稠油热采注汽循环流化床锅炉系统.pdf

一种稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，包括锅炉、主旋风分离器、返料器，锅炉的炉体顶部装有主锅筒，主锅筒由隔板分成左、中、右段，各段底部装有下降管组，主锅筒的两侧设置有左、右副锅筒，其顶部分别设置有左、右副旋风分离器，左、右副锅筒的底部装有下降管组，各下降管组与炉体内的下集箱连通，下集箱经过设置在炉体内的上升管组与主锅筒的蒸汽室连通，主锅筒的左、右段分别经过排污管与左、右副锅筒连通，主锅筒顶部的饱和蒸汽输出管经过一次过热器、二次过热器与蒸汽输送干线连通，蒸汽输送干线经过支线与注汽井连通。本系统采用分段蒸发的方法来提高蒸汽品质，可直使用油田污水处理站送来的回用水，从而实现以煤代油。

1.  一种稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，该系统包括锅炉、主旋风分离器、返料器、除尘器、引风机、烟道以及一次过热器、二次过热器，锅炉具有炉体，炉体上部的排烟口与主旋风分离器的入口连接，主旋风分离器下端的飞灰出口经过管道与返料器连接，返料器经过管道与炉体底部的燃烧室连通，主旋风分离器的排气口经过烟道与除尘器的入口连通，第一过热器设置在炉体排烟口与主旋风分离器的入口之间，第二过热器设置在烟道内，其特征是：
所述炉体的顶部装有主锅筒，主锅筒的内腔下部装有炉水，内腔上部为蒸汽室，主锅筒的内腔下部设置有两隔板，该两隔板将主锅筒的内腔分隔成左、中、右段，该两隔板上设置有横向的连通管，连通管使主锅筒的中段与左、右段连通，主锅筒的左、中、右段底部分别装有第一、第二、第三下降管组，第一、第二、第三下降管组分别与第一、第二、第三下集箱连通，第一、第二、第三下集箱分别经过设置在炉体内的第一、第二、第三上升管组与所述蒸汽室连通；主锅筒的外部两侧设置有左、右副锅筒，左、右副锅筒的顶部分别设置有左、右副旋风分离器，左、右副锅筒的底部分别装有第四、第五下降管组，第四、第五下降管组分别与第四、第五下集箱连通，第四、第五下集箱分别经过设置在炉体内的第四、第五上升管组与左、右副旋风分离器的入口连通，左、右副旋风分离器的蒸汽出口分别经过左、右联接管与主锅筒的蒸汽室连通；所述主锅筒的左、右段分别经过排污管与左、右副锅筒连通，主锅筒的顶部设置有饱和蒸汽输出管，该饱和蒸汽输出管经过一次蒸汽回程管与一次过热器连通，一次过热器经过二次蒸汽回程管与二次过热器连通，二次过热器与蒸汽输送干线连通，蒸汽输送干线经过蒸汽输送支线与注汽井连通。

2.  如权利要求1所述的稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，其特征是：该系统还包括一次鼓风机、二次鼓风机、一次供风管、二次供风管、一次空气预热器、二次空气预热器、供水管、水泵、省煤器，所述一次空气预热器、二次空气预热器、省煤器都设置在烟道内，一次鼓风机经过一次空气预热器与一次供风管连通，二次鼓风机经过二次空气预热器与二次供风管连通，一次供风管、二次供风管与炉体底部的燃烧室连通，水泵经过省煤器与供水管连通，供水管与主锅筒连通。

3.  如权利要求1所述的稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，其特征是：所述蒸汽输送干线和蒸汽输送支线上都装有注汽分配装置。

稠油热采注汽循环流化床锅炉系统
技术领域
本实用新型涉及油田稠油热采设备。
背景技术
在石油开采中，由于某些油田的油质粘度较高，需要较高温度的蒸汽注入油井中，以稀释石油，使稠油粘度降低，让原油容易从油井内开采出来。
目前广为使用的热采注汽锅炉都是燃气、燃油高压直流湿蒸汽锅炉，这种锅炉以原油或天然气作为燃料，由于原油和天然气的价格较高，增加了采油成本，而且因为油田自身耗用了相当部分的原油，减少了作为商品的原油，原油是一种重要的工业原料，是不可再生的宝贵资源，如果全部作为燃料使用，也十分可惜。
高压直流湿蒸汽锅炉产生的蒸汽通过管道送往井内，注入油层，一台锅炉往往要注数口井，或数台锅炉同走一条干线再分注数口井，由于各井吸汽能力及管线配置长短的差异，注入到各井的蒸汽流量和蒸汽质量相差很大，有的井注入量少，相对产油量也少，有的井注入量过大造成浪费，容易形成汽窜，给今后开采造成不可弥补的损失，因此注汽分配和计量是一个急待解决的问题。而现有的高压直流湿蒸汽锅炉生产的饱和蒸汽，含水量大，含有20％以上的水，干度50-80％，蒸汽质量低，湿蒸汽是气液两相流，难以很好地进行注汽分配和计量。
我国是一个石油紧缺而煤炭贮量丰富的国家，若能以煤炭代替原油、天然气作为注汽锅炉的燃料，将会降低原油开采成本，节约宝贵的石油资源。
燃煤锅炉是成熟的现有技术，但普通的燃煤锅炉并不是注汽锅炉的理想替代品，因为现有的燃煤锅炉的给水标准高，使用高标准的脱盐水才能生产高品质的高温高压过热蒸汽。而目前油田注气锅炉所用水是从油田污水处理站送来的回用水，其矿化度过高，现有锅炉的锅筒无法直接使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，采用分段蒸发的方法来提高蒸汽品质，可直接使用油田污水处理站送来的回用水，从而实现以煤代油，本系统生产100％干度的过热蒸汽，可以方便对注入蒸汽进行计量和分配。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，该系统包括锅炉、主旋风分离器、返料器、除尘器、引风机、烟道以及一次过热器、二次过热器，锅炉具有炉体，炉体上部的排烟口与主旋风分离器的入口连接，主旋风分离器下端的飞灰出口经过管道与返料器连接，返料器经过管道与炉体底部的燃烧室连通，主旋风分离器的排气口经过烟道与除尘器的入口连通，第一过热器设置在炉体排烟口与主旋风分离器的入口之间，第二过热器设置在烟道内，其特征是：所述炉体的顶部装有主锅筒，主锅筒的内腔下部装有炉水，内腔上部为蒸汽室，主锅筒的内腔下部设置有两隔板，该两隔板将主锅筒的内腔分隔成左、中、右段，该两隔板上设置有横向的连通管，连通管使主锅筒的中段与左、右段连通，主锅筒的左、中、右段底部分别装有第一、第二、第三下降管组，第一、第二、第三下降管组分别与第一、第二、第三下集箱连通，第一、第二、第三下集箱分别经过设置在炉体内的第一、第二、第三上升管组与所述蒸汽室连通；主锅筒的外部两侧设置有左、右副锅筒，左、右副锅筒的顶部分别设置有左、右副旋风分离器，左、右副锅筒的底部分别装有第四、第五下降管组，第四、第五下降管组分别与第四、第五下集箱连通，第四、第五下集箱分别经过设置在炉体内的第四、第五上升管组与左、右副旋风分离器的入口连通，左、右副旋风分离器的蒸汽出口分别经过左、右联接管与主锅筒的蒸汽室连通；所述主锅筒的左、右段分别经过排污管与左、右副锅筒连通，主锅筒的顶部设置有饱和蒸汽输出管，该饱和蒸汽输出管经过一次蒸汽回程管与一次过热器连通，一次过热器经过二次蒸汽回程管与二次过热器连通，二次过热器与蒸汽输送干线连通，蒸汽输送干线经过蒸汽输送支线与注汽井连通。
该系统还包括一次鼓风机、二次鼓风机、一次供风管、二次供风管、一次空气预热器、二次空气预热器、供水管、水泵、省煤器，所述一次空气预热器、二次空气预热器、省煤器都设置在烟道内，一次鼓风机经过一次空气预热器与一次供风管连通，二次鼓风机经过二次空气预热器与二次供风管连通，一次供风管、二次供风管与炉体底部的燃烧室连通，水泵经过省煤器与供水管连通，供水管与主锅筒连通。
所述蒸汽输送干线和蒸汽输送支线上都装有注汽分配装置。
本实用新型有以下积极有益效果：
一、本系统采用循环流化床燃煤锅炉，为稠油开采提供蒸汽：循环流化床锅炉生产过热蒸汽，在满足注汽压力的情况下，温度可以达到450℃。单位载体带到地层的热焓多于现有的燃气、燃油直流式蒸汽发生锅炉。
二、循环流化床锅炉生产过热蒸汽，干度100％，过热蒸汽质量高，是单一介质，可以方便地对注入蒸汽进行计量和分配，解决了以往气液两相湿蒸汽无法计量的问题，为稠油开发提供准确的数据。
三、油田锅炉给水品质较差，本系统的锅筒采用分段蒸发的方法来提高蒸汽品质，用隔板将主锅筒的水容积分隔成三段。中段炉水的盐浓度最小，称为净段，其余两段盐浓度较大，称为盐段。各段都有自己的下降管组和上升管组，形成独立的循环回路，给水直接进入连接受热较多的区域(称为净段)，净段的一部分炉水自连通管流入连接受热较少的区域(称为盐段)，主锅筒的排污从盐段引出，通过左、右副锅筒进一步进行盐水分离，净段的炉水盐浓度较低，产生的蒸汽品质较高；盐段的炉水浓度较高，产生的蒸汽品质较差.但盐段的蒸发量一般只占锅炉总蒸发量的5％～25％，绝大部分蒸汽从炉水品质好的净段产生，两者混合后的总的蒸汽品质仍有所提高。
四、锅筒采用分段蒸发技术，所以本系统可以直接使用从油田污水处理站送来的矿化度很高的回用水，产生的蒸汽干度高，供汽半径增大，可达8公里以上，这样可以集中建站；单位载体带到底层的热焓多，相同的地层注入的汽量减少；提高了整个注采分输全系统效率，节能非常可观。
五、本系统可实现以煤代油，减少稠油热采燃油、天然气的消耗量，节约宝贵的石油资源，降低采油成本，提高原油商品率；我国煤炭储量丰富，循环流化床燃煤锅炉用煤供给有保证。循环流化床燃煤锅炉灰渣综合利用好，灰渣做建筑材料，可提高地方经济。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的结构示意图。
图2是图1的局部剖视放大图。
图3是图1中锅筒的剖视放大图。
图4是本实用新型的注汽分配装置的结构示意图。
具体实施方式
图中标号
1第一下降管组    11第一下集箱    111第一上升管组
2第二下降管组    22第二下集箱    222第二上升管组
3第三下降管组    33第三下集箱    333第三上升管组
4第四下降管组    44第四下集箱    444第四上升管组
5第五下降管组    55第五下集箱          555第五上升管组
6左副锅筒        601排污管             602排盐管          603炉水
7右副锅筒        701排污管             702排盐管          703炉水
8左副旋风分离器  801左联接管           9右副旋风分离器    901右联接管
10锅筒           100蒸汽室             101炉水            102炉水103炉水
104隔板          105隔板               106连通管          107连通管
12炉体           121一次过热器         13主旋风分离器     14返料器
15烟道           151一次空气预热器     152二次空气预热器
153省煤器        154二次过热器
16除尘器         17引风机              18一次鼓风机       19二次鼓风机
20一次供风管     21二次供风管          23烟囱             24加煤斗
25水泵           26加石灰斗
27蒸汽输送干线   28蒸汽输送支线        29注汽分配装置
291流量变送器    292流量控制器         293执行机构
294温度补偿器    295压力补偿器
30注汽井         31供水管              32饱和蒸汽输出管   34燃烧器
35喷水减温器     36一次蒸汽回程管      37二次蒸汽回程管
请参照图1、图2，本实用新型是一种稠油热采注汽循环流化床锅炉系统，该系统包括锅炉、主旋风分离器、返料器、除尘器、引风机、烟道以及一次、二次过热器。
锅炉具有炉体12，炉体12上部的排烟口与主旋风分离器13的入口连接，主旋风分离器13下端的飞灰出口经过管道与返料器14连接，返料器14经过管道与炉体12底部的燃烧室连通，主旋风分离器13的排气口经过烟道15与除尘器16的入口连通，一次过热器121设置在炉体12排烟口与主旋风分离器13的入口之间，二次过热器154设置在烟道15内。
请参照图1、图2、图3，炉体12的顶部装有主锅筒10，主锅筒10为卧式锅筒，主锅筒10的内腔下部装有炉水，内腔上部为蒸汽室100，主锅筒的内腔下部设置有两隔板104、105，该两隔板104、105将主锅筒10的内腔分隔成左、中、右段，该两隔板104、105上分别设置有横向的连通管106、107，连通管106使中段的炉水102与左段的炉水101连通。连通管107使中段的炉水102与右段的炉水103连通。
主锅筒10的左段底部装有第一下降管组1，第一下降管组1与第一下集箱11连通，第一下集箱11经过设置在炉体12内的第一上升管组111与主锅筒的蒸汽室100连通。
主锅筒10的中段底部装有第二下降管组2，第二下降管组2与第二下集箱22连通，第二下集箱22经过设置在炉体12内的第二上升管组222与主锅筒的蒸汽室100连通。
主锅筒10的右段底部装有第三下降管组3，第三下降管组3与第三下集箱33连通，第三下集箱33经过设置在炉体12内的第三上升管组333与主锅筒的蒸汽室100连通，
主锅筒10的外部两侧设置有立式的左、右副锅筒6、7，左、右副锅筒6、7的顶部分别设置有左、右副旋风分离器8、9。
左副锅筒6的底部装有第四下降管组4，第四下降管组4与第四下集箱44连通，第四下集箱44经过设置在炉体12内的第四上升管组444与左副旋风分离8的入口连通，左副旋风分离器8的蒸汽出口经过左联接管801与主锅筒10的蒸汽室100连通。
右副锅筒7的底部装有五下降管组5，第五下降管组5与第五下集箱55连通，第五下集箱55经过设置在炉体12内的第五上升管组555与右副旋风分离器9的入口连通，右副旋风分离器9的蒸汽出口经过右联接管901与主锅筒10的蒸汽室100连通。
主锅筒10的左段101经过排污管601与左副锅筒6连通，主锅筒10的右段103经过排污管701与右副锅筒7连通。
主锅筒10的顶部设置有饱和蒸汽输出管32，该饱和蒸汽输出管32经过一次蒸汽回程管36与一次过热器121连通，一次过热器121经过二次蒸汽回程管37与二次过热器154连通，二次蒸汽回程管37上设置有喷水减温器35，以进行降温，二次过热器154与蒸汽输送干线27连通，蒸汽输送干线27经过蒸汽输送支线28与注汽井30连通。
本系统还包括一次鼓风机18、二次鼓风机19、一次供风管20、二次供风管21、一次空气预热器151、二次空气预热器152、供水管31、水泵25、省煤器153，一次空气预热器151、二次空气预热器152、省煤器153都设置在竖直的烟道15内，一次鼓风机18经过一次空气预热器151与一次供风管20连通，二次鼓风机19经过二次空气预热器152与二次供风管21连通，一次供风管20、二次供风管21与炉体12底部的燃烧室连通，水泵25经过省煤器153与供水管31连通，供水管31与主锅筒10连通。
本实用新型的工作原理如下：
在加煤斗24中加入水煤浆或煤粉，在加石灰斗26中加入适当比例的石灰石和石英砂粉粒，石灰石和石英砂粉粒为流化介质，将炉膛温度控制适当，使水煤浆或煤粉在炉体12内洁净燃烧。
在炉体12的后面紧接着一个主旋风分离器13，主旋风分离器13把烟气中的固相没有燃尽的飞灰收集下来，分离下来的飞灰经返料器14返回炉体12再次利用，进行循环燃烧，通过返料器14来调整循环流化床锅炉的循环倍率，降低磨损，保证炉体经济、安全、稳定地运行。经主旋风分离器13分离后的高温洁净烟气，进入烟道15内，由上向下依次冲刷二次过热器154、省煤器153、二次空气预热器152、一次空气预热器151，完成热交换。
一次鼓风机18输入的空气经过一次空气预热器151预热后，由一次供风管20送入炉体12内。
二次鼓风机19输入的空气经过二次空气预热器152预热后，由二次供风管21送入炉体12内。补充燃烧空气，加强燃料和空气扰动，并且起到控制炉膛温度的作用。
本系统锅筒使用的炉水为从油田污水处理站回用水，水泵25把回用水输入到省煤器153内部的对流管束中，利用烟道15内的高温烟气把回用水预热，再通过供水管31送入主锅筒10。
请参照图3，本系统采用三段蒸发结构，提高饱和蒸汽质量，主锅筒10内部作为第一、第二段，这两段蒸发量约为15％～18％。以左、右副锅筒6、7作为第三段，第三段蒸发量约为10％～12％。
预热后的回用水经过供水管31进入主锅筒10的中段，中段的炉水102的含盐量较低，称为净段(盐段一)，左、右段内的炉水101、103的含盐量略高，称为盐段二。
本系统采用自然循环，主锅筒中段的炉水102在重力作用下经过第二下降管组2进入第二下集箱22，经炉体12高温加热，炉水在第二上升管组222内变为蒸汽，蒸汽返回到主锅筒10的蒸汽室100中，中段炉水102的下层自连通管106、107分别进入主锅筒的左、右段内。
主锅筒左段内的炉水101在重力作用下经过第一下降管组1进入第一下集箱11，经炉体12高温加热，炉水在第一上升管组222内变为蒸汽，蒸汽返回到主锅筒10的蒸汽室100中。
主锅筒右段内的炉水103在重力作用下经过第三下降管组3进入第三下集箱33，经炉体12高温加热，炉水在第三上升管组333内变为蒸汽，蒸汽返回到主锅筒10的蒸汽室100中。
第二上升管组222中管道的数量较多，因而受热区域较大，第一、第三上升管组111、333中管道的数量较少，因而受热区域较小。
主锅筒10的排污从左、右段引出，主锅筒10的左、右段为本系统的盐段二，左、右段内的炉水101、103的含盐量高于中段内的炉水102。
主锅筒10左段的炉水101经过排污管601与左副锅筒6连通，主锅筒10右段的炉水103经过排污管701与右副锅筒7连通。
左副锅筒6内的炉水603在重力作用下经过第四下降管组4进入第四下集箱44，经炉体12高温加热，炉水在第四上升管组444内变为蒸汽，蒸汽经第四上升管组444进入到左副旋风分离器8中，蒸汽中的水雾含有盐份，水份在左副旋风分离器8的作用下，凝结成水滴，落回到左副锅筒6内，实现了汽液分离，以保持主锅筒10内炉水盐度不超标；分离后的洁净蒸汽经过左联接管801返回到主锅筒10的蒸汽室100中。
右副锅筒7内的炉水703在重力作用下经过第五下降管组5进入第五下集箱55，经炉体12高温加热，炉水在第五上升管组555内变为蒸汽，蒸汽经第五上升管组555进入到右副旋风分离器9中，蒸汽中的水雾含有盐份，水份在右副旋风分离器9的作用下，凝结成水滴，落回到右副锅筒7内，实现了汽液分离，以保持主锅筒10内炉水盐度不超标，分离后的洁净蒸汽经过右联接管901返回到主锅筒10的蒸汽室100中。
炉水603和炉水703的盐浓度最高，为本系统的盐段三，左、右副锅筒6、7的底部分别设置有排盐管602、702，左、右副锅筒6、7分别通过排盐管602、702连续排盐，以保持整个系统炉水盐度不超标，排盐率大约为5％。
中段炉水102盐浓度最低，为本系统的净段，其产生的蒸汽品质较高；盐段二和盐段三的炉水盐浓度依次升高，产生的蒸汽品质较差，但盐段二和盐段三的蒸发量只占锅筒总蒸发量的5％～25％，绝大部分蒸汽从炉水品质好的净段产生，两者混合后的总的蒸汽品质仍有所提高。经盐平衡计算，在给水中(回用水)含盐量为100mg/L，盐段二含盐量为500mg/L，盐段三含盐量为2500mg/L。
主锅筒10产生的饱和蒸汽经过一次过热器121、二次过热器154，成为干度为100％的过饱和蒸汽，经蒸汽输送干线27、蒸汽输送支线28送到各注汽井30内。
请参照图4，蒸汽输送干线27和蒸汽输送支线28上装有注汽分配装置29，注汽分配装置29由流量变送器291、流量控制器292、执行机构293、压力补偿器294、温度补偿器295组成，由于蒸汽为干度100％过饱和蒸汽，为单向介质，容易测量，上述各部分可全部采用现有技术。流量控制器292由单片机构成，并带有通信功能，执行机构293由调节阀构成。来自蒸汽输送干线27和蒸汽输送支线28的蒸汽压力信号从经过压力补偿器294、温度补偿器295后被输送到流量变送器291，经过流量变送器291送给流量控制器292内的单片机进行处理，单片机根据程序的设定，控制调节阀动作，从而达到自动控制的目的。实现注汽分配和计量，提高稠油开发效率，采收率能提高20％以上。