地熱能利用技術

第1章 地熱能與地熱資源1

1.1概述1

1.1.1地熱能與地熱增溫率1

1.1.2地熱資源3

1.1.3地熱區(qū)、地熱田與熱儲4

1.1.4大地熱流4

1.1.5地熱異常5

1.1.6奇特的地熱顯示6

1.2地熱資源與地熱帶9

1.2.1板塊構造和地熱帶分布規(guī)律9

1.2.2地熱帶分類10

1.3巖石與地質(zhì)年代14

1.3.1地層單位與地質(zhì)時代14

1.3.2巖石的分類16

1.3.3巖石的熱物理性質(zhì)17

1.3.4巖石的滲透率和孔隙率17

1.4地熱資源分類18

1.4.1對流型高溫水熱資源18

1.4.2中低溫地熱資源20

1.4.3地壓、地熱資源23

1.4.4干熱巖型地熱資源24

1.4.5熔巖(巖漿)地熱資源26

1.5中國的地熱資源26

1.5.1中國的溫泉及其分布26

1.5.2中國高溫地熱資源的分布29

1.5.3中國中低溫地熱資源的分布30

1.5.4中國地壓地熱資源初探32



第2章 地熱井施工和試驗34

2.1概述34

2.2鉆井設備35

2.2.1沖擊鉆機35

2.2.2回轉鉆機37

2.2.3其他類型的回轉鉆進38

2.2.4取芯鉆具40

2.2.5定向鉆井41

2.3鉆進液41

2.3.1概述41

2.3.2鉆進泥漿的主要性能和各種巖層對泥漿的要求42

2.3.3聚合物流體44

2.3.4空氣基流體44

2.3.5復雜巖層中鉆進用泥漿的處理45

2.3.6散低固相泥漿46

2.3.7高溫地熱鉆進泥漿46

2.4地熱井的設計47

2.5地熱井鉆進48

2.5.1中低溫地熱井的鉆進49

2.5.2高溫地熱井鉆進49

2.5.3固井50

2.6地熱井鉆進事故的預防與處理50

2.7防噴器52

2.8回灌井54

2.9地熱測井55

2.10地熱井試驗56

2.10.1鉆井數(shù)據(jù)58

2.10.2鉆機試驗58

2.10.3抽水降壓試驗58

2.10.4長期生產(chǎn)和干擾試驗60

2.10.5注水試驗61

2.10.6恢復試驗61

2.10.7試驗計劃與其他一些問題61

2.11數(shù)據(jù)采集與解釋62

2.11.1井孔壓力的測量62

2.11.2井孔溫度的測量63

2.11.3井孔流量的測量63

2.11.4測量中的一些經(jīng)驗65

2.11.5數(shù)據(jù)解釋65

2.12熱儲工程理論65

2.13熱儲模型67

2.14熱儲模型與數(shù)值模擬68

2.15中低溫地熱水的回灌70

2.16地熱資源評價71

2.16.1概說71

2.16.2地熱資源按研究程度分類71

2.16.3地熱資源的評價74



第3章 地熱系統(tǒng)的防腐防垢與選材77

3.1概述77

3.2地熱腐蝕的類型79

3.2.1按金屬腐蝕原理分類79

3.2.2按腐蝕破壞形式分類79

3.3金屬均勻腐蝕速度表示法80

3.3.1金屬均勻腐蝕速度的質(zhì)量指標80

3.3.2金屬腐蝕速度的深度指標80

3.3.3均勻腐蝕的分級標準81

3.4金屬電化學腐蝕的機理81

3.4.1電極電位81

3.4.2腐蝕原電池82

3.5常見的局部腐蝕及其控制辦法83

3.5.1孔蝕83

3.5.2縫隙腐蝕84

3.5.3應力腐蝕破裂84

3.5.4晶間腐蝕85

3.5.5電偶腐蝕85

3.5.6脫成分腐蝕86

3.5.7氫脆86

3.5.8磨蝕86

3.6地熱流體中的主要腐蝕成分86

3.7材料在地熱水中的腐蝕行為88

3.8地熱設備的選材92

3.9地熱防腐措施93

3.10防腐蝕工程的設計原則和設計依據(jù)96

3.11地熱系統(tǒng)的結垢與阻垢98

3.11.1阻垢的重要性98

3.11.2地熱水垢的成垢機理99

3.12地熱水腐蝕與結垢趨勢的判斷方法100

3.12.1概述100

3.12.2碳酸鈣結垢趨勢判斷101

3.12.3硫酸鈣結垢趨勢判斷105

3.12.4硅酸鹽結垢趨勢判斷106

3.12.5用拉申指數(shù)判斷腐蝕趨勢106

3.13地熱除垢與防垢方法107

3.13.1地熱除垢方法107

3.13.2地熱防垢方法107

3.14防腐蝕工程設計方案舉例111

3.14.1影響地熱水腐蝕主要因素的論證112

3.14.2常用金屬材料在地熱水中腐蝕行為的論證113

3.14.3地熱水的腐蝕規(guī)律115

3.14.4在地熱水中使用防腐涂料的試驗研究116

3.14.5地熱采暖系統(tǒng)防腐蝕工程方案118



第4章 地熱井設備與地熱流體輸送122

4.1概述122

4.2長軸深井泵123

4.2.1基本構造123

4.2.2運行與安裝的幾個問題123

4.2.3長軸深井泵設計計算示例127

4.2.4泵的運行和維護131

4.3潛水電泵132

4.3.1基本結構與工作原理132

4.3.2高溫潛水電泵136

4.3.3潛水電泵的選型及注意事項137

4.4地熱井泵變頻調(diào)速140

4.4.1節(jié)流法140

4.4.2用儲水箱使井泵間隙運行140

4.4.3井口回流法141

4.4.4改變井泵的轉速141

4.5地熱井口裝置142

4.5.1地熱井口裝置的一般要求142

4.5.2多功能井口裝置142

4.5.3井口氮氣保護與除氧144

4.6地熱水除砂146

4.7汽水分離裝置147

4.7.1分離器壁厚計算147

4.7.2分離器封頭壁厚計算148

4.7.3井口系統(tǒng)主管徑的確定148

4.8地熱水除鐵148

4.8.1概述148

4.8.2地熱水除鐵原理149

4.8.3曝氣過程與曝氣裝置151

4.8.4天然錳砂除鐵濾罐154

4.8.5地熱水除鐵系統(tǒng)156

4.9地熱流體輸送157

4.10管道材料158

4.10.1碳鋼159

4.10.2球墨鑄鐵160

4.10.3玻璃纖維增強塑料（FRP）160

4.10.4聚氯乙烯（PVC）與增強聚氯乙烯（UPVC）163

4.10.5氯化聚氯乙烯（CPVC）164

4.10.6ABS166

4.10.7聚乙烯（PE）與交聯(lián)聚乙烯（PEX）167

4.10.8鋁塑復合管（PEX-Al）168

4.10.9聚丙烯（PP）與聚丙烯（共聚）（PP-C）169

4.10.10聚丁烯（PB）170

4.11管道保溫172

4.11.1對保溫材料的要求172

4.11.2常用保溫材料172

4.11.3保護層174

4.11.4預制保溫管175

4.11.5非保溫管175

4.12管道保溫熱力計算177

4.12.1計算原則177

4.12.2保溫層厚度計算178

4.13管網(wǎng)布置與敷設181

4.13.1管網(wǎng)布置原則181

4.13.2敷設方式181

4.13.3無補償直埋敷設的設計與實例182



第5章 地熱供暖187

5.1概述187

5.2供暖熱耗量的估算187

5.2.1供暖的氣象參數(shù)188

5.2.2建筑物的供暖熱耗指標188

5.2.3供暖度日值和累積熱負荷190

5.3地熱供暖系統(tǒng)的調(diào)峰191

5.4地熱間接供暖系統(tǒng)193

5.5降低地熱排水溫度和地熱利用率196

5.5.1地熱供暖利用率196

5.5.2降低地熱排水溫度的制約因素196

5.6地熱直接供暖系統(tǒng)198

5.6.1地熱直接供援系統(tǒng)的組成與特點198

5.6.2地熱直接供暖系統(tǒng)的供熱調(diào)節(jié)198

5.6.3調(diào)節(jié)地熱水量的方法199

5.6.4地熱直接供暖變頻調(diào)速系統(tǒng)供熱調(diào)節(jié)計算200

5.6.5地熱直接供暖變頻調(diào)速系統(tǒng)的混水器201

5.6.6地熱直接供暖變頻調(diào)速系統(tǒng)202

5.6.7地熱直接供暖系統(tǒng)示例204

5.6.8地熱供暖散熱器205

5.7低溫地熱輻射采暖207

5.7.1概述207

5.7.2地板輻射供暖的特點207

5.7.3地板輻射供暖系統(tǒng)的組成208

5.7.4地板輻射供暖的設計計算211

5.7.5地板輻射供暖的施工與調(diào)試218

5.7.6經(jīng)濟性218

5.8地熱熱風供暖218

5.8.1熱風供暖的系統(tǒng)與特點218

5.8.2暖風機翅片管束的傳熱計算220

5.8.3翅片管換熱器的阻力計算221

5.8.4地熱熱風供暖的電力消耗223

5.8.5地熱熱風供暖系統(tǒng)的優(yōu)化分析223

5.9燃煤鍋爐供暖改為地熱供暖224

5.9.1低溫與多余供熱量對非標準條件下供暖的影響224

5.9.2熱水系統(tǒng)的改造225

5.9.3熱風系統(tǒng)的改造225

5.10地熱生活熱水供應226

5.10.1生活熱水負荷的計算依據(jù)226

5.10.2生活熱水負荷的計算方法228

5.10.3生活熱水供應系統(tǒng)229

5.11井下?lián)Q熱器供熱系統(tǒng)230

5.11.1井下?lián)Q熱器的供熱原理230

5.11.2井下?lián)Q熱器的結構與設計230

5.11.3井內(nèi)對流232

5.11.4井下?lián)Q熱器產(chǎn)熱量234



第6章 地熱發(fā)電236

6.1地熱發(fā)電的方式236

6.1.1地熱蒸汽發(fā)電236

6.1.2地下熱水發(fā)電237

6.1.3全流地熱發(fā)電239

6.1.4干熱巖發(fā)電239

6.2世界典型地熱電站介紹240

6.2.1西藏羊八井地熱電站240

6.2.2美國蓋瑟斯地熱電站241

6.3地熱能利用的制約因素和環(huán)境保護241

6.3.1常見的制約因素241

6.3.2對環(huán)境的影響243



第7章 地熱綜合利用技術244

7.1地熱農(nóng)業(yè)利用技術244

7.1.1地熱溫室大棚244

7.1.2地熱養(yǎng)殖251

7.1.3地熱孵化254

7.1.4地熱干燥258

7.2地熱水的深加工處理264

7.2.1地熱水利用反滲透技術生產(chǎn)凈水266

7.2.2地熱GQ-JS系列直飲水設備268



第8章 水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)270

8.1水源熱泵機組270

8.1.1水源熱泵機組的分類270

8.1.2水/空氣熱泵機組271

8.1.3水/水熱泵機組272

8.1.4水源熱泵機組的運行特性273

8.2地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)274

8.2.1地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的組成與工作原理274

8.2.2地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的設計要點275

8.2.3地下水回灌技術278

8.3地表水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)280

8.3.1地表水換熱系統(tǒng)的形式280

8.3.2地表水的特點對熱泵空調(diào)系統(tǒng)的影響281

8.3.3地表水換熱系統(tǒng)勘查282

8.3.4松散捆卷盤管的設計要點282

8.4海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)284

8.4.1大型海水源熱泵站284

8.4.2海水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的特殊技術措施285

8.5污水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)286

8.5.1污水的特殊性及對污水源熱泵的影響286

8.5.2污水源熱泵站286

8.5.3城市原生污水源熱泵設計中應注意的問題287

8.5.4污水源熱泵形式288

8.5.5防堵塞與防腐蝕的技術措施289

8.6工程案例290

8.6.1冷熱負荷290

8.6.2設計依據(jù)290

8.6.3方案設計290

8.6.4經(jīng)濟環(huán)境效益分析292

8.6.5流程圖293



第9章 土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)295

9.1土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)簡介295

9.1.1土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)的組成295

9.1.2土壤耦合熱泵空調(diào)系統(tǒng)的分類296

9.2現(xiàn)場調(diào)查與工程勘查297

9.2.1現(xiàn)場勘查297

9.2.2水文地質(zhì)調(diào)查298

9.2.3設置測試孔與監(jiān)測孔298

9.2.4土壤熱響應實驗299

9.3地埋管換熱器的管材與傳熱介質(zhì)300

9.3.1地埋管管材300

9.3.2管材規(guī)格和壓力級別301

9.3.3傳熱介質(zhì)301

9.4地埋管換熱器的布置形式303

9.4.1埋管方式303

9.4.2連接方式305

9.4.3水平連接集管306

9.5地埋管換熱器的傳熱計算306

9.5.1地埋管換熱器傳熱分析306

9.5.2豎直地埋管換熱器的長度307

9.6地埋管換熱器系統(tǒng)水力計算310

9.6.1壓力損失計算310

9.6.2循環(huán)泵的選擇312

9.7地埋管換熱器的安裝312

9.7.1施工前的準備312

9.7.2水平式地埋管換熱器312

9.7.3豎直式U形埋管換熱器313

9.7.4地埋管換熱系統(tǒng)的檢驗與水壓試驗317

9.8直接膨脹式土壤源熱泵系統(tǒng)318

9.9案例分析319

9.9.1冷熱源需求319

9.9.2設計依據(jù)320

9.9.3方案設計320

9.9.4經(jīng)濟環(huán)境效益分析322

9.9.5繪圖323



第10章 地熱開發(fā)利用的環(huán)境保護325

10.1概述325

10.2地熱流體開發(fā)利用對環(huán)境的影響326

10.2.1熱污染326

10.2.2空氣污染326

10.2.3水污染327

10.2.4土壤污染328

10.2.5放射性污染328

10.2.6地面沉降和誘發(fā)地震328

10.2.7噪聲污染328

10.3地熱水按不同用途的水質(zhì)評價329

10.3.1灌溉329

10.3.2養(yǎng)魚（或其他水產(chǎn)品）330

10.3.3直接排放331

10.4我國的水環(huán)境質(zhì)量標準332

10.4.1地面水環(huán)境質(zhì)量標準332

10.4.2污水綜合排放標準333

10.5地熱排水的處理及試驗研究335

10.5.1水生植物吸收法335

10.5.2多孔骨料吸收法除氟和其他有害氣體335

10.5.3濕地生物系統(tǒng)綜合治理336

10.5.4簡單物理化學沉淀法除鹽336

10.5.5工程實例336



參考文獻339