CN104671607B - 一种稠油废水处理回用电站锅炉的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种稠油废水处理回用电站锅炉的系统及方法，包括依次相连的稠油热采油井、除硅反应器、软化反应器，软化反应器与蒸发器的液体入口相连，蒸发器的冷凝水出口依次与曝气生物滤池和脱盐装置相连，脱盐装置的产水出口连接在电站锅炉和汽轮机系统上；除硅反应器上设有除硅药剂加药口，软化反应器上设有软化药剂加药口，电站锅炉和汽轮机系统中汽轮机的排汽出口与蒸发器的热源入口相连；电站锅炉和汽轮机系统中电站锅炉的过热蒸汽出口连接在稠油热采油井上。该系统能够实现水、热、电联产，有效利用热能，提高了循环热效率。

Description

一种稠油废水处理回用电站锅炉的系统及方法
技术领域
本发明属于废水处理回用技术领域，具体涉及一种稠油废水处理回用电站锅炉的系统及方法。
背景技术
中国油田开发、开采已进入中后期，为维持原油产量，稠油热采技术被证明是油田后期维持原油产量的最有效的开采手段，但制约该采油工艺推广应用的主要难点在于采油过程产生的高温、高盐含油污水的有效处理和回用。目前，对稠油废水主要采用混凝沉淀、DAF浮选等工艺进行除油，除油后废水采用两级阳树脂软化后，出水作为低压注汽锅炉补水，产出饱和蒸汽用于稠油热采。由于注汽锅炉补水水质较低，锅炉排污率高，产生的蒸汽干度较低，稠油的采出率低，难以满足油田生产需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稠油废水处理回用电站锅炉的系统及方法，该系统能够实现水、热、电联产，有效利用热能，提高了循环热效率。
为了达到上述目的，本发明稠油废水处理回用电站锅炉的系统，包括依次相连的稠油热采油井、除硅反应器、软化反应器，软化反应器与蒸发器的液体入口相连，蒸发器的冷凝水出口依次与曝气生物滤池和脱盐装置相连，脱盐装置的产水出口连接在电站锅炉和汽轮机系统上；除硅反应器上设有除硅药剂加药口，软化反应器上设有软化药剂加药口，电站锅炉和汽轮机系统中汽轮机的排汽出口与蒸发器的热源入口相连；电站锅炉和汽轮机系统中电站锅炉的过热蒸汽出口连接在稠油热采油井上。
所述的稠油热采油井和除硅反应器之间设有闪蒸器，闪蒸器的蒸汽出口与蒸发器的热源入口相连。
所述的稠油热采油井和闪蒸器之间设有稠油热采废水池，软化反应器与蒸发器的液体入口之间设有过滤器。
所述的蒸发器采用降膜蒸发器，且蒸发器上设有高温阻垢剂入口，蒸发器的浓缩料液出口上连接有结晶器，蒸发器的冷凝水出口与曝气生物滤池之间设有冷凝水箱。
所述的脱盐装置包括依次相连的反渗透装置和混合离子交换器，且混合离子交换器与电站锅炉和汽轮机系统相连，反渗透装置的入口与曝气生物滤池相连，反渗透装置的浓水出口与蒸发器的液体入口相连；曝气生物滤池与反渗透装置之间依次设有高级氧化反应器和超滤器。
一种稠油废水处理回用电站锅炉的方法，基于所述的稠油废水处理回用电站锅炉的系统，稠油热采油井产生的稠油废水进入除硅反应器，且利用除硅药剂加药口向除硅反应器内分别投加氢氧化钙、除硅剂、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺以对稠油废水除硅，除硅后稠油废水进入软化反应器，且利用软化药剂加药口向软化反应器内分别投加投加碳酸钠、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺，软化后稠油废水进入蒸发器进行处理，产生的浓缩料液排出，产生的冷凝水进入曝气生物滤池进行生物处理，生物处理后出水进入脱盐装置进行脱盐，得到的脱盐产水的电导率小于0.15μS/cm、SiO2小于10μg/L、TOC小于400μg/L，将脱盐产水回用至电站锅炉和汽轮机系统做功发电，电站锅炉和汽轮机系统中电站锅炉产生的过热蒸汽回注稠油热采油井中，电站锅炉和汽轮机系统中汽轮机产生的排汽送入蒸发器内作为一次蒸汽源。
所述的蒸发器采用降膜蒸发器，且蒸发器上设有高温阻垢剂入口，蒸发器的浓缩料液出口上连接有结晶器；利用高温阻垢剂入口向蒸发器内投加高温阻垢剂，蒸发器蒸发产生的浓缩料液送入结晶器中进行结晶。
所述的稠油热采油井和除硅反应器之间设有闪蒸器，闪蒸器的蒸汽出口与蒸发器的热源入口相连；稠油热采油井产生的稠油废水经过闪蒸器闪蒸后进入除硅反应器，闪蒸时产生的闪蒸蒸汽送入蒸发器作为一次蒸汽源。
所述的脱盐装置包括依次相连的反渗透装置和混合离子交换器，且混合离子交换器与电站锅炉和汽轮机系统相连，反渗透装置的入口与曝气生物滤池相连，反渗透装置的浓水出口与蒸发器的液体入口相连；生物处理后的出水通过反渗透装置进行脱盐处理，得到的反渗透浓水回至蒸发器进行蒸发，得到的反渗透产水进入混合离子交换器进行深度除盐，得到脱盐产水。
所述的曝气生物滤池与反渗透装置之间依次设有高级氧化反应器和超滤器；生物处理后的出水在进入脱盐装置之前，进入高级氧化反应器进行氧化，氧化后出水进入超滤器进行过滤。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的系统内设有除硅反应器、软化反应器，利用它们对稠油废水进行处理，使除硅软化产水的硅含量控制在50mg/L以下，Ca2+控制在5mg/L以下；除硅软化产水经蒸发器、曝气生物滤池以及脱盐装置最终处理得到的产水电导率小于0.15μS/cm、SiO2小于10μg/L、TOC小于400μg/L，达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T 12145-2008)的要求，可用于电站锅炉补水。在该水质条件下，本发明以电站锅炉替代现有注汽锅炉，电站锅炉和汽轮机系统中电站锅炉产生的过热蒸汽回注稠油热采油井中，电站锅炉和汽轮机系统中汽轮机产生的排汽送入蒸发器内作为一次蒸汽源；因此，采用本发明所述方法处理后的稠油废水作为电站锅炉补水，同时电站锅炉产生的高品质过热蒸汽可回注稠油油井采油，蒸汽推动汽轮机做功发电后的低品位排汽用于废水处理，实现余热再利用，有效利用热能，提高了循环热效率；达到了水、热、电多联产，经济效益显著；另外，本发明系统中设有蒸发器以及曝气生物滤池，稠油废水经蒸发器处理后产生的冷凝水中的TOC含量在20mg/L左右，通过曝气生物滤池进行处理，可有效去除冷凝水中有机物含量，处理后TOC含量降至7mg/L左右。
进一步，本发明在稠油热采油井与除硅反应器之间设有闪蒸器，且闪蒸器的蒸汽出口与蒸发器的热源入口相连；因此，本发明利用闪蒸器产生的闪蒸蒸汽作为废水处理蒸发器的一次蒸汽源，实现系统余热进一步的再利用。
进一步，本发明的蒸发器选用降膜蒸发器，蒸发器上设有高温阻垢剂入口，蒸发器的浓缩料液出口上连接有结晶器；因此，本发明通过向蒸发器内加入高温阻垢剂，能够有效降低蒸发器换热板结垢速率，而且系统产生的废水主要为蒸发器循环浓缩料液，通过结晶工艺进行处理，可实现稠油废水处理系统零排放。
进一步，本发明在曝气生物滤池与脱盐装置之间设置高级氧化反应器和超滤器，通过曝气生物滤池、高级氧化反应器及超滤工艺处理稠油废水蒸发产生的冷凝水，能够将冷凝水TOC含量从20mg/L左右降至4mg/L左右，同时改变剩余有机物结构，有效减缓后续反渗透工艺污堵速率。曝气生物滤池处理后出水若直接超滤，系统污堵速率较快，通过高级氧化反应器对曝气生物滤池出水进行处理，改变水中有机物结构，能够有效减缓超滤系统污堵。
进一步，本发明的脱盐装置包括依次相连的反渗透装置和混合离子交换器，且反渗透装置的浓水出口与蒸发器的液体入口相连，这样反渗透装置的得到的浓水就被送到蒸发器中进行蒸发，进一步实现了稠油废水的利用。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
其中，1、稠油热采油井，2、稠油热采废水池，3、闪蒸器，4、除硅反应器，5、软化反应器，6、过滤器，7、蒸发器，8、冷凝水箱，9、曝气生物滤池，10、高级氧化反应器，11、超滤器，12、反渗透装置，13-混合离子交换器，14-电站锅炉及汽轮机，15、结晶器；
A、浓缩料液，B、脱盐产水，C、过热蒸汽，D、闪蒸蒸汽，E、反渗透浓水。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1，本发明稠油废水处理回用电站锅炉的系统包括依次相连的稠油热采油井1、稠油热采废水池2、闪蒸器3、除硅反应器4、软化反应器5、过滤器6，过滤器6的出口与蒸发器7的液体入口相连，蒸发器7采用降膜蒸发器，蒸发器7的浓缩料液出口上连接有结晶器15；且蒸发器7上设有高温阻垢剂入口，蒸发器7的冷凝水出口依次与曝气生物滤池9、高级氧化反应器10、超滤器11以及脱盐装置相连；脱盐装置包括依次相连的反渗透装置12和混合离子交换器12，且混合离子交换器13与电站锅炉和汽轮机系统14相连，反渗透装置12的入口与超滤器11的出口相连，反渗透装置12的浓水出口与蒸发器7的液体入口相连，反渗透装置12的产水出口与混合离子交换器13相连，混合离子交换器13的产水出口连接在电站锅炉和汽轮机系统14上；除硅反应器4上设有除硅药剂加药口，软化反应器5上设有软化药剂加药口，电站锅炉和汽轮机系统14中汽轮机的排汽出口与蒸发器7的热源入口相连；电站锅炉和汽轮机系统14中电站锅炉的过热蒸汽出口连接在稠油热采油井1上。
基于上述稠油废水处理回用电站锅炉的系统，本发明稠油废水处理回用电站锅炉的方法为：稠油热采油井1产生的稠油废水进入稠油废水池2，稠油废水从稠油废水池2再进入闪蒸器3进行闪蒸，闪蒸后稠油废水进入除硅反应器4进行除硅，利用除硅药剂加药口向除硅反应器4内分别投加氢氧化钙、除硅剂、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺，除硅后稠油废水进入软化反应器5进行软化，利用利用软化药剂加药口向软化反应器5分别投加碳酸钠、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺，得到的除硅软化产水的硅含量在50mg/L以下，Ca2+含量在5mg/L以下，软化后稠油废水(即除硅软化产水)进入过滤器6进行过滤，过滤后出水进入蒸发器7，蒸发器7需加入高温阻垢剂，蒸发器7产生的浓缩料液A进入结晶器15进行结晶，且闪蒸时产生的闪蒸蒸汽D送入蒸发器7作为一次蒸汽源；蒸发器7蒸发产生的冷凝水进入冷凝水箱8，冷凝水从冷凝水箱8进入曝气生物滤池9，生物处理后出水进入高级氧化反应器10进行氧化，氧化后出水进入超滤器11进行过滤，过滤后出水通过反渗透装置12进行脱盐处理，得到的反渗透浓水E回至蒸发器7进行蒸发，得到的反渗透产水进入混合离子交换器13进行深度除盐，得到脱盐产水B，脱盐产水B的电导率小于0.15μS/cm、SiO2小于10μg/L、TOC小于400μg/L；脱盐产水B回用至电站锅炉和汽轮机系统14做功发电，电站锅炉和汽轮机系统14中汽轮机产生的排汽送入蒸发器7内作为一次蒸汽源；电站锅炉和汽轮机系统14中电站锅炉产生的过热蒸汽C回注稠油热采油井1中。
本发明首先通过对稠油废水进行除硅、软化、蒸发处理，再通过对蒸发产生的冷凝水进行生物处理、高级氧化处理、超滤过滤、反渗透脱盐及混合离子交换处理，最终产水电导率小于0.15μS/cm、SiO2小于10μg/L、TOC小于400μg/L，能够满足电站锅炉补水水质要求。
本发明通过闪蒸器3、除硅反应器4、软化反应器5对稠油废水进行处理，能够有效利用稠油废水自身热能，同时将稠油废水硅含量降至50mg/L以下，Ca2+含量降至5mg/L以下；而通过曝气生物滤池9、高级氧化反应器10及超滤器11处理稠油废水蒸发产生的冷凝水，能够将冷凝水TOC含量从20mg/L左右降至4mg/L左右，同时若曝气生物滤池处理后出水若直接超滤，系统污堵速率较快，通过高级氧化反应器对曝气生物滤池出水进行处理，改变水中有机物结构，能够有效减缓超滤系统污堵；高级氧化采用臭氧氧化、臭氧-紫外氧化、H2O2-紫外氧化或臭氧-H2O2-紫外氧化等工艺，在氧化有机物的同时不向蒸发冷凝水中引入杂质离子，避免了水质恶化；系统产生的废水主要为蒸发器循环浓缩料液，通过结晶工艺进行处理，可实现稠油废水处理系统零排放。稠油废水蒸发器采用降膜蒸发器，通过控制稠油废水处理后水质以及联合使用高温阻垢剂技术，能够有效降低蒸发器换热板结垢速率；稠油废水经降膜蒸发器处理后产生的冷凝水TOC含量在20mg/L左右，通过曝气生物滤池进行处理，控制反应时间在60min可有效去除冷凝水中有机物含量，处理后TOC含量降至7mg/L左右；
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)稠油废水通过该系统处理后回用电站锅炉，在实现电站发电的同时，提供高品质过热蒸汽回注油井进行采油，推动汽轮机发电后的排汽用于废水蒸发处理，实现水、热、电联产，具有良好的经济效益；
2)稠油废水处理蒸发器采用电站汽轮机低压缸排汽以及闪蒸器产生的闪蒸蒸汽作为一次蒸汽源，实现余热再利用，有效利用热能，提高了循环热效率；
3)高级氧化采用臭氧氧化、臭氧-紫外氧化、H2O2-紫外氧化或臭氧-H2O2-紫外氧化等工艺，在氧化有机物的同时不向蒸发冷凝水中引入杂质离子，避免了水质恶化。
4)系统产生的废水主要为蒸发器循环浓缩料液，通过结晶工艺进行处理，可实现稠油废水处理系统零排放。
某油田稠油热采废水主要水质指标见表1。
表1 某油田稠油热采废水主要水质指标
该油田稠油热采废水处理回用电站锅炉的具体方法为：稠油热采油井1产生的稠油废水进入稠油废水池2，稠油废水从稠油废水池2再进入闪蒸器3进行闪蒸，闪蒸后稠油废水温度降至60℃进入除硅反应器4通过加入氢氧化钙、除硅剂、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺进行除硅，除硅后出水SiO2含量小于50mg/L，除硅后稠油废水进入软化反应器5通过加入碳酸钠、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺进行软化，软化出水Ca2+含量小于5mg/L，软化后稠油废水进入过滤器6进行过滤，过滤后出水进入蒸发器7进行蒸发，蒸发过程投加高温阻垢剂，蒸发器7产生的冷凝水进入冷凝水箱8，冷凝水TOC含量为20mg/L左右、电导率为50μS/cm左右、SiO2含量为180μg/L左右，蒸发器7产生的浓缩料液进入结晶器15进行结晶。
蒸发器产生的冷凝水通过曝气生物滤池9进行处理，TOC降至7mg/L左右，生物处理后出水再进入高级氧化反应器10进行氧化，氧化后出水TOC降至4mg/L左右，二次冷凝水去除有机物后进入超滤器11、反渗透装置12、混合离子交换器13进行脱盐处理，处理后除盐水即脱盐产水B，其电导率小于0.15μS/cm、SiO2小于10μg/L、TOC小于400μg/L，作为补水回用至电站锅炉，反渗透浓水回至蒸发器进行蒸发处理。同时电站锅炉及汽轮机14产生的过热蒸汽回注稠油热采油井1进行稠油热采。电站锅炉及汽轮机14产生的汽轮机低压缸排汽及闪蒸器3产生的闪蒸蒸汽回至蒸发器7作为一次蒸汽源使用，提高了热力系统循环热效率。

Claims (8)

1.一种稠油废水处理回用电站锅炉的系统，其特征在于：包括依次相连的稠油热采油井(1)、除硅反应器(4)、软化反应器(5)，软化反应器(5)与蒸发器(7)的液体入口相连，蒸发器(7)的冷凝水出口依次与曝气生物滤池(9)和脱盐装置相连，脱盐装置的产水出口连接在电站锅炉和汽轮机系统(14)上；除硅反应器(4)上设有除硅药剂加药口，软化反应器(5)上设有软化药剂加药口，电站锅炉和汽轮机系统(14)中汽轮机的排汽出口与蒸发器(7)的热源入口相连；电站锅炉和汽轮机系统(14)中电站锅炉的过热蒸汽出口连接在稠油热采油井(1)上；稠油热采油井(1)和除硅反应器(4)之间设有闪蒸器(3)，闪蒸器(3)的蒸汽出口与蒸发器(7)的热源入口相连；蒸发器(7)采用降膜蒸发器，且蒸发器(7)上设有高温阻垢剂入口，蒸发器(7)的浓缩料液出口上连接有结晶器(15)，蒸发器(7)的冷凝水出口与曝气生物滤池(9)之间设有冷凝水箱(8)。
2.根据权利要求1所述的稠油废水处理回用电站锅炉的系统，其特征在于：所述的稠油热采油井(1)和闪蒸器(3)之间设有稠油热采废水池(2)，软化反应器(5)与蒸发器(7)的液体入口之间设有过滤器(6)。
3.根据权利要求1所述的稠油废水处理回用电站锅炉的系统，其特征在于：所述的脱盐装置包括依次相连的反渗透装置(12)和混合离子交换器(13)，且混合离子交换器(13)与电站锅炉和汽轮机系统(14)相连，反渗透装置(12)的入口与曝气生物滤池(9)相连，反渗透装置(12)的浓水出口与蒸发器(7)的液体入口相连；曝气生物滤池(9)与反渗透装置(12)之间依次设有高级氧化反应器(10)和超滤器(11)。
4.一种稠油废水处理回用电站锅炉的方法，其特征在于：基于权利要求1所述的稠油废水处理回用电站锅炉的系统，稠油热采油井(1)产生的稠油废水进入除硅反应器(4)，且利用除硅药剂加药口向除硅反应器(4)内分别投加氢氧化钙、除硅剂、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺以对稠油废水除硅，除硅后稠油废水进入软化反应器(5)，且利用软化药剂加药口向软化反应器(5)内分别投加投加碳酸钠、聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺，软化后稠油废水进入蒸发器(7)进行处理，产生的浓缩料液(A)排出，产生的冷凝水进入曝气生物滤池(9)进行生物处理，生物处理后出水进入脱盐装置进行脱盐，得到的脱盐产水(B)的电导率小于0.15μS/cm、SiO2小于10μg/L、TOC小于400μg/L，将脱盐产水(B)回用至电站锅炉和汽轮机系统(14)做功发电，电站锅炉和汽轮机系统(14)中电站锅炉产生的过热蒸汽(C)回注稠油热采油井(1)中，电站锅炉和汽轮机系统(14)中汽轮机产生的排汽送入蒸发器(7)内作为一次蒸汽源。
5.根据权利要求4所述的稠油废水处理回用电站锅炉的方法，其特征在于：所述的蒸发器(7)采用降膜蒸发器，且蒸发器(7)上设有高温阻垢剂入口，蒸发器(7)的浓缩料液出口上连接有结晶器(15)；利用高温阻垢剂入口向蒸发器(7)内投加高温阻垢剂，蒸发器(7)蒸发产生的浓缩料液(A)送入结晶器(15)中进行结晶。
6.根据权利要求4所述的稠油废水处理回用电站锅炉的方法，其特征在于：所述的稠油热采油井(1)和除硅反应器(4)之间设有闪蒸器(3)，闪蒸器(3)的蒸汽出口与蒸发器(7)的热源入口相连；稠油热采油井(1)产生的稠油废水经过闪蒸器(3)闪蒸后进入除硅反应器(4)，闪蒸时产生的闪蒸蒸汽(D)送入蒸发器(7)作为一次蒸汽源。
7.根据权利要求4所述的稠油废水处理回用电站锅炉的方法，其特征在于：所述的脱盐装置包括依次相连的反渗透装置(12)和混合离子交换器(13)，且混合离子交换器(13)与电站锅炉和汽轮机系统(14)相连，反渗透装置(12)的入口与曝气生物滤池(9)相连，反渗透装置(12)的浓水出口与蒸发器(7)的液体入口相连；生物处理后的出水通过反渗透装置(12)进行脱盐处理，得到的反渗透浓水(E)回至蒸发器(7)进行蒸发，得到的反渗透产水进入混合离子交换器(13)进行深度除盐，得到脱盐产水(B)。
8.根据权利要求4所述的稠油废水处理回用电站锅炉的方法，其特征在于：所述的曝气生物滤池(9)与反渗透装置(12)之间依次设有高级氧化反应器(10)和超滤器(11)；生物处理后的出水在进入脱盐装置之前，进入高级氧化反应器(10)进行氧化，氧化后出水进入超滤器(11)进行过滤。
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