关键词：地热；回灌技术；管式分离膜
引言
党的“十八大”报告提出“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”、“建设美丽中国”。阐释了推进生态文明建设，大力发展可再生能源的重要性和必要性。山东省地热资源丰富，合理开发利用地热能对建设生态山东具有重要意义，是构建资源节约型和环境友好型社会、保障能源安全、改善山东省现有能源结构、促进节能减排战略目标的重要措施。近年来，随着地热资源的持续开采，地热水已完全失去补采平衡，导致了地热水位持续下降，形成降落漏斗。地热资源的不合理使用和热流体的随意排放造成了资源浪费，引起了较为严重的热污染和化学污染问题。为解决这些问题，山东省陆续开展了多次地热尾水的回灌试验工作，效果较为显著。
1地热回灌现状
在20世纪末期，北京、天津地区已开始回灌试验，试验结果证明地热回灌是可行的，但由于回灌技术相对落后，回灌效果不佳。近年来由于回灌技术的持续发展，回灌量有所改善。中国海洋石油渤海有限公司天津水电热工程技术分公司负责天津市塘沽区东沽石油新村片区68万m2的供暖运行，采用馆陶组地热直供加热泵调峰的方式供暖。2012年，开始进行回灌井建设，前期回灌效果较好，但由于回灌过滤设备简单，导致回灌井逐渐堵塞，堵塞原因主要是地热尾水中的悬浮物颗粒，在回灌压力作用下附着在回灌井的井壁上或进入热储的裂隙中影响回灌能力。并且，回灌水中的气泡也会影响回灌的速度，回灌水量基本维持在20m3/h~30m3/h
2回灌井堵塞原因分析
2.1悬浮物堵塞
在地热流体中悬浮物非常常见,它是引起回灌系统堵塞的最重要因素。在2005年我国天津地热院与意大利佛罗伦萨大学的地球科学实验室合作中就对地热流体中的悬浮物进行了研究。实验中采用到了住45卜m的聚四氟乙烯过滤膜对悬浮物进行过滤,并对过滤截留下的物质进行SEM(Scallllillgeleetronmieroseope)分析,结果证明某些地热井中所过滤的每50mL水量中就含有大量的悬浮颗粒物,其成分包括石英、钾长石、斜长石、Mg、Fe、硅酸盐以及各种硫化物、氧化物等等。所过滤出的悬浮物也分为高、中、低、无4档含量,而且从高档到低档,所滤出悬浮物的检出成分趋于逐渐复杂,成分相对集中。人工回灌井堵塞主要以zn和eF化合物所造成的悬浮物堵塞为主,按照实验中滤膜截留物的分析应该主要是ZnS和eFS这两种物质,而在水质全分析报告中,两种悬浮物质中的eF和nZ+2含量都在住02一Zm创L左右,所以在回灌堵塞解决方案中应该主要考虑去除Fe和Zn这两种悬浮物质,有效防止悬浮物堵塞问题。
2.2化学沉淀堵塞
化学沉淀堵塞也是造成人工地热井回灌堵塞的主要原因,在热流体赋予环境变化的同时,就会产生一系列复杂多变的化学沉淀,它们足以引起回灌井的堵塞。如石英沉淀,它的主要成分为可溶解性5102,当温度上升到250℃时,地热流体中的溶解度就会和温度相互呈现显著的线性相关关系,此时任何传导与流性混合降温过程都会导致石英沉淀发生,不过相对悬浮物而言,石英沉淀速度相对缓慢。另外就是金属化合物的沉淀,按照佛罗伦萨大学的分析结果,像eF、Zn这些化合物的SI值都大于5。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但按照地球化学原理,反应性矿物是不可能在地下水中长期保持未饱和状态的,也就是说如果SI<0,含水层就会存在于该矿物质中,此时它的属性就不再是反应性矿物,而是SI>0的非反应性矿物,那么此时,这些矿物质就会在地热流体中以悬浮物状态出现并存在,随eF、Zn等物质一同进人流体中实现过饱和,并同时受到氧化影响生成eF203,逐渐沉淀下来,堵塞于地热回灌井的滤水管或细小孔隙中。
3回灌技术方案
某新村的供暖系统采用地热直供方式，循环后的水质较差，并且供暖管网使用年限较长，管道内铁锈、悬浮物较多，容易堵塞砂岩空隙，影响回灌效果。综合考虑上述因素，回灌采用了管式分离膜地热尾水处理技术，通过多级处理装置，使处理后的地热尾水满足孔隙型热储回灌要求。处理设备主要由旋流除砂器、袋式过滤器、管式分离膜过滤器、排气装置和金属防垢器组成。
3.1排气装置
回灌流体由于管径阻力和流动状态的变化，水动力流场状态发生变化，流体中的部分气体析出并生成气泡，当驻留在砂岩孔隙中会产生气堵。为避免回灌过程中产生气堵，在回灌井井口前安装一个脱气罐，使地热尾水进入罐体，通过管径变化，让流速迅速降低，压力下降，通过气泡内的压力和罐内压力形成的压差，迫使气泡爆裂，将气体释放出来并通过排气阀排除，防止气泡进入地下，阻塞回灌水通道。
3.2管式膜过滤器
分为一级管式膜过滤器和二极管式膜过滤器，一级过滤精度为10μm，去除大部分悬浮物、微生物、胶体和铁锈等杂质，二级过滤精度1μm，去除剩余的悬浮物、微生物、细菌等杂质，使出水达到会灌水要求。过滤器配备了反冲洗泵及清洗罐，通过PLC控制，实现自动反洗。
3.3优化水源循环路径
如果地热水中的氯离子含量较低且水质较好,就可以采用相对简单经济的供暖方式,不过要注意地热水与供热循环管网长期接触而造成的系统管道漏气及氧化腐蚀问题,改变循环水水质。所以说直接供热尾水是不适合作为回灌水源的。笔者推荐人工地热回灌井最好采用间供方式,在换热后地热水会随着温度的降低而变化,导致部分气体溢出,不会过分受到化学成分影响,这就能基本实现原水回灌,优化水源循环路径。
3.4回灌系统的先进性
回灌系统密闭，消除了地热尾水的温度、压力等因素变化而产生沉淀导致热储层堵塞的现象。管式分离膜处理技术利用过滤精度高的管式分离膜为分离介质，能够有效过滤了悬浮物、细菌等杂质，保证地热尾水符合回灌水质要求。管式分离膜表面光洁度好，不易被杂质堵塞，保证过滤器处理的地热尾水流量稳定。同时，采用管式分离膜技术，能够实现自动反洗，保证回灌系统稳定安全运行。
结语
管式分离膜回灌技术的成功实施，获得了较高的经济效益和社会效益。减少了地热尾水排放造成的资源浪费，避免了地热尾水直接排放引起的热污染，有效地保护了生态环境。此技术如在地热供暖行业中大力推广，必然成为地热回灌的主要技术。
参考文献
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论文作者:彭磊
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年22期
论文发表时间:2019/12/12
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