純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器的高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),它包括發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(1)、強(qiáng)度保持體殼(3)、主燃燒室(4)、隔燃艙(5)、摻混連接體(6)、主氣化殼體(7)和氣化區(qū)阻熱層(8),所述主氣化殼體(7)設(shè)置于強(qiáng)度保持體殼(3)后方,所述強(qiáng)度保持體殼(3)與主氣化殼體(7)之間通過摻混連接體(6)緊固連接,所述強(qiáng)度保持體殼(3)內(nèi)壁設(shè)置有主燃燒室(4),所述主燃燒室(4)內(nèi)設(shè)置有隔燃艙(5),所述主氣化殼體(7)內(nèi)設(shè)置有氣化區(qū)阻熱層(8)。本發(fā)明一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),它能夠確保燃燒溫度超過3000℃時(shí)、工作壓力可滿足亞臨界壓力條件下的運(yùn)行燃燒可靠性要求。
【專利說明】純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器,特別是涉及一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器的高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu)。屬采油設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]向油層分別注入二氧化碳、氮?dú)夂退魵庖呀?jīng)在油田開展了原油增產(chǎn)和提高采收率的技術(shù),并都已有一定的采油效果和經(jīng)濟(jì)效益,而高壓空氣與高壓燃料燃燒生成的復(fù)合熱載體注入油層提高原油采收率和單井產(chǎn)能效果更加顯著。
[0003]純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器是用富氧機(jī)產(chǎn)生氧氣,將純氧增壓與高壓天然氣密閉燃燒,生成含高溫二氧化碳及水蒸氣的復(fù)合熱載體,攜帶燃燒熱量,與普通復(fù)合熱載體發(fā)生器相比熱載體中不含氮?dú)?,且該工藝技術(shù)復(fù)合熱載體發(fā)生器的熱效率更高達(dá)97%以上。
[0004]由于純氧型復(fù)合熱載體中沒有氮?dú)獬煞?,相同注熱溫度條件下,燃料質(zhì)量相同與空氣型相比有5.8倍二氧化碳含熱量將由更多的水蒸氣帶入油層,因此不僅稠油熱采效果顯著,同時(shí)避免了氮?dú)夂扛邥r(shí)影響復(fù)合熱載體替代蒸汽SAGD技術(shù),并且在除去或調(diào)低熱載體中氮?dú)馇闆r下,原油熱采工藝更加豐富,與普通復(fù)合熱載體原油熱采共同開發(fā)原油意義更加重大。
[0005]但是由于純氧型復(fù)合熱載體燃燒溫度將超過2000°C甚至達(dá)到3000°C以上,這就對(duì)設(shè)備的點(diǎn)火、燃燒室密封性、工作壽命、可靠性、可維修性等都是個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。以往結(jié)構(gòu)復(fù)合熱載體發(fā)生器的燃燒室在純氧燃燒的高溫下,一般耐高溫金屬直接接觸燃燒火焰均會(huì)燒蝕燃燒室,而且汽化室內(nèi)壁也會(huì)產(chǎn)生過熱等問題,純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器是借鑒普通復(fù)合熱載體發(fā)生器的理念基礎(chǔ)上進(jìn)行的一種全新結(jié)構(gòu)研制和設(shè)計(jì),它需要克服現(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的下述問題:
1、后端主氣化艙與前端主燃燒室連接,常規(guī)連接保證了密封緊固,但不能確保摻混及耐高溫要求;
2、前端主燃燒室為組合結(jié)構(gòu),在純氧燃燒時(shí)高于3000°C的燃燒會(huì)短期內(nèi)燒蝕燃燒室,無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行滿足設(shè)備要求;
3、后端主氣化艙在摻混形成復(fù)合熱載體既要承受運(yùn)行壓力,又要保證超過熱載體溫度350°C的高溫,強(qiáng)度和經(jīng)久耐用難以保證;
4、主燃燒室前端的供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件在滿足燃料、純氧供應(yīng)及點(diǎn)火同時(shí)耐高溫?zé)g不
足;
5、主燃燒室前端的供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件的普通結(jié)構(gòu)在燃燒內(nèi)形成的高溫?zé)崃髁飨驎?huì)使燃燒室內(nèi)壁受切割狀流體燒蝕,影響主燃燒室使用壽命;
6、純氧與燃料在進(jìn)入燃燒前摻混,會(huì)使燃料噴嘴及主燃燒室前端的供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件的普通結(jié)構(gòu)迅速燒蝕,影響使用壽命。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述不足,提供一種能滿足純氧燃燒的耐高溫、高壓條件下的純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),它包括發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件、強(qiáng)度保持體殼、主燃燒室、隔燃艙、摻混連接體、主氣化殼體和氣化區(qū)阻熱層,所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件嵌置于強(qiáng)度保持體殼前端,所述主氣化殼體設(shè)置于強(qiáng)度保持體殼后方,所述強(qiáng)度保持體殼與主氣化殼體之間通過摻混連接體緊固連接,所述強(qiáng)度保持體殼內(nèi)壁設(shè)置有主燃燒室,所述強(qiáng)度保持體殼內(nèi)壁與主燃燒室外壁之間形成高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系,所述主燃燒室內(nèi)設(shè)置有隔燃艙,所述主氣化殼體內(nèi)設(shè)置有氣化區(qū)阻熱層。
[0008]所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件中心沿水平方向設(shè)置有點(diǎn)火通道,所述點(diǎn)火通道周圍設(shè)置有氧氣通道和天然氣通道,所述氧氣通道和天然氣通道自前至后呈螺旋狀貫穿整個(gè)發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件,所述氧氣通道和天然氣通道的出口和入口在同一圓周上。
[0009]所述摻混連接體左端面設(shè)置有環(huán)形槽,所述環(huán)形槽與高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系相連接,所述摻混連接體右端面上開設(shè)有內(nèi)錐孔,所述內(nèi)錐孔內(nèi)均勻分布有斜孔節(jié)流孔。
[0010]所述氣化區(qū)阻熱層厚度自前至后線性增加。
[0011]所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件與主燃燒室環(huán)形密封連接,所述主燃燒室左端可自由伸縮。
[0012]所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件與隔燃艙端面自由連接。
[0013]所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件與隔燃艙連接處設(shè)置有耐溫涂層。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其燃燒效率更高,輸出熱載體蒸汽量更大、氮?dú)夂康突驘o氮?dú)夂?,熱能利用率更高,并且有效避免了在特殊地質(zhì)條件下氮?dú)鈳淼臍飧Z,更適合復(fù)合熱載體的SAGD技術(shù)采油技術(shù)工藝。能夠確保燃燒溫度超過3000°C時(shí)、工作壓力可滿足亞臨界壓力條件下的運(yùn)行燃燒可靠性要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0016]圖2為發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件的示意圖。
[0017]圖3為圖2的左視圖。
[0018]圖4為摻混連接體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中:
發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I 點(diǎn)火通道1.1 氧氣通道1.2 天然氣通道1.3 耐溫涂層1.4
高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系2 強(qiáng)度保持體殼3 主燃燒室4 隔燃艙5 摻混連接體6 環(huán)形槽6.1 內(nèi)錐孔6.2 斜孔節(jié)流孔6.3 主氣化殼體7 氣化區(qū)阻熱層8。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖1,本發(fā)明一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),它包括發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件1、強(qiáng)度保持體殼3、主燃燒室4、隔燃艙5、摻混連接體6、主氣化殼體7和氣化區(qū)阻熱層8,所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I嵌置于強(qiáng)度保持體殼3前端,所述主氣化殼體7設(shè)置于強(qiáng)度保持體殼3后方,所述強(qiáng)度保持體殼3與主氣化殼體7之間通過摻混連接體6緊固連接形成功能獨(dú)立但流動(dòng)暢通的燃燒艙和氣化艙,所述強(qiáng)度保持體殼3內(nèi)壁設(shè)置有主燃燒室4,所述強(qiáng)度保持體殼3內(nèi)壁與主燃燒室4外壁之間形成高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系2,主燃燒室內(nèi)的高壓高溫燃燒熱量經(jīng)高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系加熱冷卻水,再經(jīng)摻混連接體節(jié)流孔噴射注入主氣化殼體和氣化區(qū)阻熱層等組合形成的氣化區(qū)氣化形成水蒸氣,連同燃燒生成的二氧化碳并攜帶燃燒熱量形成復(fù)合熱載體滿足工藝要求,再可靠控制溫度輸出,主燃燒內(nèi)壁與隔燃艙外壁相配合,燃燒火焰在隔燃艙內(nèi)燃燒,避免高溫火焰直接將金屬主燃燒室噴流燒蝕;
所述的燃摻混連接體與主氣化殼體端面密封連接,中間用金屬密封件密封,摻混連接體的小孔斜向主氣化區(qū),所述的金屬密封件的兩密封面為球面,摻混連接體和主氣化室殼體的密封面為內(nèi)錐面;所述的主燃燒室后端與摻混連接體緊固連接,前端與發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件環(huán)形密封,端面自由連接可延伸直至發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件右端面,強(qiáng)度保持體殼其前端與發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件右端面緊固密封,密封面采用球形金屬密封結(jié)構(gòu),所述的發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件、強(qiáng)度保持體殼、摻混連接體和主氣化室殼體對(duì)外形成高強(qiáng)度密封腔,對(duì)燃燒室內(nèi)形成強(qiáng)度支持結(jié)構(gòu),保證了內(nèi)部燃燒室不承受高壓,壓力一般低于13公斤力。這樣,純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器緊固連接處均密封可靠。同時(shí)強(qiáng)度保持體殼和主燃燒室組合形成的高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系注入冷卻水對(duì)燃燒室冷卻、對(duì)連接處的金屬密封件進(jìn)行冷卻,冷卻吸熱升溫的水再經(jīng)摻混連接體節(jié)流孔噴人汽化室,在提高了金屬密封件的耐高溫高壓性能和燃燒室壽命的的同時(shí)。使熱量達(dá)到循環(huán)利用,提高了熱能利用率,所述的主燃燒室內(nèi)的隔燃艙可以起到阻止高溫燃燒流直接沖蝕燃燒室和摻混連接體。
[0021]所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I與主燃燒室4環(huán)形密封連接,其軸向左端可自由伸縮,消除熱變形影響,所述主燃燒室4內(nèi)設(shè)置有隔燃艙5,所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I與隔燃艙5端面自由連接,保證燃燒腔內(nèi)高溫燃燒時(shí)熱變形不會(huì)使隔燃艙5擠碎,隔燃艙5能夠保證高溫燃燒熱流不對(duì)主燃燒室4金屬體沖蝕,隔燃艙5后端貼緊與主燃燒室4緊固連接的摻混連接體6的端面,所述主氣化殼體7內(nèi)設(shè)置有氣化區(qū)阻熱層8,所述主氣化殼體7與氣化區(qū)阻熱層8形成氣化艙,所述主氣化殼體7前端與摻混連接體6緊固連接,所述氣化區(qū)阻熱層8厚度自前至后線性增加,所述摻混連接體6的節(jié)流孔噴射的線性水流在氣化殼體7與氣化區(qū)阻熱層8形成的氣化艙內(nèi)迅速氣化成水蒸氣,形成復(fù)合熱載體并攜帶燃燒熱量。
[0022]所述高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系2由強(qiáng)度保持體殼3內(nèi)壁和主燃燒室4外壁組合形成。冷卻水進(jìn)入管系后形成冷卻膜迅速吸收燃燒室外壁熱量,冷卻燃燒室,再經(jīng)摻混連接體注入氣化艙,在摻混連接體中節(jié)流孔形成線性流可迅速霧化和汽化,形成高溫復(fù)合熱載體。
[0023]所述主燃燒室4與隔燃艙5組合形成燃燒艙,摻混連接6實(shí)現(xiàn)噴水氣化、主氣化殼體7和氣化區(qū)阻熱層8組合成氣化艙。
[0024]參見圖2、圖3,所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I中心沿水平方向設(shè)置有點(diǎn)火通道1.1,所述點(diǎn)火通道1.1周圍設(shè)置有氧氣通道1.2和天然氣通道1.3,所述氧氣通道1.2和天然氣通道1.3自前至后呈小角度螺旋狀貫穿整個(gè)發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件1,所述氧氣通道1.2和天然氣通道1.3的出口和入口在同一圓周上,純氧和燃料分別在發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件按照小角度螺旋狀進(jìn)入燃燒室,獨(dú)立供應(yīng),經(jīng)點(diǎn)火器點(diǎn)火燃燒,旋轉(zhuǎn)狀燃燒流體在燃燒艙小角度噴流至氣化區(qū),所述的點(diǎn)火通道位于溫度流量均最低的中心部,能夠保證可靠點(diǎn)火的功能時(shí)不宜燒蝕,所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I與隔燃艙5連接處設(shè)置有耐溫涂層1.4。由于純氧燃燒復(fù)合熱載體發(fā)生器經(jīng)發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件I參與燃燒的是純氧,僅原空氣流量的五分之一,燃燒器燃燒溫度則超過3000°C,為了保證發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件不易出現(xiàn)金屬燒蝕,除采用耐高溫金屬材料外,其涂層結(jié)構(gòu)可以將高溫火焰隔離開,而半拋物線型結(jié)構(gòu)可以保證在同等熱能的復(fù)合熱載體流量小到原先的四分之一時(shí)發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件可靠耐用。
[0025]參見圖4,所述摻混連接體6前后兩端通過球面密封結(jié)構(gòu)緊固連接強(qiáng)度保持體殼3、主燃燒室4和主氣化殼體7,所述摻混連接體6左端面設(shè)置有環(huán)形槽6.1,所述環(huán)形槽6.1與高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系2相連接,所述摻混連接體6右端面上開設(shè)有內(nèi)錐孔
6.2,所述內(nèi)錐孔6.2內(nèi)均勻分布有斜孔節(jié)流孔6.3,高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系2中的水經(jīng)左端面環(huán)形槽進(jìn)入摻混連接體,再經(jīng)右端面斜孔節(jié)流孔形成噴射流,可以在噴流時(shí)達(dá)到與燃燒產(chǎn)物撞擊起到水爆冷吸熱氣化作用,摻混水迅速氣化形成復(fù)合熱載體。所述的純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器的摻混連接體中是冷卻水對(duì)燃燒室進(jìn)行冷卻,吸收熱量進(jìn)入摻混連接體并經(jīng)摻混連接體節(jié)流孔噴射至氣化區(qū),燃燒室中高溫燃燒的二氧化碳和水蒸氣攜帶燃燒熱量襯經(jīng)燃燒艙直接注入摻混連接體內(nèi)氣化區(qū),兩者在氣化區(qū)迅速摻混,燃燒產(chǎn)物遇線性流水爆冷降溫,冷卻水吸熱氣化并在氣化室形成復(fù)合熱載體,根絕燃燒產(chǎn)生的熱量,調(diào)節(jié)冷卻水流量,調(diào)節(jié)輸出熱載體溫度達(dá)到120?350°C,滿足原油熱采注入復(fù)合熱載體技術(shù)工藝的溫度要求。
【權(quán)利要求】
1.一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:它包括發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(I)、強(qiáng)度保持體殼(3)、主燃燒室(4)、隔燃艙(5)、摻混連接體(6)、主氣化殼體(7)和氣化區(qū)阻熱層(8),所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(O嵌置于強(qiáng)度保持體殼(3)前端,所述主氣化殼體(7)設(shè)置于強(qiáng)度保持體殼(3)后方,所述強(qiáng)度保持體殼(3)與主氣化殼體(7)之間通過摻混連接體(6)緊固連接,所述強(qiáng)度保持體殼(3)內(nèi)壁設(shè)置有主燃燒室(4),所述強(qiáng)度保持體殼(3)內(nèi)壁與主燃燒室(4)外壁之間形成高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系(2),所述主燃燒室(4)內(nèi)設(shè)置有隔燃艙(5),所述主氣化殼體(7)內(nèi)設(shè)置有氣化區(qū)阻熱層(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(I)中心沿水平方向設(shè)置有點(diǎn)火通道(1.1 ),所述點(diǎn)火通道(1.1)周圍設(shè)置有氧氣通道(1.2)和天然氣通道(1.3),所述氧氣通道(1.2)和天然氣通道(1.3)自前至后呈螺旋狀貫穿整個(gè)發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(1),所述氧氣通道(1.2)和天然氣通道(1.3)的出口和入口在同一圓周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:所述摻混連接體(6)左端面設(shè)置有環(huán)形槽(6.1),所述環(huán)形槽(6.1)與高效導(dǎo)熱冷卻水熱循環(huán)利用管系(2)相連接,所述摻混連接體(6)右端面上開設(shè)有內(nèi)錐孔(6.2),所述內(nèi)錐孔(6.2)內(nèi)均勻分布有斜孔節(jié)流孔(6.3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:所述氣化區(qū)阻熱層(8)厚度自前至后線性增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(I)與主燃燒室(4)環(huán)形密封連接,所述主燃燒室(4)左端可自由伸縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(I)與隔燃艙(5)端面自由連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種純氧復(fù)合熱載體發(fā)生器高溫高壓燃燒結(jié)構(gòu),其特征在于:所述發(fā)生器燃料和純氧組合供應(yīng)及點(diǎn)火結(jié)構(gòu)件(I)與隔燃艙(5)連接處設(shè)置有耐溫涂層(1.4)。
【文檔編號(hào)】E21B43/24GK103452537SQ201310426019
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】梅立新, 梅奕中, 盧臻, 李興儒, 張建忠, 李偉成, 王興善, 崔國(guó)安, 顧世峰 申請(qǐng)人:江蘇大江石油科技有限公司