臺(tái)
揚(yáng)程/m
流量/(m3·h-1)
單臺(tái)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(kāi)采井潛水泵
2(1用1備)
120
100
55.0
   ④ 電氣及自動(dòng)化設(shè)備
   地?zé)嵴緝?nèi)主要設(shè)備以自動(dòng)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(hào)采用數(shù)字顯示儀表進(jìn)行集中監(jiān)控。
4 系統(tǒng)造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用
    系統(tǒng)造價(jià)主要包括地?zé)嵴局饕O(shè)備、電氣設(shè)備、管網(wǎng)造價(jià)及電力增容費(fèi)等(見(jiàn)表5)。系統(tǒng)造價(jià)為2086.92×104元，單位供熱面積系統(tǒng)造價(jià)為49.7元/m2。
表5 該項(xiàng)目的系統(tǒng)造價(jià)    元
項(xiàng)目
造價(jià)
主要設(shè)備造價(jià)
931.22×104
電氣設(shè)備造價(jià)
139.60×104
管網(wǎng)造價(jià)
453.60×104
電力增容費(fèi)
562.50×104
合計(jì)
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(lái)水費(fèi)、人工費(fèi)、維修管理費(fèi)、折舊費(fèi)等(見(jiàn)表6)。冬季供暖時(shí)間按照120d、每日運(yùn)行24h計(jì)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(shí)調(diào)節(jié)，因此系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間按1728h計(jì)算。補(bǔ)水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間按500h計(jì)算。電價(jià)為0.71元/(kW·h)，自來(lái)水價(jià)為5.6元/t，采用回灌工藝的地?zé)崴畠r(jià)為0.6元/t，未采用回灌工藝的地?zé)崴畠r(jià)為2元/t。人員工資按照每人每月1500元計(jì)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(xiàng)目的年運(yùn)行成本    元/a
項(xiàng)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(jì)
421.57×104
5 經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性分析
    從系統(tǒng)造價(jià)、年運(yùn)行成本、環(huán)境影響等方面比較該項(xiàng)目與傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)，比較結(jié)果見(jiàn)表7。地?zé)豳Y源的開(kāi)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(xiàng)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(lái)3眼單采地?zé)峋畬?shí)現(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(xiàng)目與傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)的比較
比較方面
該項(xiàng)目
傳統(tǒng)集中供熱系統(tǒng)
單位供熱面積造價(jià)/(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(wú)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(xiàng)目在系統(tǒng)造價(jià)、運(yùn)行成本、環(huán)境影響方面都具有較大優(yōu)勢(shì)。
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(shì)。
 
(本文作者：張珂 賈佩 時(shí)光偉 天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院 天津 300250)