CN102661138A

CN102661138A - 液冷式和气冷式空气柴油气体发生器及其应用

Info

Publication number: CN102661138A
Application number: CN2012101446449A
Authority: CN
Inventors: 葛明龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-09-12

Abstract

本发明涉及液冷式和气冷式空气柴油气体发生器。为了既不烧坏燃烧室内壁，又无燃烧室散热损失，用于热力采油能与注空气结合及扩大用途，本发明提出一种液冷式空气柴油气体发生器，采用环形——斜孔喷注单元、小的燃烧室直径和有冷却剂上、下行直槽通道的短燃烧室身部，以软化水作为再生冷却剂用于热力采油可交替地注热气液流和冷的空气，以25％——50％过氧化氢作为再生冷却剂可扩大用途。本发明还提出一种气冷式空气柴油气体发生器，采用五击式喷注单元、内冷却空气孔和外冷却空气上行直槽通道。两种气体发生器有两种喷管，主要用途是热力采油及热力清除井口地面油污、海面浮油、海滩油污和路面冰雪。

Description

液冷式和气冷式空气柴油气体发生器及其应用

技术领域

本发明涉及空气柴油气体发生器技术和热力采油、除原油污染、除路面冰雪等应用技术。

背景技术

姜继水主编的“提高石油采收率技术”一书介绍了注水蒸汽、注空气火烧油层等热力采油技术和注水、注空气低温氧化、注氮气、注二氧化碳等非热力采油技术。注水蒸汽既有效，又能工业化生产，但需建锅炉蒸汽站和输汽管网，投资和热损失都大。注空气火烧油层不好点火易爆燃，火线前缘推进不易控制，未推广应用。注水既经济，又有效，已广泛应用，但不能加热油藏，一口油井注水到一定程度就不再有效。注空气低温氧化速度慢，应用较少。注氮气和注二氧化碳虽有效和环保，但受气源供应和增压限制，应用不多。

三十年前，美国能源部资助Sandia国家实验室研制了一种同时注水蒸汽、热水、氮气和二氧化碳的空气柴油气体发生器，以水作为再生冷却剂，无燃烧室散热损失。但是，在多次热力采油试验中出现一段时间工作后的燃烧室内壁烧坏和配套空压机故障，使得提高石油采收率的效果有限，导致该项目下马。

近十年来，随着空压机技术水平和工作可靠性的提高，中国的北京热科特能源科技有限公司等单位又重新研制热力采油用的空气柴油气体发生器，取得较好的试验效果。但是，把再生冷却水改为不再生利用散热量的循环冷却水，虽能确保不烧坏燃烧室内壁，燃烧室散热损失却高达百分之五十，不经济。

原油污染是环保难题，对于海上油井泄漏和油轮事故形成的海面浮油和海滩油污，目前未见有效清除办法。井口地面油污的清除也较麻烦。

冬季冰雪严重影响公路交通和飞机起落，目前采用机械扫雪和化学融冰技术虽很有用，但不够快速有效。

发明内容

针对空气柴油气体发生器现有技术对不烧坏燃烧室内壁和无燃烧室散热损失不能有效兼顾的缺点及仅限用于热力采油且不与注空气结合的不足，为了使空气柴油气体发生器既不烧坏燃烧室内壁，又无燃烧室散热损失，用于热力采油能与注空气结合及扩大用途至热力除原油污染和路面冰雪，本发明提供新型的属于一个总的发明构思的一种液冷式空气柴油气体发生器和一种气冷式空气柴油气体发生器。

本发明的液冷式空气柴油气体发生器采用环形——斜孔喷注单元、小的燃烧室直径和有冷却剂上、下行直槽通道的短燃烧室身部，使燃烧室总热流减少较多，再生冷却效果好，既不烧坏燃烧室内壁，又无燃烧室散热损失。

本发明的液冷式空气柴油气体发生器以软化水作为再生冷却剂用于热力采油，既可以长时间持续工作，向油井注入温度230℃至310℃的由水蒸汽、热水、氮气和二氧化碳组成的气液流，又可以断续工作：每隔1224小时交替地注热气液流和冷的空气，将热力采油与注空气结合起来，并把注空气低温氧化和火烧油层折衷成热湿氧化，能更安全有效地驱油。该气体发生器还可用于热力清除井口地面油污。

本发明的液冷式空气柴油气体发生器还用质量浓度25％——50％过氧化氢水溶液作为再生冷却剂冷却燃烧室身部，之后喷入燃气中吸热汽化、热分解和反应生成温度700℃——1400℃的混合气。由水蒸汽、氮气和二氧化碳组成的混合气以音速喷出后，用来清除路面冰雪和井口地面油污。还含较多氧气的混合气喷向海面浮油或海滩油污，将其充分燃烧掉。

本发明的气冷式空气柴油气体发生器采用五击式喷注单元、内冷却空气孔和外冷却空气上行直槽通道。外冷却后的空气中一部分与柴油等有机燃料燃烧产生温度约2000℃燃气，与另一部分的内冷却空气相混合，生成温度不超过1000℃的由氮气、氧气、二氧化碳和水蒸汽组成的混合气，喷向海面浮油或海滩油污将其充分燃烧掉，或者喷向路面积雪将其融化和吹除掉。

本发明的两种空气柴油气体发生器有两种排气用喷管，轴对称喷管主要用于热力采油，能扩大排气散射面的矩形出口喷管则用于热力除路面冰雪、海面浮油、海滩油污和井口地面油污。

本发明的液冷式空气柴油气体发生器结构独特，燃烧温度达2000℃的燃烧室有好的冷却效果，可把冷却剂温升控制在70℃以内，以保证不烧坏燃烧室内壁。以软化水作为再生冷却剂消除燃烧室散热损失可增加对油藏的加热量约一倍，交替注热气液流和冷的空气可利用与空气接触进行热湿氧化反应的极少部分油藏替代近一半柴油，达到节能增效目的。以冰点低至-21℃——-52℃、价格低和安全性高的25％——50％过氧化氢作为再生冷却剂，不仅改变用途单一，而且能一年四季操作应用。

本发明的气冷式空气柴油气体发生器在不烧坏燃烧室内壁前题下也无燃烧室散热损失，生成的混合气中氧气多达15％左右，含水蒸汽只有3％左右，更利于用来热力清除海面浮油和海滩油污及刚下雪不久的路面积雪。由于不用软化水和低浓度过氧化氢，设备更简单。缺点是用来除路面积雪未将这15％左右氧气参加燃烧，使发热量减少。

附图说明

图1是本发明一种液冷式空气柴油气体发生器的结构示意图。

图2是本发明一种气冷式空气柴油气体发生器的结构示意图。

图3、图4、图5和图6是图2中矩形出口喷管内壁20的正视图、侧视图、俯视图和仰视图。

具体实施方式

图1和图2——图6是本发明的两种优选实施结构。

如图1所示，本发明一种液冷式空气柴油气体发生器，包括头部座1、电火花塞2、空气接管嘴3、燃料接管嘴4、面板5、燃烧室内壁6、燃烧室外壁7、混合室内壁8、混合室外壁9、轴对称喷管内壁10、喷管外壳11、冷却剂接管嘴12、搭板13和14。除螺接的外购件电火花塞2外的十三个耐热不锈钢零件焊接成一体。用于热力采油除能长时间向油井注热气液流外还可以断续工作：每隔12——24小时交替注热气液流和冷的空气。面板5上开有与环形空气喷嘴15组成环形——斜孔喷注单元的斜孔燃料喷嘴16。燃烧室内壁6有小的圆柱段直径和长度并在外表面开有冷却剂上行直槽通道17和下行直槽通道18。所述燃烧室内壁的下部开有冷却剂喷孔19。

头部座1的法兰盘用来固定气体发生器。喷管外壳11的法兰盘用来连接通向井口的排气管道或者是清除井口地面油污用硬管或软管。

环形空气喷嘴15是电火花塞2与头部座1之间的环形缝隙，斜孔燃料喷嘴16是喷注柴油等有机燃料用沿圆周均布的4——12个直径不大于0.6mm孔，两种喷嘴的轴线夹角为40°——50°。

燃烧室内壁6的圆柱段内径不大于60——100mm和圆柱段长度不大于400——500mm，对应着空气容积流量不大于20——75m³/min。

冷却剂上行直槽通道17和下行直槽通道18是数目相等、相间排列和沿圆周均布的矩形截面直槽，各条冷却剂下行直槽通道的末端均对应有一个径向的冷却剂喷孔19。

环形空气喷嘴15和斜孔燃料喷嘴16的空气柴油质量流量比取化学计算量混合比15±0.5，冷却剂喷孔19的软化水与空气的质量流量比为1.3——1.6，用于热力采油和清除井口地面油污。

环形空气喷嘴15和斜孔燃料喷嘴16的空气柴油混合比7.5——11，冷却剂喷孔19的25％——50％过氧化氢与空气的质量流量比为1——1.7，用于热力清除井口地面油污、路面冰雪、海面浮油和海滩油污。

如图2所示，本发明一种气冷式空气柴油气体发生器，包括头部座1、电火花塞2、空气接管嘴3、燃料接管嘴4、面板5、燃烧室内壁6、燃烧室外壁7、矩形出口喷管内壁20、喷管外壁21和连接环22。除螺接的外购件电火花塞2外的九个耐热不锈钢零件焊接成一体。面板5上开有与中心一个小流量燃料喷孔23组成五击式喷注单元的沿圆周均布且倾斜40°——50°的四个空气斜孔24。头部座1开有一圈沿圆周均布且倾斜7°——10°的内冷却空气斜孔25。燃烧室内壁6的外表面开有沿圆周均布的外冷却空气上行直槽通道26。

空气斜孔24的空气质量流量占外冷却空气总质量流量30％——40％，与燃料喷孔23的柴油质量流量之比为化学计算量混合比15±0.5。

如图2——图6所示，矩形出口喷管内壁20的型面是从入口圆形截面逐渐向出口矩形直孔转化，用于热力清除海面浮油、海滩油污和路面积雪。

液冷式空气柴油气体发生器的轴对称喷管内壁10被矩形出口喷管内壁20替换和喷管外壳11被喷管外壁21替换，用于热力清除路面冰雪、海面浮油、海滩油污和井口地面油污。

Claims

1.一种液冷式空气柴油气体发生器，包括头部座(1)、电火花塞(2)、空气接管嘴(3)、燃料接管嘴(4)、面板(5)、燃烧室内壁(6)、燃烧室外壁(7)、混合室内壁(8)、混合室外壁(9)、轴对称喷管内壁(10)、喷管外壳(11)、冷却剂接管嘴(12)、搭板(13)和(14)，其特征在于：除螺接的外购件电火花塞(2)外的十三个耐热不锈钢零件焊接成一体，用于热力采油除能长时间向油井注热气液流外还可以断续工作：每隔12——24小时交替注热气液流和冷的空气，面板(5)上开有与环形空气喷嘴(15)组成环形——斜孔喷注单元的斜孔燃料喷嘴(16)，燃烧室内壁(6)有小的圆柱段直径和长度并在外表面开有冷却剂上行直槽通道(17)和下行直槽通道(18)，所述燃烧室内壁的下部开有冷却剂喷孔(19)。

2.如权利要求1所述的液冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：环形空气喷嘴(15)是电火花塞(2)与头部座(1)之间的环形缝隙，斜孔燃料喷嘴(16)是喷注柴油等有机燃料用沿圆周均布的4——12个直径不大于0.6mm孔，两种喷嘴的轴线夹角为40°——50°。

3.如权利要求1所述的液冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：所述燃烧室内壁的圆柱段内径不大于60——100mm和圆柱段长度不大于400——500mm，对应着空气容积流量不大于20——75m³/min。

4.如权利要求1所述的液冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：冷却剂上行直槽通道(17)和下行直槽通道(18)是数目相等、相间排列和沿圆周均布的矩形截面直槽，各条下行直槽通道的末端均对应有一个径向的冷却剂喷孔(19)。

5.如权利要求1所述的液冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：所述环形空气喷嘴和斜孔燃料喷嘴的空气柴油质量流量比取化学计算量混合比15±0.5，所述冷却剂喷孔的软化水与空气的质量流量比为1.3——1.6，用于热力采油和清除井口地面油污。

6.如权利要求1所述的液冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：所述环形空气喷嘴和斜孔燃料喷嘴的空气柴油混合比取7.5——11，所述冷却剂喷孔的25％——50％过氧化氢与空气的质量流量比为1——1.7，用于热力清除井口地面油污、路面冰雪、海面浮油和海滩油污。

7.一种气冷式空气柴油气体发生器，包括头部座(1)、电火花塞(2)、空气接管嘴(3)、燃料接管嘴(4)、面板(5)、燃烧室内壁(6)、燃烧室外壁(7)、矩形出口喷管内壁(20)、喷管外壁(21)和连接环(22)，其特征在于：除螺接的外购件电火花塞(2)外的九个耐热不锈钢零件焊接成一体，面板(5)上开有与中心一个小流量燃料喷孔(23)组成五击式喷注单元的沿圆周均布且倾斜40°——50°的四个空气斜孔(24)，头部座(1)开有一圈沿圆周均布且倾斜7°——10°的内冷却空气斜孔(25)，燃烧室内壁(6)的外表面开有沿圆周均布的外冷却空气上行直槽通道(26)。

8.如权利要求7所述的气冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：空气斜孔(24)的空气质量流量占外冷却空气总质量流量30％——40％，与燃料喷孔(23)的柴油质量流量之比为化学计算量混合比15±0.5。

9.如权利要求7所述的气冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：矩形出口喷管内壁(20)的型面是从入口圆形截面逐渐向出口矩形直孔转化，用于热力清除海面浮油、海滩油污和路面积雪。

10.如权利要求1所述的液冷式空气柴油气体发生器，其特征在于：轴对称喷管内壁(10)被矩形出口喷管内壁(20)替换和喷管外壳(11)被喷管外壁(21)替换，用于热力清除路面冰雪、海面浮油、海滩油污和井口地面油污。