CN103452537A - 纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯氧复合热载体发生器的高温高压燃烧结构，它包括发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）、强度保持体壳（3）、主燃烧室（4）、隔燃舱（5）、掺混连接体（6）、主气化壳体（7）和气化区阻热层（8），所述主气化壳体（7）设置于强度保持体壳（3）后方，所述强度保持体壳（3）与主气化壳体（7）之间通过掺混连接体（6）紧固连接，所述强度保持体壳（3）内壁设置有主燃烧室（4），所述主燃烧室（4）内设置有隔燃舱（5），所述主气化壳体（7）内设置有气化区阻热层（8）。本发明一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，它能够确保燃烧温度超过3000℃时、工作压力可满足亚临界压力条件下的运行燃烧可靠性要求。

Description

纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构

技术领域

本发明涉及一种纯氧复合热载体发生器，特别是涉及一种纯氧复合热载体发生器的高温高压燃烧结构。属采油设备技术领域。

背景技术

向油层分别注入二氧化碳、氮气和水蒸气已经在油田开展了原油增产和提高采收率的技术，并都已有一定的采油效果和经济效益，而高压空气与高压燃料燃烧生成的复合热载体注入油层提高原油采收率和单井产能效果更加显著。

纯氧复合热载体发生器是用富氧机产生氧气，将纯氧增压与高压天然气密闭燃烧，生成含高温二氧化碳及水蒸气的复合热载体，携带燃烧热量，与普通复合热载体发生器相比热载体中不含氮气，且该工艺技术复合热载体发生器的热效率更高达97%以上。

由于纯氧型复合热载体中没有氮气成分，相同注热温度条件下，燃料质量相同与空气型相比有5.8倍二氧化碳含热量将由更多的水蒸气带入油层，因此不仅稠油热采效果显著，同时避免了氮气含量高时影响复合热载体替代蒸汽SAGD技术，并且在除去或调低热载体中氮气情况下，原油热采工艺更加丰富，与普通复合热载体原油热采共同开发原油意义更加重大。

但是由于纯氧型复合热载体燃烧温度将超过2000℃甚至达到3000℃以上，这就对设备的点火、燃烧室密封性、工作寿命、可靠性、可维修性等都是个严峻的考验。以往结构复合热载体发生器的燃烧室在纯氧燃烧的高温下，一般耐高温金属直接接触燃烧火焰均会烧蚀燃烧室，而且汽化室内壁也会产生过热等问题，纯氧复合热载体发生器是借鉴普通复合热载体发生器的理念基础上进行的一种全新结构研制和设计，它需要克服现有结构存在的下述问题：

1、后端主气化舱与前端主燃烧室连接，常规连接保证了密封紧固，但不能确保掺混及耐高温要求；

2、前端主燃烧室为组合结构，在纯氧燃烧时高于3000℃的燃烧会短期内烧蚀燃烧室，无法实现连续运行满足设备要求；

3、后端主气化舱在掺混形成复合热载体既要承受运行压力，又要保证超过热载体温度350℃的高温，强度和经久耐用难以保证；

4、主燃烧室前端的供应及点火结构件在满足燃料、纯氧供应及点火同时耐高温烧蚀不足；

5、主燃烧室前端的供应及点火结构件的普通结构在燃烧内形成的高温热流流向会使燃烧室内壁受切割状流体烧蚀，影响主燃烧室使用寿命；

6、纯氧与燃料在进入燃烧前掺混，会使燃料喷嘴及主燃烧室前端的供应及点火结构件的普通结构迅速烧蚀，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能满足纯氧燃烧的耐高温、高压条件下的纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构。

本发明的目的是这样实现的：一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，它包括发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件、强度保持体壳、主燃烧室、隔燃舱、掺混连接体、主气化壳体和气化区阻热层，所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件嵌置于强度保持体壳前端，所述主气化壳体设置于强度保持体壳后方，所述强度保持体壳与主气化壳体之间通过掺混连接体紧固连接，所述强度保持体壳内壁设置有主燃烧室，所述强度保持体壳内壁与主燃烧室外壁之间形成高效导热冷却水热循环利用管系，所述主燃烧室内设置有隔燃舱，所述主气化壳体内设置有气化区阻热层。

所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件中心沿水平方向设置有点火通道，所述点火通道周围设置有氧气通道和天然气通道，所述氧气通道和天然气通道自前至后呈螺旋状贯穿整个发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件，所述氧气通道和天然气通道的出口和入口在同一圆周上。

所述掺混连接体左端面设置有环形槽，所述环形槽与高效导热冷却水热循环利用管系相连接，所述掺混连接体右端面上开设有内锥孔，所述内锥孔内均匀分布有斜孔节流孔。

所述气化区阻热层厚度自前至后线性增加。

所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件与主燃烧室环形密封连接，所述主燃烧室左端可自由伸缩。

所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件与隔燃舱端面自由连接。

所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件与隔燃舱连接处设置有耐温涂层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其燃烧效率更高，输出热载体蒸汽量更大、氮气含量低或无氮气含量，热能利用率更高，并且有效避免了在特殊地质条件下氮气带来的气窜，更适合复合热载体的SAGD技术采油技术工艺。能够确保燃烧温度超过3000℃时、工作压力可满足亚临界压力条件下的运行燃烧可靠性要求。

附图说明

图1为本发明一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构的示意图。

图2为发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件的示意图。

图3为图2的左视图。

图4为掺混连接体的结构示意图。

其中：

发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1

点火通道1.1

氧气通道1.2

天然气通道1.3

耐温涂层1.4

高效导热冷却水热循环利用管系2

强度保持体壳3

主燃烧室4

隔燃舱5

掺混连接体6

环形槽6.1

内锥孔6.2

斜孔节流孔6.3

主气化壳体7

气化区阻热层8。

具体实施方式

参见图1，本发明一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，它包括发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1、强度保持体壳3、主燃烧室4、隔燃舱5、掺混连接体6、主气化壳体7和气化区阻热层8，所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1嵌置于强度保持体壳3前端，所述主气化壳体7设置于强度保持体壳3后方，所述强度保持体壳3与主气化壳体7之间通过掺混连接体6紧固连接形成功能独立但流动畅通的燃烧舱和气化舱，所述强度保持体壳3内壁设置有主燃烧室4，所述强度保持体壳3内壁与主燃烧室4外壁之间形成高效导热冷却水热循环利用管系2，主燃烧室内的高压高温燃烧热量经高效导热冷却水热循环利用管系加热冷却水，再经掺混连接体节流孔喷射注入主气化壳体和气化区阻热层等组合形成的气化区气化形成水蒸气，连同燃烧生成的二氧化碳并携带燃烧热量形成复合热载体满足工艺要求，再可靠控制温度输出，主燃烧内壁与隔燃舱外壁相配合，燃烧火焰在隔燃舱内燃烧，避免高温火焰直接将金属主燃烧室喷流烧蚀；

所述的燃掺混连接体与主气化壳体端面密封连接，中间用金属密封件密封，掺混连接体的小孔斜向主气化区，所述的金属密封件的两密封面为球面，掺混连接体和主气化室壳体的密封面为内锥面；所述的主燃烧室后端与掺混连接体紧固连接，前端与发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件环形密封，端面自由连接可延伸直至发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件右端面，强度保持体壳其前端与发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件右端面紧固密封，密封面采用球形金属密封结构，所述的发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件、强度保持体壳、掺混连接体和主气化室壳体对外形成高强度密封腔，对燃烧室内形成强度支持结构，保证了内部燃烧室不承受高压，压力一般低于13公斤力。这样，纯氧复合热载体发生器紧固连接处均密封可靠。同时强度保持体壳和主燃烧室组合形成的高效导热冷却水热循环利用管系注入冷却水对燃烧室冷却、对连接处的金属密封件进行冷却，冷却吸热升温的水再经掺混连接体节流孔喷人汽化室，在提高了金属密封件的耐高温高压性能和燃烧室寿命的的同时。使热量达到循环利用，提高了热能利用率，所述的主燃烧室内的隔燃舱可以起到阻止高温燃烧流直接冲蚀燃烧室和掺混连接体。

所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1与主燃烧室4环形密封连接，其轴向左端可自由伸缩，消除热变形影响，所述主燃烧室4内设置有隔燃舱5，所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1与隔燃舱5端面自由连接，保证燃烧腔内高温燃烧时热变形不会使隔燃舱5挤碎，隔燃舱5能够保证高温燃烧热流不对主燃烧室4金属体冲蚀，隔燃舱5后端贴紧与主燃烧室4紧固连接的掺混连接体6的端面，所述主气化壳体7内设置有气化区阻热层8，所述主气化壳体7与气化区阻热层8形成气化舱，所述主气化壳体7前端与掺混连接体6紧固连接，所述气化区阻热层8厚度自前至后线性增加，所述掺混连接体6的节流孔喷射的线性水流在气化壳体7与气化区阻热层8形成的气化舱内迅速气化成水蒸气，形成复合热载体并携带燃烧热量。

所述高效导热冷却水热循环利用管系2由强度保持体壳3内壁和主燃烧室4外壁组合形成。冷却水进入管系后形成冷却膜迅速吸收燃烧室外壁热量，冷却燃烧室，再经掺混连接体注入气化舱，在掺混连接体中节流孔形成线性流可迅速雾化和汽化，形成高温复合热载体。

所述主燃烧室4与隔燃舱5组合形成燃烧舱，掺混连接6实现喷水气化、主气化壳体7和气化区阻热层8组合成气化舱。

参见图2、图3，所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1中心沿水平方向设置有点火通道1.1，所述点火通道1.1周围设置有氧气通道1.2和天然气通道1.3，所述氧气通道1.2和天然气通道1.3自前至后呈小角度螺旋状贯穿整个发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1，所述氧气通道1.2和天然气通道1.3的出口和入口在同一圆周上，纯氧和燃料分别在发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件按照小角度螺旋状进入燃烧室，独立供应，经点火器点火燃烧，旋转状燃烧流体在燃烧舱小角度喷流至气化区，所述的点火通道位于温度流量均最低的中心部，能够保证可靠点火的功能时不宜烧蚀，所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1与隔燃舱5连接处设置有耐温涂层1.4。由于纯氧燃烧复合热载体发生器经发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件1参与燃烧的是纯氧，仅原空气流量的五分之一，燃烧器燃烧温度则超过3000℃，为了保证发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件不易出现金属烧蚀，除采用耐高温金属材料外，其涂层结构可以将高温火焰隔离开，而半抛物线型结构可以保证在同等热能的复合热载体流量小到原先的四分之一时发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件可靠耐用。

参见图4，所述掺混连接体6前后两端通过球面密封结构紧固连接强度保持体壳3、主燃烧室4和主气化壳体7，所述掺混连接体6左端面设置有环形槽6.1，所述环形槽6.1与高效导热冷却水热循环利用管系2相连接，所述掺混连接体6右端面上开设有内锥孔6.2，所述内锥孔6.2内均匀分布有斜孔节流孔6.3，高效导热冷却水热循环利用管系2中的水经左端面环形槽进入掺混连接体，再经右端面斜孔节流孔形成喷射流，可以在喷流时达到与燃烧产物撞击起到水爆冷吸热气化作用，掺混水迅速气化形成复合热载体。所述的纯氧复合热载体发生器的掺混连接体中是冷却水对燃烧室进行冷却，吸收热量进入掺混连接体并经掺混连接体节流孔喷射至气化区，燃烧室中高温燃烧的二氧化碳和水蒸气携带燃烧热量衬经燃烧舱直接注入掺混连接体内气化区，两者在气化区迅速掺混，燃烧产物遇线性流水爆冷降温，冷却水吸热气化并在气化室形成复合热载体，根绝燃烧产生的热量，调节冷却水流量，调节输出热载体温度达到120～350℃，满足原油热采注入复合热载体技术工艺的温度要求。

Claims (7)

1.一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：它包括发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）、强度保持体壳（3）、主燃烧室（4）、隔燃舱（5）、掺混连接体（6）、主气化壳体（7）和气化区阻热层（8），所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）嵌置于强度保持体壳（3）前端，所述主气化壳体（7）设置于强度保持体壳（3）后方，所述强度保持体壳（3）与主气化壳体（7）之间通过掺混连接体（6）紧固连接，所述强度保持体壳（3）内壁设置有主燃烧室（4），所述强度保持体壳（3）内壁与主燃烧室（4）外壁之间形成高效导热冷却水热循环利用管系（2），所述主燃烧室（4）内设置有隔燃舱（5），所述主气化壳体（7）内设置有气化区阻热层（8）。

2.根据权利要求1所述的一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）中心沿水平方向设置有点火通道（1.1），所述点火通道（1.1）周围设置有氧气通道（1.2）和天然气通道（1.3），所述氧气通道（1.2）和天然气通道（1.3）自前至后呈螺旋状贯穿整个发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1），所述氧气通道（1.2）和天然气通道（1.3）的出口和入口在同一圆周上。

3.根据权利要求1或2所述的一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：所述掺混连接体（6）左端面设置有环形槽（6.1），所述环形槽（6.1）与高效导热冷却水热循环利用管系（2）相连接，所述掺混连接体（6）右端面上开设有内锥孔（6.2），所述内锥孔（6.2）内均匀分布有斜孔节流孔（6.3）。

4.根据权利要求1或2所述的一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：所述气化区阻热层（8）厚度自前至后线性增加。

5.根据权利要求1或2所述的一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）与主燃烧室（4）环形密封连接，所述主燃烧室（4）左端可自由伸缩。

6.根据权利要求1或2所述的一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）与隔燃舱（5）端面自由连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构，其特征在于：所述发生器燃料和纯氧组合供应及点火结构件（1）与隔燃舱（5）连接处设置有耐温涂层（1.4）。

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