公开(公告)日2015.02.04
IPC分类号C02F1/14; C02F9/10
摘要
本发明涉及一种基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，包括槽式聚光镜场、集热管、污水处理系统;其中，待加热的吸热介质从集热管的入口进入集热管，实时跟踪太阳的槽式聚光镜场将所采集的太阳光聚焦到集热管上，吸热介质在集热管内流动并不断地被加热，最后变成高温吸热介质并从集热管的出口流出，高温吸热介质进入吸热介质-水换热器与水换热所得到的蒸汽进入污水处理系统进行污水处理过程。本发明的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统利用聚光太阳能产生污水处理所需的蒸汽，带有储热系统时可实现太阳落山后持续产蒸汽，运行时间长，同时还能与常规燃料互补运行，污水处理过程效率高，系统具有节能环保无污染的特点。
权利要求书
1.一种基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特征在于，包括：槽式聚 光镜场(1)、集热管(2)、热力蒸汽压缩器(10)、第一蒸发器组(13)、第二蒸发 器组(14)、冷凝器(20)、淡水罐(22)、污水罐(23);所述第一蒸发器组(13) 或第二蒸发器组(14)内包括多个蒸发器;其中，
淡水(12)从所述集热管(2)的入口进入集热管(2)，实时跟踪太阳的槽式聚 光镜场(1)将所采集的太阳光聚焦到集热管(2)上，淡水(12)在所述集热管(2) 内流动并不断地被加热，最后变成生蒸汽(9)从集热管(2)的出口流出;所述生 蒸汽(9)首先流入所述热力蒸汽压缩器(10)，热力蒸汽压缩器(10)以生蒸汽(9) 为动力，将从第一蒸发器组(13)、第二蒸发器组(14)中的一个或多个蒸发器或者 冷凝器(20)中抽出的低压蒸汽(17)压缩，使其压力有一定的升高，产生加压后 的蒸汽(11)并输入至第一蒸发器组(13)内;
来自污水罐(23)的油田污水经预处理后通过泵进入冷凝器(20)中预热、脱 气，加入阻垢剂后变为污水(19)，污水(19)经喷嘴被均匀分布到第二蒸发器组(14) 的顶排管上，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分污水沿蒸发器间污水管道(15) 进入第一蒸发器组(13)内，在第一蒸发器组(13)内沿顶排管以薄膜形式向下流 动;来自热力蒸汽压缩器(10)的加压后的蒸汽(11)首先进入第一蒸发器组(13) 内，并在第一蒸发器组(13)的蒸发管内冷凝成淡水(25)，这些淡水一部分流入淡 水汇集管(18)，另一部分为淡水(12)进入集热管(2)循环加热;第一蒸发器组 (13)内的部分污水吸收第一蒸发器组(13)的蒸发管内的冷凝蒸汽的潜热而蒸发， 产生的再生蒸汽(16)进入第二蒸发器组(14)的蒸发管内并在管内冷凝成淡水(25)， 淡水(25)流入淡水汇集管(18)，同时第二蒸发器组(14)内的部分污水吸收管内 冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产生的部分再生蒸汽进入冷凝器(20)内;再生蒸汽在冷 凝器(20)内对来自污水罐(23)的油田污水进行预热、脱气，冷凝器(20)内的 凝结水流入淡水汇集管(18)内，淡水汇集管(18)将淡水储存到淡水罐(22)中， 未蒸发的污水在第一蒸发器组(13)内流出成为浓污水(21)排放。
2.根据权利要求1所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特征在 于，还包括辅助锅炉(24)，所述辅助锅炉(24)位于传输生蒸汽(9)的管路上， 用于生成生蒸汽(9)或对已有的生蒸汽(9)做进一步的加热。
3.根据权利要求1或2所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特 征在于，所述淡水罐(22)和污水罐(23)各有一个或多个。
4.根据权利要求1或2所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特 征在于，所述第一蒸发器组(13)或第二蒸发器组(14)中的蒸发器为水平管降膜 蒸发器或垂直管降膜蒸发器;所述第一蒸发器组(13)中的各个蒸发器较第二蒸发 器组(14)中的各个蒸发器具有更高的运行温度，且所述第一蒸发器组(13)中的 各个蒸发器较第二蒸发器组(14)中的各个蒸发器具有更高的运行压力;单个蒸发 器组中的各个蒸发器具有相同的运行温度和运行压力。
5.根据权利要求1或2所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特 征在于，该系统还包括：吸热介质-水换热器(8);其中，
吸热介质(3)从集热管(2)的入口进入集热管(2)，实时跟踪太阳的槽式聚 光镜场(1)将所采集的太阳光聚焦到集热管(2)上，所述吸热介质(3)在集热管 (2)内保持流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质(3)从集热管(2)的 出口流出;处于高温状态的吸热介质(3)进入吸热介质-水换热器(8)，与淡水(12) 进行换热，从而产生生蒸汽(9);换热后的吸热介质(3)又变回低温状态，从吸热 介质-水换热器(8)返回到槽式聚光镜场(1)和集热管(2)进行循环;
所述生蒸汽(9)先流入所述热力蒸汽压缩器(10)，热力蒸汽压缩器(10)以 生蒸汽(9)为动力，将从第一蒸发器组(13)、第二蒸发器组(14)中的一个或多 个蒸发器或者冷凝器(20)中抽出的低压蒸汽(17)压缩，使其压力有一定的升高， 产生加压后的蒸汽(11)并输入至第一蒸发器组(13)内;
来自污水罐(23)的油田污水经预处理后通过泵进入冷凝器(20)中预热、脱 气，加入阻垢剂后变为污水(19)，污水(19)经喷嘴被均匀分布到第二蒸发器组(14) 的顶排管上，然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分污水沿蒸发器间污水管道(15) 进入第一蒸发器组(13)内，同样在第一蒸发器组(13)内沿顶排管以薄膜形式向 下流动;来自热力蒸汽压缩器(10)的加压后的蒸汽(11)首先进入第一蒸发器组 (13)内，并在第一蒸发器组(13)的蒸发管内冷凝成淡水(25)，其中淡水(25) 的一部分淡水(12)返回吸热介质-水换热器(8)内进行循环以产生生蒸汽(9)，另 一部分淡水流入淡水汇集管(18);第一蒸发器组(13)内的部分污水吸收第一蒸发 器组(13)的蒸发管内的冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产生的再生蒸汽(16)进入第二 蒸发器组(14)的蒸发管内并在管内冷凝成淡水(25)，淡水(25)流入淡水汇集管 (18)，同时第二蒸发器组(14)内的部分污水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产 生的部分再生蒸汽进入冷凝器(20)内;再生蒸汽在冷凝器(20)内对来自污水罐 (23)的油田污水进行预热、脱气，冷凝器(20)内的凝结水流入淡水汇集管(18) 内，淡水汇集管(18)将淡水储存到淡水罐(22)中，未蒸发的污水在第一蒸发器 (13)内流出成为浓污水(21)排放。
6.根据权利要求5所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特征在 于，所述吸热介质-水换热器(8)的吸热介质流量与水流量均能通过调节阀或变频泵 调节，进而调节吸热介质-水换热器(8)出口的生蒸汽(9)的参数。
7.根据权利要求5所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特征在 于，该系统还包括吸热介质-储热介质换热器(4)、高温储热罐(5)、低温储热罐(6); 其中，
处于低温状态的吸热介质(3)从集热管(2)的入口进入集热管(2)，实时跟 踪太阳的槽式聚光镜场(1)将所采集的太阳光聚焦到集热管(2)上，吸热介质(3) 在集热管(2)内流动并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质(3)从集热管(2) 的出口流出;处于高温状态的吸热介质(3)一方面直接进入吸热介质-水换热器(8)， 在该吸热介质-水换热器(8)中与淡水(12)换热，从而产生生蒸汽(9)，该生蒸汽 (9)进入热力蒸汽压缩器(10)并进行后续污水处理过程，换热后的吸热介质(3) 又变回低温状态，从吸热介质-水换热器(8)返回到集热管(2)进行循环;另一方 面，被加热的吸热介质(3)进入吸热介质-储热介质换热器(4)，与来自低温储热罐 (6)的储热介质(7)进行换热，储热介质(7)被加热后进入高温储热罐(5)进 行储热，参与换热的吸热介质(3)返回集热管(2)进行循环，当太阳落山后，来 自高温储热罐(5)的处于高温状态的储热介质(7)与处于低温状态的吸热介质(3) 通过吸热介质-储热介质换热器(4)换热，产生处于高温状态的吸热介质(3)，该处 于高温状态的吸热介质(3)再进入吸热介质-水换热器(8)与水(12)进行换热， 产生生蒸汽(9)进入热力蒸汽压缩器(10)并进行后续污水处理过程。
8.根据权利要求7所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特征在 于，该系统还包括多个蒸发器组，该多个蒸发器组与所述第一蒸发器组(13)、第二 蒸发器组(14)级联;不同的蒸发器组具有不同的运行温度和压力，前一级蒸发器 组的运行温度和压力比后一级蒸发器组的运行温度和压力高，同一蒸发器组内的蒸 发器具有相同的运行温度和压力。
9.根据权利要求7或8所述的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统，其特 征在于，所述高温储热罐(5)和低温储热罐(6)各有一个或多个。
说明书
基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统
技术领域
本发明涉及油田污水处理领域，特别涉及一种基于槽式聚光太阳能的油田污水 处理系统。
背景技术
我国油田大多数为注水开发油田，随着油田开发进入高含水期开采阶段后，油 田采出液中的含水率高达70%，有的甚至超出90%，出现了产液量大，含油污水量 大，注水量大和能耗高的“三大一高”情况。油田中现有的联合站、中转站超负荷 运转，处理水质难以达标，导致污水回注地层压力增大，能耗增高。严重时导致回 注工艺的失败，直接影响了油田稳产、高产目标的实现。另外，由于采出液含水量 的增加，处理后的污水不能全部回注地层，大量含油污水需处理达标后方能排放。 据统计，每生产1t原油就要产生3.5t水，或者说大概注入4.5t水才能换出1t原油， 随着更多油田进入开采的中、后期，含水率还将不断上升，将产生更多的污水，同 时也必须向地层注入更多的水。
油田注水开发带来了两大问题：一是注入水的水源问题，人们希望得到能提供 供水量大而稳定的水源，油田注水开发初期注水水源是通过开采浅层地下水或地表 水来解决，过量开采清水会引起局部地层水位下降，影响生态环境;二是原油含水 量不断上升，含油污水量越来越大，污水的排放和处理是个大问题，大量含油污水 不合理排放会引起受纳水体的潜移性侵害，污染生态环境。因此，对油田污水深度 处理及回用，不仅是保护环境的迫切需要，而且已成为油田生产的当务之急。
目前，各油田的污水处理技术的针对性较强，而且处理技术的效果均不理想， 国内外油田常用的污水处理方法可大致分为三类：物理法、化学法和生物法。传统 的工艺、技术和设备因处理效率低，工程投资大、处理成本高，既不能满足排水水 质指标，也不能达到油田污水处理的需要，更不能达到采出水回注地层的水质要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中效率低、能耗大、成本高的缺陷，从而提供 一种基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系 统，包括：槽式聚光镜场1、集热管2、热力蒸汽压缩器10、第一蒸发器组13、第 二蒸发器组14、冷凝器20、淡水罐22、污水罐23;所述第一蒸发器组13或第二蒸 发器组14内包括多个蒸发器;其中，
淡水12从所述集热管2的入口进入集热管2，实时跟踪太阳的槽式聚光镜场1 将所采集的太阳光聚焦到集热管2上，淡水12在所述集热管2内流动并不断地被加 热，最后变成生蒸汽9从集热管2的出口流出;所述生蒸汽9首先流入所述热力蒸 汽压缩器10，热力蒸汽压缩器10以生蒸汽9为动力，将从第一蒸发器组13、第二 蒸发器组14中的一个或多个蒸发器或者冷凝器20中抽出的低压蒸汽17压缩，使其 压力有一定的升高，产生加压后的蒸汽11并输入至第一蒸发器组13内;
来自污水罐23的油田污水经预处理后通过泵进入冷凝器20中预热、脱气，加 入阻垢剂后变为污水19，污水19经喷嘴被均匀分布到第二蒸发器组14的顶排管上， 然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分污水沿蒸发器间污水管道15进入第一蒸发 器组13内，在第一蒸发器组13内沿顶排管以薄膜形式向下流动;来自热力蒸汽压 缩器10的加压后的蒸汽11首先进入第一蒸发器组13内，并在第一蒸发器组13的 蒸发管内冷凝成淡水25，这些淡水流入淡水汇集管18;第一蒸发器组13内的部分 污水吸收第一蒸发器组13的蒸发管内的冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产生的再生蒸汽16 进入第二蒸发器组14的蒸发管内并在管内冷凝成淡水25，淡水25流入淡水汇集管 18，同时第二蒸发器组14内的部分污水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产生的部 分再生蒸汽进入冷凝器20内;再生蒸汽在冷凝器20内对来自污水罐23的油田污水 进行预热、脱气，冷凝器20内的凝结水流入淡水汇集管18内，淡水汇集管18将淡 水储存到淡水罐22中，未蒸发的污水在第一蒸发器13内流出成为浓污水21排放。
上述技术方案中，还包括辅助锅炉24，所述辅助锅炉24位于传输生蒸汽9的管 路上，用于生成生蒸汽9或对已有的生蒸汽9做进一步的加热。
上述技术方案中，所述淡水罐22和污水罐23各有一个或多个。
上述技术方案中，所述第一蒸发器组13或第二蒸发器组14中的蒸发器为水平 管降膜蒸发器或垂直管降膜蒸发器;所述第一蒸发器组13中的各个蒸发器较第二蒸 发器组14中的各个蒸发器具有更高的运行温度，且所述第一蒸发器组13中的各个 蒸发器较第二蒸发器组14中的各个蒸发器具有更高的运行压力;单个蒸发器组中的 各个蒸发器具有相同的运行温度和运行压力。
上述技术方案中，该系统还包括：吸热介质-水换热器8;其中，
吸热介质3从集热管2的入口进入集热管2，实时跟踪太阳的槽式聚光镜场1将 所采集的太阳光聚焦到集热管2上，所述吸热介质3在集热管2内保持流动并不断 地被加热，处于高温状态的吸热介质3从集热管2的出口流出;处于高温状态的吸 热介质3进入吸热介质-水换热器8，与淡水12进行换热，从而产生生蒸汽9;换热 后的吸热介质3又变回低温状态，从吸热介质-水换热器8返回到槽式聚光镜场1和 集热管2进行循环;
所述生蒸汽9先流入所述热力蒸汽压缩器10，热力蒸汽压缩器10以生蒸汽9为 动力，将从第一蒸发器组13、第二蒸发器组14中的一个或多个蒸发器或者冷凝器 20中抽出的低压蒸汽17压缩，使其压力有一定的升高，产生加压后的蒸汽11并输 入至第一蒸发器组13内;
来自污水罐23的油田污水经预处理后通过泵进入冷凝器20中预热、脱气，加 入阻垢剂后变为污水19，污水19经喷嘴被均匀分布到第二蒸发器组14的顶排管上， 然后沿顶排管以薄膜形式向下流动，部分污水沿蒸发器间污水管道15进入第一蒸发 器组13内，同样在第一蒸发器组13内沿顶排管以薄膜形式向下流动;来自热力蒸 汽压缩器10的加压后的蒸汽11首先进入第一蒸发器组13内，并在第一蒸发器组13 的蒸发管内冷凝成淡水25，其中淡水25的一部分淡水12返回吸热介质-水换热器8 内进行循环以产生生蒸汽9，另一部分淡水流入淡水汇集管18;第一蒸发器组13内 的部分污水吸收第一蒸发器组13的蒸发管内的冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产生的再生 蒸汽16进入第二蒸发器组14的蒸发管内并在管内冷凝成淡水25，淡水25流入淡水 汇集管18，同时第二蒸发器组14内的部分污水吸收管内冷凝蒸汽的潜热而蒸发，产 生的部分再生蒸汽进入冷凝器20内;再生蒸汽在冷凝器20内对来自污水罐23的油 田污水进行预热、脱气，冷凝器20内的凝结水流入淡水汇集管18内，淡水汇集管 18将淡水储存到淡水罐22中，未蒸发的污水在第一蒸发器13内流出成为浓污水21 排放。
上述技术方案中，所述吸热介质-水换热器8的吸热介质流量与水流量均能通过 调节阀或变频泵调节，进而调节吸热介质-水换热器8出口的生蒸汽9的参数。
上述技术方案中，该系统还包括吸热介质-储热介质换热器4、高温储热罐5、低 温储热罐6;其中，
处于低温状态的吸热介质3从集热管2的入口进入集热管2，实时跟踪太阳的槽 式聚光镜场1将所采集的太阳光聚焦到集热管2上，吸热介质3在集热管2内流动 并不断地被加热，处于高温状态的吸热介质3从集热管2的出口流出;处于高温状 态的吸热介质3一方面直接进入吸热介质-水换热器8，在该吸热介质-水换热器8中 与淡水12换热，从而产生生蒸汽9，该生蒸汽9进入热力蒸汽压缩器10并进行后续 污水处理过程，换热后的吸热介质3又变回低温状态，从吸热介质-水换热器8返回 到集热管2进行循环;另一方面，被加热的吸热介质3进入吸热介质-储热介质换热 器4，与来自低温储热罐6的储热介质7进行换热，储热介质7被加热后进入高温储 热罐5进行储热，参与换热的吸热介质3返回集热管2进行循环，当太阳落山后， 来自高温储热罐5的处于高温状态的储热介质7与处于低温状态的吸热介质3通过 吸热介质-储热介质换热器4换热，产生处于高温状态的吸热介质3，该处于高温状 态的吸热介质3再进入吸热介质-水换热器8与水12进行换热，产生生蒸汽9进入热 力蒸汽压缩器10并进行后续污水处理过程。
上述技术方案中，该系统还包括多个蒸发器组，该多个蒸发器组与所述第一蒸 发器组13、第二蒸发器组14级联;不同的蒸发器组具有不同的运行温度和压力，前 一级蒸发器组的运行温度和压力比后一级蒸发器组的运行温度和压力高，同一蒸发 器组内的蒸发器具有相同的运行温度和压力。
上述技术方案中，所述高温储热罐5和低温储热罐6各有一个或多个。
本发明的优点在于：
本发明的基于槽式聚光太阳能的油田污水处理系统利用太阳能产生油田污水处 理所需的蒸汽，带有储热系统时可实现太阳落山后持续产蒸汽，运行时间长，具有 节能环保无污染的特点，同时还能与常规燃料互补运行。