中深层地热能梯级利用系统优化研究

摘要

我国中深层地热能主要以低温地热田的形式存在。尤其在山东地区，地热资源分布面积广，储量大，开采条件较好，但由于技术上处在自发、分散和粗放的利用阶段，浪费地热资源的现象严重，综合开发利用水平低。地热尾水就近地面排放较普遍，给地热利用区域的水环境带来严重负面影响。
　　本文从强化传热速率和水系统优化运行策略角度入手，将“火积耗散”理论引入到地热供暖技术上，着重分析了火积分析应用到换热器上的优化策略，确定了火积分析应用到主要设备选型时的优化原则;分析了地热水水系统的不同形式及其优化准则，提出了两种较为可行的运行调控策略，并将上述研究成果应用到菏泽某地热供暖改造工程中，指导系统改造的优化设计。
　　研究了地热供热系统强化传热效率。以给定条件下火积耗散最小为优化准则。当给定换热器冷热流体进出口温度时，冷热流体热容量差值越小，火积耗散越小，换热器传热速率越快;当给定冷热流体热容量情况下，热流体（或冷流体）进出口温差越大，火积耗散越小，换热器传热速率越快;当给定换热器热流的情况下，流体热容量越大，火积耗散越小，换热器传热速率越快。
　　建立了地热水水系统的优化方法。遵循“扩大地热能可利用温差和减少地热水开采量”的原则。通过控制地热井出水流量、控制回灌温度的措施或控制换热器低温侧出口温度等措施予以实现。并以工程实例检验了该方法的可行性。
　　提出了山东菏泽地区某地热供暖改造工程方案。实地调研考察，对其进行扩大供暖能力、减少地热水开采量和增大系统及其主要采暖设备供热能力等方面，进行了优化改造。提出了“增加梯级利用级数+增设混热水箱”和“增加梯级利用级数+增设市政热网调峰”的两种优化方案，深入探讨了优化原则与策略在工程中的实际应用，并对其在节约地热水、提高供热能效比和地热能利用率、热突破时间以及经济性等方面进行了较为深入全面分析，确定了“增加梯级利用级数+增设混热水箱”方案。基于建立的地热梯级利用优化技术，进行的工程改造结果表明:提出的优化方法具有可行性与可操作性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外中深层地热资源利用现状

1．3 本文研究主要内容

第2章 地热梯级利用系统技术研究

2．1 地热梯级利用原理

2．2 与常规供热方式比较

2．3 地热梯级利用系统主要设备与选用

2．4 地热梯级利用评价

2．5 本章小结

第3章 地热梯级利用系统火积优化分析

3．1 提高热量传递效率的物理量——火积

3．2 传热过程中构成火积的组分

3．3 换热器中的火积分析

3．4 本章小结

第4章 地热水水系统分析与优化

4．1 水系统能量与质量平衡分析

4．2 开式与闭式水系统分析

4．3 供暖调峰模式与运行调节

4．4 本章小结

第5章 地热能梯级利用优化技术的工程应用

5．1 地热供暖工程现状

5．2 地热系统设计方案

5．3 技术经济分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况