□劉 婷 □王志娟

(1開封市水利工程總隊；2開封市城區(qū)水利局）

0 引言

中原石油勘探局第六社區(qū)位于河南省蘭考縣，南臨蘭考縣城，西北為黃河東壩，G220國道將基地分為東西兩院，東面為建設路及焦裕祿干部管理學院，西面和北面為蘭考的兩個村莊。總建筑面積約為28.80 hm2，其中22 hm2為民用住宅，其余6.80 hm2為公共建筑。

中原石油勘探局第六社區(qū)目前采用燃煤鍋爐供暖，鍋爐房于1987年建成投產(chǎn)使用，并于2001年擴建。現(xiàn)有4.20 MW燃煤熱水鍋爐4臺。根據(jù)歷史運行記錄，在最寒冷的時期，開啟3臺4.20 MW燃煤鍋爐即可滿足供熱負荷,年供暖成本804.40萬元/a。

供熱系統(tǒng)末端為散熱器采暖系統(tǒng)，供回水溫度為65℃/53℃，冬季室內(nèi)設計溫度18℃。隨著燃煤鍋爐的取締，需尋找清潔能源進行代替。

1 分析研究目的

取暖用煤大多是價格低廉的劣質(zhì)煤，二氧化硫及其他有害物質(zhì)含量超標幾倍幾十倍，對人們健康和城鄉(xiāng)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重影響。為解決中原油田蘭考六社區(qū)冬季供暖問題，提高社區(qū)居民生活水平，采用地熱與水源熱泵技術(shù)，實現(xiàn)供暖系統(tǒng)綠色低碳環(huán)保。同時，利用清潔的能源提高行業(yè)之間的發(fā)展、緩解城鄉(xiāng)能源環(huán)境問題，具有十分重要的意義。

2 研究區(qū)域地熱資源分析

經(jīng)現(xiàn)場查看建設項目地下水取水工程擬選定的位置，了解中原油田蘭考六社區(qū)地熱供暖工程所處的地形和取水水源井位置及退水口位置的工程規(guī)劃設計情況，分析建設項目供水工程取水水源選擇的可靠性。

為取得準確的地熱數(shù)據(jù)，在第六社區(qū)范圍內(nèi)進行了探采井的開鑿工作，于2013年12月完工并得到了試驗數(shù)據(jù)。故以此作為供熱設計的依據(jù)：

第六社區(qū)范圍內(nèi)無有效取水井，能滿足取水要求。設計地熱井-井深為2000 m；單井取水能力為120 m3/h，日取水量達到240 m3/d。地熱井水溫：70℃；地熱水質(zhì)情況（詳見地熱水水質(zhì)報告），回灌情況采用加壓回灌。

2.1 地熱資源

水源熱泵可以利用目前開發(fā)較少、貯量較豐富的地下水，用于集中供暖，并將置換能量后的地下水全部回灌到同一含水層。通過采取可靠的回灌措施，不會對地下水資源造成浪費及污染。它是一種高效、節(jié)約、環(huán)保的供熱制冷新技術(shù)，屬于環(huán)保節(jié)能項目。完善相應的技術(shù)措施和管理手段，發(fā)展水源熱泵技術(shù)，在當前建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會中具有十分重要的意義。

地熱井出水能力：120 m3/h；地熱井出水溫度：70℃；井深：2000 m。

回灌井：1口抽水井對應1口回灌井，同時配合過濾裝置和加壓設施，實現(xiàn)回灌。

設計原則：可有效解決冬季供熱問題；盡量利用地下低品位能源，減少運行成本；有較好的經(jīng)濟合理性。

2.2 熱源分析

地熱是一種無污染、可再生的清潔能源，與煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比，具備數(shù)量巨大、可再生、低碳、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢。

蘭考縣位于秦嶺東西向構(gòu)造體系，東端和新華夏構(gòu)造體系的復合部位。沉積了較厚的第三系和第四系地層。通過1980 m深度探采結(jié)合井揭露的地層，為第四系和第三系松散沉積物質(zhì)。地下1400～2000 m深分布有10余層地熱含水層，含水層巖性為細砂、中細砂、細中砂、粗中砂、粗砂，含水層總厚度約200 m，綜合地熱水水溫70℃，開采后可用于供暖。

本縣境內(nèi)已有一口地熱井——考和1井，位于蘭考凸起古故道，現(xiàn)三公司基地鍋爐房內(nèi)。熱儲層為上新近系明化鎮(zhèn)組地層中的砂巖熱儲，完鉆井深1.20 km，測井揭示水層95.60 m/13層，單井出水量60 m3/h。

根據(jù)該井的測溫資料，在埋藏深度1.20 km時地溫可達55°,實測計算蘭考地區(qū)地溫梯度為3.63℃／100 m。（參見圖1）。

圖1 考和1井井溫曲線

3 地熱井設計

從物探測井地層巖性看，通過與華北地層對比，地下深200～1270 m為新第三系明化鎮(zhèn)組地層，厚度1070 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖。1270～1916 m為新第三系館陶組地層,厚度646 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖，該組含水層厚度250 m，在1270～1916 m深地段有15層含水層沙層，僅單層粗砂厚度達20 m,透水性較好，在1240～1280 m深地段有一單層厚度達40 m的砂質(zhì)粘土隔水層作為地熱水蓋層，具有良好的儲熱條件，地層水溫可達70℃，是比較理想的成井地層。1916～1980 m為東營組地層，厚度64 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖。據(jù)蘭考縣及周邊已有的地熱井及油氣井資料分析，該區(qū)熱儲層主要是第三系明化鎮(zhèn)組和館陶組砂巖層。

4 換熱站設計

4.1 系統(tǒng)流程及原理圖

在油田附近蘊藏著大量的地熱資源，本方案用地熱水作為低溫熱源，采用熱泵系統(tǒng)為油田配套小區(qū)供暖，解決油田工人的冬季生活用熱問題。系統(tǒng)實現(xiàn)對地熱水的梯度利用，可最大限度地提高地熱水熱量的利用率。

系統(tǒng)主要設備及設計負荷條件下運行模式：

系統(tǒng)主要供熱設備包括：直供板換、離心熱泵、真空燃氣鍋爐。見圖2。

4.2 尾水處理

圖2 第六社區(qū)熱泵機房系統(tǒng)原理圖

該項目主要采用加壓回灌技術(shù)，主要回灌設備為地熱井加壓回灌泵，回灌比例大致為30%～40%，估算回灌壓力1.4 MPa（需要通過回灌試驗，得到確切的回灌壓力等數(shù)據(jù)）。

4.3 節(jié)水潛力與節(jié)水措施分析

4.3.1 節(jié)水潛力

地下水源熱泵在運作的過程中，不消耗地下水資源，存在極大的節(jié)水潛力，熱泵的工作原理就是在冬季通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。所以保持水體的溫度就非常重要了，這樣就要采取一定的保溫措施，選擇保溫性能好的建筑材料，就可以相對地節(jié)省地下水資源。

4.3.2 節(jié)約措施分析

項目取水要安裝計量裝置，便于管理。管道要采用耐腐蝕的材質(zhì)，并做好管道的密封措施，防止管道的水量漏失。

做好水源熱泵機組和水處理設備的選型工作，既要滿足供暖需求又要有效地實現(xiàn)地下水的循環(huán)利用，同時做好設備檢查維修，防止跑、冒、滴、漏現(xiàn)象發(fā)生。

要做好非供暖期水源熱泵機組的維護工作，保證設備的水循環(huán)率在使用時達到要求，同時在條件許可的情況下要更新設備，提高用水循環(huán)率。

做好回灌井的管理工作，保證回灌在密閉條件下進行，防止水量損失和水質(zhì)污染。

加強物業(yè)管理人員和小區(qū)居民的節(jié)水培訓與教育，提高節(jié)水意識，努力建造節(jié)約型社區(qū)。

5 環(huán)境影響初步分析

地熱梯級利用是新型清潔能源利用技術(shù)，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問題，推廣使用地熱結(jié)合熱泵技術(shù)供暖可以有效減輕該地區(qū)冬季污染。

油田第六社區(qū)（28.80 hm2）的供暖負荷約16000 kW，節(jié)能減排數(shù)據(jù)見表1。

6 結(jié)語

本項目利用地熱供暖技術(shù)可行、經(jīng)濟合理，項目符合國家地熱開發(fā)宏觀政策，符合蘭考縣經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，對蘭考經(jīng)濟發(fā)展有積極的促進作用。項目完成后，年供暖面積28.80 hm2，供暖成本由原來的804.40萬元/a減少到414.40萬元/a，每年節(jié)約390萬元。

表1 能耗計算表

項目符合國家節(jié)能減排的基本國策，減少污染物的排放，每年減排量（標煤t）5178.39 t，有利于環(huán)境保護，對于建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會將起到促進作用。

[1]蘭考縣年鑒編纂委員會.蘭考縣統(tǒng)計年鑒2012[M].蘭考縣年鑒編纂委員會，2012.

[2]河南省水利勘測有限公司.中原油田蘭考六社區(qū)地熱供暖工程項目水資源論證報告[R].鄭州：河南省水利勘測有限公司,2014.