我国地热发电技术需要解决的问题

  目前, 有三个重大技术难题阻碍了地热发电的发展, 这三个技术难题是: 地热田的回灌、腐蚀和结垢。

 

  地热田的回灌

 

  地热水中含有大量的有毒矿物质, 例如我国羊八井的地热水中含有硫、汞、砷、氟等多种有害元素, 地热发电后大量的热排水直接排放掉的话, 会对环境产生恶劣影响。地热回灌是把经过利用的地热流体或其他水源通过地热回灌井重新注回热储层段的方法, 回灌可以很好解决地热废水问题, 还可以改善或恢复热储的产热能力, 保持热储的流体压力, 维持地热田的开采条件。但回灌技术要求复杂, 且成本高, 至今未能大范围推广使用, 如果不能有效解决回灌问题, 将会影响地热电站的立项和发展所以地热回灌是亟需解决的关键问题。如果地热流体是在开放系统里利用, 则废水一般在回灌之前必须先在水塘或水箱之中沉降以除去悬浮状固体物质。有时, 可以用过滤装置达到这一目的。为了减少腐蚀性, 废水可能还需要进行化学或物理法脱气, 最后通过回灌井注进地热储。回灌有时单靠重力即可实现,因为较凉和密度较大的地热废水具有较高的重力压头。如果资源属于以液体水为主的性质,则流体尚可以在分离器(闪蒸器) 压力下回灌,或者在一次换热器(双工质系统) 地热流体压力下回灌。

 

  回灌系统的设计应能使回灌井和生产井间的走行路径和流动时间实现最大化, 只有这样才可以防止生产层水发生快速冷却。同时, 水又应当充分地注入生产热储, 以尽量减小热储压力的衰减。确定最优回灌方案的关键因素是热储水温和渗透率的空间变化。热储地质对回灌的适应能力问题必须进行仔细研究。热储必须有一个能够阻止废水向上流动并污染地下水含水层的比较不透水的盖岩层。如果存在破碎带或者断裂, 它就会使废水向上运动并最终导致污染。

 

  由于废水和地层, 废水和热储流体之间存在相互作用, 回灌井周围的孔隙空间就有可能出现各种类型的堵塞。引起结垢和堵塞的原因有: 二氧化硅和硅酸盐类的沉淀和聚合; 碱土发生不溶性碳酸盐、硫酸盐和氢氧化物形式的沉淀; 重金属发生硫化物形式的沉淀; 氧化还原反应沉淀, 如铁的化合物等。所以在建立回灌井之前都会进行实验性生产, 需要进行示踪剂试验, 并对地热田进行全面的监测。影响回灌系统投资费用的因素有: 井孔与管道的直径、所需要的泵送系统、井孔深度、井孔数目以及回灌区的水文和地质情况等。在地质建造既定的情况下, 回灌井的钻井成本随其深度之延伸而增加。运行和维修费用由井口设备、管道、泵的运行和定期维修的费用支出组成。

 

  地热田的腐蚀

 

  地热流体中含有许多化学物质, 其中主要的腐蚀介质有: 溶解氧( O2 )、H+ 、C l- 、H2 S、CO2、NH3 和SO42- , 再加上流体的温度、流速、压力等因素的影响, 地热流体对各金属表面都会产生不同程度的影响, 直接影响设备的使用寿命。地热电站腐蚀严重的部位集中于负压系统, 其次是汽封片、冷油器、阀门等。腐蚀速度最快的是射水泵叶轮、轴套和密封圈。常见的防腐措施如下: 使用耐腐蚀的材料, 采用不锈钢材质的设备及部件, 但这种措施往往成本较高；对主要腐蚀部件的金属表面涂敷防腐涂料, 但涂层一旦划破, 会加速金属材料的腐蚀。1 采取相应的密封措施, 防止空气中的氧进入系统。2 针对不同类型的局部腐蚀采取相应的防腐措施, 例如选材时应尽量避免异种金属相互接触, 以避免电偶腐蚀。

 

  地热田的结垢

 

  地热水资源中矿物质含量比较高, 在抽到地面做功的过程中, 温度和压力均发生很大的变化, 影响到各种矿物质的溶解度, 必然导致矿物质从水中析出产生沉淀结垢。在井管内结垢会影响地热流体的采量, 加大管道内的流动阻力进而增加能耗; 如换热表面结垢则会增加传热阻力; 垢层不完整处还会造成垢下腐蚀。常用的防止或清除结垢的措施有: 用HC l和HF等溶解水垢, 为了防止酸液对管材的腐蚀必须加入缓蚀剂; ! 采用间接利用地热水的方式, 在生产井的出水与机组的循环水之间加一个钛板换热器, 可以有效防止做功部件腐蚀和结垢, 但造价很高; 1 采用深水泵或潜水泵输送井中的流体, 使其在系统中保持足够的压力, 在流体上升过程和输送过程中不发生气化现象, 从而防止碳酸钙沉积; 2选择合适的材料涂衬在管壁内, 防止管壁上的结垢。