我國地熱發(fā)電技術(shù)需要解決的問(wèn)題

  目前, 有三個(gè)重大技術(shù)難題阻礙了地熱發(fā)電的發(fā)展, 這三個(gè)技術(shù)難題是: 地熱田的回灌、腐蝕和結垢。

 

  地熱田的回灌

 

  地熱水中含有大量的有毒礦物質(zhì), 例如我國羊八井的地熱水中含有硫、汞、砷、氟等多種有害元素, 地熱發(fā)電后大量的熱排水直接排放掉的話(huà), 會(huì )對環(huán)境產(chǎn)生惡劣影響。地熱回灌是把經(jīng)過(guò)利用的地熱流體或其他水源通過(guò)地熱回灌井重新注回熱儲層段的方法, 回灌可以很好解決地熱廢水問(wèn)題, 還可以改善或恢復熱儲的產(chǎn)熱能力, 保持熱儲的流體壓力, 維持地熱田的開(kāi)采條件。但回灌技術(shù)要求復雜, 且成本高, 至今未能大范圍推廣使用, 如果不能有效解決回灌問(wèn)題, 將會(huì )影響地熱電站的立項和發(fā)展所以地熱回灌是亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。如果地熱流體是在開(kāi)放系統里利用, 則廢水一般在回灌之前必須先在水塘或水箱之中沉降以除去懸浮狀固體物質(zhì)。有時(shí), 可以用過(guò)濾裝置達到這一目的。為了減少腐蝕性, 廢水可能還需要進(jìn)行化學(xué)或物理法脫氣, 最后通過(guò)回灌井注進(jìn)地熱儲?；毓嘤袝r(shí)單靠重力即可實(shí)現,因為較涼和密度較大的地熱廢水具有較高的重力壓頭。如果資源屬于以液體水為主的性質(zhì),則流體尚可以在分離器(閃蒸器) 壓力下回灌,或者在一次換熱器(雙工質(zhì)系統) 地熱流體壓力下回灌。

 

  回灌系統的設計應能使回灌井和生產(chǎn)井間的走行路徑和流動(dòng)時(shí)間實(shí)現最大化, 只有這樣才可以防止生產(chǎn)層水發(fā)生快速冷卻。同時(shí), 水又應當充分地注入生產(chǎn)熱儲, 以盡量減小熱儲壓力的衰減。確定最優(yōu)回灌方案的關(guān)鍵因素是熱儲水溫和滲透率的空間變化。熱儲地質(zhì)對回灌的適應能力問(wèn)題必須進(jìn)行仔細研究。熱儲必須有一個(gè)能夠阻止廢水向上流動(dòng)并污染地下水含水層的比較不透水的蓋巖層。如果存在破碎帶或者斷裂, 它就會(huì )使廢水向上運動(dòng)并最終導致污染。

 

  由于廢水和地層, 廢水和熱儲流體之間存在相互作用, 回灌井周?chē)目紫犊臻g就有可能出現各種類(lèi)型的堵塞。引起結垢和堵塞的原因有: 二氧化硅和硅酸鹽類(lèi)的沉淀和聚合; 堿土發(fā)生不溶性碳酸鹽、硫酸鹽和氫氧化物形式的沉淀; 重金屬發(fā)生硫化物形式的沉淀; 氧化還原反應沉淀, 如鐵的化合物等。所以在建立回灌井之前都會(huì )進(jìn)行實(shí)驗性生產(chǎn), 需要進(jìn)行示蹤劑試驗, 并對地熱田進(jìn)行全面的監測。影響回灌系統投資費用的因素有: 井孔與管道的直徑、所需要的泵送系統、井孔深度、井孔數目以及回灌區的水文和地質(zhì)情況等。在地質(zhì)建造既定的情況下, 回灌井的鉆井成本隨其深度之延伸而增加。運行和維修費用由井口設備、管道、泵的運行和定期維修的費用支出組成。

 

  地熱田的腐蝕

 

  地熱流體中含有許多化學(xué)物質(zhì), 其中主要的腐蝕介質(zhì)有: 溶解氧( O2 )、H+ 、C l- 、H2 S、CO2、NH3 和SO42- , 再加上流體的溫度、流速、壓力等因素的影響, 地熱流體對各金屬表面都會(huì )產(chǎn)生不同程度的影響, 直接影響設備的使用壽命。地熱電站腐蝕嚴重的部位集中于負壓系統, 其次是汽封片、冷油器、閥門(mén)等。腐蝕速度最快的是射水泵葉輪、軸套和密封圈。常見(jiàn)的防腐措施如下: 使用耐腐蝕的材料, 采用不銹鋼材質(zhì)的設備及部件, 但這種措施往往成本較高；對主要腐蝕部件的金屬表面涂敷防腐涂料, 但涂層一旦劃破, 會(huì )加速金屬材料的腐蝕。1 采取相應的密封措施, 防止空氣中的氧進(jìn)入系統。2 針對不同類(lèi)型的局部腐蝕采取相應的防腐措施, 例如選材時(shí)應盡量避免異種金屬相互接觸, 以避免電偶腐蝕。

 

  地熱田的結垢

 

  地熱水資源中礦物質(zhì)含量比較高, 在抽到地面做功的過(guò)程中, 溫度和壓力均發(fā)生很大的變化, 影響到各種礦物質(zhì)的溶解度, 必然導致礦物質(zhì)從水中析出產(chǎn)生沉淀結垢。在井管內結垢會(huì )影響地熱流體的采量, 加大管道內的流動(dòng)阻力進(jìn)而增加能耗; 如換熱表面結垢則會(huì )增加傳熱阻力; 垢層不完整處還會(huì )造成垢下腐蝕。常用的防止或清除結垢的措施有: 用HC l和HF等溶解水垢, 為了防止酸液對管材的腐蝕必須加入緩蝕劑; ! 采用間接利用地熱水的方式, 在生產(chǎn)井的出水與機組的循環(huán)水之間加一個(gè)鈦板換熱器, 可以有效防止做功部件腐蝕和結垢, 但造價(jià)很高; 1 采用深水泵或潛水泵輸送井中的流體, 使其在系統中保持足夠的壓力, 在流體上升過(guò)程和輸送過(guò)程中不發(fā)生氣化現象, 從而防止碳酸鈣沉積; 2選擇合適的材料涂襯在管壁內, 防止管壁上的結垢。