山西新利通MALL地热综合利用工程

    一、概述
    地热资源是指能够为人类开发利用的地热能、地热流体及其有用组分。地热是一种清洁能源，随着石油、煤炭等传统能源逐渐枯竭，地热资源将成为未来能源的一个重要组成部分，因而也备受世界各国的重视，同时它又是集热、矿、水于一体的资源，具十分宝贵的医疗价值。
    我国大陆属欧亚板块的一部分，它的东侧为岛弧型洋-陆汇聚边缘，西南侧为陆-陆碰撞造山带，是由许多不同时期的古板块经碰撞增生和拼接而成，因此地热资源非常丰富，分布也较广，主要有沉积盆地传导型和隆起山地对流型地热资源，其中沉积盆地传导型地热资源分布于华北平原、汾渭盆地、松辽平原、淮河盆地、苏北盆地、汉江盆地、四川盆地、银川平原、河套平原等地区，主要热储层为厚度数百米至数千米的第三系砂岩、砂砾岩。山西省位于汾渭盆地，地热资源主要分布在汾渭地堑及忻州断陷盆地，在部分边山断裂带及山前倾斜平原部位也有分布，山西热矿水分布的盆地按基底岩性结构分两种类型：一类是基底岩性为碎屑岩加碳酸盐岩结构的太原、临汾、侯马、运城盆地，另一类是基底为古老变质岩结构的大同、忻州盆地。
    二、工程介绍
    笔者介绍的该地热综合利用工程位于山西省运城， 山西新利通MALL位于运城市黄金地段，东临南风广场，南接河东路，北通禹都大道，西侧为火车站和长途汽车站。它博采古今中外商贸建筑设计之长，为运城市2002年2211重点工程，河东大地的标志性建筑，总投资 5.8亿元人民币，建筑面积21万平方米，是以美国加州主街MALL为模型，集购物、娱乐、休闲、餐饮、信息、金融、旅游、居家为一体的超级商业组群，具体的建筑功能和空调冷热负荷见表1，用水量见表2

表 1

    空调夏季供回水温度为7-12℃，冬季供回水温度为40-45℃，生活用热水为60-50℃，住宅采暖为50-40℃，地热水洗浴供水温度为50℃

    1.日常用热水

表 2

    客床部分分3区（标高22.2m～92.7m）
    住宅部分分2区（住宅部分标高15.0m～58.7m）
    2.地热温泉用水
    (1).游泳馆：补水量为60m3/d，压力10m（游泳池体积约600m3，池体水温27℃；
    (2).洗浴中心：补水量为60m3/d，压力30m
建设单位在运城南风广场打两口地热井，地热井的成井参数见表3

表 3

       根据表1表2我们可以看出，该工程可用于生活热水、住宅采暖、商场空调和洗浴水处理及供应，具体工艺详见地热综合利用流程图，以下为工程中需要着重考虑的问题：
    1、住宅仅有冬季采暖的需求，而且运行所需的资用压力较小，供暖方式采用一次泵系统，使用钛板换热器换热供暖；
    2、商场既要冬季供暖还要夏季制冷，因此采用水源热泵系统，在冬季利用地热水尾水供暖，将地热尾水降温至15℃排放，实现地热水的梯级利用；夏季使用冷却塔联合制冷。此外商场空调分高低两区，也就是水源热泵在冬季冷凝器分区，蒸发器共用；在夏季蒸发器分区，冷凝器共用；
    3、由于生活用水的最大小时用水量较大，因此设置生活洗浴热水箱，采用开式变频供水方式供水，在生活洗浴热水箱和换热器之间设置中间循环泵19，该泵的启停由设置在水箱供水口处的温度变送器的信号控制，供水温度高于60℃时，中间循环泵停止工作，供水温度低于45℃，中间循环泵开始工作；
    4、热源为两口地热井，南风广场1#井为主井，南风广场2#井为附井，根据用水量的变化，采用编程变频技术对两口井进行控制。用水量较小时，对1#井进行变频控制，用水量大时，1#井工频工作，2#井变频控制。地热尾水的排放温度为15℃，在排水管处设置温度变送器调节电动调节阀的开度，为减少流量变化对钛板换热器产生的压力冲击，将电动调节阀安装于钛板换热器之前，并加以自锁压力调节阀旁通连接；
    5、根据表1可以看出系统的冷负荷为16662KW，热负荷16936KW（除去住宅采暖），由于空调系统功能分区较多，既有商业步行街及商店，也有餐饮和超市，综合以上条件，确定系统的最大同时使用负荷为冷负荷14300KW，热负荷14574KW；
    6、地热尾水的处理：由于运城地热井主要位于第三系砂岩层的孔隙性热储中，热储的孔隙率、渗透系数、弹性释水系数较低，增加了回灌的难度；且地热水中含有的盐分较高，直接排放会造成环境污染。但运城却有其特定的条件：在古老的地质时期，由于地壳运动，运城南北两侧山脉隆起，形成北面的峨嵋岭、南面的中条山，而运城盐池一带则地层下陷，形成一个狭长的陷落地带，盐池就位于这一陷落带的最低处。后来，黄河流域的气候变得高温多雨，导致山洪频繁暴发，大水直泻而下，在运城形成一个广袤的湖泊，同时也把湖泊南北两侧山脉的钾、钠、钙、镁等化学成分冲入湖里，使其在漫长的岁月里积累了丰富的盐分。后来黄河流域气候变得炎热干燥，淡水一点点被蒸发，盐水浓度越来越高，最终形成了运城的盐池，也正是这个原因在运城南风广场打的两口地热井中的Cl-含量都比较高。考虑到直接排放不会对地表造成大的环境影响，因此采用把低温地热水直接排放到盐池的处理方式。