CN113756767B - 一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统，包括：反应器，在其主反应腔室上方设置有点火装置，其一级燃料入口和氧化剂入口接通点火装置所处区域，其二级燃料入口和掺混水入口接通主反应腔室，其多元热流体出口位于主反应腔室的底部；物料预处理模块，将预热后的物料由一级燃料入口和二级燃料入口送入反应器；氧气供应模块，将氧气由所述氧化剂入口送入反应器；高压水供给模块，将高压水由掺混水入口送入反应器；调温调压模块，进行调温调压。本发明采用超临界水热燃烧技术产生多元热流体，并设有两种控制方法，采用热自燃点火和强制点火产生水热火焰，使系统适用于不同燃料情况，保证工艺效果与系统安全。
Description
技术领域
本发明属于稠油开采技术领域，涉及利用多元热流体热开采稠油，特别涉及一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统及方法。
背景技术
稠油，又称重油，指在油层条件下粘度大于50MPa·s，密度大于0.92g/cm3的油。中国能源资源储量中石油资源较少，且其中2/3均为稠油。蒸汽热采技术在稠油开采领域广泛应用，但随着开采的进行，蒸汽热采技术后期开采效果衰减，地层中仍有大量稠油无法开采。此外，我国海上稠油资源丰富，但常规蒸汽热采技术注汽设备庞大，难以应用在海上开采平台。多元热流体开采稠油技术是当前蒸汽开采多元热流体技术的进一步发展，相比于普通热蒸汽或热水注入井下开采稠油，多元热流体开采稠油技术设备紧凑，以多元热流体(CO2、H2O、N2等)作为热载体，通过热力降粘，气体溶解，补充地层能量等作用极大地提高稠油开采效率。
如何高效绿色稳定地产生符合生产要求的多元热流体，是多元热流体热采稠油所面对的难题。超临界水热燃烧是指在超临界水(T＞374.15℃，p＞22.12MPa)中有机物发生剧烈氧化，产生火焰的新型燃烧技术。超临界水具有低粘度、低介电常数、高扩散性等特殊性质，使完全溶解在其中的有机物与氧化剂在毫秒内完成反应，反应效率高，反应装置紧凑；反应产物为水蒸气、二氧化碳、氮气等绿色无害的多元热流体。由于水热火焰的存在，反应温度一般大于700℃，局部可大于1000℃，水热火焰燃烧释放出的热量可作为内热源维持水热燃烧反应进行，且允许物料亚临界状态下进入反应器，避免无机盐析出，反应器堵塞和腐蚀等问题，保证系统稳定运行。
在实际生产中，为应对不同工况，超临界水热燃烧型多元热流体产生系统应采用不同的系统结构及运行方法。然而，目前尚未有具体的系统结构和操作方法，保证系统在不同工况下正常运行。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，并高效绿色稳定地产生多元热流体，本发明的目的在于提供一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统及方法，系统结合了超临界水热燃烧优点，采用两种控制方法控制调节系统的启动、运行、停机，使用物料预处理模块、氧气供应模块和超临界水热燃烧反应系统产生多元热流体，通过调温调压模块调节多元热流体压力和温度，冷却模块保护反应器壁面，控制仪表与相应的控制阀门、装备与联锁，在系统运行过程中进行调节，实现了安全稳定地生产符合开采需求的多元热流体，为稠油高效开采提供了可行方案。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统，包括：
反应器，其上设置有一级燃料入口、二级燃料入口、氧化剂入口、掺混水入口和多元热流体出口，反应器的主反应腔室上方设置有点火装置，所述一级燃料入口和氧化剂入口接通点火装置所处区域，所述二级燃料入口和掺混水入口接通主反应腔室，所述多元热流体出口位于主反应腔室的底部，反应器设置有用于监测主反应腔室压力的反应器压力仪表；
物料预处理模块，包括物料泵和预热器，将预热后的物料由一级燃料入口和二级燃料入口送入反应器；
氧气供应模块，将氧气由所述氧化剂入口送入反应器；
高压水供给模块，包括高压水供给口，将高压水由掺混水入口送入反应器；
调温调压模块，包括高温高压缓冲罐，其出口与多元热流体出口连接，且连接管路上设置有高温高压背压阀，高温高压缓冲罐的出口管路上设置有高温高压减压阀。
在本发明的一个实施例中，所述点火装置为加热棒、高能点火器或催化床，轴向安装于反应器上部空腔，工作时，一级燃料和氧化剂沿轴向向下流动，于点火装置处混合后被强制点火，产生水热火焰，引燃二级燃料。
在本发明的一个实施例中，所述物料预处理模块还包括甲醇储罐和软化水储罐，甲醇储罐的出口和软化水储罐的出口分别通过带甲醇管道截止阀和带软化水管道截止阀的管路连接物料泵的入口，且物料泵的入口处设置甲醇管道流量仪表，物料泵的出口分为两路，一路通过带甲醇管道压力仪表的管路接预热器的入口，另一路接缓冲罐，预热器上设置有预热器温度仪表，预热器的出口设置物料管道温度仪表，且预热器的出口分为两路，分别接所述一级燃料入口和二级燃料入口。
在本发明的一个实施例中，所述氧气供应模块包括依次连接的低温液氧储罐、液氧泵、液氧气化器和氧气缓冲罐，其中低温液氧储罐与液氧泵之间的连接管路上设置有液氧管道截止阀，氧气缓冲罐的出口连接氧化剂入口且连接管路上设置有液氧管道调节阀和液氧管道流量仪表。
在本发明的一个实施例中，所述反应器在其主反应腔室侧壁设置有水冷壁，冷壁水入口位于下方，连接高压水供给口，冷壁水出口位于上方，回接掺混水入口，其中，高压水供给口与掺混水入口的连接管路上设置有掺混管道调节阀，与冷壁水入口的连接管路上设置有冷却管道调节阀，冷壁水出口回接在掺混管道调节阀的下游，在水冷壁通道设置冷壁水管道压力仪表、差压变送器和水冷壁温度仪表。
在本发明的一个实施例中，所述高温高压缓冲罐的出口管路上依次设置高温高压流量仪表、高温高压减压阀、高温压力仪表及高温温度仪表。
在本发明的一个实施例中，
所述甲醇管道流量仪表、高温高压流量仪表、甲醇管道压力仪表均与物料泵联锁，当甲醇管道流量波动或产生多元热流体流量波动或甲醇管道压力波动时，自动调节物料泵；
所述预热器与预热器温度仪表、物料管道温度仪表，水冷壁温度仪表联锁，冷壁温度仪表与冷却管道调节阀联锁，当预热器温度波动或物料管道温度波动时，自动调节预热器；当水冷壁温度波动时，自动调节预热器和冷却管道调节阀；
所述液氧管道调节阀与液氧管道流量仪表联锁，当液氧管道流量波动时，自动调节液氧管道调节阀；
所述调温调压模块中高温高压背压阀与差压变送器和反应器压力仪表联锁，当反应器内压力波动时，自动调节高温高压背压阀；
系统出口管道设置高温压力仪表与多元热流体温度仪表，分别与高温高压减压阀和掺混管道调节阀联锁，调节多元热流体温度和压力，当多元热流体温度波动时，自动调节掺混管道调节阀；当多元热流体压力波动时，自动调节高温高压减压阀。
本发明还提供了基于所述超临界水热燃烧型多元热流体产生系统的多元热流体产生方法，步骤如下：
1)，利用物料泵向一级燃料入口和二级燃料入口充注软化水，调节主反应腔室的压力至目标压力值A1；
2)，执行如下控制方法之一：
控制方法一，利用预热器对软化水加热，调节预热器功率以保证点火装置处具有恒定的温升速率，待点火装置处达到目标温度值B1后，将物料泵进口流体切换成甲醇和软化水的混合物料，同时向氧化剂入口供应氧气，点燃混合物料，设置高温高压减压阀目标压力值A3；
控制方法二，调节点火装置功率，使其表面温度升高至B1，同时向氧化剂入口供应氧气，点燃混合物料，设置高温高压减压阀目标压力值A3；
3)，在正常运行中：
若高温高压缓冲罐处多元热流体流量大于设定值M1，则调节物料泵减小混合物料流量；若高温高压缓冲罐处多元热流体流量小于设定值M2，则调节物料泵增大混合物料物流量；
若反应器内压力低于设定值M3，则减小高温高压背压阀开度；若反应器内压力高于设定值M4，则增大高温高压背压阀开度；若多元热流体出口的多元热流压力低于A3，则增大高温高压减压阀开度；若多元热流体出口的多元热流压力高于A3，则减小高温高压减压阀开度；若多元热流体出口的多元热流温度低于B3，则减小掺混管道调节阀开度；若多元热流体出口的多元热流温度高于B3，则增大掺混管道调节阀开度。
本发明在正常运行中，若水冷壁温度仪表处温度高于设定值M5，则降低预热器或点火装置功率，同时增大冷却管道调节阀开度；若水冷壁温度仪表处温度低于设定值M6，则增加预热器或点火装置功率，同时减小冷却管道调节阀开度，维持反应器壁面温度为B2。
本发明系统停机过程如下：
4-1)停止氧气供应，物料泵进口流体切换为软化水，调节预热器或点火装置功率，恒定降温，降温过程中控制高温高压背压阀和高温高压减压阀，分别确保反应器内和多元热流体出口处压力仍维持在目标压力值A1和A3；
4-2)待多元热流体出口温度降至目标温度值B4时，关闭物料泵、高压水供给口，控制高温高压背压阀和高温高压减压阀，使系统回路逐级降压至常压；
其中，B4<B3<B2<B1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、系统设置两种控制方法：系统控制方法一启动预热器，关闭点火装置，采用热自燃方式产生水热火焰；控制方法二关闭预热器，启动点火装置，采用强制点火方式产生水热火焰；两种控制方法和多样的点火装置可适应不同的燃料情况，提高系统燃料适应能力，可在较宽的工况范围内稳定产生水热火焰。
2、产生多元热流体，提高开采稠油效率：本系统产生含有CO2、H2O、N2等成分的多元热流体，相比于普通水蒸气，具有热力降粘，气体溶解，补充地层能量等作用，可极大地提高稠油开采效率。
3、系统启动时先升压后升温：首先进行超临界水热燃烧反应系统和冷却模块充水升压，实现水冷壁内外压力匹配，防止水冷壁承压过大而受损；保证后续升温阶段物料管路顺利温升，反应器壁面冷却良好。
4、系统停机时先降温后降压：通过控制高温高压背压阀和高温高压减压阀，分别确保反应器内和系统出口处压力仍维持在目标压力值，保证系统中流体流动稳定，避免发生逆流、停滞等现象损坏系统；当系统降温至近常温后，再调节高温高压背压阀和高温高压减压阀，进行逐级缓慢降压。
5、仪表、阀门、装备相互联锁，维持系统稳定运行：系统正常运行时，调节预热器或点火装置功率，确保反应器工作温度处于正常范围；调温调压模块中高温高压背压阀与差压变送器和反应器压力仪表联锁，调节反应器内压力，保护水冷壁；高温高压流量仪表与物料泵联锁，调控物料流量，保证系统正常运行；高温压力仪表与高温温度仪表分别与高温高压减压阀和掺混管道调节阀联锁，调节多元热流体温度和压力，保证产生符合生产要求多元热流体。
附图说明
图1是本发明系统的整体结构示意图。
图2是本发明系统控制方法一的工作结构示意图。
图3是本发明系统控制方法二的工作结构示意图。
其中，1-甲醇储罐；2-软化水储罐；3-物料泵；4-低温液氧储罐；5-液氧泵；6-液氧气化器；7-氧气缓冲罐；8-预热器；9-点火装置；10-反应器；11-一级燃料入口；12-二级燃料入口；13-氧化剂入口；14-冷壁水出口；15-冷壁水入口；16-掺混水入口；17-多元热流体出口；18-高温高压缓冲罐；19-高压水供给口；20-缓冲罐；V1-甲醇管道截止阀；V2-软化水管道截止阀；V3-液氧管道截止阀；V4-液氧管道调节阀；V5-掺混管道调节阀；V6-冷却管道调节阀；V7-高温高压背压阀；V8-高温高压减压阀；F1-甲醇管道流量仪表；P1-甲醇管道压力仪表；T1-预热器温度仪表；T2-物料管道温度仪表；P2-差压变送器；P3-冷壁水管道压力仪表；F2-高温高压流量仪表；P4-高温压力仪表；T3-高温温度仪表；T4-水冷壁温度仪表；P5-反应器压力仪表；F3-液氧管道流量仪表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
本发明为一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统，其结合超临界水热燃烧和多元热流体热采稠油技术，以自燃着火或强制点火方式产生稳定的水热火焰，通过有机物水热燃烧迅速产生CO2、H2O、N2等组分组成的多元热流体。依据不同的控制方法，通过相应模块及控制阀门、仪表对系统启动，运行，停机进行控制调节，保护反应器壁面，调节多元热流体参数。
如图1所示，本发明包括反应器10、物料预处理模块、氧气供应模块、高压水供给模块和调温调压模块等。
反应器10用于执行超临界水热燃烧反应，其上设置有一级燃料入口11、二级燃料入口12、氧化剂入口13、掺混水入口16和多元热流体出口17。在其中一个实施例中，反应器10还在其主反应腔室侧壁设置有水冷壁，冷壁水入口15位于下方，冷壁水出口14位于上方。
反应器10的主反应腔室上方设置有点火装置9，在其中一个实施例中，点火装置9为加热棒、高能点火器或催化床等形式，轴向安装于反应器10上部空腔，依据具体控制方法工作或关闭。
一级燃料入口11和氧化剂入口13接通点火装置9所处区域，二级燃料入口12和掺混水入口16则接通主反应腔室，多元热流体出口17位于主反应腔室的底部，反应器10设置有用于监测主反应腔室压力的反应器压力仪表P5。在其中一个实施例中，二级燃料入口12位于一级燃料入口11和氧化剂入口13的下方，掺混水入口16位于二级燃料入口12的下方。工作时，一级燃料和氧化剂沿轴向向下流动，于点火装置9处混合后被强制点火，产生水热火焰，引燃二级燃料。
物料预处理模块包括物料泵3和预热器8，将预热后的物料由一级燃料入口11和二级燃料入口12送入反应器10，物料泵3加压物料，预热器8依据具体控制方法工作或关闭。
在其中一个实施例中，物料预处理模块还包括甲醇储罐1和软化水储罐2，甲醇储罐1外设储冰槽保证罐内温度处于3℃左右，其出口和软化水储罐2的出口分别通过带甲醇管道截止阀V1和带软化水管道截止阀V2的管路连接物料泵3的入口，且物料泵3的入口处设置甲醇管道流量仪表F1，物料在管道内混合后进入物料泵3，通过物料泵3进行加压。物料泵3的出口分为两路，一路通过带甲醇管道压力仪表P1的管路接预热器8的入口，另一路接缓冲罐20，缓冲罐20消除管道中脉动。预热器8上设置有预热器温度仪表T1，预热器8的出口设置物料管道温度仪表T2，且预热器8的出口分为两路，分别接所述一级燃料入口11和二级燃料入口12。
氧气供应模块将氧气由所述氧化剂入口13送入反应器10。
在其中一个实施例中，氧气供应模块包括依次连接的低温液氧储罐4、液氧泵5、液氧气化器6和氧气缓冲罐7，低温液氧储罐4连接液氧泵5加压液氧，液氧气化器6将加压的液氧气化为氧气，氧气缓冲罐7消除管内脉动。其中低温液氧储罐4与液氧泵5之间的连接管路上设置有液氧管道截止阀V3，氧气缓冲罐7的出口连接氧化剂入口13且连接管路上设置有液氧管道调节阀V4和液氧管道流量仪表F3。
高压水供给模块包括高压水供给口19，将高压水由掺混水入口16送入反应器10。在其中一个实施例中，冷壁水入口15连接高压水供给口19，冷壁水出口14回接掺混水入口16，其中，高压水供给口19与掺混水入口16的连接管路上设置有掺混管道调节阀V5，与冷壁水入口15的连接管路上设置有冷却管道调节阀V6，冷壁水出口14回接在掺混管道调节阀V5的下游，在水冷壁通道设置冷壁水管道压力仪表P3、差压变送器P2，显示冷壁水压力及其与反应器内压力之差，并设置水冷壁温度仪表T4显示水冷壁温度。
调温调压模块包括高温高压缓冲罐18，高温高压缓冲罐18消除管内脉动，其出口与多元热流体出口17连接，且连接管路上设置有高温高压背压阀V7，高温高压缓冲罐18的出口管路上设置有高温高压减压阀V8。
在其中一个实施例中，高温高压缓冲罐18的出口管路上依次设置高温高压流量仪表F2、高温高压减压阀V8、高温压力仪表P4及高温温度仪表T3。
在其中一个实施例中，本发明实现如下联锁控制：
所述甲醇管道流量仪表F1、高温高压流量仪表F2、甲醇管道压力仪表P1均与物料泵3联锁，当甲醇管道流量波动或产生多元热流体流量波动或甲醇管道压力波动时，自动调节物料泵3。
所述预热器8与预热器温度仪表T1、物料管道温度仪表T2，水冷壁温度仪表T4联锁，冷壁温度仪表T4与冷却管道调节阀V6联锁，当预热器8温度波动或物料管道温度波动时，自动调节预热器8；当水冷壁温度波动时，自动调节预热器8和冷却管道调节阀V6。
所述液氧管道调节阀V4与液氧管道流量仪表F3联锁，当液氧管道流量波动时，自动调节液氧管道调节阀V4。
所述调温调压模块中高温高压背压阀V7与差压变送器P2和反应器压力仪表P5联锁，当反应器内压力波动时，自动调节高温高压背压阀V7。
系统出口管道设置高温压力仪表P4与多元热流体温度仪表T3，分别与高温高压减压阀V8和掺混管道调节阀V5联锁，调节多元热流体温度和压力，当多元热流体温度波动时，自动调节掺混管道调节阀V5；当多元热流体压力波动时，自动调节高温高压减压阀V8。
基于上述系统，本发明的多元热流体产生方法如下：
1，利用物料泵3向一级燃料入口11和二级燃料入口12充注软化水，调节主反应腔室的压力至目标压力值A1。在其中一个实施例中，通过逐步调节高温高压背压阀V7实现A1调节。在其中一个实施例中，还逐步打开冷却管道调节阀V6，高压水供给口19向超临界水热燃烧反应系统充注冷壁水，直至冷壁水侧压力升高至目标压力值A2。
2，执行如下控制方法之一：
控制方法一，参考图2，利用预热器8对软化水加热，调节预热器8功率以保证点火装置9处具有恒定的温升速率，待点火装置9处达到目标温度值B1后，将物料泵3进口流体切换成甲醇和软化水的混合物料，同时向氧化剂入口13供应氧气，点燃混合物料，设置高温高压减压阀V8目标压力值A3，至此系统启动过程完毕。
控制方法二，参考图3，调节点火装置9功率，使其表面温度升高至B1，同时向氧化剂入口13供应氧气，点燃混合物料，设置高温高压减压阀V8目标压力值A3，至此系统启动过程完毕。
3，在正常运行中：
若高温高压缓冲罐18处多元热流体流量大于设定值M1，则调节物料泵3减小混合物料流量；若高温高压缓冲罐18处多元热流体流量小于设定值M2，则调节物料泵3增大混合物料物流量；
若反应器10内压力低于设定值M3，则减小高温高压背压阀V7开度；若反应器10内压力高于设定值M4，则增大高温高压背压阀V7开度；若多元热流体出口17的多元热流压力低于A3，则增大高温高压减压阀V8开度；若多元热流体出口17的多元热流压力高于A3，则减小高温高压减压阀V8开度；若多元热流体出口17的多元热流温度低于B3，则减小掺混管道调节阀V5开度；若多元热流体出口17的多元热流温度高于B3，则增大掺混管道调节阀V5开度。
在其中一个实施例中，若水冷壁温度仪表T4处温度高于设定值M5，则降低预热器8或点火装置9功率，同时增大冷却管道调节阀V6开度；若水冷壁温度仪表T4处温度低于设定值M6，则增加预热器8或点火装置9功率，同时减小冷却管道调节阀V6开度，维持反应器壁面温度为B2。
在其中一个实施例中，还给出了系统启动前的准备工作如下：
物料泵3前的甲醇管道截止阀V1和软化水管道截止阀V2，液氧泵5前的液氧管道截止阀V3及所有调节阀处于关闭状态，高温高压背压阀V7、高温高压减压阀V8处于全开状态，由外界工艺向甲醇储罐1，软化水储罐2，和低温液氧储罐4补充物料；
在其中一个实施例中，还给出了系统停机过程如下：
4-1，停止氧气供应，物料泵3进口流体切换为软化水，调节预热器8或点火装置9功率，恒定降温，降温过程中控制高温高压背压阀V7和高温高压减压阀V8，分别确保反应器10内和多元热流体出口17处压力仍维持在目标压力值A1和A3；
4-2，待多元热流体出口17温度降至目标温度值B4时，关闭物料泵3、高压水供给口19，控制高温高压背压阀V7和高温高压减压阀V8，使系统回路逐级降压至常压；
其中，B4<B3<B2<B1。
再次参考图2，基于控制方法一，系统启动、运行、停机的完整流程如下：
系统启动前：物料泵3前的甲醇管道截止阀V1和软化水管道截止阀V2，液氧泵5前的液氧管道截止阀V3及所有调节阀处于关闭状态，背压阀、减压阀处于全开状态，由外界工艺向甲醇储罐1，软化水储罐2，和低温液氧储罐4补充物料；
系统启动：
物料泵3向超临界水热燃烧反应系统充注软化水，逐步调节高温高压背压阀V7，直至反应器处压力升高至目标压力值A1；冷却管道调节阀V6逐步打开，高压水供给口19向超临界水热燃烧反应系统充注冷壁水，直至冷壁水侧压力升高至目标压力值A2，至此超临界水热燃烧反应系统升压完毕；
预热器8对软化水加热，调节预热器8功率以保证反应器10的入口具有恒定的温升速率，待反应器10的入口达到目标温度值B1后，物料泵3进口流体切换成来自甲醇储罐1和软化水储罐2的混合物料，开启液氧管道调节阀V4向反应器10供应氧气，设置高温高压减压阀V8目标压力值A3，至此系统启动过程完毕；
正常运行：
若高温高压缓冲罐18处多元热流体流量过大，则调节物料泵3减小物流量；若高温高压缓冲罐18处多元热流体流量过小，则调节物料泵3增大物流量；
若水冷壁温度仪表T4处温度过高，则降低预热器8功率，同时增大冷却管道调节阀V6开度；若水冷壁温度仪表T4处温度过低，则增加预热器8功率，同时减小冷却管道调节阀V6开度，维持反应器壁面温度为B2；
若反应器10内压力过低，则减小高温高压背压阀V7开度；若反应器10内压力过高，则增大高温高压背压阀V7开度；若系统出口多元热流压力低于A3，则增大高温高压减压阀V8开度；若系统出口多元热流压力高于A3，则减小高温高压减压阀V8开度；若系统出口多元热流体温度低于B3，则减小掺混管道调节阀V5开度；若系统出口多元热流体温度高于B3，则增大掺混管道调节阀V5开度。
系统停机：
关闭液氧管道调节阀V4，停止氧气供应；物料泵3进口流体切换为软化；调节预热器8功率，保证反应器10具有恒定的降温速率，降温过程中控制高温高压背压阀V7和高温高压减压阀V8，分别确保反应器10内和系统出口处压力仍维持在目标压力值A1和A3；
待反应器出口温度降至目标温度值B4时，关闭物料泵3、高压水供给口19，控制高温高压背压阀V7和高温高压减压阀V8，使系统回路逐级降压至常压。
上述目标温度值大小关系如下：B4<B3<B2<B1
再次参考图3，基于控制方法二，系统启动、运行、停机的完整流程如下：
系统启动前：物料泵3向超临界水热燃烧反应系统充注软化水，逐步调节高温高压背压阀V7，直至反应器处压力升高至目标压力值A1；冷却管道调节阀V6逐步打开，高压水供给口19向超临界水热燃烧反应系统充注冷壁水，直至冷壁水侧压力升高至目标压力值A2，至此超临界水热燃烧反应系统升压完毕；
系统启动：
物料泵3向超临界水热燃烧反应系统充注软化水，逐步调节高温高压背压阀V7，直至反应器处压力升高至目标压力值A1；冷却管道调节阀V6逐步打开，高压水供给口19向超临界水热燃烧反应系统充注冷壁水，直至冷壁水侧压力升高至目标压力值A2，至此超临界水热燃烧反应系统升压完毕；
物料泵3进口流体切换成来自甲醇储罐1和软化水储罐2的混合物料，开启液氧管道调节阀V4向反应器10供应氧气，调节点火装置9功率，表面温度升高至B1，点燃混合物料，设置高温高压减压阀V8目标压力值A3，至此系统启动过程完毕；
正常运行：
若高温高压缓冲罐18处多元热流体流量过大，则调节物料泵3减小物流量；若高温高压缓冲罐18处多元热流体流量过小，则调节物料泵3增大物流量；
若水冷壁温度仪表T4处温度过高，则降低点火装置9功率，同时增大冷却管道调节阀V6开度；若水冷壁温度仪表T4处温度过低，则增加点火装置9功率，同时减小冷却管道调节阀V6开度，维持反应器壁面温度为B2；
若反应器10内压力过低，则减小高温高压背压阀V7开度；若反应器10内压力过高，则增大高温高压背压阀V7开度；若系统出口多元热流压力低于A3，则增大高温高压减压阀V8开度；若系统出口多元热流压力高于A3，则减小高温高压减压阀V8开度；若系统出口多元热流体温度低于B3，则减小掺混管道调节阀V5开度；若系统出口多元热流体温度高于B3，则增大掺混管道调节阀V5开度。
系统停机：
关闭液氧管道调节阀V4，停止氧气供应；物料泵3进口流体切换为软化；调节点火装置9功率，保证反应器10具有恒定的降温速率，降温过程中控制高温高压背压阀V7和高温高压减压阀V8，分别确保反应器10内和系统出口处压力仍维持在目标压力值A1和A3；
待反应器出口温度降至目标温度值B4时，关闭物料泵3、高压水供给口19，控制高温高压背压阀V7和高温高压减压阀V8，使系统回路逐级降压至常压。
上述目标温度值大小关系如下：B4<B3<B2<B1。
本发明中，优选地，当选用的燃料为纯燃料时，选用控制方法一；当选用燃料为含无机盐的燃料混合物时，选用控制方法二。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超临界水热燃烧型多元热流体产生系统，其特征在于，包括：
反应器(10)，其上设置有一级燃料入口(11)、二级燃料入口(12)、氧化剂入口(13)、掺混水入口(16)和多元热流体出口(17)，反应器(10)的主反应腔室上方设置有点火装置(9)，所述一级燃料入口(11)和氧化剂入口(13)接通点火装置(9)所处区域，所述二级燃料入口(12)和掺混水入口(16)接通主反应腔室，所述多元热流体出口(17)位于主反应腔室的底部，反应器(10)设置有用于监测主反应腔室压力的反应器压力仪表(P5)；
物料预处理模块，包括物料泵(3)和预热器(8)，将预热后的物料由一级燃料入口(11)和二级燃料入口(12)送入反应器(10)；
氧气供应模块，将氧气由所述氧化剂入口(13)送入反应器(10)；
高压水供给模块，包括高压水供给口(19)，将高压水由掺混水入口(16)送入反应器(10)；
调温调压模块，包括高温高压缓冲罐(18)，其出口与多元热流体出口(17)连接，且连接管路上设置有高温高压背压阀(V7)，高温高压缓冲罐(18)的出口管路上设置有高温高压减压阀(V8)；
所述物料预处理模块还包括甲醇储罐(1)和软化水储罐(2)，甲醇储罐(1)的出口和软化水储罐(2)的出口分别通过带甲醇管道截止阀(V1)和带软化水管道截止阀(V2)的管路连接物料泵(3)的入口，且物料泵(3)的入口处设置甲醇管道流量仪表(F1)，物料泵(3)的出口分为两路，一路通过带甲醇管道压力仪表(P1)的管路接预热器(8)的入口，另一路接缓冲罐(20)，预热器(8)上设置有预热器温度仪表(T1)，预热器(8)的出口设置物料管道温度仪表(T2)，且预热器(8)的出口分为两路，分别接所述一级燃料入口(11)和二级燃料入口(12)；
所述氧气供应模块包括依次连接的低温液氧储罐(4)、液氧泵(5)、液氧气化器(6)和氧气缓冲罐(7)，其中低温液氧储罐(4)与液氧泵(5)之间的连接管路上设置有液氧管道截止阀(V3)，氧气缓冲罐(7)的出口连接氧化剂入口(13)且连接管路上设置有液氧管道调节阀(V4)和液氧管道流量仪表(F3)；
所述反应器(10)在其主反应腔室侧壁设置有水冷壁，冷壁水入口(15)位于下方，连接高压水供给口(19)，冷壁水出口(14)位于上方，回接掺混水入口(16)，其中，高压水供给口(19)与掺混水入口(16)的连接管路上设置有掺混管道调节阀(V5)，与冷壁水入口(15)的连接管路上设置有冷却管道调节阀(V6)，冷壁水出口(14)回接在掺混管道调节阀(V5)的下游，在水冷壁通道设置冷壁水管道压力仪表(P3)、差压变送器(P2)和水冷壁温度仪表(T4)，所述高温高压缓冲罐(18)的出口管路上依次设置高温高压流量仪表(F2)、高温高压减压阀(V8)、高温压力仪表(P4)及高温温度仪表(T3)。
2.根据权利要求1所述超临界水热燃烧型多元热流体产生系统，其特征在于，所述点火装置(9)为加热棒、高能点火器或催化床，轴向安装于反应器(10)上部空腔，工作时，一级燃料和氧化剂沿轴向向下流动，于点火装置(9)处混合后被强制点火，产生水热火焰，引燃二级燃料。
3.根据权利要求1所述超临界水热燃烧型多元热流体产生系统，其特征在于，
所述甲醇管道流量仪表(F1)、高温高压流量仪表(F2)、甲醇管道压力仪表(P1)均与物料泵(3)联锁，当甲醇管道流量波动或产生多元热流体流量波动或甲醇管道压力波动时，自动调节物料泵(3)；
所述预热器(8)与预热器温度仪表(T1)、物料管道温度仪表(T2)，水冷壁温度仪表(T4)联锁，冷壁温度仪表(T4)与冷却管道调节阀(V6)联锁，当预热器(8)温度波动或物料管道温度波动时，自动调节预热器(8)；当水冷壁温度波动时，自动调节预热器(8)和冷却管道调节阀(V6)；
所述液氧管道调节阀(V4)与液氧管道流量仪表(F3)联锁，当液氧管道流量波动时，自动调节液氧管道调节阀(V4)；
所述调温调压模块中高温高压背压阀(V7)与差压变送器(P2)和反应器压力仪表(P5)联锁，当反应器内压力波动时，自动调节高温高压背压阀(V7)；
系统出口管道设置高温压力仪表(P4)与多元热流体温度仪表(T3)，分别与高温高压减压阀(V8)和掺混管道调节阀(V5)联锁，调节多元热流体温度和压力，当多元热流体温度波动时，自动调节掺混管道调节阀(V5)；当多元热流体压力波动时，自动调节高温高压减压阀(V8)。
4.基于权利要求1所述超临界水热燃烧型多元热流体产生系统的多元热流体产生方法，其特征在于，步骤如下：
1)，利用物料泵(3)向一级燃料入口(11)和二级燃料入口(12)充注软化水，调节主反应腔室的压力至目标压力值A1；
2)，执行如下控制方法之一：
控制方法一，利用预热器(8)对软化水加热，调节预热器(8)功率以保证点火装置(9)处具有恒定的温升速率，待点火装置(9)处达到目标温度值B1后，将物料泵(3)进口流体切换成甲醇和软化水的混合物料，同时向氧化剂入口(13)供应氧气，点燃混合物料，设置高温高压减压阀(V8)目标压力值A3；
控制方法二，调节点火装置(9)功率，使其表面温度升高至B1，同时向氧化剂入口(13)供应氧气，点燃混合物料，设置高温高压减压阀(V8)目标压力值A3；
当选用的燃料为纯燃料时，选用控制方法一；当选用燃料为含无机盐的燃料混合物时，选用控制方法二；
3)，在正常运行中：
若高温高压缓冲罐(18)处多元热流体流量大于设定值M1，则调节物料泵(3)减小混合物料流量；若高温高压缓冲罐(18)处多元热流体流量小于设定值M2，则调节物料泵(3)增大混合物料物流量；
若反应器(10)内压力低于设定值M3，则减小高温高压背压阀(V7)开度；若反应器(10)内压力高于设定值M4，则增大高温高压背压阀(V7)开度；若多元热流体出口(17)的多元热流压力低于A3，则增大高温高压减压阀(V8)开度；若多元热流体出口(17)的多元热流压力高于A3，则减小高温高压减压阀(V8)开度；若多元热流体出口(17)的多元热流温度低于B3，则减小掺混管道调节阀(V5)开度；若多元热流体出口(17)的多元热流温度高于B3，则增大掺混管道调节阀(V5)开度。
5.根据权利要求4所述多元热流体产生方法，其特征在于，在正常运行中，若水冷壁温度仪表(T4)处温度高于设定值M5，则降低预热器(8)或点火装置(9)功率，同时增大冷却管道调节阀(V6)开度；若水冷壁温度仪表(T4)处温度低于设定值M6，则增加预热器(8)或点火装置(9)功率，同时减小冷却管道调节阀(V6)开度，维持反应器壁面温度为B2。
6.根据权利要求5所述多元热流体产生方法，其特征在于，系统停机过程如下：
4-1)停止氧气供应，物料泵(3)进口流体切换为软化水，调节预热器(8)或点火装置(9)功率，恒定降温，降温过程中控制高温高压背压阀(V7)和高温高压减压阀(V8)，分别确保反应器(10)内和多元热流体出口(17)处压力仍维持在目标压力值A1和A3；
4-2)待多元热流体出口(17)温度降至目标温度值B4时，关闭物料泵(3)、高压水供给口(19)，控制高温高压背压阀(V7)和高温高压减压阀(V8)，使系统回路逐级降压至常压；
其中，B4<B3<B2<B1。
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