劉 琨

(天津市熱力公司 天津 300070)

1 小區(qū)地熱井簡介

小區(qū)地熱井建于1998年九月，99年正式開始投入運行，由地熱井向小區(qū)用戶直接提供生活熱水。地熱井出水溫度44℃，開采量91T/h，動水位91m。目前小區(qū)使用生活熱水的總戶數(shù)為866戶。

2 地熱井設(shè)備及運行現(xiàn)狀

2.1 設(shè)備情況

表1 小區(qū)生活熱水所用設(shè)備一覽表

2.2 工藝運行情況

地熱水由深井泵抽出，送入容量為50T的兩個儲水罐內(nèi)，然后再由生活熱水泵從儲水罐輸送到外管網(wǎng)及室內(nèi)熱水用戶。深井泵及生活熱水泵均采用變頻調(diào)速，深井泵由儲水罐液位控制，生活熱水泵由外網(wǎng)壓力控制，控制點為3.5kg/cm2，生活熱水循環(huán)回到泵房后，由溫度控制電磁閥的開啟，當溫度低于38℃時，打開電磁閥排水，溫度高于38℃時，電磁閥關(guān)閉。

2.3 生產(chǎn)運行情況

現(xiàn)運行一臺55kW深井泵和一臺15kW生活熱水泵，兩臺泵均為變頻調(diào)速，連續(xù)24小時向用戶供給生活熱水。地熱井實際開采量為28T/h，實測出水溫度42℃。

3 小區(qū)生活熱水存在的問題

3.1 供水溫度偏低

供水溫度：在熱水集中供應(yīng)系統(tǒng)的出口最低溫度，應(yīng)保證管網(wǎng)最不利配水點水溫不低于使用要求。

住宅：淋浴器37—40℃；洗臉盆、盥洗槽水龍頭30℃

地熱井出水溫度42℃，小區(qū)全年由地熱井水直接供給。除夏季回水溫度高于35℃以外，其它三季用于生活熱水，溫度有些偏低。故在冬季采暖運行期借助鍋爐，通過板式換熱器來提高用水溫度。而在鍋爐開啟前和停止運行以后的春、秋兩季，存在供水溫度偏低，不能滿足小區(qū)供水溫度要求。

3.2 管網(wǎng)某些配水點供水循環(huán)不好

小區(qū)生活熱水，目前為24小時連續(xù)向用戶供給。如地熱回水全部排放，熱水循環(huán)泵流量在28m3/h左右；如地熱回水不排放，循環(huán)泵流量在15m3/h左右。而外網(wǎng)是按最終規(guī)模設(shè)計，就目前實際為0.1m/s—0.25m/s的管網(wǎng)系統(tǒng)，相對流速偏低。由于熱水系統(tǒng)，由熱源至最遠端總長度達800米，以上的管網(wǎng)流速，在配水和回水管中循環(huán)一周大約需要3小時，而正常的循環(huán)時間應(yīng)該是30分鐘。因而造成管網(wǎng)某些配水點供水時循環(huán)被破壞，是形成較遠端生活用水循環(huán)不暢的主要原因。

3.3 管網(wǎng)系統(tǒng)的排氣裝置不鍵全

小區(qū)生活熱水系統(tǒng)為上供下回式，但在系統(tǒng)的最高點處未設(shè)排氣裝置，造成管網(wǎng)中氣體無法排除，所形成的氣體阻礙了系統(tǒng)水的正常運轉(zhuǎn)。

3.4 室內(nèi)生活熱水系統(tǒng)有問題

部分用戶室內(nèi)系統(tǒng)有問題，釋放冷水時間過長。這種情況不但在較遠端用戶中存在，較近端用戶中也同樣存在，分布不均勻。

3.5 系統(tǒng)的循環(huán)回水基本排放

管網(wǎng)系統(tǒng)的生活熱水循環(huán)回至泵房，低于38℃時全部排放。由于供水溫度較低，系統(tǒng)回水基本都低于38℃，而全部被排放。這不僅浪費了大量可利用的地熱資源，也增加了地熱水開采量，是一種很不經(jīng)濟的運行方式。

4 解決問題的方法與途徑

針對生活熱水溫度偏低；較遠端熱水循環(huán)不好；釋放管網(wǎng)中冷水時間過長等原因決定：

（1）對熱源部分進行改造，并將全年分為多個階段運行：通過鍋爐、熱泵、電等分解加熱方式，提高供水溫度。

（2）重新選擇熱水循環(huán)泵的定壓控制值，并增加一個溫度控制閥來控制熱水循環(huán)泵（變頻）的開啟與關(guān)閉。當?shù)陀趬毫υO(shè)定值以及回水溫度不能滿足用戶需要時，循環(huán)泵開啟，否則關(guān)閉，以提高最不利配水點的循環(huán)量和供水溫度。

（3）對整個管網(wǎng)的各管段配水量進行全面調(diào)整，由近端開始，依據(jù)各樓門使用熱水的戶數(shù)，適量調(diào)節(jié)閥門開啟度，以解決較遠端用戶的供水問題。

（4）對上供下回的室內(nèi)熱水供應(yīng)系統(tǒng)，在其最高點處安裝排氣閥，解決系統(tǒng)循環(huán)不暢問題。

（5）針對室內(nèi)系統(tǒng)存在問題的用戶，視具體情況，依據(jù)排除法逐步分析研究，找出其共性以及各自存在的特性問題，尋求最佳解決問題的方法。

（6）將熱水供應(yīng)系統(tǒng)改造成回水不排放，使其回到冷儲水罐并能加以循環(huán)利用，減少地熱開采量。

5 提高小區(qū)生活熱水質(zhì)量方案選擇

解決小區(qū)春、秋兩季生活熱水質(zhì)量問題可通過三種途徑加以完善：

（1）全部通過熱泵提高供水溫度。

（2）通過電、熱泵互補提高供水溫度。

（3）全部通過電加熱提高供水溫度。

通過一組詳細數(shù)據(jù)加以論證，見表二。

表2 方案中每加熱一噸水（42—50℃）能源消耗量

由以上數(shù)據(jù)顯示，由燃煤將42℃地熱水加熱到50℃所需費用最低，僅為1.763元/噸水；由熱泵加熱所需費用次之為3.746元/噸水；由電加熱所需費用最高為7.44元/噸水，因此，采用電加熱方式不予考慮。

改造方案按四個時段考慮，即：①夏季的6月中—9月中，此階段不對生活熱水加熱，由地熱水直接向用戶供給，以90天計算；②春、秋兩季，由熱泵加熱生活用水，溫度在45—48℃之間，為145天；③冬季由供暖鍋爐通過板式換熱器將生活用水加熱到48—50℃，時間為130天。

為保證熱水管網(wǎng)在停止供水時期的壓力和管網(wǎng)不發(fā)生銹蝕，可在原有三臺熱水泵之間再增加一臺循環(huán)量較小，功率較低，但必須能保證管網(wǎng)壓力的循環(huán)泵，使管網(wǎng)始終處于有壓和非靜止狀態(tài)。

上述方案又可分三種情況向用戶提供生活熱水：

（1）連續(xù)24小時提供熱水。

（2）周一至五，白天連續(xù)14小時（早6：00—晚8：00）；

周六、日連續(xù)24小時。

（3）周一至五，分段間歇（早5：00—8：00；下午5：00—晚11：00）；

周六、日連續(xù)24小時。

6 熱泵的工作原理及投資改造費用

熱泵的工作原理：對出水溫度為42℃的井水，通過熱泵加熱到50℃供給用戶，回水40℃，溫降10℃，利用容量為50噸的高溫水罐貯存加熱后的熱水。設(shè)加熱時間為4小時，即通過熱泵把42℃的地熱井水加熱到50℃并貯存在高溫水箱內(nèi)，以備用戶使用。采用原設(shè)計中另一水箱作為此熱泵系統(tǒng)中熱源，即為熱泵蒸發(fā)端。

高溫水箱的回水管路與低溫水箱進口相連接，以補償?shù)蜏厮渌繙p少；同時井水出口管路也與低溫水箱相連，以防止高溫回水水量不夠補償?shù)蜏厮渑潘畷r導(dǎo)致低溫水箱溫度過低，而使機組效率降低。另在低溫水箱底部設(shè)置溫度控制器，當水溫為25℃時，控制器的控制閥打開排水。機組冷凝端入水溫度42℃，出水溫度50℃；蒸發(fā)端入水溫度40℃，出水溫度25℃。

熱泵及生活熱水系統(tǒng)原理圖

表3 Bitzer半封閉活塞壓縮機6F——50.2Y

表4 投資改造費用

7 生活熱水參數(shù)確定

生活熱水溫度： 42—50℃

生活水泵循環(huán)量： 40—80m3/h

生活變頻水泵定壓值： 4.0kg/cm2

系統(tǒng)回水控制溫度： 40℃

8 小區(qū)生活熱水每年運行費用

8.1 改造前運行費用：

深井泵平均實際開采量：28m3/h；生活水泵平均循環(huán)量：48m3/h

表5 現(xiàn)階段全年生活熱水各種費用一覽表

8.2 小區(qū)生活熱水通過熱泵提高水溫的年運行費用：

（1）、連續(xù)24小時向用戶提供生活熱水的運行費用：

深井泵平均實際開采量：13m3/h；生活水泵平均循環(huán)量：40m3/h

假設(shè)：以6噸水/（月.戶）計，866戶全年耗水62352m3；熱泵蒸發(fā)端排放5.45m3/h；熱泵消耗功率為32.6kW。見表六

表6 改造后方式（1）全年運行費用一覽表

（2）、周一至五，白天連續(xù)14小時；周六、日連續(xù)24小時供給生活熱水的運行費用：

周一至五：深井泵平均實際開采量：18m3/h；

生活水泵平均循環(huán)量：50m3/h

方式（2）與方式（1）相比，全年將節(jié)省地熱開采3430噸；節(jié)煤47噸。見表七

表7 改造后方式（2）全年運行費用一覽表

（3）、每周一至五，分段間歇；周六、日連續(xù)24小時供給熱水的運行費用：

運行方式：早5：00—8：00，只運行一臺15kW循環(huán)泵。

深井泵平均開采量：25m3/h；生活水泵平均循環(huán)量：50m3/h。

下午5：00—晚11：00，運行兩臺熱水循環(huán)泵，一臺工頻一臺變頻。

深井泵平均開采量：35m3/h；生活水泵平均循環(huán)量：80m3/h。

熱泵：提前4小時加熱罐內(nèi)水溫。

方式（3）與方式（1）相比，全年將減少地熱開采4800噸；節(jié)煤59噸。

見表八

表8 改造后方式（3）全年運行費用一覽表

9 小區(qū)生活熱水改造方案的各種運行方式比較

表9 各種運行方式經(jīng)濟比較一覽表

由上表看出：方案（3）全年運行費用最低，初投資回報時間最短，收回改造成本費用僅需一年時間。

顯而易見，熱泵不僅能提高生活熱水的供水溫度，也使循環(huán)回水得以充分利用，且減少地熱開采量。因此，熱泵是解決低溫地熱水溫度偏低、降低運行成本、減排增效之理想設(shè)備。