Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

Геотермальные источники в процессах теплофикации и извлечения полезных ископаемых

Геотермальные воды являются перспективным источником энергии, Кото, рый можно использовать для теплоснабжения жилых домов и других зданий.

Ресурсы термальных вод используются для целей теплоснабжения более чем в 70 странах мира. В этой области ведущими странами являются США, Япония, Франция, Исландия и др.

Россия также обладает колоссальными запасами термальных источников в Камчатской и Сахалинской областях, Западной Сибири и на Кавказе. Об­ширные территории в 600 т ыс. км2 с горячей подземной водой на глубине 2 км имеются на территории Ярославской, Ивановской, Костромской, Московской и др. областей. Большая зона (13 тыс. км2) тепловой аномалии обнаружена в гранитно-гнейсовом массиве под Санкт-Петербургом [94].

Эффективность геотермального теплообеспечения выражается коэффи­циентом использования тепла термальной воды, которая вместе с другими ве­личинами учитывает степень относительною использования температурного перепада [85]:

где Т] и Т2, °С — расчетные температуры поступающей к потребителю термаль­ной воды и сбрасываемой воды, Ттв — температура термальной воды на выходе из скважины.

5°С — температура водопроводной воды в зимний период.

Следовательно, для повышения эффективности геотермального тепло — обеспечения необходимо увеличить начальную температуру воды Ті и уменьшить конечную Тг.

Первая геотермальная теплофикационная система была построена в Рей­кьявике (Исландия) в 30-х годах. 100 скважин добывают воду с температурой 100-140°С с глубины более 2 км и подают ее в город по бетонированному трубопроводу из 2 стальных труб на расстоянии 18 км.

Примером использования геотермальных источников для нужд отопления и горячего водоснабжения, жилых и промышленных зданий служит г. Кла- мант-Фолс (США). Термальная вода поступает в город из 372 скважин, оборУ’
зованных экономичными теплообменниками из нержавеющей стали. Эти ап­параты применены для борьбы с отложениями, так как гидротермальные ис­точники насыщены карбонатами. Кроме того, наличие теплообменников пре­дотвращает коррозию теплотрассы. С этой целью в скважины закачиваются отработанные масла и парафин, которые образуют защитную пленку на гра­нице вода — металл.

Агрессивной термальной воде в системе геотермального теплоснабжения многоквартирных домов г. Кизляра (Россия) противостоят теплообменники с пластинами, покрытыми теплопроводным полимерным слоем, разработанным В ЭНИНе.

Оригинальное коне гру кторское решение для геотермальных тепловых станций найдено на калужском турбинном заводе в России. Оно заключается в том, что завод освоил выпуск блочных установок тепловой мощноет ыо в 6 и 20 МВт в виде ваго на-контейнера. В нем размешено все необходимое обору­дование: теплообменники, насосы, система регулирования. Подобный блок требует минимальных затрат при транспортировке и установке на месте. Ма­териалом для теплообменников выбраны титан, мельхиор, латунь. Одно из мест размещения тепловых станций — остров Парамушир Курильской тряды.

Подземные воды часто содержат значительное количество растворенного метана. Если его использовать для догрева теплоносителя, то эффективность работы системы теплоснабжения возрастает. Схема такой блочной геотер­мальной станции теплоснабжения мощностью до 20 МВт, разработанной в России, приведена на рис. 4.7 [92].

Геотермальная вода из скважины 1 поступает в сепаратор 2, где освобож­дается от метана, и трубопроводом 3 подается в водо-водяной теплообменник 4, нагревая сетевую воду І-1І. Охладившийся термальный теплоносигель зака — чиваегся в пласт через скважину 10. Часть выделившегося газа сжигается в горелке 6 водогрейного котла 7, куда подается по трубопроводу 5. Избыток поступает в аккумулирующее устройство 8. Регулятор температуры Т сетевой воды перекрывает доступ газа в аккумулятор, если вода не догрета.

Повышенный геотермический градиент 50°С/км наблюдается в подзем­ном бассейне в г. Сегед (Венгрия). Вода свободно поднимается по пробурен­ным скважинам, отапливает тысячи квартир и тепличные комбинаты, в кото­рых выращиваются овощи и фрукты в течение всего года.

Рис. 4.7. Принципиальная тепловая схема геотермальной станции теплоснабжения предельной эффективности

Обычный градиент характеризует водоносный пласт в г. Мелуне под Парижем. Вода имеет температуру 70-75°С на глубине 1800 м. Она подается в систему теплофикации с последующей закачкой отработанного теплоноси­теля в водоносный пласт. На базе этой системы снабжают теплом до 550 тыс. квартир.

При отсутствии естественных гидротермальных источников для тепло­снабжения могут быть созданы искусственные гидроциркуляционные систе­мы с прокачкой воды через трещины в скальных нагретых породах, созданные гидроразрывом (метод описан выше). Такие системы функционируют в США, Великобритании, Германии, Швеции, Франции, Японии.

Аналогичный проект осуществляется в Швейцарии, где бурится скважина глубиной 5 км до сухих пород с температурой 200°С. Нагретая в породе до 170°С вода будет поступать по нескольким скважинам в теплообменник Гео — ТЭС, а затем после охлаждения до 70 С закачиваться обратно под землю. Гео — ТЭС спроектирована на электрическую мощность 3 МВт и тепловую — 20 МВт.

Применение геотермальных вод в сельском хозяйстве. В сельском хо­зяйстве различных стран горячие источники применяются прежде всего для обоїрева теплиц и почвы. Исландия использует такой способ обогрева с конца 20-х годов. Это позволяет северной стране выращивать помидоры, огурцы, са­лат и даже субтропические культуры, такие как виноград и бананы. Значи­тельная часть теплиц отводится под выращивание цветов. Геотермальные во­ды стрзны позволили создать теплицы и оранжереи площадью около 350 тыс. м2 и экономить ежегодно до 300 тыс. т условного топлива.

Около трети добываемых геотермальных вод в Венгрии расходуется в аг­рарном секторе республики. Теплично-парниковые хозяйства, имеющие пло­щадь около 195 га, функционируют круглый год и производят овощи и фрук­ты не только для внутреннего потребления, но и на экспорт. Планировалось дальнейшее значительное увеличение площади закрытого грунта, отапливае­мого термальными источниками, что позволит экономить 500 тыс. тонн ус­ловного топлива / год. Венгерские специалисты комплексно решают проблему использования геотермальных источников в сельском хозяйстве. Кроме обог­рева теплиц, с их помощью подогревается питьевая вода для животных, моло­ко в некоторых технологических процессах, приготавливаются корма. Отра­ботанная вода с повышенной температурой способствует ускоренному развитию рыбы в искусственных прудах.

Крупным потребителем глубинного тепла Земли оказывается сельское хозяйство России, в котором имеется более 700 тыс, м2 теплиц, обогреваемых термальными водами. Основные теплицы подобного типа расположены в рай­оне ПетроПавловека-Кам чатского, в Дагестане, в Краснодарском крае.

Площадь весенних и зимних теплиц с воздушной системой отопления, которые могут быть присоединены к системе геотермального теплоснабже­ния, определяют по формуле 195]-.

где G в — располагаемый расход термальной воды, т/ч; Т температура термальной воды, используемой в системах отопления теплиц, С; Т „ тем­пература воздуха внутри теплиц, °С; Т„ — температура наружного воздуха, при которой включается система обогрева теплиц (для зимних теплиц Те = Т„,

если предусмотрен типовой догрев Т,,„ = 8&С); Т„’ — температура пикового догрева, °С;

Полезная площадь обогреваемого грунта, охваченная геотермальным те — ппоснабжением, определяется из выражения:

GTa (T > — T;in)10s ТІВ.+ТГ-2ТИ

где Т т — минимально допустимая по агротехническим требованиям темпера — тура теплоносителя на выходе из грунтовой системы обогрева, °С; Т„ — темпера­тура наружного воздуха, °С.

Извлечение полезных химических элементов. Важным направлением использования геотермальных источников является добыча полезных химиче­ских веществ, растворенных в теплоносителе. Во многих случаях минерализа­ция подземных вод очень высока — до 200 -300 г/л. Рассолы содержат бор­ную кислоту, рубидий, цезий, йод, бром, свинец, цинк, кадмий, медь, поваренную соль и другие вещества. Содержание химических элементов в рассолах в несколько раз может превышать установленные промышленные пределы. Многие страны, в числе которых США, Италия, Чехия, Туркмения, Россия и другие, ведут промышленную добычу различных химических эле­ментов и соединений из геотермальных источников. Комплексная переработка геотермальных вод — получение электроэнергии, теплоты и химических ве­ществ значительно увеличивает эффективность их использования.

4,4. Перспективы использования геотермального тепла

в Беларуси

Исследования по оценке геотермального потенциала Беларуси до сего времени не проводились. Однако имеющиеся данные по изучению плотности теплового потока н измерению температур в скважинах, выполнявшиеся в Ин­ституте геологических наук в течение ряда лет лабораторией геотермальных исследований, а также оценки, сделанные по смежным регионам, показывают перспективность территории республики для добычи подземного тепла [96].

Месторождений парогндротерм, пригодных для выработки электро — энергии, на территории республики не выявлено. Однако имеется ряд рай­онов с теплыми и горячими подземными водами в недрах. Наиболее прогре­той тектонической структурой является Припятскнй прогиб, расположенный на юго-востоке республики в Гомельской области. Эта структура имеет 18 градусов в районе Солигорска, а в районе населенных пунктов Речица, Ос — тэшковичи, Первомайск, Давыдовка, Светлогорск, расположенных в Го­мельской области, и возле г. Бреста она уже повсеместно достигает 25°С, В отдельных местах температура еще выше. С увеличением глубины темпера­туры здесь также увеличиваются. Например, температура 50°С достигается на глубине 1800 м в скважине Веткннская 4 и на глубине 1360 м в скважнне Борщевская 7. Более высокие температуры 90-100°С отмечены на глубинах 3800-4200 м (скважины В. Семеновская 2, Туровской депрессии, Веткинская 4, Михалъковская 3).Температура еще выше в ряде случаев на поверхности кристаллического фундамента на глубинах 5-5,5 км в северной зоне прогиба (в полосе населенных пунктов Борщевка, Александровна, Виша, Речица, Светлогорск, Сосновый Бор, Марковичи, Давыдовка, Парнчи). Теплые воды н рассолы с температурой 50-79°С выявлены практически по всей террито­рии Припятского прогиба южнее линии Гомель — Слуцк вплоть до границы с Украиной на юге, с Польшей — на западе. Тепловая аномалия существует а районе- между Микашевичами, Житковичамн и Ту ровом, где фундамент погружен на глубину более 4 км. Однако здесь пробурены лишь одиночные глубокие скважины и аномалия еще не окоіпурена а должной мерс. Плот­ность теплового потока изменяется в среднем в Припятском прогибе от 50 до 70-80 мВт/м2, а в пределах соляных куполов, например, на Первомайской площади он может превышать 100 мВт/м2. Дебит (объемный расход) отдель­ных скважин составляет 70 м3/ч.

В Брестской впадине мощность платформенного чехла вдвое меньше, чем в Припятском прогибе. Она увеличивается в направлении границы с Польшей. Соответсвенно температура на поверхности фундамента достигает только 30-35°С, что позволяет рассматривать эту территорию как перспек­тивную, главным образом, для обоїрева теплиц. Температура на поверхно­сти фундамента в Оршанской впадине (основная часть Витебской и Моги­левской областей) составляют только 20-30“С при глубине залегания фундамента менее 2 км. Обилие озер в Витебской области в сочетании

ВОЗМОЖНОСТЬЮ ДОбЫЧИ ТеПЛЫХ ВОД ДЛЯ ИХ ПОДОГрева В ЗИМНее Время Пред

ставляет интерес для развития технологии промышленного выращивания рыбы. В районе озера Нарочь имеется небольшая теплая аномалия, однако ^ границы пока не оконтурены.

За более чем 30 лет глубокого бурения в ПринятсКом прогибе пробурены тысячи скважин. Некоторые из них являются нефтяными. Ряд скважин, распо­ложенных за пределами нефтяных залежей, в принципе могут быть пригод. НЫМИ ДЛЯ добычи термальных ВОД после Проведения соответствующего до. оборудования и при необходимости восстановительных и ремонтных работ Предварительно ожидается, что такие «подземные котельные» могут быть вы.

полнены в районе г. Гомеля, Микашевичи, Житковичи, Бреста и, возможно,_

Мостов, Скиделя, Гродно.

Двухконтурная циркуляционная система для геотермального обогрева помещений н горячего водоснабжения приведена на рис. 4.8. Она применяется на геотермальных источниках с высокой минерализацией. Отличительной особенностью схемы является наличие пикового котла 3. Подобная схема применима на источниках с относительной низкой температурой геотермаль­ной воды, которая не может обеспечить требуемый уровень температур пита­тельной воды в системе теплоснабжения. В соответствии со схемой из добыч­ной скважины 1 минерализованная вода поступает в теплообменник 2 и затем нагнетается насосом 6 через скважину 7 в подземный водоносный пласт. Пи­тательная вода второго контура предварительно нагревается в теплообменни­ке 2 и при необходимости догревается до заданной температуры в котле 3 на оріаническом топливе. Теплообменник 9 обеспечивает подогрев расходуемой горячей воды 10 в баке — аккумуляторе 4. Питательная вода после котла 3 распределяется с помощью насоса 8 по потребителям 5.

Большая часть затрат на освоение геотермальной энергии связана в на­стоящее время с бурением скважин, необходимых для извлечения из недр па­ра или горячей воды. Эти скважины не столь глубоки, как нефтяные, однако их диаметр больше (достигает 60 см). Высокое содержание солей в геотер­мальной воде приводит к тому, что через несколько лет работы происходит закупорка скважин. В результате их необходимо прочищать или требуется бу­рить новые скважины.

Рис. 4.8. Принципиальная схема установки геотермального теплоснабжения

Оставить комментарий