地热直供联合热泵供暖技术的研究与应用

阿不都克依木·阿不都热合曼，夏迪亚木·马合木提

伊宁市供热有限公司， 新疆伊犁 835000

0 引言

随着我国的发展迅速，地热采暖也不断快速发展，在不断开发和利用地热资源的过程中，出现一些瑕疵。如地热直供供暖后的尾水排放温度通常高达46℃，相对常规温度偏高，降低了地热资源使用率，给资源造成不必要的丢失和污染环境；还有地热供暖后尾水直接排放，未进行回灌，污染了土壤环境，导致地面下沉，地下结构的稳定性受到了影响；有小部分的地热井水温度低于50℃。在应用供暖时还要升温，如果利用传统的锅炉加热手段，其供暖后温度仍然还能高达40℃。如果利用热泵调峰技术供暖，不但可以将地热直供尾水的热量进行回收，让排放水温度符合环保的要求，而且提高了地热供暖的能力，充分利用了地热资源。

1 改造设计

1.1 确定热指标

按照CJJ 34--2002 城市热力网的设计规范，出于对现有建筑的老式建筑的考虑，墙内外没有保温层，又是老式单层窗，围护结构不稳定，消耗能源高，供热效果又差的特点，因此建筑采暖供热的平均热指标为60w。

1.2 确定热负荷

现在某建设新村有供暖面积大约为68×104 m2，包含有18×104 m2 工业，50×104m2 民用。依据采取60w/m2 的热指标，根据公式Q=g×F进行计算，在公式中的Q代表供暖设计热负荷。在建设新村的。工业中使用的是10.8MW 热负荷，民建使用的是30.0MW 热负荷，总40.8MW 供热负荷。

1.3 地热井供热能力

当前新村里具有4 口地热井，其中直接供热给用户的有3 口高温井，总有290t/h 的出水量(其20t/h 给予居民的用作生活热水)，有270t/h 的热水量作为供暖，70℃的水温；1口低温井，40 t/h 的出水量，49℃的水温。有回水温度大约49℃的高温井供热。和低温井相混合以后给热泵将热量提取。依照热井直供热量的公式：G=3.6×Q/c×(t1-t2)，公式中，G代表热力网设计流量（单位t／h）；Q 代表设计热负荷（单位kW），c 代表水的比热容[单位k3/(kg·oC)]；t1 代表热力网供水的温度（单位℃）， t2：为热力网回水温度（单位℃），依据270 t／h 的高温水量，70℃至49℃的地热水供、回水温，计算结果是6.6 MW 热直供热量。(270+40)t/h 低温水余量，49℃～25℃的水温，8.65 MW 的热量。在国内溴化锂吸收式热泵的COP 值通常在1.7 之间，所以在热泵回收地热尾水后制8.65×1.7/(1.7-1.0)=21.6MW 的热量。也就是说现在有地热井四口及热泵一共制6.6+21.6=28.2MW 的热量和40.8MW 热负荷，它们之间有12.6MW 的差值。

公司经市地热院及相关部门之所以批准采用4 眼井新打两采两灌来提高地热的水量。是因为如今地热水水量现状不良好，不能符合供暖的条件要求。则把新井水系作为馆陶层，通过记算，有80t/h 的出水量，高达70℃的水量。按照80 t/h 的新井出水量，70℃水量进行计算，430t/h 的高温水量，70℃至49℃的地热水供、回水温，其计算结果是10.5MW 地热直供热量。(430+40)t/h 的低温水余量，49℃至25℃的水温，其有13.1MW 的热量。则有13.1×1.7/(1.7—1.0)=32.8Mw 的热量是热泵回收地热尾水后制成。10.5+32.8=43.3 MW 的总热量。和40.8MW 热负荷比较，符合条件。按照上述计算可见，32.8 MW 热量是需要热泵所给予。

1.4 热泵选择

经过研究决定，其方案采取共4 台，10.5MW 的单机功率的以第一类燃气溴化锂吸收式的热泵，三台进行使用，一台作为备用。燃气溴化锂吸收式热泵主要以燃气热能的消耗作为驱动，燃气属于一次性能源。和以消耗二次能源电能的电压缩热泵相比较，更加有节能的优点。同时溴化锂吸收式热泵的单机能力强，能制出高达14MW 的热能力，目前，电压缩式热泵的单机最大制3.5MW 的热能力。方案中则要求有40.8MW 的热泵热源能力才可行，如果采取用电压缩式热泵，12 台并联，不仅面积的占地大，工程量的安装大，而且调试的运行难度大，此外，关联到公司的有关部门电力增申请等。

1.5 内容改造

新打两对110 m3/h 出水量，70℃水温的开采和回灌井，把原系统补水水罐当做热泵尾水罐，其作用是存储热泵尾水，进行回灌。建水罐1000m3 一座，并分两格，存储600m3 的地热供暖直供水，将在低温罐南侧的空地进行创建。高度为400m，用途是存储地热直供供暖回水，作用是给予热泵提供水；将14Mw，共2 台的锅炉拆除，作为热泵的新基础，并把4 台10.5MW 热泵放置于此处；及时调整室内外的供暖管网；热泵的新做和热间中控系统的变换。

1.6 改造后的热源变化

包含70℃的出水温度，430t/h 的供热水量，总5 口的高温地热井；包含49℃的出水温度，40t/h 的供热水量，直燃型溴化锂吸收式热泵4 台的低温地热井，105 MW 功率的单机制热；急用备用的热源是20 蒸吨燃油蒸汽锅炉共2 台。经过把改造之后的供暖系统热进行平衡研究，可以知道，地热加高温水源热泵系统所提供的供热量值，符合东沽小区内的采暖热负荷的需要条件。28 MW 的供热量是原来有的20 蒸吨锅炉2台所产生的，但是，在出现事故的情况下，备用热源需要有保障性，为整个地方的供热达到稳定和安全。

1.7 改造后的供暖工艺

在初末期的供暖地热直供的模式，是以调节变流量的形式完成调节，整个控制系统是按照室外的不同温度和地热井水量的调节，进行操作供暖循环水和供水温度的调节。处于严寒期时，启用热泵并开始进行调峰，整个控制系统就会按照室外的不同温度，采用调节热泵供水质的方法，确保东沽片区供热的正常运作。实际上，室外的均衡温度高达5℃时，启用热泵调峰几乎不用实行，因为地热直供的供暖基本满足村民的需要。室外有2℃～5℃的均衡温度，地热水直供除外，启用1 台热泵。室外存在2℃～3℃的均衡温度，同样减除地热水直供，启用1 台～2 台热泵。室外有-3℃～-7℃的均衡温度，地热水直供除外，启用2 台～3 台热泵。室外有小于-8℃的均衡温度时，把地热水直供除掉外，启用3 台的热泵。

2 节能环保效益

以天然气为主要的供暖燃料，通过检测预算，CO 开始降低，锅炉烟气所产生的SO 将减少，排放烟尘也少。地热直供后回水梯级被运用至低于25℃时进行达标排放，这样能有效运用地热资源，同时环境避免了污染，给予可持续发展社会制造充裕的条件。

3 结论

高温水源热泵的运用，不但能减少供暖系统运行所产生的费用，同时地热资源的使用效率有效的提高，符合环保的要求，减少对环境的危害。因此地热直供联合热泵供暖技术在地热供暖行业里值得大力推广。

[1]杨明珠.谈调节供暖系统运行达到节能效果[J].民营科技，2010，8(2):56-60.