Проект комплексной эксплуатации геотермального месторожденя (стр. 2 из 3)

Геотермальные системы теплоснабжения на базе месторождений высокотермальных и перегретых вод питьевого качества должны, как правило, представлять собой однотрубную открытую систему теплоснабжения с зависимым присоединением отопления.

При использовании природных теплоносителей непитьевого качества следует, как правило, применять закрытые геотермальные системы теплоснабжения с зависимым или независимым присоединением систем отопления. При этом для размещения теплообменного оборудования системы теплоснабжения должны включать центральные геотермальные тепловые пункты (ЦТПГ).

Температура воды Пущинских горячих источников в среднем составляет 60 °С, т.е. являются термальными. По химическому составу данные воды являются водами не питьевого качества, так как минерализация превышает допустимые СанПиНом нормы, и составляет 6 г/л. Исходя из этого предлагаю применить закрытую двухтрубную систему теплоснабжения с зависимым присоединением отопления (рис. 1).

Выбранная принципиальная схема использования месторождения как источника теплоснабжения согласно требованиям и рекомендациям ВСН 56-87 «Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. Нормы проектирования» не учитывает, что горячее водоснабжение термальными водами возможно, поэтому необходимы принципиальные улучшения:

1. Необходимы барорегулирующий и защитный вентиля на устье.

2. Так как рядом со скважиной существует источник питьевой воды, то необходимо использовать эти воды для горячего водоснабжения. Для этого устанавливаем регенеративный теплообменник, который, за счет высокой температуры воды, подогреет питьевую воду из источника.

3. Вода, которая в регенеративном теплообменнике подогревает питьевую воду для горячего водоснабжения необходимо пустить на сброс или обратную закачку.

4. Воду, поступающую для горячего водоснабжения после регенеративного теплообменника необходимо накапливать в бак-аккумулятор для водопроводной воды.

Приняв к сведению все вышеуказанные дополнения, применяем принципиальную схему геотермального теплоснабжения, изображенную на рис. 2. Она же является конечной схемой теплоснабжения.

Исходя из принципиальной схемы строим развернутую схему геотермального теплоснабжения.

При построении развернутой схемы необходимо придерживаться следующих основных правил:

– устьевая обвязка принимается согласно требованиям ПБ-07-599-03 «Правила разработки месторождений теплоэнергетических вод»

– на входе и выходе из большинства аппаратов обязательно устанавливаются термометр (или датчик температуры) и манометр (или датчик реле давления);

– на крупных аппаратах предусматриваются вспомогательные вентиля слива жидкости и сброса газа (пара);

– на аппаратах, работающих под давлением, обязательны аварийная паровая (подключенная через дублированный предохранительный клапан) и жидкостная линии сброса среды, которые от всех аппаратов объединяются в аварийный паровой (газовый) и жидкостный коллекторы;

– основные насосы в схеме дублируются, при этом используется параллельное, а не последовательное подключение аппаратов;

– перед насосом, соленоидным вентилем обязательна установка фильтр, при этом также предусматривается обводная линия на случай очистки фильтра и/или ремонта аппарата.

2 Выбор принципиальной и построение развернутой схемы комплексного использования геотермальных ресурсов

1. Так как вода, поступающая из скважины, имеет температуру 60 °С, возможна прямая подача на теплоснабжение.

2. Часть воды поступает в регенеративный теплообменник, нагревая воду питьевого качества (взятую из источника) поступающую на горячее водоснабжение.

3. Остальная вода из регенеративного теплообменника частично смешивается с использованной на теплоснабжение водой, затем она поступает в теплонасосную установку (ТНУ), для того чтобы перегрев воду получить пар, необходимый для работы вихревого конденсатора-сепаратора (ВКС).

4. Пар поступает в ВКС с температурой равной 140 °С, затем очищенный пар смешивается с водой и вторично поступает в ВКС. Жидкость сепарируется, и в виде конденсата (концентрата) идет на дальнейшее использование, предварительно охладившись в кожухотрубном теплообменнике.

5. Из ВКС пар с высоким давление поступает в турбину, где происходит расширение пара, т.е. детандирование.

6. После чего пар с низким давлением необходимо направить в конденсатор, для того, чтобы избежать кавитации в насосе. В конденсаторе пар охлаждается за счет холодной воды из источника, и превращается в охлажденную жидкость, которая поступает в насос первой ступени.

7. После чего пар с низким давлением необходимо направить в конденсатор, для того, чтобы избежать кавитации в насосе. В конденсаторе пар охлаждается за счет холодной воды из источника, и превращается в охлажденную жидкость, которая поступает в насос первой ступени.

8. Часть потока направляем на дальнейшее использование. Другая часть – поступает, для переохлаждения, в кожухотрубный теплообменник. После чего направляется на насос второй ступени и дальше смешивается с очищенным паром. Полученная парожидкостная смесь поступает в ВКС и т.д.

Полученная схема является конечной схемой комплексного извлечения (рис. 3). Исходя из принципиальной схемы строим развернутую схему комплексного извлечения химических элементов.

3 Расчет и подбор аппаратов, узлов и элементов схемы

3.1 Расчет вихревого конденсатора-сепаратора

1. Определяем предварительный диаметр аппарата по оптимальной величине среднерасходной скорости W_ср.р, равной 10 м/с:

D =

, м,

где G₀ – массовый расход пара, кг/с;

₁ - удельный объем пара в т. 1, т.е. поступающего в аппарат, равен 0,6 м³/кг.

где G_исх – объемный расход воды, поступающей со скважины, л/с;

G_тепл – объемный расход воды, поступающий на отопление и ГВС, л/с;

i_исх, i_тепл и i₀ – значения энтальпий для G_исх, G_тепл и G₀соответственно, кДж/кг.

Значение энтальпий выбирается из таблицы «Сухой насыщенный пар и вода на кривой насыщения (по температурам)»

i_исх = 210 кДж/кг, для 50 °C;

i_тепл = 42 кДж/кг, для 10 °C;

i₀ = 2734 кДж/кг, для 140 °C;

k = 1,25;

G_исх = 80 л/с.

D =

2. Определяем режим охлаждения аппарата. Охлаждение осуществляется возвратным потоком ПЖС. Определяем тепловой поток в аппарате как:

Q = G₀·i₁ - G_п·i₂ - G_к·i_2', кВт,

где G_п – массовый расход пара на выходе из ВКС, кг/с;

G_к– расход конденсата, л/с;

принимаем i₁ = i₂ = 2734 кДж/кг;

i_2' = 590 кДж/кг.

где Y₀ – концентрация вещества в исходном паре, 6 г/л;

Y_к – конечная концентрация вещества в паре, 1 г/л;

X_к – концентрация в жидкости, г/л;

X_к = 10Y_к = 10 г/л

кг/с

Q = 6,24·2734 – 2,78·2734 – 3,46·590 = 7418,26 кВт

3. Определяем максимальную толщину конденсатной пленки для ламинарного (Re < 400) и турбулентного (Re > 400) режимов (проверяем для обоих):

где

- коэффициент кинематической вязкости, 1,27·10^-7 м²/с;

– плотность, 610 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с².

Теплофизические параметры конденсата предварительно принимаем при температуре t_стенки, равной средней температуре охлаждающей воды t_ср или средней температуре перегрева пара t_ср = (t₂ + t₄) / 2 = (140 + 550) / 2 = 340 °С.

4. Определяем средний коэффициент теплоотдачи α_ср из уравнения:

где λ – коэффициент теплопроводности, 0,446 Вт/(м·°С), берется при средней температуре (как и выше);

Pr – критерий Прандтля, берется из таблиц при средней температуре, 1,42;

Ga – критерий Галилея

Вт/м²·°С