一种用于采油的联合供汽系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种联合供汽系统，特别涉及一种用于采油的联合供汽系统及其控制方法。

背景技术：

1、在石油生产领域，对于粘滞系数较高的稠油，一般使用300℃左右的过热蒸汽对地下油层进行加热，以降低粘滞系数，方便开采。目前稠油热采主要使用天然气作为燃料，这面临着碳排放高、环境污染严重的问题。为了减少对化石燃料的依赖，并减轻环境污染，石油生产企业正在开展清洁能源替代工程，大力开发可再生清洁能源，特别是太阳能。

2、太阳能具有分布广泛、可再生、清洁无污染、安全性高等优点，但太阳光能量密度低，太阳能利用需要占用大量土地，同时也存在受天气和地理位置影响大，存在间歇性和不稳定性的问题。工业用热和发电通常需要稳定的能量输入，在供能中如何克服太阳能不稳定性面临很大的技术挑战。在太阳能热发电领域，普遍的做法是配置储热装置，或与天然气集成iscc联合循环系统，以实现连续运行。但是储热投资较大，在连续阴雨天同样无法满足连续运行，而iscc联合循环系统为了达到540℃的主蒸汽温度，建设条件苛刻，热交换系统复杂，将其应用于稠油热采领域，生产300℃的过热蒸汽，存在对能量品位的巨大浪费，不具备经济优势。

3、光热直接产蒸汽(dsg)技术由于减少了中间换热环节，光热转换效率更高，同时还具有清洁无污染，投资少等优点。对于塔式、槽式和线性菲涅尔式等可实现大规模光热发电的三种技术路线，塔式聚光集热器为点聚焦，聚光比高，吸热器布置紧凑，可直接生产高温高压过热蒸汽，但对过热管屏能流投送有高精度要求，控制难度较大，而槽式和线性菲涅尔聚光集热器为线聚焦，聚光比低，吸热管路长，过热汽温响应具有明显的惯性和非线性，由于太阳辐射的间歇性和随机性波动，dsg系统在运行过程中经常性地出现工况的大幅度变动,导致集热系统出口过热汽温控制问题十分复杂。同时，不管采用哪种技术路线，光热直接产蒸汽都面临储热困难，受dni波动影响大，无法持续稳定输出蒸汽的问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于采油的联合供汽系统及其控制方法，以达到提高供汽稳定性，降低投资成本的目的。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种用于采油的联合供汽系统，包括除氧器、循环水箱、聚光集热装置、生物质锅炉、汽水分离器一、汽水分离器二和电加热器，所述除氧器的进水口连接外界给水，出水口连接循环水箱，所述循环水箱的一路出水通过集热水泵连接聚光集热装置，另一路出水通过锅炉水泵连接生物质锅炉；所述聚光集热装置的出气口连接汽水分离器一，所述汽水分离器一的出气口连接混合阀的一路进气口，出水口连接循环水箱；所述生物质锅炉的一路出气连接汽水分离器二，另一路出气连接除氧器；所述汽水分离器二的出气口连接混合阀的另一路进气口，出水口连接循环水箱；所述混合阀的出气口连接电加热器，所述电加热器的出口通过供汽母管排出过热蒸汽用于采油，所述集热水泵、锅炉水泵均电连接dcs系统，所述dcs系统还电连接有光功率预测系统。

4、上述方案中，所述混合阀的两路进气口的管路上分别设置蒸汽流量、温度和压力传感器，所述蒸汽流量、温度和压力传感器电连接dcs系统。

5、上述方案中，所述电加热器在白天由光伏提供电能，并配置蓄电池平滑光伏出力，在阴雨天气或夜晚，由电网提供电能。

6、上述方案中，所述聚光集热系统可以为塔式、线性菲涅尔式或槽式集热系统。

7、一种用于采油的联合供汽系统的控制方法，包括如下过程：

8、(1)基本诊断：在正常白天，聚光集热装置和生物质锅炉同时运行，以聚光集热装置供汽为主，生物质锅炉供汽为辅，在该状态下进行供汽流量的基本诊断，如流量不符合要求系统将报警并停机；

9、(2)云遮激活检验：在运行过程中，光功率预测系统对未来可能发生的云遮情况进行预测，当预测到未来一段时间会发生云遮时，通过调节锅炉水泵来逐步增加生物质锅炉的供汽流量，在云遮发生时，以生物质锅炉供汽为主，聚光集热装置供汽为辅；

10、(3)云遮解除检验：当dcs系统根据光功率预测系统给出的预测值判定云遮完全结束时，通过调节锅炉水泵来逐步减小生物质锅炉的供汽流量，并同步增大聚光集热装置供汽流量，直到恢复为正常生产模式，以聚光集热装置供汽为主，生物质锅炉供汽为辅；

11、(4)生产模式下耦合检验：在正常生产模式下，通过监测聚光集热系统的蒸汽流量变化，来调节锅炉水泵进而调节生物质锅炉的供汽流量，使聚光集热系统的蒸汽流量和生物质锅炉的供汽流量总量保持稳定，从而实现耦合联动控制；

12、(5)夜间模式检验：当光功率预测系统检测到太阳高度角小于设定值时，判定为夜间，此时，停止耦合联动控制，全部以生物质锅炉供汽；在早晨，当太阳高度角大于设定值时，判定为白天，耦合联动控制开始工作。

13、上述方案中，步骤(1)中，在t时刻，供汽母管蒸汽流量需要满足如下条件：

14、

15、其中，vπ为供汽母管的蒸汽流量需求，为t时刻的供汽母管的实际蒸汽流量，δπ为供汽母管允许的波动值。

16、上述方案中，步骤(2)中，dcs系统对云遮的预警时间需大于生物质锅炉由最小到最大出力的调节时间，并小于光功率预测系统的最大预测时长；

17、在t时刻，光功率预测系统可预测t+δtcloud时刻的聚光集热装置产蒸汽流量为变量上方的波浪线表示预测值，并通过以下公式判断是否激活云遮模式：

18、

19、

20、其中，dv1表示聚光集热装置产蒸汽流量的减少量，表示聚光集热装置在t时刻实际的蒸汽流量，vactive_cloud为激活云遮模式的阈值，当光功率预测系统预测到在δtcloud时间段内，光热供蒸汽流量减少量dv1大于阈值时，则激活云遮模式，系统进入云遮模式；

21、此时，生物质锅炉以的调节速率提升流量，其值为：

22、

23、在云遮模式开启后，dcs系统的耦合联动锁γlock锁定，在持续时间δtcloud内不再对已设定的调节参数做更改。

24、上述方案中，步骤(3)中，在云遮模式下，预测[t+1,t+δtcloud]时间段内的聚光集热装置的最小产蒸汽流量判断是否需要激活云遮解除模式；

25、

26、其中，表示t+1时预测的聚光集热装置的产蒸汽流量，以此类推；vdeactive_cloud表示云遮解除的阈值，当[t+1,t+δtcloud]时间段内的光热最小产蒸汽流量与当前光热蒸汽产量之差大于阈值时，激活云遮解除模式；

27、镜场激活云遮解除模式后，聚光集热装置的制蒸汽输出流量以ηcsp的调节速率增加流量，同时生物质锅炉以ηgb的速度减少流量，两个变量由以下公式给出：

28、

29、其中，为聚光集热装置最大调负荷速率，为生物质锅炉最大调负荷速率；

30、镜场退出云遮的耦合联动持续时间δtcoulple由以下公式给出：

31、

32、其中，为云遮解除模式聚光集热装置供汽流量在t+δtcloud时刻所能达到的预期值，为当前聚光集热装置供汽流量；

33、在云遮解除持续时间δtcoulple内，控制系统的耦合联动锁γlock锁定，并持续监控[t+n,t+δtcloud]时间段内的聚光集热装置最小产蒸汽流量其中，n为δtcoulple时间段内的第n个时刻，如果则更新并按云遮解除模式更新生物质锅炉的调节参数。

34、上述方案中，步骤(4)中，在正常生产模式下，除云遮及云遮解除模式，设定耦合激活阈值vtolerate，其取值范围为：

35、

36、其中，表示聚光集热装置最大调负荷速率，表示生物质锅炉最大调负荷速率，δπ表示供汽母管允许的波动值；

37、当与的差异超过阈值vtolerate，耦合联动开关γactive_couple被激活，否则聚光集热装置和生物质锅炉的蒸汽流量保持不变，表示如下：

38、

39、

40、其中，表示t+1时刻预测的聚光集热装置的蒸汽流量，表示t时刻t时刻实际的蒸汽流量实际的蒸汽流量；

41、当耦合联动开关γactive_couple被激活，则计算聚光集热装置和生物质锅炉的蒸汽负荷调节速率：

42、

43、其中，ηcsp表示聚光集热装置调负荷速率，ηgb表示生物质锅炉的调负荷速率，表示聚光集热装置最大调负荷速率，表示生物质锅炉最大调负荷速率，用于给定蒸汽流量速率调节的正负号；

44、耦合联动持续时间为：

45、

46、在持续时间内，耦合联动锁γlock锁定，不再对已设定的调节参数做更改。

47、上述方案中，电加热器在t时刻的输出功率由下式确定：

48、

49、其中，为压力为p、过热度为δt时的过热蒸汽焓值，为压力为p的干饱和蒸汽焓值，为t时刻的供汽母管蒸汽流量。

50、通过上述技术方案，本发明提供的一种用于采油的联合供汽系统及其控制方法具有如下

51、有益效果：

52、1、本发明的方法可在不配置储热的前提下，通过采用光功率预测系统，让生物质锅炉根据光热功率预测值提前升降负荷，保证了供汽的稳定性。

53、2、本发明相比iscc联合循环系统，系统复杂度低，运行和维护相对简易。

54、3、本发明光热系统采用dsg技术，相比导热油+熔盐储热方案，减少了换热损失，同时降低了投资。