一种太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及新能源生产水蒸汽的【技术领域】，公开了一种太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置。该太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置中所述饱和水生产单元包括太阳能风电能互补的集热管，所述饱和蒸汽发生单元包括闪蒸罐，所述过热蒸汽发生单元包括风电能加热过热器；所述软化水供给单元、所述太阳能风电能互补的集热管、闪蒸罐及风电能加热过热器分别通过管道顺次连接。本实用新型提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置采用了太阳能和风能互补，能够在阴天和夜间连续生产饱和蒸汽和过热蒸汽；具有结构简单成本低，使用可再生能源节约化石能源的特点。大大降低运行成本，消除二氧化碳的排放，具有很大的经济效益和巨大的环境效益。
【专利说明】—种太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及新能源生产水蒸汽的【技术领域】，尤其涉及一种太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，具体的是一种能够在阴天和夜间连续生产水蒸汽的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置。
【背景技术】
[0002]水蒸汽作为一种作功的驱动体已是人类生活中不可缺少的资源。生活与工业用汽，如北方地区的采暖，物料干燥，海水淡化，油田用于稠油井采的三次采油用特种品质的过热蒸汽，用于油田采出液处理的油水分离的蒸汽，原油集输系统用蒸汽等。这些地方的用汽量是非常大的。
[0003]现有产生蒸汽的方法是用蒸汽锅炉，以煤、天然气、石油等作为燃料供给锅炉生产蒸汽，这些化石燃料一方面面临渐趋枯竭，另一方面这些物资燃烧后产生大量的二氧化碳，严重地污染着环境。特别是在石油开采领域问题更突出。全球新增石油矿藏资源越来越少，石油可以开采储量逐年下降，人们对石油开采越来越趋向较难开采的超稠油资源的深度开采。先期超稠油开采是采用蒸汽吞吐的方式，耗蒸汽量并不太多。但采收率只有10%?20%。留在地下的石油资源还有80%以上。
[0004]所以，对超稠油的剩余储量采用蒸汽驱的三次采油技术，是一种比较理想的方法。也就是由注入井连续不断地往油层中注入高过热度的蒸汽，蒸汽不断加热油层，从而大大降低了地层原油的粘度。注入的蒸汽在地层中和原油一起变为热的流体，将原油驱赶到采出井的周围，由采出井将变稀的原油和蒸汽凝结的水一起采出，将这些采出液送入综合站，进行油水分离，油水分离时也要耗掉很多蒸汽。分离出的原油再度用蒸汽加热进入原油集输系统。分离出的水，经过处理之后再送入饱和水生产系统。由这个过程我们可以看出，超稠油开采的三次采油阶段要消耗大量的过热蒸汽和饱和蒸汽，但它的最终采收率可惊人的提高到60%?70%。如果稠油开采的三次采油都用化石燃料获取蒸汽，预计全球为此消耗的天然气量每年约占全球采出天然气量的20%左右。其产生的二氧化碳对环境的影响会是如何的严重可想而知。
[0005]因此，必须研究以可再生能源取代化石能源来生产水蒸汽。况且油田所在地都是太阳能和风能很丰富的地域，这些可再生能源必须很好利用。2011年在美国加洲的Kerm县，Berry石油公司对一个运行了近100年的老油田利用单纯的太阳能三次采油技术。建设一座每小时产生100万英热单位热量的太阳能集热装置生产蒸汽，用于驱动重油开采。按单位采油量计算，可节约80%化石燃料。2012年中东阿曼国家石油公司PDO建成了一个7MW的太阳能三次采油项目。这两个利用太阳能进行稠油开采的三次采油项目的成功，为利用可再生能源促进石油开采取得了很好的示范效果。2012年中国长庆油田已将太阳能集热技术用在原油保温，防止凝固而方便集输。这一切都说明在油田利用可再生能源进行稠油开采是可行的，也是事在必行。
[0006]但是，由于利用太阳的能量只能在白天有太阳的时间段内方可见成效。尽管现在人们在研究如何将白天的太阳能储备起来，待夜间或阴雨天时间段内使用。但这是非常局限和在短时间段内方可，而且投资非常大，增加建设和运行成本。更重要的一点，这种只用太阳能一种能源是不能连续供给稠油开采的三次采油用水蒸汽。这种断续向地层中注入蒸汽会大大降低了稠油开采的效果。我们注意到油田地域不光是太阳能资源丰富，风能资源也非常丰富，特别是在夜间和阴雨天气时，风能资源更为丰富。如果采用太阳能和风能互补生产水蒸汽将会向油田连续供给水蒸汽。这样保证向注入井连续不断注入蒸汽，使之降低了粘度的原油连续地流向采出井。这将会大大提高稠油油田的采收率。
[0007]因此，针对以上不足，需要提供一种能够在阴天和夜间连续生产水蒸汽的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置。
实用新型内容
[0008]本实用新型要解决的技术问题是目前生产水蒸汽只能利用太阳的能量，而太阳能受时间的局限，且投资非常大，建设和运行成本高；只用太阳能一种能源是无法连续供给稠油开采的三次采油用水蒸汽，造成断续向地层中注入蒸汽会大大降低了稠油开采的采收率的问题。
[0009]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，该太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置包括:软化水供给单元、饱和水生产单元、饱和蒸汽发生单元及过热蒸汽发生单元；所述饱和水生产单元包括太阳能风电能互补的集热管，所述饱和蒸汽发生单元包括闪蒸罐，所述过热蒸汽发生单元包括风电能加热过热器；所述软化水供给单元、所述太阳能风电能互补的集热管、闪蒸罐及风电能加热过热器分别通过管道顺次连接。
[0010]其中，所述闪蒸罐与所述风电能加热过热器连接的管道上连通有用于输出饱和蒸汽的饱和蒸汽管道。
[0011]其中，所述风电能加热过热器与风力发电装置连接。
[0012]其中，所述风力发电装置与所述太阳能风电能互补的集热管连接。
[0013]其中，所述太阳能风电能互补的集热管包括电热元件、内管及外管；所述外管套设在所述内管外，所述内管与外管之间留有间隙，所述内管及外管之间设置有螺旋片，所述外管的外表面设置有选择性吸收涂层，所述电热元件设置在所述内管内，所述风力发电装置与所述电热元件连接。
[0014]其中，所述软化水供给单元包括水质软化装置及储水罐，所述水质软化装置、储水罐及太阳能风电能互补的集热管顺次连接，所述储水罐内设置有消闪盘管。
[0015]其中，所述储水罐上分别设置有液位控制阀及液位检测元件，所述储水罐与所述太阳能风电能互补的集热管之间的官道上设置有流量检测元件及流量调节阀。
[0016]其中，所述太阳能风电能互补的集热管与所述闪蒸罐之间的管道上设置有温度检测元件、温控阀门、温控调压器、压力检测元件及压力调节阀。
[0017]其中，所述饱和蒸汽发生单元还包括与所述闪蒸罐连接的汽水分离器及热水井，所述闪蒸罐通过所述汽水分离器与所述风电能加热过热器连接。
[0018]其中，所述风电能加热过热器上分别设置有压力检测元件、压力调节阀、温度检测元件及温度控制调压器。
[0019]本实用新型的上述技术方案具有如下优点:本实用新型所提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置中饱和水生产单元中饱和水生产单元包括太阳能风电能互补的集热管，饱和蒸汽发生单元包括闪蒸罐，过热蒸汽发生单元包括风电能加热过热器；软化水供给单元、太阳能风电能互补的集热管、闪蒸罐及风电能加热过热器分别通过管道顺次连接。本实用新型所提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置可将饱和蒸汽通过风电能加热过热器进行过热处理，并达到最终使用的过热蒸汽参数。本实用新型提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置采用了太阳能和风能互补，能够在阴天和夜间连续生产饱和蒸汽和过热蒸汽；具有结构简单成本低，使用可再生能源节约化石能源的特点。大大降低运行成本，消除二氧化碳的排放，具有很大的经济效益和巨大的环境效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型实施例太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置的流程示意图。
[0021]图中:1:太阳能风电能互补的集热管；2:温度检测元件；3:温控阀门；4:温控调压器；5:压力检测元件；6:压力调节阀；7:液位检测元件；8:液位调节阀；9:汽水分离器；10:闪蒸罐；11:热水井；12:压力调节阀；13:压力检测元件；14:风电能加热过热器；15:温度控制调压器；16:温度检测元件；17:风电出线；18:压力检测元件；19:压力调节阀；20:回收管路；21:供水泵；22:水质软化装置；23:液位控制阀；24:液位检测元件；25:消闪盘管；26:储水罐；27:增压泵；28:流量检测元件；29:流量调节阀；30:风力发电装置。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0023]如图1所示，本实用新型实施例提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，包括:软化水供给单元、饱和水生产单元、饱和蒸汽发生单元及过热蒸汽发生单元；软化水供给单元用于将水提供给太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置。饱和水生产单元包括用于将水加热的太阳能风电能互补的集热管1，饱和蒸汽发生单元包括用于水变成水蒸汽的闪蒸罐10，过热蒸汽发生单元包括风电能加热过热器14，也可以是其他外接电源或安装蓄电池的加热过热器。软化水供给单元、太阳能风电能互补的集热管1、闪蒸罐10及风电能加热过热器14分别通过管道顺次连接。闪蒸罐10与风电能加热过热器14连接的管道上设置有用于输出饱和蒸汽的饱和蒸汽管道。风电能加热过热器14通过调压器15与风力发电装置30输出电源线路连接。
[0024]本实用新型将太阳能与风能有效的结合，可以连续地向产生水蒸汽的闪蒸罐10供给我们需要的饱和水。饱和水是由软化水供给单元中的供水泵21供给太阳能风电能互补的集热管1，经过升温后注入闪蒸罐10而获得饱和水蒸汽。饱和蒸汽可用在物料干燥或是采暖。油田稠油开采的三次采油需要大量的过热水蒸汽，此时可将饱和蒸汽通过风电能加热过热器14进行过热处理，并达到最终使用的过热蒸汽参数。本实用新型实施例提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置可以供给饱和蒸汽，也可以供给过热蒸汽。
[0025]为了能够在阴天和夜间连续生产水蒸汽，本实用新型实施例提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置中风力发电装置30与太阳能风电能互补的集热管I连接，太阳能风电能互补的集热管I也可以与其他能提供电源的装置连接，如电池等。太阳能风电能互补的集热管I包括:电热元件、内管及外管；外管套设在内管外，内管与外管之间留有间隙，内管及外管之间设置有螺旋片，外管的外表面设置有选择性吸收涂层，能够将太阳能的热量传送至外管内的水流中。电热元件设置在内管内。螺旋片分别与内管及外管之间形成螺旋状的环形空间，水流在环形空间内流动，均匀受热，避免了局部相变，不会发生爆管的情况。风力发电装置与电热元件连接，电热元件也可以与其他发电装置或电池等电源连接，当夜间和阴雨天时无太阳光时，通过发电装置电热元件对环形空间内的水流进行加热，使集热管能正常供给所需参数的蒸汽。
[0026]本实用新型实施例提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置中软化水供给单元包括水质软化装置22及储水罐26，水质软化装置22、储水罐26及太阳能风电能互补的集热管I顺次连接，储水罐26内设置有消闪盘管25。所述储水罐26上分别设置有液位控制阀23及液位检测元件24，所述储水罐26与所述太阳能风电能互补的集热管I之间的管道上设置有流量检测元件28及流量调节阀29。软化水供给单元由高压泵27升压至饱和水生产单元出口的饱和压力。软化水罐是处于常压下工作，内设消闪盘管25，软化水罐的液位由液位检测元件24，液位调节阀23，供水泵21，通过PLC系统进行控制调节。当储罐26的液位达到最高位时，控制系统指令泵21停泵。当储罐26的液位达到最低时，泵21启动。液位的稳定由液位检测元件24，液位调节阀23来完成。
[0027]饱和水生产单元中的太阳能风电能互补的集热管I与闪蒸罐10之间分别设置有温度检测元件2、温控阀门3、温控调压器4、压力检测元件5及压力调节阀6。饱和水生产单元内在一定压力和一定温度下，水处于沸腾的临界点。这个临界点可以根据使用蒸汽站对水蒸汽参数，即温度、压力及流量的要求进行设计。饱和水生产单元的出口压力和流量由压力检测元件5，压力调节阀6，流量检测元件28，流量调节阀29组成的PLC调节系统来完成。
[0028]饱和蒸汽发生单元还包括与闪蒸罐10连接的汽水分离器9及热水井11，热水井11设置在闪蒸罐10的底部，闪蒸罐10通过汽水分离器9与风电能加热过热器14连接。由饱和水生产单元出来的饱和水进入闪蒸罐10，在闪蒸罐10内的压力远低于饱和水的压力时，该压力为用汽站给定的压力，即刻闪蒸沸腾相变为饱和蒸汽。饱和水蒸汽中的微细水珠通过汽水分离器9分离出后变为干饱和水蒸汽。分离器9分离出的水珠变为大水滴沉入热水井11中，热水井11的液位由液位检测元件7，液位调节阀8来保证，热水井11与储水罐26连通，热水井11中多余的水通过阀8排入到储水罐26中。由于热水井11中的压力为饱和压力，温度为饱和温度，直接进入常压的储水罐26就会使饱和水相变为蒸汽。为防止这种相变过程的产生，热水井中的水先进入储罐26中的消闪盘管25，经过降温之后进入储罐26，这种相变过程就不会发生了。由汽水分离器水来的干饱和蒸汽一路通过压力检测元件18及压力调节阀19，稳定提供给饱和蒸汽的用汽站。另一路进入过热蒸汽发生装置。
[0029]风电能加热过热器14上分别设置有压力检测元件13、压力调节阀12、温度检测元件16及温度控制调压器15。进入风电能加热过热器14的干饱和蒸汽再次被加热，按照过热蒸汽使用站对水蒸汽的压力和过热度的要求，由压力检测元件13，压力调节阀12，温度检测元件16，温度控制调压器15组成PLC控制单元来保持过热蒸汽输出端的过热蒸汽的参数。由垂直轴涡轮风力发电装置30组成了风力发电厂。风力发电厂的规模要视蒸汽使用量来定。一般来说，没有并网的要求，只是供给太阳能和风电能互补的集热装置1，风电加热过热器14，本实施例提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置中的机泵和生活用电系统供电，这个风力发电厂是比较简单的一个离网型风力发电厂，建设投资相对其他类型新能源发电装置较少。消除了复杂的并网过程。这是消纳离网的太阳能和风能发电电能一种很好的方式。并不太大。为缩小软化水制取设备的规模，如果用汽站的凝结水可以回收，将由回收管路20回收到软化水罐中，如果蒸汽是用在稠油开采，蒸汽在地层中和原油已混合在一起由采出井采出，经油水分离站将原油分离出进入原油集输系统，分离出的水经含油污水处理站进行脱油除砂后，变成清水进入软化水处理系统，将水软化后供给生产水蒸汽的新型装置用水。
[0030]本实用新型提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，有阳光使用时，软化水供给单元供给软化水给饱和水生产单元，饱和水生产单元中的太阳能风电能互补的集热管I将水加热成饱和水。饱和水流至闪蒸罐10内，饱和水通过闪蒸罐10变为饱和水蒸汽。饱和水蒸汽分为两路，另一路设置有风电能加热过热器14，风力发电装置30提供电源将风电能加热过热器14内的饱和水蒸汽加热为过热蒸汽。当阴天或下雨时，风力发电装置30给太阳能风电能互补的集热管I中的电热元件提供电源，使得太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置采用太阳能和风能互补能够在阴天和夜间连续生产饱和蒸汽和过热蒸汽。
[0031]综上所述，本实用新型所提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置中饱和水生产单元中饱和水生产单元包括太阳能风电能互补的集热管，饱和蒸汽发生单元包括闪蒸罐，过热蒸汽发生单元包括风电能加热过热器；软化水供给单元、太阳能风电能互补的集热管、闪蒸罐及风电能加热过热器分别通过管道顺次连接。本实用新型所提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置可将饱和蒸汽通过风电能加热过热器进行过热处理，并达到最终使用的过热蒸汽参数。本实用新型提供的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置采用了太阳能和风能互补，能够在阴天和夜间连续生产饱和蒸汽和过热蒸汽；具有结构简单成本低，使用可再生能源节约化石能源的特点。大大降低运行成本，消除二氧化碳的排放，具有很大的经济效益和巨大的环境效益。
[0032]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于，包括:软化水供给单元、饱和水生产单元、饱和蒸汽发生单元及过热蒸汽发生单元；所述饱和水生产单元包括太阳能风电能互补的集热管(I)，所述饱和蒸汽发生单元包括闪蒸罐(10)，所述过热蒸汽发生单元包括风电能加热过热器(14);所述软化水供给单元、太阳能风电能互补的集热管⑴、闪蒸罐(10)及风电能加热过热器(14)分别通过管道顺次连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述闪蒸罐(10)与所述风电能加热过热器(14)连接的管道上连通有用于输出饱和蒸汽的饱和蒸汽管道。
3.根据权利要求1所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述风电能加热过热器(14)与风力发电装置(30)连接。
4.根据权利要求3所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述风力发电装置(30)与所述太阳能风电能互补的集热管(I)连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述太阳能风电能互补的集热管(I)包括电热元件、内管及外管；所述外管套设在所述内管外，所述内管与外管之间留有间隙，所述内管及外管之间设置有螺旋片，所述外管的外表面设置有选择性吸收涂层，所述电热元件设置在所述内管内，所述风力发电装置(30)与所述电热元件连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述软化水供给单元包括水质软化装置(22)及储水罐(26)，所述水质软化装置(22)、储水罐(26)及太阳能风电能互补的集热管(I)顺次连接，所述储水罐(26)内设置有消闪盘管(25)。
7.根据权利要求6所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述储水罐(26)上分别设置有液位控制阀(23)及液位检测元件(24)，所述储水罐(26)与所述太阳能风电能互补的集热管(I)之间的管道上设置有流量检测元件(28)及流量调节阀(29)。
8.根据权利要求1所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述太阳能风电能互补的集热管(I)与所述闪蒸罐(10)之间的管道上设置有温度检测元件(2)、温控阀门(3)、温控调压器(4)、压力检测元件(5)及压力调节阀(6)。
9.根据权利要求1所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述饱和蒸汽发生单元还包括与所述闪蒸罐(10)连接的汽水分离器(9)及热水井(11)，所述闪蒸罐(10)通过所述汽水分离器(9)与所述风电能加热过热器(14)连接。
10.根据权利要求1所述的太阳能风电能互补生产水蒸汽的装置，其特征在于:所述风电能加热过热器(14)上分别设置有压力检测元件(13)、压力调节阀(12)、温度检测元件(16)及温度控制调压器(15)。
【文档编号】F24J2/00GK204062967SQ201420489331
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】郭文礼, 惠兆森, 郭晔恒, 巩秀峰, 邓廷辉 申请人:北京恒聚化工集团有限责任公司