河南油田地熱供暖系統(tǒng)的工藝設(shè)計

彭旭

河南油田地熱供暖系統(tǒng)的工藝設(shè)計

丁自富1宋衛(wèi)娟2彭旭2

1中國石化河南石油工程設(shè)計有限公司2中國石化河南油田地熱中心

根據(jù)河南油田近5年來的室外溫度繪制了水電小區(qū)的供暖熱負荷曲線，得出了采暖期所需供水溫度并優(yōu)化了的工藝流程：在供暖初期和末期，供水溫度為28℃時即可滿足室內(nèi)采暖需求，而在室外溫度最低時熱水地面輻射采暖所需供水溫度為36℃；在整個采暖期內(nèi)有20天時間采用地熱水和換熱器直接換熱的方式即可滿足采暖熱負荷需求，其余100天采暖期，采用換熱器+熱泵機組梯級利用地熱水的方式供暖。利用地熱水水源熱泵每供暖季可替代標準煤969.87t，減少CO2排放2344.67t，減少粉塵排放0.66t，減少SO2排放8.24t，減少NOx排放7.18t。

地熱水；熱負荷曲線；供水溫度；熱泵；供暖；工藝流程

地熱是一種無污染，可再生的清潔能源。河南油田魏崗地區(qū)地熱資源儲量豐富，低溫地熱水資源量達1.1×1015kJ，相當于0.36億噸標準煤。為了開發(fā)利用地熱資源，開展了地熱供暖的研究。

1 供暖熱負荷的確定與計算

河南油田水電小區(qū)棚戶區(qū)新建住宅506套，新增供暖面積4.55×104㎡，室內(nèi)供暖采用熱水地面敷設(shè)方式。冬季供暖室外計算溫度-2.1℃，室內(nèi)計算溫度18℃，小區(qū)供暖設(shè)計熱負荷1843kW。

為優(yōu)化供暖運行，選取小區(qū)所在地2008～2013年共5個供暖季節(jié)的室外溫度為參考對象。

對2008～2013年共5個供暖季日最高氣溫和日最低氣溫加權(quán)平均計算得出室外日平均溫度。同時，為了便于計算，以5天為一個小區(qū)段，將120天供暖期分為24段，計算所得熱負荷及設(shè)計熱負荷曲線，見圖1。

圖1 熱負荷曲線

從圖1可以看出，供暖期內(nèi)供暖熱負荷曲線近似為一開口向下的拋物線，實際計算峰值熱負荷為1836kW。

2 地熱供暖工藝設(shè)計

2.1設(shè)計思路

根據(jù)供暖期熱負荷曲線并結(jié)合室內(nèi)地面構(gòu)造相關(guān)參數(shù)，可以計算出供暖期所需的供水溫度、供回水溫差及地熱水溫降（采用換熱器直接供熱）。供水溫度、供回水溫差及地熱水溫降的變化曲線如圖2所示。在水源井單井流量為67t/h，井口出水溫度40℃的條件下，根據(jù)地熱水溫降（板式換熱器換熱）得出供暖期內(nèi)地熱水所釋放的熱量變化曲線，見圖3。通過對地熱水所能提供的熱量變化曲線與熱負荷曲線的比較，可以確定工藝流程[1-4]。

圖2 供水溫度、供回水溫差及地熱水溫降關(guān)系

從圖2中可以看出，供暖期所需供水溫度為一變化的曲線：供暖初期和末期，供水溫度為28℃時即可滿足室內(nèi)要求；而在室外溫度最低時熱水地面輻射采暖所需供水溫度為36℃。供回水溫差最大為10℃，最小為5℃。同時，在水源井單井流量為67t/h、井口出水溫度40℃情況下，隨著供暖期所需要的室內(nèi)供回水溫度的不同，地熱水與板式換熱器換熱時，地熱水最小溫度降為10℃，最大溫度降為15℃。

圖3 供暖期內(nèi)地熱水釋放的熱量變化曲線

從圖3中可以看出：在整個供暖期內(nèi)大概有20天時間采用地熱水和換熱器直接換熱的方式即可滿足供暖熱負荷需求；其余100天供暖期，地熱水（板式換熱器換熱）所能提供的熱量已經(jīng)不能滿足供暖熱負荷需求，不足部分熱量由熱泵機組提供，即采用換熱器+熱泵機組梯級利用地熱水的方式供暖。

2.2 工藝流程

地熱供暖工藝流程見圖4。從圖4可以看出，供暖初期和末期的20天供暖期擬采用地熱水和一級板式換熱器2直接換熱的方式：40℃的地熱水進入換熱量為1200kW的一級板式換熱器2，將流量為162t/h的供暖回水溫度由23℃提升為29℃。其余100天供暖期則采用地熱水先進入換熱量為800 kW的一級板式換熱器1，將流量為67t/h的供暖回水由28℃加熱到38℃，30℃的地熱水隨后進入換熱量為1000kW的二級板式換熱器加熱熱泵蒸發(fā)器端回水，熱泵（共2臺，單臺制熱量596 kW）再將熱量傳遞給28℃的供暖回水，使其溫度上升到38℃。用戶端循環(huán)的供暖循環(huán)水均為軟化水，避免了地熱水對管道的腐蝕。地熱尾水采用同層回灌處理。

圖4 地熱供暖工藝流程

熱源供水溫度為38℃時，根據(jù)埋地供暖管道熱損失計算公式及采暖熱水焓降公式，可以計算出用戶入口處溫度為37.8℃，大于所需供水溫度（36℃），所以滿足要求。同理，也可計算出熱源供水溫度為29℃時，用戶入口處溫度為28.7℃，同樣滿足供水溫度需求。

3 結(jié)語

利用地熱水水源熱泵供暖每供暖季可以替代標準煤969.87t，減少CO2排放2344.67t，減少粉塵排放0.66t，減少SO2排放8.24t，減少NOx排放7.18t。因此，地熱供暖是值得大力推廣的低碳減排的供熱方式。

隨著能源資源消耗不斷增長，大氣污染防治壓力持續(xù)加大，以細顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區(qū)域性復合型大氣灰霾污染問題日益突出，使用高效清潔的能源已經(jīng)成為當務(wù)之急。利用地熱水水源熱泵供暖不僅綠色低碳、節(jié)能減排而且符合國家能源開發(fā)政策。

[1]賈佩，張珂，時光偉．地熱水結(jié)合水源熱泵供暖的工程實例[J]．煤氣與熱力，2010，30（8）：A10-A13.

[2]劉雪玲，朱家玲．水源熱泵在冬季供暖中的應(yīng)用[J]．太陽能學報，2005，26（2）：262-265.

[3]馮渝榮．某節(jié)能小區(qū)水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)冬季采暖運行的經(jīng)濟分析[J]．制冷與空調(diào)，2002，2（4）：68-72.

[4]曹風蘭，林建旺，王連成，等．地熱水直接供熱工程實例[J]．煤氣與熱力，2008，28（5）：A17-A20.

（欄目主持 張秀麗）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.034