CN102251764B

CN102251764B - 补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器

Info

Publication number: CN102251764B
Application number: CN201110201583.0A
Authority: CN
Inventors: 关兵; 刘殿玺
Original assignee: LIAN GUINAN
Current assignee: LIAN GUINAN
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-07-19
Also published as: CN102251764A

Abstract

补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，涉及一种油田采油设备，包括有预燃喷注器壳体、火花塞、空气接嘴、燃料接嘴组件、压紧螺母、外套螺母及水接嘴，其中，空气接嘴、燃料接嘴组件、水接嘴分别用于输入高压空气、气相或液相燃料、冷却水；其燃料接嘴组件上设置有燃料主喷嘴、空气喷嘴，且燃料主喷嘴和空气喷嘴设计成“Y”形交叉方式，以便正常工作时在其交汇处形成冲击、碰撞，促进掺混雾化并改善燃烧效果。本发明内部设置有水冷却通道及空气分配通道，并且，为提高其使用寿命，预燃喷注器的受热端面选用高温耐热合金材料制造，从而在各种工作状态下都保护了顶部结构，避免了烧损及毁坏现象产生。

Description

补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器

技术领域

本发明涉及一种油田采油设备，特别是涉及一种补燃式超临界压力注汽发生器（又称为复合热载体发生器）燃烧室的预燃喷注器装置。

背景技术

注汽发生器已在国内大庆、辽河、胜利、新疆等各大油田进行了多年应用，并取得了一定的增油效果。但随着油田开发不断进展，油藏条件日趋复杂，原油增产难度变得越来越大，与之相应，国内外油田对油田设备及配套工艺技术的要求也在不断提高。目前，注汽发生器的使用范围已从过去的浅层和高渗透油藏转向更具普遍性的、储量更大的中深层和深层中低渗透主力油藏，由于此类油藏具有油层深、含水量高、粘度大及渗透率低等特点，现有普通复合热载体发生器已无法满足当前油田的生产需要。此外，由于国际柴油价格不断攀升，燃柴油注汽发生器的运行成本越来越高，采用新的燃料替代柴油也已势在必行。现有资料显示，如用油田伴生气或天然气作为燃料替代柴油，注汽发生器的运行成本将降低2/3或更低。具体而言，如单台设备流量按1000米³/小时来计算，每日每台发生器可节约燃料费用1万元以上，年节约运行成本超过300万元。因此，突破现有燃烧方式，进一步节能降耗，研制更大流量、更高压力、更长使用寿命的超临界压力注汽发生器已成当务之急。

在以往设计中，注汽发生器燃烧室大多采用扩散式燃烧方式，所有空气和燃料均从燃烧室顶部一次性注入并参与燃烧。但随着设备向油层注入压力不断升高，其燃烧压力不断增大，火焰前锋将会逐渐向燃烧室顶部靠近，并因此出现燃烧室顶部烧损、燃料喷嘴烧裂、火花塞头部烧熔等现象，而且，燃烧压力越高，工作时间越长，上述现象越严重。

在已公开的专利98203951.4《旋涡式喷嘴的复合热载体发生器》、02231765.1《燃气蒸汽发生器》、200510022594.7《亚临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统》中，采用了增设旋风器结构形成贫氧燃烧，降低燃烧室顶部附近的燃烧温度的方案解决上述问题。然而根据现场试验，上述方案虽然解决了原设计工况中燃烧室顶部的烧损或毁坏问题,但当发生器注入压力增高，流量加大并长期连续工作后，旋风器和燃烧室顶部仍然出现较严重的烧损或毁坏，并由此引发火焰偏心、内衬烧损等后果，影响设备正常运行。

也有如专利200420054883.6《多功能高压高效燃烧器》、200710023550.5《用于石油热采注气机的高压混合气发生装置》等技术，其燃烧室顶部设置有水冷却环槽或螺旋水道，火焰接触面采用非金属耐火材料或普通金属材料，燃烧室内衬使用非金属耐火材料并外设螺旋形水道。但因其燃烧室顶部冷却水用于冷却后均被重新引至外部，再通过外管线连接到其水冷却套进口或燃烧段调温器入口，没有形成水的连续流动再生冷却通道，同时，非金属耐火材料部件在温度突变和高温燃气冲刷条件下极易产生爆裂、剥蚀，特别是没有改变发生器工作过程中所有空气和燃料均从燃烧室顶部一次性注入并参与燃烧这一燃烧方式，因此，上述方案虽然取得了一定的冷却节能效果，但都没有从根本上解决高压力、大流量条件下，燃烧室顶部烧损、燃料喷嘴烧裂、火花塞头部烧熔、内衬烧损或毁坏等系列问题。

综上可见，受油田开发不断深入及开发介质状态改变等诸多因素影响，现有注汽发生器工作性能必须得到调整和改进，特别是其燃烧室顶部的设计必须进行实质性的突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，通过其结构设计，改变现有发生器的燃烧方式，降低燃烧室顶部的燃气温度和辐射强度，增强燃烧室顶部的冷却效果，从而在各种工作状态下保护燃烧室顶部结构，从根本上避免预燃室顶部烧损及毁坏现象产生。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，包括有预燃喷注器壳体、火花塞、空气接嘴、燃料接嘴组件、压紧螺母、外套螺母及水接嘴，所述空气接嘴、燃料接嘴组件、水接嘴分别输入高压空气、气相或液相燃料、冷却水；空气接嘴和燃料接嘴组件套装固紧后构成环形空气主通道；其发生器燃烧分为预燃燃烧及补燃燃烧两个部分。

所述的补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，其燃料接嘴组件上设置有燃料主喷嘴、空气喷嘴，且燃料主喷嘴和空气喷嘴设计成“Y”形交叉方式。

所述的补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，其预燃喷注器壳体上设有进水通道、水冷却室、出水通道；水冷却室采用两种材料焊接而成，即：靠火焰侧用高温耐热合金，另一侧用不锈钢；冷却水连续通过进水通道进入水冷却室，对预燃喷注器受热面实施再生冷却，再经由出水通道流出，通过水冷却套入口通道进入预燃室水冷却套，对预燃室实施冗余冷却。

所述的补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，其预燃喷注器壳体内部还设置有空气分配通道，所供空气分为两路，即：一路直接喷入预燃室与燃料掺混燃烧，另一路输入预燃室空气冷却套呈气膜冷却，并携带走部分热量。

所述的补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，其预燃喷注器壳体与预燃室连接一端设计成球形，与采用内锥形端面的预燃室壳体连接压紧后直接密封。

所述的补燃式超临界压力燃气液两相燃料注汽发生器燃烧室预燃喷注器，其预燃喷注器壳体设置有水冷却套密封槽、空气冷却套密封槽，与位于其后部的空气冷却套、水冷却套插接后，采用橡胶“O” 形圈密封。

所述的补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，其燃料接嘴组件从靠近火焰的高温端插入预燃喷注器壳体中心孔，与从远离火焰的冷端通过螺纹拧入预燃喷注器壳体的空气接嘴套装；空气接嘴与预燃喷注器壳体之间采用“O”形圈密封；其燃料接嘴组件通过压紧螺母压紧，再用外套螺母固紧防松；其燃料接嘴组件的高温端通过台阶式端面内侧与预燃喷注器壳体的内孔端面压紧自行密封，冷端采用“O”形圈密封。

本发明的优点与效果是：

1、本发明改变了现有发生器的燃烧方式，将原来集中在燃烧室顶部的一次性燃烧分成了预燃燃烧和补燃燃烧两个部分，并且，其预燃燃烧采用了贫油燃烧方案，从而大幅度降低了燃烧室的局部燃气温度及辐射强度，从源头上有效保护了燃烧室顶部的结构，并避免了其烧损及毁坏现象的产生。

2、本发明在其受热面易出现烧损或毁坏的重点部位内设置了可进行连续冷却的内循环再生冷却水冷却室，并配置了相应的进水通道和出水通道，设计巧妙，结构紧凑，可有效冷却燃烧室顶部结构，防止出现烧损或毁坏现象，同时具有较好节能效果。

3、本发明内部设置有空气分配通道，除将所供空气分别输入预燃室及其空气冷却套用于燃烧和气膜冷却外，还在此过程中携带走部分热量，进一步增强了冷却效果；

4、本发明燃料喷嘴组件的靠近火焰侧采用了台阶式端面密封，解决了原有发生器的空气泄漏、燃气回流和火焰偏心燃烧等问题，保证了预燃室内空气和燃料的掺混质量，有效控制了发生器燃烧的稳定性，进一步避免了预燃室顶部的烧损或毁坏。

5、本发明采用镶嵌式结构，其受热面选用高温耐热合金制造，加工装配方便，可维修性好，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的纵向剖视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的A-A剖视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行详细说明。

补燃式超临界压力燃气液两相燃料注汽发生器燃烧室预燃喷注器，如图所示：包括有预燃喷注器壳体1、火花塞2、空气接嘴3、燃料接嘴组件4、压紧螺母5、外套螺母6及水接嘴7。其中，预燃喷注器壳体1通过其上的螺纹法兰、双头螺柱及螺母、水冷却套密封槽9、空气冷却套密封槽10及相应橡胶“O” 形圈与位于其后部的空气冷却套、水冷却套、预燃室壳体密封连接；空气接嘴3、燃料接嘴组件4、水接嘴7分别用于输入高压空气、气相（如天然气、油田伴生气等）或液相（如液化烃、柴油等）燃料、冷却水；燃料接嘴组件4上设置有燃料主喷嘴12、空气喷嘴13，且燃料主喷嘴12和空气喷嘴13设计成“Y”形交叉方式，以便正常工作时在其交汇处形成冲击、碰撞，促进掺混雾化并改善燃烧效果；装配过程中，燃料接嘴组件4从靠近火焰的高温端插入预燃喷注器壳体1中心孔，与从远离火焰的冷端通过螺纹和“O”形圈同预燃喷注器壳体1连接密封的空气接嘴3套装，通过压紧螺母5压紧，再用外套螺母6固紧防松，且其高温端通过台阶式端面内侧与预燃喷注器壳体1的内孔端面压紧自行密封，其冷端采用“O”形圈密封，正常工作时，预燃燃烧所需燃料经由燃料接嘴组件4上的燃料主喷嘴12喷入预燃室；空气接嘴3和燃料接嘴组件4套装固紧后形成的环形空腔为空气主通道，燃烧所需全部空气压入主通道后分为两部分，一部分经由空气喷嘴13直接喷入预燃室与燃料掺混燃烧，其余部分经由空气分配通道11进入预燃室空气冷却套，通过预燃室多孔内衬进入预燃室形成空气膜，用以隔绝燃气以冷却内衬；水接嘴7通过螺纹与预燃喷注器壳体1连接，预燃喷注器壳体1上设有进水通道14、水冷却室15、出水通道16，工作过程中，冷却水连续通过进水通道14进入水冷却室15，对预燃喷注器受热面实施再生冷却后，再经出水通道16流出，并通过水冷却套入口通道8直接进入预燃室水冷却套，对预燃室实施冗余冷却，并且，为提高其使用寿命，预燃喷注器的受热端面选用高温耐热合金材料制造；火花塞2通过螺纹连接在预燃喷注器壳体1上，并采用紫铜垫和“O”形圈双重密封，用于发生器的起动点火。

Claims

1.补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，包括有预燃喷注器壳体、火花塞、空气接嘴、燃料接嘴组件、压紧螺母、外套螺母及水接嘴，其特征在于，预燃喷注器壳体（1）设置有水冷却套密封槽（9）、空气冷却套密封槽（10），与位于其后部的空气冷却套、水冷却套插接后，采用橡胶“O” 形圈密封；

燃料接嘴组件（4）从靠近火焰的高温端插入预燃喷注器壳体（1）中心孔，与从远离火焰的冷端通过螺纹拧入预燃喷注器壳体(1)的空气接嘴(3)套装；空气接嘴(3)与预燃喷注器壳体(1)之间采用”O”形圈密封；其燃料接嘴组件(4)通过压紧螺母(5)压紧，再用外套螺母(6)固紧防松；其燃料接嘴组件(4)的高温端通过台阶式端面内侧与预燃喷注器壳体(1)的内孔端面压紧自行密封，冷端采用“O”形圈密封；

水接嘴（7）通过螺纹与预燃喷注器壳体（1）连接，预燃喷注器壳体（1）上设有进水通道（14）、水冷却室（15）、出水通道（16）；冷却水连续通过进水通道（14）进入水冷却室（15），对预燃喷注器受热面实施再生冷却，再经由出水通道（16）流出，通过水冷却套入口通道（8）进入水冷却套，对预燃室实施冗余冷却；

预燃喷注器壳体（1）内部还设置有空气分配通道（11），所供空气分为两路，即：一路由空气喷嘴（13）直接喷入预燃室与燃料掺混燃烧，另一路经由空气分配通道（11）输入空气冷却套，通过预燃室多孔内衬进入预燃室形成空气膜，用以隔绝燃气以冷却内衬；

所述空气接嘴（3）、燃料接嘴组件（4）、水接嘴（7）分别输入高压空气、气相或液相燃料、冷却水；空气接嘴（3）和燃料接嘴组件（4）套装固紧后构成环形空气主通道；其发生器燃烧分为预燃燃烧及补燃燃烧两个部分。

2.根据权利要求1所述的补燃式超临界压力气液两相燃料发生器燃烧室预燃喷注器，其特征在于,其水冷却室（15）采用两种材料焊接而成，即：靠火焰侧用高温耐热合金，另一侧用不锈钢。