CN105889888A - 纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法，该发生器包括：发生器本体，其包括燃烧室及套设在燃烧室外部的蒸气室；发生器头部结构，其具有头部本体、燃烧喷嘴和点火电极；燃烧喷嘴具有喷嘴本体，喷嘴本体的端部形成有多个隔膜外腔；喷嘴本体内设有燃料通道和纯氧通道，燃料通道通过多个燃料斜孔与多个隔膜外腔相连通，燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；纯氧通道通过多个纯氧斜孔与多个隔膜外腔相连通，纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。本发明能够将纯氧和天然气进行均匀雾化，实现纯氧、天然气高温充分燃烧并最终形成含二氧化碳和蒸气的高温复合热载体。

Description

纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法
技术领域
本发明有关于一种发生器及方法，尤其有关于一种高压燃烧技术领域中的纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法。
背景技术
多元热流体技术热力开采稠油是一种非常高效的新技术，其具有燃烧效率高、零碳注入环保节能的优势，多元热流体技术输出的高温多元热流体具有综合增油机理，可大幅提高单井产能和提高原油采收率。
多元热流体技术用于油砂开采，其核心装备是发生器，目前，对该发生器输出的多元热流体成分要求除去氮气或减少氮气含量，主要通过用含氧量90％以上的纯氧与天然气掺混的方式实现高压充分燃烧的需要。这就要求发生器能够承受较高的燃烧温度和压力，而且也要求发生器能够耐高温、耐氧化。
现有技术中的发生器及其内的喷嘴不能满足上述要求，其纯氧和天然气的掺混效果不好，易导致燃烧不稳定。
因此，有必要提供一种新的发生器及复合热载体产生方法，来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种纯氧复合热载体发生器，其能够将纯氧和天然气进行均匀雾化，实现纯氧、天然气高温充分燃烧并最终形成含二氧化碳和蒸气的高温复合热载体，该纯氧复合热载体发生器的结构合理、安全可靠、使用寿命长。
本发明的另一目的是提供一种复合热载体产生方法，该方法能够将纯氧和天然气进行均匀雾化，实现纯氧、天然气高温充分燃烧并最终形成含二氧化碳和蒸气的高温复合热载体。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种纯氧复合热载体发生器，所述纯氧复合热载体发生器包括：
发生器本体，其包括燃烧室及套设在所述燃烧室外部的蒸气室，所述燃烧室的上端与所述蒸气室相连通，所述蒸气室的上端连接有出口管道；
发生器头部结构，其连接在所述发生器本体的下端，所述发生器头部结构具有头部本体和设置在所述头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均与所述燃烧室相对设置，所述头部本体内设有与所述蒸气室相连通的进水通道；
其中，所述燃烧喷嘴具有喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端具有燃料入口和纯氧入口，其另一端形成有多个隔膜外腔，多个所述隔膜外腔与所述燃烧室相对设置；所述喷嘴本体内设有燃料通道，所述燃料通道的一端与所述燃料入口相连通，其另一端通过多个燃料斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；所述喷嘴本体内还设有纯氧通道，所述纯氧通道的一端与所述纯氧入口相连通，所述纯氧通道的另一端通过多个纯氧斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。
在优选的实施方式中，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通。
在优选的实施方式中，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层中。
在优选的实施方式中，所述头部本体的内端面形成有冷却腔，所述耐高温隔热层位于所述冷却腔的上方，所述进水通道通过所述冷却腔与所述蒸气室相连通。
在优选的实施方式中，所述纯氧通道为环形通道，所述纯氧通道围设在所述燃料通道的外周。
在优选的实施方式中，所述纯氧通道的环腔宽度与所述纯氧斜孔的直径的比值为2.83；所述燃料通道的直径与所述燃料斜孔的直径的比值为2.0。
在优选的实施方式中，多个所述隔膜外腔沿圆周方向设置在所述喷嘴本体的端面，所述隔膜外腔的外轮廓形状为扇形形状，所述扇形的圆心角为60°～90°。
在优选的实施方式中，所述隔膜外腔为设置在所述喷嘴本体端部的球面凹槽，所述球面凹槽的球面半径为50mm～100mm。
在优选的实施方式中，多个所述纯氧斜孔沿圆周方向间隔设置在所述喷嘴本体内，所述纯氧斜孔的轴线与所述喷嘴本体的轴线之间所形成的锐角为15°～45°。
在优选的实施方式中，多个所述燃料斜孔沿圆周方向间隔设置在所述喷嘴本体内，所述燃料斜孔的轴线与所述喷嘴本体的轴线之间所形成的钝角为135°～175°。
本发明还提供一种上述的纯氧复合热载体发生器的复合热载体产生方法，所述复合热载体产生方法包括如下步骤：
a)通过燃烧喷嘴向发生器本体的燃烧室内注入纯氧和天然气，通过发生器头部结构的进水通道向所述发生器本体的蒸气室内注入水；
b)打开点火电极，自所述燃烧喷嘴喷出的所述纯氧和所述天然气在所述燃烧室内充分掺混燃烧，所述蒸气室内的水吸收所述燃烧室的热量后气化为蒸气；
c)所述纯氧和所述天然气充分燃烧生成的二氧化碳、以及所述蒸气室内的蒸气，在所述蒸气室的上端掺混后形成复合热载体，所述复合热载体自连接在所述蒸气室上端的出口管道排出。
在优选的实施方式中，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通，在所述步骤c)中，自多个所述上进水孔喷入所述蒸气室内的水气化为蒸气后，掺混至所述复合热载体中并自所述出口管道排出。
在优选的实施方式中，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层内。
在优选的实施方式中，所述耐高温隔热层的厚度为20mm～30mm。
本发明的纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法的特点及优点是：
一、本发明的纯氧复合热载体发生器能实现纯氧、天然气的充分燃烧，且能生成含二氧化碳和蒸气的复合热载体，该复合热载体注入油层可提高原油单井产能和采收率；该纯氧复合热载体发生器实现了纯氧、天然气的高压密闭燃烧，同时发生器本体内的燃烧室和套设在燃烧室外部的蒸气室的结构有效保证了燃烧的可靠性和稳定性。本发明采用纯氧和天然气高压燃烧，减少了输出的复合热载体的氮气含量，实现多元热流体技术在油砂开采的应用。
二、本发明通过在头部本体的内端面设置耐高温隔热层，当头部本体与发生器本体连接后，该耐高温隔热层恰好封堵在纯氧复合热载体发生器的燃烧室的端部并直接面对燃烧室，有效保护头部本体，避免头部本体直接面对燃烧室，防止高温烧蚀头部本体，延长了头部本体的使用寿命；另外，位于头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极均密封设于耐高温隔热层中，因此，可有效保护燃烧喷嘴和点火电极，防止高温烧蚀，延长了燃烧喷嘴和点火电极的使用寿命。
三、本发明通过头部本体内的冷却腔的设计，可实现对头部本体的冷却处理；同时，还可对直面燃烧室的耐高温隔热层进行冷却处理，防止高温烧蚀及天然气与纯氧高温反应损坏头部本体的情况发生。
四、本发明于发生器头部结构内设置的燃烧喷嘴，通过燃烧喷嘴中径向向内倾斜设置的纯氧斜孔、以及径向向外倾斜设置的燃料斜孔，可保证自喷嘴本体喷出的纯氧和天然气充分掺混雾化，有效保证了天然气喷出后与纯氧的对撞掺混；另外，通过设置在喷嘴本体端面的多个隔膜外腔，可使从燃料斜孔喷出的天然气在隔膜外腔内形成一层燃料隔膜层，该燃料隔膜层可将纯氧、天然气高温燃烧辐射的热量带走，有效隔绝了纯氧与喷嘴本体高温下的直接接触，提高了燃烧喷嘴的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的纯氧复合热载体发生器的结构示意图。
图2为图1的A部放大图。
图3为本发明的纯氧复合热载体发生器的发生器头部结构的结构示意图。
图4为本发明的纯氧复合热载体发生器的燃烧喷嘴的剖视结构示意图。
图5为本发明的纯氧复合热载体发生器的燃烧喷嘴的实施例一的立体图。
图6为本发明的纯氧复合热载体发生器的燃烧喷嘴的实施例二的立体图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施方式一
如图1至图6所示，本发明提供一种纯氧复合热载体发生器4，其包括发生器本体42和发生器头部结构20，其中：发生器本体42包括燃烧室41及套设在所述燃烧室41外部的蒸气室43，所述燃烧室41的上端与所述蒸气室43相连通，所述蒸气室43的上端连接有出口管道431；发生器头部结构20连接在所述发生器本体42的下端，所述发生器头部结构20具有头部本体2和设置在所述头部本体2内的燃烧喷嘴10和点火电极3，所述燃烧喷嘴10和所述点火电极3均与所述燃烧室41相对设置，所述头部本体2内设有与所述蒸气室43相连通的进水通道28；其中，所述燃烧喷嘴10具有喷嘴本体1，所述喷嘴本体1的一端具有燃料入口11和纯氧入口12，其另一端形成有多个隔膜外腔13，多个所述隔膜外腔13与所述燃烧室41相对设置；所述喷嘴本体1内设有燃料通道14，所述燃料通道14的一端与所述燃料入口11相连通，其另一端通过多个燃料斜孔141与多个所述隔膜外腔13相连通，所述燃料斜孔141沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；所述喷嘴本体1内还设有纯氧通道15，所述纯氧通道15的一端与所述纯氧入口12相连通，所述纯氧通道15的另一端通过多个纯氧斜孔151与多个所述隔膜外腔13相连通，所述纯氧斜孔151沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。
具体是，发生器本体42大体呈圆柱体形，其中部为燃烧室41，蒸气室43套设在燃烧室41的外部，从而在蒸气室43与燃烧室41之间形成环形的蒸气环腔432；该燃烧室41的上端开口且与蒸气室43相连通，位于燃烧室41上方的蒸气室43形成蒸气气化腔433。该蒸气室43被划分为两部分，即位于下方的蒸气环腔432和位于上方的蒸气气化腔433，蒸气环腔432和蒸气气化腔433相互连通，二者之间没有明显的界限区分。连接在蒸气室43上端的出口管道431与蒸气气化腔433相连通。
在本发明中，如图2所示，在蒸气室43的上端沿圆周方向设有多个上进水孔434，多个上进水孔434与蒸气室43的蒸气气化腔433相连通。通过该些上进水孔434可向蒸气气化腔433内喷入水流。
在本实施例中，该些上进水孔434两两径向相对设置在蒸气室43的上端外壁上，且多个上进水孔434位于同一水平面上。这样可使自多个上进水孔434喷出的水流集中于蒸气气化腔433的中心对撞，一方面用于形成水雾并冷却发生器本体42，另一方面，通过该些上进水孔434喷入蒸气气化腔433内的水流会吸收发生器本体42的热量而生成高温蒸气，该高温蒸气与蒸气环腔432内的蒸气共同与燃烧室41内的燃料燃烧后生成的气体掺混形成复合热载体。
请配合参阅图3所示，该发生器头部结构20位于纯氧复合热载体发生器4的底部，该发生器头部结构20的头部本体2的外周缘通过多个连接件24与发生器本体42相连，该头部本体2的内端面21与燃烧室41和蒸气室43相对设置。
在本发明中，头部本体2的内端面21设有环凹槽25，该环凹槽25内可设有密封圈251，在头部本体2与发生器本体42连接后，该密封圈251可有效保证头部本体2与发生器本体42之间的密封性能。
该头部本体2内设有喷嘴通道22和点火电极通道23，燃烧喷嘴10位于喷嘴通道22内，点火电极3位于点火电极通道23内。
进一步的，根据本发明的一个实施方式，该头部本体2的内端面21上连接有耐高温隔热层26，该燃烧喷嘴10和点火电极3均密封设于该耐高温隔热层26中。在本发明中，该耐高温隔热层26的材料为钨、钽、铼或锇，综合考虑加工及实用成本，该耐高温隔热层26首选锻造致密纯钨制成。在本发明中，该耐高温隔热层26的厚度为20mm～30mm，其可承受3000℃以上的高温，该耐高温隔热层26可有效保护燃烧喷嘴10和点火电极3，防止高温烧蚀，以延长燃烧喷嘴10和点火电极3的使用寿命。该耐高温隔热层26的面积大小恰好与燃烧室41的端面面积一致，在头部本体2与发生器本体42连接后，该耐高温隔热层26恰好封堵在燃烧室41的端部并直接面对燃烧室41，阻绝了头部本体2与燃烧室41的直接接触，有效保护了头部本体2，防止高温烧蚀，延长了头部本体2的使用寿命。
进一步的，该头部本体2的内端面21形成有冷却腔27，该冷却腔27为设置在头部本体2内端面21的凹槽，该耐高温隔热层26位于冷却腔27的上方，该头部本体2内的进水通道28与冷却腔27相连通。
具体的，在头部本体2内还设有过流通道271，该过流通道271与冷却腔27相连通，当头部本体2密封连接在发生器本体42的下端后，该过流通道271位于头部本体2的内端面21的出口处可连接有一出口管272，该出口管272直接面对蒸气室43与燃烧室41之间形成的蒸气环腔432，从而使得自进水通道28流入的冷却水，经冷却腔27、过流通道271后流入蒸气环腔432内。
本发明通过冷却腔27的设计，可实现对头部本体2的冷却处理；同时，还可对直面燃烧室41的耐高温隔热层26进行冷却处理，防止高温烧蚀及天然气与纯氧高温反应损坏头部本体2的情况发生。
根据本发明的一个实施方式，如图4至图6所示，该纯氧复合热载体发生器4内设置的燃烧喷嘴10，能将纯氧和天然气进行均匀雾化，使匀质雾化的纯氧和天然气在纯氧复合热载体发生器4的燃烧室41中实现高压充分燃烧，该燃烧喷嘴10在降低运行成本的基础上实现了多元热流体技术在油砂开采中的应用。
具体是，该燃烧喷嘴10的喷嘴本体1大体呈圆柱体形，其一端面设有燃料入口11和纯氧入口12，其另一端面设有多个隔膜外腔13。在本实施例中，该隔膜外腔13为设置在喷嘴本体1端部的凹槽，多个隔膜外腔13与燃烧室41相对设置。
燃料通道14设置在喷嘴本体1的中心轴线处，其一端与燃料入口11相连通，其另一端连通有多个燃料斜孔141，该些燃料斜孔141分别与多个隔膜外腔13相连通，在本发明中，燃料斜孔141的数量与隔膜外腔13的数量相同，每个隔膜外腔13对应与一个燃料斜孔141相通。该些燃料斜孔141沿圆周方向等间隔设置在喷嘴本体1内，该燃料斜孔141沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置，也即，以喷嘴本体1的轴线为中心，该燃料斜孔141自喷嘴本体1的轴线以径向向外并朝向隔膜外腔13的方向喷射燃料，从而使燃料呈发散状从喷嘴本体1的端面喷出。在本实施例中，燃料通道14内用于通入天然气气体。
纯氧通道15设置在喷嘴本体1内，在本实施例中，该纯氧通道15为环形通道，该纯氧通道15围设在燃料通道14的外周。在本发明中，喷嘴本体1的一端可设有多个纯氧入口12，在喷嘴本体1内对应每个纯氧入口12可设有一个纯氧进入通道152，该纯氧通道15的一端通过多个纯氧进入通道152与多个纯氧入口12相连通，该些纯氧进入通道152可为沿圆周方向等间隔设置在喷嘴本体1内的独立通孔；该纯氧通道15的另一端连通有多个纯氧斜孔151，该些纯氧斜孔151分别与多个隔膜外腔13相连通，在本发明中，纯氧斜孔151的数量与隔膜外腔13的数量相同，每个隔膜外腔13对应与一个纯氧斜孔151相通。该些纯氧斜孔151沿圆周方向等间隔设置在喷嘴本体1内，该纯氧斜孔151沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置，也即，以喷嘴本体1的轴线为中心，该纯氧斜孔151以径向向内并朝向喷嘴本体1的轴线方向自隔膜外腔13喷射出纯氧，从而使纯氧呈收缩状从喷嘴本体1的端面喷出。在本实施例中，纯氧通道15内用于通入纯氧气体，该纯氧气体为含氧量90％以上的纯氧气体。
本发明通过径向向内倾斜设置的纯氧斜孔151、以及径向向外倾斜设置的燃料斜孔141，可保证自喷嘴本体1喷出的纯氧和天然气充分掺混雾化，有效保证了天然气喷出后与纯氧的对撞掺混；另外，通过设置在喷嘴本体1端面的多个隔膜外腔13，可使从燃料斜孔141喷出的天然气在隔膜外腔13内形成一层燃料隔膜层，在本发明中，该燃料隔膜层的厚度为0.5mm～1.5mm，其可阻绝喷嘴本体1的受火端面直接受火，该燃料隔膜层可将纯氧、天然气高温燃烧辐射的热量带走，有效隔绝了纯氧与喷嘴本体1高温下的直接接触，起到了降低喷嘴本体1的金属端面温度的作用，提高了燃烧喷嘴的使用寿命。
在本发明的一实施方式中，所述纯氧通道15的环腔宽度D与所述纯氧斜孔151的直径R1的比值为2.83，也即，D/R1＝2.83。使通入纯氧通道15内的高压纯氧按照1:8的压缩比自纯氧通道15喷入纯氧斜孔151内，最后喷射形成射流自喷嘴本体1的隔膜外腔13喷出。
进一步的，所述燃料通道14的直径R2与所述燃料斜孔141的直径R3的比值为2.0，也即，R2/R3＝2.0。使通入燃料通道内的高压天然气按照1:4的压缩比自燃料通道14喷入燃料斜孔141内，最后喷射形成射流自喷嘴本体1的隔膜外腔13喷出。
本发明通过对纯氧通道15的环腔宽度D与纯氧斜孔151的直径R1的比值设计、以及对燃料通道14的直径R2与燃料斜孔141的直径R3的比值设计，可使自喷嘴本体1喷出的天然气和纯氧，按照一定配比和速度对撞掺混后，在纯氧复合热载体发生器4的燃烧室41内充分燃烧而生成二氧化碳，燃烧产物中氮气含量少，符合后期生产作业的要求。
在本发明的一个实施方式中，多个所述隔膜外腔13沿圆周方向设置在所述喷嘴本体1的端面，所述隔膜外腔13的外轮廓形状为扇形形状，所述扇形的圆心角θ1为60°～90°。
具体是，该隔膜外腔13为设在喷嘴本体1受火端面的弧形凹槽，如图5所示，在喷嘴本体1的端面设有四个隔膜外腔13，该四个隔膜外腔13沿圆周方向依次连接；如图6所示，该喷嘴本体1的端面设有八个隔膜外腔13，该八个隔膜外腔13沿圆周方向依次连接。当然，在本发明的其他实施例中，喷嘴本体1的受火端面根据实际生产需要可设有五个、六个或其它数量的隔膜外腔13，在此不作限制。
从喷嘴本体1的受火端面看，该隔膜外腔13的外轮廓形状为扇形形状，以使喷入隔膜外腔13内的天然气气流呈扇形形状流动，该扇形的圆心角θ1为60°～90°，圆心角θ1的大小可根据设置在喷嘴本体1受火端面的隔膜外腔13的数量而定。
进一步的，在本发明中，该隔膜外腔13为设置在喷嘴本体1端部的球面凹槽，该球面凹槽的球面半径为50mm～100mm。该球面凹槽的外边缘切线F与喷嘴本体1的受火端面之间所形成的锐角θ2为5°～15°。
本发明通过将隔膜外腔13设计为球面凹槽状，可使天然气自燃料斜孔141喷入隔膜外腔13后，天然气会沿着球凹面形成天然气气膜，该天然气气膜即为燃料隔膜层，且天然气从球面凹槽状的隔膜外腔13内喷出喷嘴本体1的受火端面时是内收的，之后全部天然气与自纯氧斜孔151喷出的纯氧对撞掺混出喷嘴本体1并离开喷嘴本体1的受火端面，为纯氧、天然气在燃烧室41内的充分燃烧提供保障。
在本发明的一个实施方式中，多个纯氧斜孔151沿圆周方向等间隔设置在喷嘴本体1内，该纯氧斜孔151的轴线与喷嘴本体1的轴线之间所形成的锐角θ3为15°～45°。进一步的，多个燃料斜孔141沿圆周方向间隔设置在喷嘴本体1内，该燃料斜孔141的轴线与喷嘴本体1的轴线之间所形成的钝角θ4为135°～175°。
具体是，该纯氧斜孔151的轴线与燃料斜孔141的轴线大体呈垂直的状态设置，且该燃料斜孔141的轴线与喷嘴本体1的受火端面之间形成的锐角θ5为5°～45°，优选的，锐角θ5可为30°。
本发明通过多个燃料斜孔141将高压天然气按照135°～175°射角喷出喷嘴本体1，并在喷嘴本体1的隔膜外腔13形成60°～90°的扇形气流面，保证了天然气对喷嘴本体1受火端面形成燃料隔膜层，之后与自纯氧斜孔151喷出的纯氧气流对撞掺混雾化，利用扇形气流将纯氧和天然气高温燃烧辐射的热量带走，隔绝了纯氧与喷嘴本体1高温下的直接接触，提高了燃烧喷嘴10的使用寿命。
在本发明的一个实施方式中，该纯氧斜孔151的直径R1为1.25mm～4.35mm；该燃料斜孔141的直径R3为0.25mm～1.35mm。
该纯氧复合热载体发生器的具体工作过程如下：首先，通过设置在发生器头部结构20内的燃烧喷嘴10向发生器本体42的燃烧室41内喷入纯氧和天然气，并通过发生器头部结构20的进水通道28向发生器本体42的蒸气室43的蒸气环腔432内注入高压水；然后，打开点火电极3，自燃烧喷嘴10喷出的纯氧和天然气在燃烧室41内充分掺混燃烧，注入蒸气环腔432内的水首先通过头部本体2的冷却腔27冷却头部本体2及其内的耐高温隔热层26、燃烧喷嘴10和点火电极3，而后高速喷入蒸气室43的蒸气环腔432，蒸气环腔432内的水可吸收燃烧室41内因燃烧产生的热量，一方面用于冷却燃烧室41，另一方面，蒸气环腔432内的水吸收热量后会生成过热蒸气，该些过热蒸气会流入蒸气室43顶部的蒸气气化腔433内，同时纯氧和天然气在燃烧室41内充分燃烧后生成二氧化碳也会排入蒸气室43顶部的蒸气气化腔433内；之后，通过多个上进水孔434向蒸气气化腔433内喷水，该些自多个上进水孔434喷入蒸气气化腔433内的水会吸收燃烧室41上方的热量瞬间气化成蒸气，该蒸气与燃烧室41内排出的二氧化碳及蒸气环腔432内排出的蒸气三者互相掺混，最终形成高温复合热载体，该复合热载体自连接在蒸气室43上端的出口管道431排出。
本发明的纯氧复合热载体发生器，特别适用于纯氧、天然气直喷雾化、均质掺混实现高温高压充分燃烧，属于高压燃烧的技术领域。该复合热载体发生器4的燃烧喷嘴10能均质掺混纯氧、天然气，实现二者的高温高压充分燃烧，同时高速流动的冷却水由头部本体2的进水通道28进入冷却腔27，之后进入蒸气室43的蒸气环腔432，该冷却水不但能冷却头部本体2，提升发生器头部结构20的使用寿命，而且还能吸收燃烧室41的热量，并气化为复合热载体所需的蒸气。本发明实现了高压密闭燃烧，同时燃烧室41及套设在燃烧室41外的蒸气室43的结构保证了燃烧的可靠性和稳定性。
实施方式二
如图1至图6所示，本发明还提供一种纯氧复合热载体发生器的复合热载体产生方法，所述复合热载体产生方法为实施方式一的纯氧复合热载体发生器的复合热载体产生方法，所述的纯氧复合热载体发生器的结构、工作原理和有益效果与实施方式一相同，在此不再赘述。所述复合热载体产生方法包括如下步骤：
a)通过燃烧喷嘴10向发生器本体42的燃烧室41内注入纯氧和天然气，通过发生器头部结构20的进水通道28向所述发生器本体42的蒸气室43内注入水；
b)打开点火电极3，自所述燃烧喷嘴10喷出的所述纯氧和所述天然气在所述燃烧室41内充分掺混燃烧，所述蒸气室43内的水吸收所述燃烧室41的热量后气化为蒸气；
c)所述纯氧和所述天然气充分燃烧生成的二氧化碳、以及所述蒸气室43内的蒸气，在所述蒸气室43的上端掺混后形成复合热载体，所述复合热载体自连接在所述蒸气室43上端的出口管道431排出。
具体是，在步骤a)中，注入燃烧喷嘴10内的纯氧为含氧量90％以上的纯氧气体。
在步骤b)中，打开点火电极3后，自燃烧喷嘴10喷出的纯氧和天然气在燃烧室41内充分掺混燃烧，注入蒸气环腔432内的水首先通过头部本体2的冷却腔27冷却头部本体2及其内的耐高温隔热层26、燃烧喷嘴10和点火电极3，而后高速喷入蒸气室43的蒸气环腔432，蒸气环腔432内的水可吸收燃烧室41内因燃烧产生的热量，一方面用于冷却燃烧室41，另一方面，蒸气环腔432内的水吸收热量后会生成过热蒸气，该些过热蒸气会流入蒸气室43顶部的蒸气气化腔433内，同时纯氧和天然气在燃烧室41内充分燃烧后生成二氧化碳也会排入蒸气室43顶部的蒸气气化腔433内。
在步骤c)中，燃烧室41内生成的二氧化碳、以及蒸气室43的蒸气环腔432内生成的蒸气，在蒸气室43上端的蒸气气化腔433内掺混。
进一步的，在本实施例中，在蒸气室43的上端沿圆周方向设有多个上进水孔434，多个上进水孔434与蒸气室43相连通，在步骤c)中，自多个上进水孔434喷入蒸气室43内的水气化为蒸气后，与燃烧室41内生成的二氧化碳、以及蒸气环腔432内生成的蒸气三者相互掺混后自出口管道431排出。
具体是，通过多个上进水孔434向蒸气气化腔433内喷水，该些自多个上进水孔434喷入蒸气气化腔433内的水会吸收燃烧室41上方的热量瞬间气化成蒸气，该蒸气与燃烧室41内排出的二氧化碳及蒸气环腔432内排出的蒸气三者互相掺混，最终形成高温复合热载体，该复合热载体自连接在蒸气室43上端的出口管道431排出。
该复合热载体产生方法是通过位于发生器本体42下方的进水通道28将冷却水喷入蒸气环腔432内，上进水孔434将液态水喷射对撞进入蒸气气化腔433内，而纯氧和天然气在燃烧室41内燃烧，在燃烧的过程中，对蒸气环腔432内的水加热成蒸气，燃烧烟气在蒸气气化腔433内与上进水孔434的水掺混气化成蒸气，本发明可通过上进水孔434的水流量的多少来控制输出复合热载体温度，通过上进水孔434喷入蒸气气化腔433后形成的蒸气与燃烧室41燃烧后生成的二氧化碳、以及蒸气环腔432内的液体水由于吸热而产生的蒸气三者相互掺混后一同通过出口管道431输出该发生器本体42。
在本发明的一实施例中，该头部本体2的内端面21上连接有耐高温隔热层26，该燃烧喷嘴10和点火电极3均密封设于该耐高温隔热层26中。在本发明中，该耐高温隔热层26的材料为钨、钽、铼或锇，综合考虑加工及实用成本，该耐高温隔热层26首选锻造致密纯钨制成。在本发明中，该耐高温隔热层26的厚度为20mm～30mm，其可承受3000℃以上的高温，该耐高温隔热层26可有效保护燃烧喷嘴10和点火电极3，防止高温烧蚀，以延长燃烧喷嘴10和点火电极3的使用寿命。该耐高温隔热层26的面积大小恰好与燃烧室41的端面面积一致，在头部本体2与发生器本体42连接后，该耐高温隔热层26恰好封堵在燃烧室41的端部并直接面对燃烧室41，阻绝了头部本体2与燃烧室41的直接接触，有效保护了头部本体2，延长了头部本体2的使用寿命。
本发明的复合热载体产生方法，能实现纯氧、天然气的充分燃烧，且能生成含二氧化碳和蒸气的复合热载体，该复合热载体注入油层可提高原油单井产能和采收率。本发明采用纯氧、天然气高压燃烧，减少了输出的复合热载体的氮气含量，实现多元热流体技术在油砂开采的应用。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧复合热载体发生器包括：
发生器本体，其包括燃烧室及套设在所述燃烧室外部的蒸气室，所述燃烧室的上端与所述蒸气室相连通，所述蒸气室的上端连接有出口管道；
发生器头部结构，其连接在所述发生器本体的下端，所述发生器头部结构具有头部本体和设置在所述头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均与所述燃烧室相对设置，所述头部本体内设有与所述蒸气室相连通的进水通道；
其中，所述燃烧喷嘴具有喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端具有燃料入口和纯氧入口，其另一端形成有多个隔膜外腔，多个所述隔膜外腔与所述燃烧室相对设置；所述喷嘴本体内设有燃料通道，所述燃料通道的一端与所述燃料入口相连通，其另一端通过多个燃料斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；所述喷嘴本体内还设有纯氧通道，所述纯氧通道的一端与所述纯氧入口相连通，所述纯氧通道的另一端通过多个纯氧斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。
2.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通。
3.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层中。
4.如权利要求3所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述头部本体的内端面形成有冷却腔，所述耐高温隔热层位于所述冷却腔的上方，所述进水通道通过所述冷却腔与所述蒸气室相连通。
5.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧通道为环形通道，所述纯氧通道围设在所述燃料通道的外周。
6.如权利要求5所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧通道的环腔宽度与所述纯氧斜孔的直径的比值为2.83；所述燃料通道的直径与所述燃料斜孔的直径的比值为2.0。
7.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，多个所述隔膜外腔沿圆周方向设置在所述喷嘴本体的端面，所述隔膜外腔的外轮廓形状为扇形形状，所述扇形的圆心角为60°～90°。
8.如权利要求1或7所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述隔膜外腔为设置在所述喷嘴本体端部的球面凹槽，所述球面凹槽的球面半径为50mm～100mm。
9.如权利要求5所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，多个所述纯氧斜孔沿圆周方向间隔设置在所述喷嘴本体内，所述纯氧斜孔的轴线与所述喷嘴本体的轴线之间所形成的锐角为15°～45°。
10.如权利要求5所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，多个所述燃料斜孔沿圆周方向间隔设置在所述喷嘴本体内，所述燃料斜孔的轴线与所述喷嘴本体的轴线之间所形成的钝角为135°～175°。
11.一种如权利要求1～10中任一项所述的纯氧复合热载体发生器的复合热载体产生方法，其特征在于，所述复合热载体产生方法包括如下步骤：
a)通过燃烧喷嘴向发生器本体的燃烧室内注入纯氧和天然气，通过发生器头部结构的进水通道向所述发生器本体的蒸气室内注入水；
b)打开点火电极，自所述燃烧喷嘴喷出的所述纯氧和所述天然气在所述燃烧室内充分掺混燃烧，所述蒸气室内的水吸收所述燃烧室的热量后气化为蒸气；
c)所述纯氧和所述天然气充分燃烧生成的二氧化碳、以及所述蒸气室内的蒸气，在所述蒸气室的上端掺混后形成复合热载体，所述复合热载体自连接在所述蒸气室上端的出口管道排出。
12.如权利要求11所述的复合热载体产生方法，其特征在于，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通，在所述步骤c)中，自多个所述上进水孔喷入所述蒸气室内的水气化为蒸气后，掺混至所述复合热载体中并自所述出口管道排出。
13.如权利要求11所述的复合热载体产生方法，其特征在于，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层内。
14.如权利要求13所述的复合热载体产生方法，其特征在于，所述耐高温隔热层的厚度为20mm～30mm。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107461179A (zh) * 2017-09-22 2017-12-12 武汉三江航天远方科技有限公司 适用高粘油的复合热载体发生装置
CN110818549A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 冯桂侠 一种制备麝香酮的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101070957A (zh) * 2007-06-21 2007-11-14 金盛珠 强性预混合燃气燃烧器
CN103175223A (zh) * 2013-03-19 2013-06-26 哈尔滨工程大学 一种气路轴向分级式双燃料喷嘴
CN103452537A (zh) * 2013-09-18 2013-12-18 江苏大江石油科技有限公司 纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构
WO2014079179A1 (zh) * 2012-11-20 2014-05-30 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种切割超大厚度2000～3500㎜低碳和低合金钢锭的割炬和该割炬的切割工艺
CN103939945A (zh) * 2014-03-05 2014-07-23 哈尔滨工程大学 一种用于化学回热循环的可旋转双燃料喷嘴
CN204922986U (zh) * 2015-07-27 2015-12-30 河北中北环保科技有限公司 一种旋转氧气分配器
CN205690375U (zh) * 2016-06-01 2016-11-16 天津中油锐思技术开发有限责任公司 纯氧复合热载体发生器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101070957A (zh) * 2007-06-21 2007-11-14 金盛珠 强性预混合燃气燃烧器
WO2014079179A1 (zh) * 2012-11-20 2014-05-30 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种切割超大厚度2000～3500㎜低碳和低合金钢锭的割炬和该割炬的切割工艺
CN103175223A (zh) * 2013-03-19 2013-06-26 哈尔滨工程大学 一种气路轴向分级式双燃料喷嘴
CN103452537A (zh) * 2013-09-18 2013-12-18 江苏大江石油科技有限公司 纯氧复合热载体发生器高温高压燃烧结构
CN103939945A (zh) * 2014-03-05 2014-07-23 哈尔滨工程大学 一种用于化学回热循环的可旋转双燃料喷嘴
CN204922986U (zh) * 2015-07-27 2015-12-30 河北中北环保科技有限公司 一种旋转氧气分配器
CN205690375U (zh) * 2016-06-01 2016-11-16 天津中油锐思技术开发有限责任公司 纯氧复合热载体发生器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107461179A (zh) * 2017-09-22 2017-12-12 武汉三江航天远方科技有限公司 适用高粘油的复合热载体发生装置
CN110818549A (zh) * 2019-11-13 2020-02-21 冯桂侠 一种制备麝香酮的方法
CN110818549B (zh) * 2019-11-13 2022-09-20 福建时珍堂农林发展有限公司 一种制备麝香酮的方法

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