本發(fā)明涉及一種聯(lián)合供汽系統(tǒng)，特別涉及一種用于采油的聯(lián)合供汽系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、在石油生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)于粘滯系數(shù)較高的稠油，一般使用300℃左右的過熱蒸汽對(duì)地下油層進(jìn)行加熱，以降低粘滯系數(shù)，方便開采。目前稠油熱采主要使用天然氣作為燃料，這面臨著碳排放高、環(huán)境污染嚴(yán)重的問題。為了減少對(duì)化石燃料的依賴，并減輕環(huán)境污染，石油生產(chǎn)企業(yè)正在開展清潔能源替代工程，大力開發(fā)可再生清潔能源，特別是太陽能。

2、太陽能具有分布廣泛、可再生、清潔無污染、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，但太陽光能量密度低，太陽能利用需要占用大量土地，同時(shí)也存在受天氣和地理位置影響大，存在間歇性和不穩(wěn)定性的問題。工業(yè)用熱和發(fā)電通常需要穩(wěn)定的能量輸入，在供能中如何克服太陽能不穩(wěn)定性面臨很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域，普遍的做法是配置儲(chǔ)熱裝置，或與天然氣集成iscc聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行。但是儲(chǔ)熱投資較大，在連續(xù)陰雨天同樣無法滿足連續(xù)運(yùn)行，而iscc聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)為了達(dá)到540℃的主蒸汽溫度，建設(shè)條件苛刻，熱交換系統(tǒng)復(fù)雜，將其應(yīng)用于稠油熱采領(lǐng)域，生產(chǎn)300℃的過熱蒸汽，存在對(duì)能量品位的巨大浪費(fèi)，不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

3、光熱直接產(chǎn)蒸汽(dsg)技術(shù)由于減少了中間換熱環(huán)節(jié)，光熱轉(zhuǎn)換效率更高，同時(shí)還具有清潔無污染，投資少等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于塔式、槽式和線性菲涅爾式等可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光熱發(fā)電的三種技術(shù)路線，塔式聚光集熱器為點(diǎn)聚焦，聚光比高，吸熱器布置緊湊，可直接生產(chǎn)高溫高壓過熱蒸汽，但對(duì)過熱管屏能流投送有高精度要求，控制難度較大，而槽式和線性菲涅爾聚光集熱器為線聚焦，聚光比低，吸熱管路長(zhǎng)，過熱汽溫響應(yīng)具有明顯的慣性和非線性，由于太陽輻射的間歇性和隨機(jī)性波動(dòng)，dsg系統(tǒng)在運(yùn)行過程中經(jīng)常性地出現(xiàn)工況的大幅度變動(dòng),導(dǎo)致集熱系統(tǒng)出口過熱汽溫控制問題十分復(fù)雜。同時(shí)，不管采用哪種技術(shù)路線，光熱直接產(chǎn)蒸汽都面臨儲(chǔ)熱困難，受dni波動(dòng)影響大，無法持續(xù)穩(wěn)定輸出蒸汽的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于采油的聯(lián)合供汽系統(tǒng)及其控制方法，以達(dá)到提高供汽穩(wěn)定性，降低投資成本的目的。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種用于采油的聯(lián)合供汽系統(tǒng)，包括除氧器、循環(huán)水箱、聚光集熱裝置、生物質(zhì)鍋爐、汽水分離器一、汽水分離器二和電加熱器，所述除氧器的進(jìn)水口連接外界給水，出水口連接循環(huán)水箱，所述循環(huán)水箱的一路出水通過集熱水泵連接聚光集熱裝置，另一路出水通過鍋爐水泵連接生物質(zhì)鍋爐；所述聚光集熱裝置的出氣口連接汽水分離器一，所述汽水分離器一的出氣口連接混合閥的一路進(jìn)氣口，出水口連接循環(huán)水箱；所述生物質(zhì)鍋爐的一路出氣連接汽水分離器二，另一路出氣連接除氧器；所述汽水分離器二的出氣口連接混合閥的另一路進(jìn)氣口，出水口連接循環(huán)水箱；所述混合閥的出氣口連接電加熱器，所述電加熱器的出口通過供汽母管排出過熱蒸汽用于采油，所述集熱水泵、鍋爐水泵均電連接dcs系統(tǒng)，所述dcs系統(tǒng)還電連接有光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

4、上述方案中，所述混合閥的兩路進(jìn)氣口的管路上分別設(shè)置蒸汽流量、溫度和壓力傳感器，所述蒸汽流量、溫度和壓力傳感器電連接dcs系統(tǒng)。

5、上述方案中，所述電加熱器在白天由光伏提供電能，并配置蓄電池平滑光伏出力，在陰雨天氣或夜晚，由電網(wǎng)提供電能。

6、上述方案中，所述聚光集熱系統(tǒng)可以為塔式、線性菲涅爾式或槽式集熱系統(tǒng)。

7、一種用于采油的聯(lián)合供汽系統(tǒng)的控制方法，包括如下過程：

8、(1)基本診斷：在正常白天，聚光集熱裝置和生物質(zhì)鍋爐同時(shí)運(yùn)行，以聚光集熱裝置供汽為主，生物質(zhì)鍋爐供汽為輔，在該狀態(tài)下進(jìn)行供汽流量的基本診斷，如流量不符合要求系統(tǒng)將報(bào)警并停機(jī)；

9、(2)云遮激活檢驗(yàn)：在運(yùn)行過程中，光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)未來可能發(fā)生的云遮情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)預(yù)測(cè)到未來一段時(shí)間會(huì)發(fā)生云遮時(shí)，通過調(diào)節(jié)鍋爐水泵來逐步增加生物質(zhì)鍋爐的供汽流量，在云遮發(fā)生時(shí)，以生物質(zhì)鍋爐供汽為主，聚光集熱裝置供汽為輔；

10、(3)云遮解除檢驗(yàn)：當(dāng)dcs系統(tǒng)根據(jù)光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)給出的預(yù)測(cè)值判定云遮完全結(jié)束時(shí)，通過調(diào)節(jié)鍋爐水泵來逐步減小生物質(zhì)鍋爐的供汽流量，并同步增大聚光集熱裝置供汽流量，直到恢復(fù)為正常生產(chǎn)模式，以聚光集熱裝置供汽為主，生物質(zhì)鍋爐供汽為輔；

11、(4)生產(chǎn)模式下耦合檢驗(yàn)：在正常生產(chǎn)模式下，通過監(jiān)測(cè)聚光集熱系統(tǒng)的蒸汽流量變化，來調(diào)節(jié)鍋爐水泵進(jìn)而調(diào)節(jié)生物質(zhì)鍋爐的供汽流量，使聚光集熱系統(tǒng)的蒸汽流量和生物質(zhì)鍋爐的供汽流量總量保持穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)耦合聯(lián)動(dòng)控制；

12、(5)夜間模式檢驗(yàn)：當(dāng)光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到太陽高度角小于設(shè)定值時(shí)，判定為夜間，此時(shí)，停止耦合聯(lián)動(dòng)控制，全部以生物質(zhì)鍋爐供汽；在早晨，當(dāng)太陽高度角大于設(shè)定值時(shí)，判定為白天，耦合聯(lián)動(dòng)控制開始工作。

13、上述方案中，步驟(1)中，在t時(shí)刻，供汽母管蒸汽流量需要滿足如下條件：

14、

15、其中，vπ為供汽母管的蒸汽流量需求，為t時(shí)刻的供汽母管的實(shí)際蒸汽流量，δπ為供汽母管允許的波動(dòng)值。

16、上述方案中，步驟(2)中，dcs系統(tǒng)對(duì)云遮的預(yù)警時(shí)間需大于生物質(zhì)鍋爐由最小到最大出力的調(diào)節(jié)時(shí)間，并小于光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的最大預(yù)測(cè)時(shí)長(zhǎng)；

17、在t時(shí)刻，光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)可預(yù)測(cè)t+δtcloud時(shí)刻的聚光集熱裝置產(chǎn)蒸汽流量為變量上方的波浪線表示預(yù)測(cè)值，并通過以下公式判斷是否激活云遮模式：

18、

19、

20、其中，dv1表示聚光集熱裝置產(chǎn)蒸汽流量的減少量，表示聚光集熱裝置在t時(shí)刻實(shí)際的蒸汽流量，vactive_cloud為激活云遮模式的閾值，當(dāng)光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)預(yù)測(cè)到在δtcloud時(shí)間段內(nèi)，光熱供蒸汽流量減少量dv1大于閾值時(shí)，則激活云遮模式，系統(tǒng)進(jìn)入云遮模式；

21、此時(shí)，生物質(zhì)鍋爐以的調(diào)節(jié)速率提升流量，其值為：

22、

23、在云遮模式開啟后，dcs系統(tǒng)的耦合聯(lián)動(dòng)鎖γlock鎖定，在持續(xù)時(shí)間δtcloud內(nèi)不再對(duì)已設(shè)定的調(diào)節(jié)參數(shù)做更改。

24、上述方案中，步驟(3)中，在云遮模式下，預(yù)測(cè)[t+1,t+δtcloud]時(shí)間段內(nèi)的聚光集熱裝置的最小產(chǎn)蒸汽流量判斷是否需要激活云遮解除模式；

25、

26、其中，表示t+1時(shí)預(yù)測(cè)的聚光集熱裝置的產(chǎn)蒸汽流量，以此類推；vdeactive_cloud表示云遮解除的閾值，當(dāng)[t+1,t+δtcloud]時(shí)間段內(nèi)的光熱最小產(chǎn)蒸汽流量與當(dāng)前光熱蒸汽產(chǎn)量之差大于閾值時(shí)，激活云遮解除模式；

27、鏡場(chǎng)激活云遮解除模式后，聚光集熱裝置的制蒸汽輸出流量以ηcsp的調(diào)節(jié)速率增加流量，同時(shí)生物質(zhì)鍋爐以ηgb的速度減少流量，兩個(gè)變量由以下公式給出：

28、

29、其中，為聚光集熱裝置最大調(diào)負(fù)荷速率，為生物質(zhì)鍋爐最大調(diào)負(fù)荷速率；

30、鏡場(chǎng)退出云遮的耦合聯(lián)動(dòng)持續(xù)時(shí)間δtcoulple由以下公式給出：

31、

32、其中，為云遮解除模式聚光集熱裝置供汽流量在t+δtcloud時(shí)刻所能達(dá)到的預(yù)期值，為當(dāng)前聚光集熱裝置供汽流量；

33、在云遮解除持續(xù)時(shí)間δtcoulple內(nèi)，控制系統(tǒng)的耦合聯(lián)動(dòng)鎖γlock鎖定，并持續(xù)監(jiān)控[t+n,t+δtcloud]時(shí)間段內(nèi)的聚光集熱裝置最小產(chǎn)蒸汽流量其中，n為δtcoulple時(shí)間段內(nèi)的第n個(gè)時(shí)刻，如果則更新并按云遮解除模式更新生物質(zhì)鍋爐的調(diào)節(jié)參數(shù)。

34、上述方案中，步驟(4)中，在正常生產(chǎn)模式下，除云遮及云遮解除模式，設(shè)定耦合激活閾值vtolerate，其取值范圍為：

35、

36、其中，表示聚光集熱裝置最大調(diào)負(fù)荷速率，表示生物質(zhì)鍋爐最大調(diào)負(fù)荷速率，δπ表示供汽母管允許的波動(dòng)值；

37、當(dāng)與的差異超過閾值vtolerate，耦合聯(lián)動(dòng)開關(guān)γactive_couple被激活，否則聚光集熱裝置和生物質(zhì)鍋爐的蒸汽流量保持不變，表示如下：

38、

39、

40、其中，表示t+1時(shí)刻預(yù)測(cè)的聚光集熱裝置的蒸汽流量，表示t時(shí)刻t時(shí)刻實(shí)際的蒸汽流量實(shí)際的蒸汽流量；

41、當(dāng)耦合聯(lián)動(dòng)開關(guān)γactive_couple被激活，則計(jì)算聚光集熱裝置和生物質(zhì)鍋爐的蒸汽負(fù)荷調(diào)節(jié)速率：

42、

43、其中，ηcsp表示聚光集熱裝置調(diào)負(fù)荷速率，ηgb表示生物質(zhì)鍋爐的調(diào)負(fù)荷速率，表示聚光集熱裝置最大調(diào)負(fù)荷速率，表示生物質(zhì)鍋爐最大調(diào)負(fù)荷速率，用于給定蒸汽流量速率調(diào)節(jié)的正負(fù)號(hào)；

44、耦合聯(lián)動(dòng)持續(xù)時(shí)間為：

45、

46、在持續(xù)時(shí)間內(nèi)，耦合聯(lián)動(dòng)鎖γlock鎖定，不再對(duì)已設(shè)定的調(diào)節(jié)參數(shù)做更改。

47、上述方案中，電加熱器在t時(shí)刻的輸出功率由下式確定：

48、

49、其中，為壓力為p、過熱度為δt時(shí)的過熱蒸汽焓值，為壓力為p的干飽和蒸汽焓值，為t時(shí)刻的供汽母管蒸汽流量。

50、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種用于采油的聯(lián)合供汽系統(tǒng)及其控制方法具有如下

51、有益效果：

52、1、本發(fā)明的方法可在不配置儲(chǔ)熱的前提下，通過采用光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，讓生物質(zhì)鍋爐根據(jù)光熱功率預(yù)測(cè)值提前升降負(fù)荷，保證了供汽的穩(wěn)定性。

53、2、本發(fā)明相比iscc聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)復(fù)雜度低，運(yùn)行和維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)易。

54、3、本發(fā)明光熱系統(tǒng)采用dsg技術(shù)，相比導(dǎo)熱油+熔鹽儲(chǔ)熱方案，減少了換熱損失，同時(shí)降低了投資。