CN2769700Y

CN2769700Y - 多功能高压高效燃烧器

Info

Publication number: CN2769700Y
Application number: CN 200420054883
Authority: CN
Inventors: 杨文俊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2014-12-29

Abstract

一种多功能高压高效燃烧器，由壳体以及内衬构成一个前段的燃烧室、一个中段的热交换室和一个后段的膨胀室，燃烧室头部设有燃油和空气喷射装置，以及火花塞结构，膨胀室尾部为排气口；燃烧室壁间设有冷却水通道，热交换室内壁上设有一组注水孔，该注水孔与燃烧室壁间的冷却水通道出口连通，其特征在于：在燃油和空气喷射装置中，喷油枪独立设在燃烧室头部中央的轴线方向上，喷油枪头部设有机械雾化器，空气喷射孔环绕轴线呈锥形分布，其射流方向与燃油喷射方向在前方汇聚，以此形成油气分离式喷射二次雾化结构。本方案涉及油田开采中使用的一种高压高温燃气、蒸汽混合燃烧发生器。在油田稠油开采中，可直接注入油层进行石油热力开采；对于石油开采设备、器材和工具，可作为去除顽垢和油脂的清洗器使用。

Description

多功能高压高效燃烧器

技术领域

本实用新型涉及油田开采中使用的一种高压高温燃气、蒸汽混合燃烧发生器。该燃烧发生器利用燃油(柴油、原油)产生高压、高温的燃气、蒸汽混合气，在油田稠油开采中，可直接注入油层用于石油热力开采；对于石油开采设备、器材和工具，可作为去除顽垢和油脂的清洗器使用。

背景技术

在石油开采领域中，开采稠油一般采用热力开采技术，即将高压、高温燃气、蒸汽混合气注入井下油层，通过加温加压降低稠油粘度，提高采油驱动力，从而实现高效率开采稠油。

原始热力开采大多是将地面锅炉所产生的高压高温蒸汽注入井下油层，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，难以适应油井分散作业的要求。为了克服上述不足，中国专利于2004年11月10日公告了一件名称为《石油热采混合气注气装置》，专利号为03278103.2的实用新型专利。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，但是这种装置在结构设计方面也存在以下不足：1、由于燃油与空气在喷油枪中单靠空气的撞冲进行混合，然后通过喷油嘴喷入燃烧室，雾化效果差，无法使燃油中的液碳与空气中的氧完全混合，燃烧效果低于60％；2、因燃油与空气在喷油枪中混合后喷入燃烧室，在背压高的时候，由于压力作用，使燃烧室前端组合头端面很容易被烧毁，导致使用寿命下降；3、由于燃烧室温度高，而火花塞又缺少安全保护措施，因此火花塞头部很容易被烧坏。

发明内容

本实用新型的目的从改进结构的角度，设计了一种结构合理、安全可靠、使用寿命长，而且更加先进的高效、节能型多功能高压高效燃烧器，以克服上述不足。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种多功能高压高效燃烧器，由壳体以及内衬构成一个前段的燃烧室、一个中段的热交换室和一个后段的膨胀室，燃烧室头部设有燃油和空气喷射装置，以及火花塞结构，燃烧室尾部通过缩孔与热交换室头部相通，热交换室尾部通过孔与膨胀室头部相通，膨胀室尾部为排气口；燃烧室壁间设有冷却水通道，热交换室内壁上设有一组注水孔，该注水孔与燃烧室壁间的冷却水通道出口连通，在燃油和空气喷射装置中，喷油枪独立设在燃烧室头部中央的轴线方向上，喷油枪头部设有机械雾化器，空气喷射孔环绕轴线呈锥形分布，其射流方向与燃油喷射方向在前方汇聚，以此形成油气分离式喷射二次雾化结构。

上述技术方案的有关内容解释如下：

1、上述方案中，为了延长火花塞的使用寿命，可以在火花塞与火花塞安装孔之间设置环形间隙，环形间隙朝燃烧室开放，空气喷射通道设有分路与该环形间隙连通，以此形成火花塞风冷保护结构。这样在工作时火花塞头部形成一圈气幕，对火花塞进行保护。

2、上述方案中，为了对燃烧室头部的迎火盘进行冷却，可以在迎火面壁内设有水冷腔，该水冷腔的进口与冷却水供给端连接，出口与燃烧室壁间的冷却水通道进口连接。这样可以使迎火盘的冷却水与燃烧室壁间的冷却水组成串联结构。

3、上述方案中，为了防止上述热交换室内壁注水孔的堵塞，可以热交换室内壁上再设置一组辅助注水孔，该辅助注水孔经控制阀门与燃烧室壁间的冷却水通道出口连接。正常时，注水孔工作，控制阀关闭，一旦注水孔发生堵塞，打开控制阀，冷却水从辅助注水孔注入热交换室。

4、上述方案中，为了提高保温效果，燃烧室设有锆英砂耐火材料内衬，内衬外设水套，水套上设有螺旋型水槽，该螺旋型水槽与外壳形成燃烧室壁间的冷却水通道。

5、上述方案中，为了消除噪音，提高膨胀效果，热交换室与膨胀室之间设有带罩体的消音器，消音器上设有若干加旋孔，加旋孔沿罩体外侧切向倾斜布置。这样既能起到消音作用，又能通过加旋孔将燃气与蒸汽进一步混合并膨胀。

本实用新型工作原理是：高压燃油由喷油枪喷入，在喷油枪头部机械雾化器的作用下，使燃油由液状转变成高压、高速旋转的雾状进入燃烧室。在燃烧室内，一次雾化的燃油与注入的高压空气撞击实现二次雾化，经火花塞点火后，使注入燃油与注入空气混合成的可燃气在燃烧室内进行高压、高速燃烧，并以音速从缩孔喷入热交换室。在热交换室内，经燃烧室头部水冷腔和燃烧室壁间冷却水通道的冷却水通过注水孔注入后，与缩孔喷出的高温载体热交换，完成燃烧、吸热、热交换的全部过程，然后再经膨胀室膨胀后产生高温高压复合载体和过热水，由排气口排出。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、由于本实用新型高压燃油注入喷油枪后经机械雾化器进行一次雾化后，与注入的高压空气撞击实现二次雾化，使燃油中的液碳与空气中的氧气完全混合，油气比例达到1∶11的最高值，燃烧后的高温载体中过剩氧小于0.2％，因此最大限度的应用了配置气源的有效率。

2、由于本实用新型将燃油与空气采用分离式注入方式，而且汇聚点位于迎火面前方，因此在背压高的时候，燃烧中心不会紧靠燃烧室头部的迎火面，从而克服了现有技术容易被烧熔的缺陷，使喷油枪和火花塞的使用寿命延长。

3、由于本实用新型利用空气喷射在火花塞周围设计了一种风冷保护结构，该结构工作时在火花塞头部形成一圈气幕，对火花塞进行保护，因此延长了火花塞的使用寿命。

4、由于本实用新型在燃烧室头部的迎火面壁内设置了水冷腔，通过冷却水可以对燃烧室头部的迎火盘进行有效冷却，而冷却水又经燃烧室壁间的冷却水通道送入热交换室进行再利用。这样一方面发挥了水流的冷却作用，另一方面其冷却时吸收的热量充分得到利用。

5、由于本实用新型燃烧室内衬采用导热系数小、保温效果好的锆英砂耐火材料厚壁，这样既耐高温、耐高速气流冲刷，又给可燃气体提供了良好的燃烧环境，使注入的燃油达到最高的发热值，燃烧产生的载体达到最高的温度。

6、本实用新型燃烧室与热交换室之间的变径缩孔，一方面将燃烧室与热交换室分成两个独立的空间，杜绝了热交换室交换后的气流回流到燃烧室，保证了燃烧室的燃烧环境；另一方面使燃烧室内混合后的可燃气体产生回流，为火花塞点火提供了必要条件。

7、本实用新型为了防止上述热交换室内壁注水孔的堵塞，还专门设置了一组辅助注水孔，正常时，注水孔工作，控制阀关闭，一旦注水孔发生堵塞，打开控制阀，冷却水从辅助注水孔注入热交换室。这样使本装置的可靠性大大提高。

8、本实用新型不仅在油田稠油开采中，可直接作为石油热力开采设备，对于石油开采设备、器材和工具，还可作为去除顽垢和油脂的清洗器使用。特别是当石油开采设备、器材和工具，在作业时沾上的顽油脂，该燃烧器产生的过热蒸汽、过热水和二氧化碳等介质，对此类顽垢的清洗具有显著的效果。

附图说明

附图1为本实用新型燃烧室头部结构剖视图；

附图2为本实用新型多功能高压高效燃烧器实施例结构剖视图；

以上附图中：1、排气口；2、膨胀室；3、加旋孔；4、辅助注水孔；5、热交换室；6、注水孔；7、缩孔；8、燃烧室；9、空气喷射孔；10、火花塞；11、喷油枪；12、出水管；13、进油口；14、雾化器；15、顶盖；16、迎火盘；17、进水管；18、上壳体；19、水套；20、内衬；21、水冷腔；22、进水管；23、内圈；24、下壳体；25、消音器；26、进水管。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见图1和图2所示，一种多功能高压高效燃烧器，由顶盖15、上壳体18、下壳体24组成的一个筒体，筒体下端为排气口1。

上壳体18内孔中设有内衬20与水套19双层隔热结构，内衬20采用锆英砂耐高温材料构成，具有很好的隔热效果。下壳体24内孔中设有内圈23与消音器25，由此将装置内腔分隔为前段的燃烧室8、中段的热交换室5和后段的膨胀室2。燃烧室8尾部通过缩孔7与热交换室5头部相通。

顶盖15上装有进气管(图中未画出)、喷油枪11和火花塞10。进气管与空气喷射孔9连通，喷油枪11独立设在燃烧室8头部中央的轴线方向上，喷油枪11头部设有机械雾化器14，空气喷射孔9环绕轴线呈锥形分布，其射流方向与燃油喷射方向在前方汇聚，以此形成油气分离式喷射二次雾化结构。火花塞10通过安装孔与燃烧室8相通，火花塞10与火花塞安装孔之间设置环形间隙，环形间隙朝燃烧室8开放，空气喷射通道设有分路与该环形间隙连通，以此形成火花塞风冷保护结构。工作时在火花塞10头部形成一圈气幕，对火花塞进行保护。为了提高保温隔热效果，顶盖15与燃烧室8结合部设有耐高温的迎火盘16。为了对燃烧室8头部的迎火盘16进行冷却，在迎火面壁内设有水冷腔21，该水冷腔21的进口与冷却水供给端连接，出口与燃烧室8壁间的冷却水通道的进水管22连接。

水套19上设有螺旋型水槽，该螺旋型水槽与上壳体18的内缘拼合形成燃烧室8的壁间冷却水通道。螺旋型水槽出口与注水孔6连接，注水孔6设置在内圈23上并与热交换室5相通。为了防止上述热交换室5内圈23上的注水孔6堵塞，还在内圈23上设置了一组辅助注水孔4，该辅助注水孔4通过进水管26，经控制阀门(未画出)与出水管12连接。正常时，注水孔6工作，控制阀关闭，一旦注水孔6发生堵塞，打开控制阀，冷却水从辅助注水孔4注入热交换室5。

热交换室5与膨胀室2之间设有带罩体的消音器25，消音器25上设有若干加旋孔3，加旋孔3沿罩体外侧切向倾斜布置。

本实施例工作时，高压燃油与高压空气分别从喷油枪11和空气喷射孔9注入，其中，高压燃油经机械雾化器14进行一次雾化后，然后与注入的高压空气撞击实现二次雾化。在火花塞10点火后燃油在空气中燃烧并形成高温、高压的烟气，经缩孔7进入热交换室5，与由水套19下部的注水孔6注入的水相遇，水吸热汽化变为蒸汽，同时使烟气降温，两者在热交换室5混合变为烟气、蒸汽混合气，再经消音器25加旋孔3进入膨胀室2进一步混合并膨胀，经膨胀室2内逐步加速，最后经后端排气口1排出。

冷却水通过顶盖15上的进水管(未画出)进入水冷腔21，然后通过进水管22进入上壳体18与水套19间形成的螺旋型水槽，对燃烧室8产生的高温进行冷却，最后通过水套19下部的注水孔6进入热交换室5变为蒸汽。

Claims

1、一种多功能高压高效燃烧器，由壳体以及内衬构成一个前段的燃烧室、一个中段的热交换室和一个后段的膨胀室，燃烧室头部设有燃油和空气喷射装置，以及火花塞结构，燃烧室尾部通过缩孔与热交换室头部相通，热交换室尾部通过孔与膨胀室头部相通，膨胀室尾部为排气口；燃烧室壁间设有冷却水通道，热交换室内壁上设有一组注水孔，该注水孔与燃烧室壁间的冷却水通道出口连通，其特征在于：在燃油和空气喷射装置中，喷油枪独立设在燃烧室头部中央的轴线方向上，喷油枪头部设有机械雾化器，空气喷射孔环绕轴线呈锥形分布，其射流方向与燃油喷射方向在前方汇聚，以此形成油气分离式喷射二次雾化结构。

2、根据权利要求1所述的多功能高压高效燃烧器，其特征在于：所述火花塞与火花塞安装孔之间设置环形间隙，环形间隙朝燃烧室开放，空气喷射通道设有分路与该环形间隙连通，以此形成火花塞风冷保护结构。

3、根据权利要求1所述的多功能高压高效燃烧器，其特征在于：所述燃烧室头部迎火面壁内设有水冷腔，该水冷腔的进口与冷却水供给端连接，出口与燃烧室壁间的冷却水通道进口连接。

4、根据权利要求1所述的多功能高压高效燃烧器，其特征在于：所述热交换室内壁上还设有一组辅助注水孔，该辅助注水孔经控制阀门与燃烧室壁间的冷却水通道出口连接。

5、根据权利要求1所述的多功能高压高效燃烧器，其特征在于：所述燃烧室设有锆英砂耐火材料内衬，内衬外设水套，水套上设有螺旋型水槽，该螺旋型水槽与外壳形成燃烧室壁间的冷却水通道。

6、根据权利要求1所述的多功能高压高效燃烧器，其特征在于：所述热交换室与膨胀室之间设有带罩体的消音器，消音器上设有若干加旋孔，加旋孔沿罩体外侧切向倾斜布置。