CN102353033B - 超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统。属采油设备技术领域。它包括燃烧室头部、燃烧室壳体（12）和汽化室壳体（20），所述头部壳体（1）插接于燃烧室壳体（12）前端，汽化室壳体（20）连接于燃烧室壳体（12）后端，所述燃烧室壳体（12）内周壁设置有燃烧室内衬II（10），所述燃烧室内衬II（10）内周壁设置有燃烧室内衬I（8），所述燃烧室内衬I（8）后段内周壁上设置有水喷嘴（13），所述水喷嘴（13）与水隔套（9）相连通，所述燃烧室壳体（12）与汽化室壳体（20）连接端中间嵌置透镜垫II（14）密封，所述透镜垫II（14）上设置有空气接嘴（22）。本发明结构合理、安全可靠、使用寿命长、雾化效果好，而且更加节能高效。

Description

超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种复合热载体发生器，特别是涉及一种超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统。属采油设备技术领域。 

背景技术

向油层注入饱和水蒸汽进行热采稠油是世界各国普遍采用的方法之一，已取得很好的采油效果和经济效益。

原始热力开采大多是将地面锅炉所产生的高温高压蒸汽注入井下油层，但是这种热采方式存在许多不足，比如热损失大，设备及生产成本高，原油开采效率低，环境污染大，特别是整套设备的移动性差，难以适应油井分布作业的要求。为了克服上述不足，申请号为200510022594.7的中国专利公开了一种亚临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统，该专利与上述热采锅炉相比，不论在技术上，还是在效率、成本、节能、机动性等方面都取得了很大进步，但是这种系统也存在以下不足：1、最高燃烧压力只能达到20MPa，不能适应于超深井及低渗透井（注入压力高于20MPa）；2、燃油单靠与空气的撞击进行雾化，雾化效果差；3、燃油的喷射孔非常小，较容易堵塞；4、由于燃烧室内衬的外周壁直接与冷却水接触，所以燃烧室的壁面温度较低，影响燃烧效率；5、冷却水直接喷入到燃烧室，对燃烧有一定的干扰，影响燃烧效率；6、燃烧室壳体壁面温度较高，热损失大；7、汽化室没有混合装置，燃烧烟气与液态水不能充分混合；8、由于燃烧室内衬的外周壁直接与冷却水接触，所以冷却水的温度升高较快，当热载体温度达到300度以上时，冷却水温度偏高产生结垢容易堵塞水喷嘴；9、头部壳体受热辐射作用温度过高，容易发生龟裂现象；10、燃烧器在熄火时不能实时监测，可能将未经燃烧的空气直接注入油井造成事故。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种燃烧压力更高、结构合理、安全可靠、使用寿命长、雾化效果好，而且更加高效、节能的超临界复合热载体发生器高温高压燃烧系统。

本发明的目的是这样实现的：一种超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统，它包括燃烧室头部、燃烧室壳体和汽化室壳体，所述燃烧室头部包括火花塞、油喷嘴、水接嘴和旋风器，所述头部壳体插接于燃烧室壳体前端，汽化室壳体连接于燃烧室壳体后端，所述燃烧室壳体内腔为燃烧室，汽化室壳体内腔为汽化室，所述燃烧室壳体内周壁设置有燃烧室内衬II，燃烧室内衬II的外周壁与燃烧室壳体内周壁之间形成气隔套，所述燃烧室内衬II内周壁设置有燃烧室内衬I，所述燃烧室内衬I外周壁与燃烧室内衬II内周壁之间形成水隔套，所述燃烧室内衬I后段内周壁上设置有水喷嘴，所述水喷嘴与水隔套相连通，所述燃烧室壳体与汽化室壳体连接端中间嵌置透镜垫II密封，所述透镜垫II上设置有空气接嘴，所述空气接嘴与气隔套相连通，所述气隔套与燃烧室相连通。

所述头部壳体后段壳壁上开设有多条空气通道，所述空气通道与气隔套相连通，空气通道旁的头部壳体的壳壁上还设有多条冷却风孔和旋风器孔，所述冷却风孔首端与空气通道相连通，末端与预燃室相连通，所述旋风器孔首端与空气通道相连通，末端与旋风器的旋风沟槽相连通。

所述汽化室壳体内设置有汽化室混合器，所述汽化室混合器固定连接于专用凸镜垫后端，所述汽化室混合器后端面上开设有环形凹槽，所述环形凹槽与专用凸镜垫密闭形成一个水夹套，所述汽化室混合器后段内周壁上开设有水喷嘴，所述水喷嘴与水夹套相连通，汽化室混合器前段内周壁上开设有混合喷嘴，所述混合喷嘴与汽化室相连通。

所述透镜垫II上设置有溢流阀，所述溢流阀与水隔套相连通，所述溢流阀底部开设有混合室水通道，所述混合室水通道与汽化室混合器的水夹套相连通。

所述油喷嘴中心设置有喷嘴内管道，油喷嘴前端均匀开设有多个喷嘴雾化孔，所述多个喷嘴雾化孔与喷嘴内管道相连通，所述油喷嘴外缘面上开设有环形沟槽，所述空气通道与环形沟槽相连通，所述环形沟槽与喷嘴雾化孔之间开设有雾化风孔。

所述燃烧室内衬I前段内周壁设置有燃烧室隔热套。

所述透镜垫II上设置有温度传感器，所述温度传感器与水隔套相连通。

所述头部壳体的壳壁上插装有火焰检测器，所述火焰检测器与预燃室相连通。

所述火花塞、油喷嘴、水接嘴和火焰检测器与头部壳体之间均采用螺纹连接，垫片密封的方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的高压空气通过气隔套进入到燃烧室，可以预热空气，降低燃烧室壳体温度，减少热损失，提高热效率，同时，由于空气被加热后，燃烧速率加快，能提高燃烧效率；

2、本发明在燃烧室头部的端面增加了冷却风孔来冷却头部壳体端面，在超高压状态下运行时，也能保证根部火焰远离燃烧室头部端面，头部壳体不易龟裂，提高了使用寿命；

3、本发明的空气接嘴安装于透镜垫II上，并与气隔套相连通，其高压空气的分配在头部壳体内便完成，不需要“O”型圈密封，提高了设备的耐压性及可靠性；

4、本发明在汽化室壳体内增加了汽化室混合器，水与高温烟气混合后由混合喷嘴再次均匀混合后喷向汽化室，使烟气与蒸汽混合更加充分；

5、本发明设计了冷却水溢流阀，当燃烧室内衬I的水喷嘴堵塞时，水压上升顶开溢流阀，冷却水流向汽化室混合器的水通道，并由混合器上的水喷嘴喷出与高温烟气混合，提高了设备的可靠性；

6、本发明的油喷嘴采用两次雾化，先将柴油机械雾化，机械雾化后的柴油与高压空气再进行撞击雾化，雾化后的油滴直径变小，提高了雾化效果，而且由于采用了两次雾化的方式，所有油喷孔也不易堵塞；

7、本发明在燃烧室前段内壁面增加了导热系数小、高强度的燃烧室隔热套，有以下三个好处：（1）、有效地消除了烟气与燃烧室内衬I的冲刷，提高了设备的耐压性及使用寿命；（2）、降低了燃烧室内衬I中的冷却水温度，有效地解决了水喷嘴堵塞问题；（3）、提高了燃烧室温度，使燃烧更加充分，提高了燃烧效率；

8、本发明在燃烧室头部设计了火焰检测器，设备运行时火焰检测器可检测燃烧室内的燃烧情况，提高了设备的安全性。

附图说明

图1为本发明超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图3的I部放大图。

图5为图3的B-B剖视图。

其中：

头部壳体1

火花塞2

油喷嘴3

水接嘴4

透镜垫I5

旋风器6

燃烧室隔热套7

燃烧室内衬I8

水隔套9

燃烧室内衬II10

气隔套11

燃烧室壳体12

水喷嘴13

透镜垫II14

溢流阀15

混合室水通道16

水喷嘴17

汽化室混合器18

混合喷嘴19

汽化室壳体20

温度传感器21

空气接嘴22

喷嘴雾化孔23

冷却风孔24

旋风器孔25

空气通道26

火焰检测器27

预燃室28

燃烧室29

汽化室30

联接法兰31

双头螺柱32

螺母33

旋风沟槽34

水夹套35

喷嘴内管道36

雾化风孔37

环形沟槽38。

具体实施方式

参见图1~图3，本发明超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统，主要由燃烧室头部、燃烧室壳体12和汽化室壳体20组成。所述燃烧室壳体12内腔为燃烧室29，汽化室壳体20内腔为汽化室30。所述燃烧室头部插接于燃烧室壳体12前端，汽化室壳体20连接于燃烧室壳体12后端。所述燃烧室头部与燃烧室壳体12连接端中间嵌置透镜垫I5密封，所述燃烧室头部与燃烧室壳体12连接端外周壁上设置有联接法兰31，用双头螺柱32和螺母33轴向固定联接。所述燃烧室壳体12与汽化室壳体20连接端中间嵌置透镜垫II14密封，燃烧室壳体12与汽化室壳体20连接端外周壁上也设置有联接法兰31，用双头螺柱32和螺母33轴向固定联接。所述燃烧室壳体12内周壁设置有燃烧室内衬II10，燃烧室内衬II10的外周壁与燃烧室壳体12内周壁之间形成气隔套11，所述燃烧室内衬II10内周壁设置有燃烧室内衬I8，所述燃烧室内衬I8外周壁与燃烧室内衬II10内周壁之间形成水隔套9，所述燃烧室内衬I8前段内周壁设置有燃烧室隔热套7，所述燃烧室内衬I8后段内周壁上设置有水喷嘴13，所述水喷嘴13与水隔套9相连通。

所述燃烧室头部包括头部壳体1、火花塞2、油喷嘴3、水接嘴4、旋风器6和火焰检测器27，所述火花塞2、油喷嘴3、水接嘴4和火焰检测器27插接于头部壳体1的壳壁上，所述火花塞2、油喷嘴3、水接嘴4和火焰检测器27与头部壳体1之间均采用螺纹连接，垫片密封的方式，所述旋风器6旋接于头部壳体1后端，旋风器6外周壁上沿周向设有呈螺旋状的旋风沟槽34，旋风器6内腔与头部壳体1形成一个预燃室28，所述水接嘴4与水隔套9相连通，所述火花塞2、油喷嘴3和火焰检测器27与预燃室28相连通。

所述汽化室壳体20内设置有汽化室混合器18，所述汽化室混合器18固定连接于专用凸镜垫14后端，所述汽化室混合器18后端面上开设有环形凹槽，所述环形凹槽与专用凸镜垫14密闭形成一个水夹套35，所述汽化室混合器18后段内周壁上开设有水喷嘴17，所述水喷嘴17与水夹套35相连通，汽化室混合器18前段内周壁上开设有混合喷嘴19，所述混合喷嘴19与汽化室30相连通。

参见图4，所述头部壳体1后段壳壁上开设有多条空气通道26，所述空气通道26与气隔套11相连通，空气通道26旁的头部壳体1的壳壁上还设有多条冷却风孔24和旋风器孔25，所述冷却风孔24首端与空气通道26相连通，末端与预燃室28相连通，所述旋风器孔25首端与空气通道26相连通，末端与旋风沟槽34相连通。

参见图4，所述油喷嘴3中心设置有喷嘴内管道36，油喷嘴3前端均匀开设有多个喷嘴雾化孔23，所述喷嘴雾化孔23与喷嘴内管道36相连通，所述油喷嘴3外缘面上开设有环形沟槽38，所述空气通道26与环形沟槽38相连通，所述环形沟槽38与喷嘴雾化孔23之间开设有雾化风孔37。

参见图5，所述透镜垫II14上设置有温度传感器21、空气接嘴22和溢流阀15，所述温度传感器21和溢流阀15与水隔套9相连通，所述空气接嘴22与气隔套11相连通。所述溢流阀15底部开设有混合室水通道16，所述混合室水通道16与汽化室混合器18的水夹套35相连通。

本实施例工作时，高压空气由空气接嘴22进入到气隔套11，并由空气通道26分配到雾化风孔37、冷却风孔24和旋风器孔25，部分空气经雾化风孔37进入到喷嘴雾化孔23与柴油雾化、混合，然后行进到预燃室28，火花塞2对油气混合物进行点火，使油气混合物燃烧。大部分空气由旋风器孔25进入旋风器6并沿旋风器6外周壁上的旋风沟槽34流动，进入燃烧室与预燃室燃烧的富油燃气相撞、混合、补燃，充分燃烧。部分空气由冷却风孔24喷出，使根部火焰与头部壳体1保持一定距离，保护头部壳体不会被烧坏，高压水由水接嘴4进入到所述的水隔套9内形成螺旋状的冷却水通道，冷却水在水隔套9内为螺旋形走向，用于雾化的水先进入水隔套，沿螺旋方向流动，对燃烧室内衬I8实施再生冷却，同时给水预热，便于在汽化室内汽化。高压水由燃烧室内衬I8后段内周壁上的水喷嘴13喷出与高温烟气混合，当燃烧室内衬I8的水喷嘴13堵塞时，水压上升顶开溢流阀15流向汽化室混合器18的水通道，并由水喷嘴17喷出与高温烟气混合，水与高温烟气混合后由混合喷嘴19再次均匀混合后喷向汽化室30。

Claims (2)

1.一种超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统，它包括燃烧室头部、燃烧室壳体（12）和汽化室壳体（20），所述燃烧室头部包括头部壳体（1）、火花塞（2）、油喷嘴（3）、水接嘴（4）和旋风器（6），所述头部壳体（1）插接于燃烧室壳体（12）前端，汽化室壳体（20）连接于燃烧室壳体（12）后端，所述燃烧室壳体（12）内腔为燃烧室（29），汽化室壳体（20）内腔为汽化室（30），旋风器（6）内腔与头部壳体（1）形成一个预燃室（28），其特征在于：所述燃烧室壳体（12）内周壁设置有燃烧室内衬II（10），燃烧室内衬II（10）的外周壁与燃烧室壳体（12）内周壁之间形成气隔套（11），所述燃烧室内衬II（10）内周壁设置有燃烧室内衬I（8），所述燃烧室内衬I（8）外周壁与燃烧室内衬II（10）内周壁之间形成水隔套（9），所述燃烧室内衬I（8）后段内周壁上设置有水喷嘴（13），所述水喷嘴（13）与水隔套（9）相连通，所述燃烧室壳体（12）与汽化室壳体（20）连接端中间嵌置透镜垫II（14）密封，所述透镜垫II（14）上设置有空气接嘴（22），所述空气接嘴（22）与气隔套（11）相连通，所述气隔套（11）与燃烧室（29）相连通；

所述头部壳体（1）后段壳壁上开设有多条空气通道（26），所述空气通道（26）与气隔套（11）相连通，空气通道（26）旁的头部壳体（1）的壳壁上还设有多条冷却风孔（24）和旋风器孔（25），所述冷却风孔（24）首端与空气通道（26）相连通，末端与预燃室（28）相连通，所述旋风器孔（25）首端与空气通道（26）相连通，末端与旋风器（6）的旋风沟槽（34）相连通；

所述汽化室壳体（20）内设置有汽化室混合器（18），所述汽化室混合器（18）固定连接于凸镜垫II（14）后端，所述汽化室混合器（18）后端面上开设有环形凹槽，所述环形凹槽与凸镜垫II（14）密闭形成一个水夹套（35），所述汽化室混合器（18）后段内周壁上开设有水喷嘴（17），所述水喷嘴（17）与水夹套（35）相连通，汽化室混合器（18）前段内周壁上开设有混合喷嘴（19），所述混合喷嘴（19）与汽化室（30）相连通；

所述透镜垫II（14）上设置有溢流阀（15），所述溢流阀（15）与水隔套（9）相连通，所述溢流阀（15）底部开设有混合室水通道（16），所述混合室水通道（16）与汽化室混合器（18）的水夹套（35）相连通；

所述油喷嘴（3）中心设置有喷嘴内管道（36），油喷嘴（3）前端均匀开设有多个喷嘴雾化孔（23），所述多个喷嘴雾化孔（23）与喷嘴内管道（36）相连通，所述油喷嘴（3）外缘面上开设有环形沟槽（38），所述空气通道（26）与环形沟槽（38）相连通，所述环形沟槽（38）与喷嘴雾化孔（23）之间开设有雾化风孔（37）；

所述燃烧室内衬I（8）前段内周壁设置有燃烧室隔热套（7），所述透镜垫II（14）上设置有温度传感器（21），所述温度传感器（21）与水隔套（9）相连通，所述头部壳体（1）的壳壁上插装有火焰检测器（27），所述火焰检测器（27）与预燃室（28）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种超临界复合热载体发生器的高温高压燃烧系统，其特征在于：所述火花塞（2）、油喷嘴（3）、水接嘴（4）和火焰检测器（27）与头部壳体（1）之间均采用螺纹连接，垫片密封的方式。

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