地?zé)豳Y源的工業(yè)化利用探討

，，

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院， 河南 鄭州 450045)

2013年以來,河南省持續(xù)多發(fā)的灰霾天氣，已經(jīng)成為人民群眾反映強(qiáng)烈的熱點(diǎn)問題，大氣污染防治任務(wù)十分艱巨。煤炭直燃是增加大氣PM2.5數(shù)值，形成霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)?。地?zé)豳Y源作為一種可再生、潔凈能源，其開發(fā)既可緩解傳統(tǒng)能源的緊張，又可減少PM2.5、二氧化碳等污染物的排放[1]。

1 地?zé)岬刭|(zhì)條件

延津縣地處中牟凹陷北側(cè)邊緣與內(nèi)黃凸起交接處，受新鄉(xiāng)—商丘斷裂帶影響，下新近系地層孔隙裂隙較發(fā)育，形成良好的熱儲層。本區(qū)熱儲層主要為新近系明化鎮(zhèn)組熱儲層、館陶組熱儲層及古近系熱儲層。

新近系明化鎮(zhèn)組熱儲層：頂板埋深190 m左右，底板埋深1 100 m左右，總厚度910 m左右。熱儲層含水介質(zhì)主要為粗砂、中砂、中細(xì)砂、細(xì)砂為主，蓋層為新近系頂部及上覆第四系的粘性土層。

新近系館陶組熱儲層：頂板埋深1 100 m左右，底板埋深1 900左右，總厚度800 m左右。熱儲層含水介質(zhì)以細(xì)砂及粉細(xì)砂為主。

古近系熱儲層：頂板埋深1 900 m左右，古近系厚度1 900 m左右，熱儲含水介質(zhì)巖性主要為中粒砂巖、細(xì)粒砂巖及泥巖為主。

2 開發(fā)利用方案

2.1 開發(fā)利用方案

延津縣城區(qū)有10家地?zé)崴脩簦钜话阍? 000～1 300 m，單井出水量40 m3/h左右，水溫50℃左右，取水層位為800～1 300 m，主要開采新近系明化鎮(zhèn)組(N2m)地?zé)崴?，主要用途為取暖和洗浴用水。根?jù)延津縣地?zé)岬刭|(zhì)條件及地?zé)豳Y源的開發(fā)利用現(xiàn)狀，同時考慮地?zé)豳Y源的可持續(xù)利用，設(shè)計施工8眼地?zé)峋?采4灌，#1-#4供一期工程，#6-#8供二期工程(#1-#6號井已投產(chǎn)使用)；為了不與周邊已開采地?zé)峋盃帄Z能源”且達(dá)到業(yè)主溫度的要求，井深設(shè)計2 200 m，取水熱儲層為1 300～2 200 m的下新近系和古近系的砂巖。

2014年我單位成功在延津克明面業(yè)施工6眼(3采3灌)地?zé)峋疁馗哌_(dá)75℃，單井涌水量80 m3/h；水化學(xué)類型為Cl-Na、Cl·HCO3-Na型；pH值7.45～7.90；礦化度2 500～3 000 mg/L。

延津克明面業(yè)地?zé)岵捎?采1灌的“對井”開采回灌模式，利用潛水泵抽取地?zé)峋械牡責(zé)崴?75℃)輸送至掛面烘干車間，通過熱交換提取熱水中的熱量對掛面進(jìn)行烘干，尾水(45℃)通過加壓回灌至地?zé)峋?，以實現(xiàn)地?zé)豳Y源的循環(huán)可持續(xù)使用(見圖1)。

圖1 延津克明面業(yè)地?zé)衢_發(fā)利用方式示意圖

2.2 回灌方案

古人把從地殼裂隙深處涌出地面的熱水喻為“金湯”。近年來，隨著溫泉、地?zé)峁┡犬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，“金湯”盲目開采嚴(yán)重，多為“只抽不灌”的消耗型開采，已經(jīng)出現(xiàn)地?zé)崴幌陆?、資源衰減、環(huán)境破壞、開采成本不斷上升等現(xiàn)象，實施地?zé)嵛菜毓嗍欠乐股鲜鰡栴}，保證地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)的關(guān)鍵性技術(shù)之一[2][3]。

由于地?zé)崴哂谐袎盒?，給地?zé)崴毓鄮砹艘欢ǖ碾y度，因此，回灌系統(tǒng)設(shè)計加壓回灌，每眼回水井旁均安裝加壓回灌裝置(見圖2)，經(jīng)過循環(huán)的熱水通過圖示加壓裝置向回灌井進(jìn)行加壓回灌，加壓裝置應(yīng)放置在回水井附近，不應(yīng)距離過遠(yuǎn)，同時為了安全起見在加壓裝置進(jìn)出水兩側(cè)安裝減壓閥門(②和⑤)以保證回灌裝置安全運(yùn)行。

圖2 回灌裝置示意圖

3 企業(yè)利用地?zé)嵝б娣治?/h2>

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

延津縣克明面業(yè)有限公司成立于2008年，注冊資金一億元，占地面積達(dá)315畝，員工800余人，擁有8條全自動掛面生產(chǎn)線，年生產(chǎn)15萬 t掛面，實現(xiàn)產(chǎn)值7億元。

年生產(chǎn)掛面15萬 t需要6眼地?zé)峋?臺鍋爐。以15年投資期，使用6眼地?zé)峋?臺鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益分析(見表1)如下：

6臺鍋爐：一次性總投入330萬元(設(shè)備費(fèi)用180萬元、房建、安裝等費(fèi)用150萬元)；每年需燃燒焦炭6 300 t，能源費(fèi)用為1 071萬元；人工費(fèi)為30萬元；運(yùn)行15年的能源費(fèi)用為16 065萬元，人工費(fèi)為450萬元，總共需要成本16 845萬元。

6眼地?zé)峋?用水量170萬 t)：一次性總投入1 700萬元(成井及配套費(fèi)用等)；每年能源費(fèi)為388萬元(水資源費(fèi)255萬元、電費(fèi)133萬元)；人工費(fèi)10萬元；運(yùn)行15 a的能源費(fèi)為5 820萬元，人工費(fèi)150萬元，總共需要成本7 670萬元。

表1 焦炭鍋爐與利用地?zé)崮艹杀举M(fèi)用對比表

由此可見，雖然采用地?zé)崮芤淮涡酝度氤杀据^大，但是從長遠(yuǎn)(15年)來看，采用地?zé)崮苓M(jìn)行生產(chǎn)比采用鍋爐節(jié)省成本近9 175萬元，相當(dāng)于每年節(jié)省近612萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 延津克明面業(yè)利用地?zé)岬沫h(huán)境效益分析

延津克明面業(yè)有限公司6眼地?zé)峋磕晔褂玫責(zé)崴?70萬 t，提取地?zé)崮?.99×1011KJ，相當(dāng)于節(jié)約燃燒6 800 t標(biāo)準(zhǔn)煤，每年減少CO2排放1.6萬 t，減少SO2排放115.6 t、減少NOX排放40.8 t、減少PM2.5排放81.6 t，環(huán)境效益顯著。見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)煤與利用地?zé)崮墚a(chǎn)生污染物排放量對比表(1a)

3.3 延津克明面業(yè)利用地?zé)岬纳鐣б娣治?/h3>

采用地?zé)崮芟鄬τ谌济嚎梢杂行У臏p少固體廢渣的產(chǎn)生和堆放，有效降低了大氣污染，防止或避免霧霾天氣的形成[4]，改善了人居環(huán)境，保障人民身體健康，實現(xiàn)了節(jié)約、清潔、安全和可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高了經(jīng)濟(jì)增長的質(zhì)量和效益，產(chǎn)生了良好的社會效益。

4 結(jié)語

河南省地處我國中東部、黃河中下游，具有得天獨(dú)厚的交通區(qū)位優(yōu)勢，境內(nèi)地?zé)豳Y源豐富，分布廣泛，開發(fā)歷史悠久。據(jù)調(diào)查，目前河南省大部分省轄市(城區(qū))及市、縣均有地?zé)峋植?，地?zé)峋當(dāng)?shù)量達(dá)800余眼，開采深度300～3 318 m不等，最高水溫達(dá)98.5℃。地?zé)衢_發(fā)已利用于洗浴、種植養(yǎng)殖、供暖等方面[5]。4 000 m以淺，全省可開采熱水總量為56 070.18×104m3/a，可利用熱能總量為110 868.44×1012J/a，折合標(biāo)煤378.91×104T/a。延津克明面業(yè)地?zé)衢_發(fā)利用模式，是節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)實需求。不僅節(jié)約了企業(yè)的投資，而且創(chuàng)造了良好的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，為開發(fā)利用地?zé)豳Y源探索了新的方向，具有很好的示范作用，值得推廣使用。