專利名稱：補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油田采油設(shè)備，特別是涉及一種超臨界壓力燃天然氣油田注汽發(fā)生器〔又稱復(fù)合熱載體發(fā)生器〕的補燃式燃燒室。
背景技術(shù)：
隨著我國油田開發(fā)工作的不斷深入，我國某些主力油田現(xiàn)已陸續(xù)進入“三次采油” 階段。據(jù)現(xiàn)有資料統(tǒng)計，我國目前適宜采用“三次采油”技術(shù)的油藏儲量已達數(shù)十億噸以上。 顯然，只要將現(xiàn)有油田采收率提高百分之一，其效果就等于又發(fā)現(xiàn)了一個大油田。因此，發(fā)展“三次采油”技術(shù)，提高原油采收率，對于減緩我國多數(shù)油田遞減速度，維持我國原油穩(wěn)產(chǎn)，減少我國對國外原油依賴程度，具有十分重要的意義。注汽發(fā)生器技術(shù)即隸屬于“三次采油”技術(shù)范疇，目前已在國內(nèi)大慶、遼河、勝利、 新疆等各大油田進行了多井次先導(dǎo)性試驗。其試驗結(jié)果表明，設(shè)備增油機理可行，可與現(xiàn)有多項采油工藝進行有機結(jié)合，并已取得一定增油效果。但隨著油藏深度開發(fā)，油藏條件日趨復(fù)雜，原油增產(chǎn)難度越來越大，與之相應(yīng)，國內(nèi)外油田對油田設(shè)備及配套工藝技術(shù)的要求也在持續(xù)提高。從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢來看，注汽發(fā)生器的使用范圍已從過去的淺層和高滲透油藏轉(zhuǎn)向更具普遍性的、儲量更大的中深層和深層中低滲透主力油藏，但由于此類油藏具有油層深、含水量高、粘度大及滲透率低等特點，其開發(fā)需要更高的注汽壓力、溫度及更好的工作連續(xù)性，因此，現(xiàn)有普通復(fù)合熱載體發(fā)生器已難以滿足當(dāng)前油田的生產(chǎn)需要。此外， 由于國際柴油價格不斷攀升，現(xiàn)有以柴油為燃料的注汽發(fā)生器的運行成本越來越高，為進一步拓寬注汽發(fā)生器的使用范圍，采用新的燃料替代柴油也已勢在必行。根據(jù)現(xiàn)有資料估算，如用天然氣或油田伴生氣作為燃料替代柴油，注汽發(fā)生器的運行成本將降低2/3或更低。具體而言，如單臺設(shè)備流量按1000米3 /小時來計算，每日每臺發(fā)生器可節(jié)約燃料費用 1萬元以上，年節(jié)約運行成本超過300萬元。因此，突破現(xiàn)有燃燒方式，進一步節(jié)能降耗，研制更大流量、更高壓力、更長使用壽命的超臨界壓力注汽發(fā)生器已成當(dāng)務(wù)之急。在已公開的發(fā)生器設(shè)計中，注汽發(fā)生器燃燒室通常采用擴散式燃燒方式，所需空氣和燃料均從燃燒室頂部一次性注入并參與燃燒。但隨著設(shè)備向油層注入壓力不斷升高， 其燃燒壓力不斷增大，火焰前鋒將會逐漸向燃燒室頂部靠近，并因此出現(xiàn)燃燒室頂部燒損、 燃料噴嘴燒裂、火花塞頭部燒熔、內(nèi)襯燒損等現(xiàn)象，并且，燃燒壓力越高，工作時間越長，上述現(xiàn)象越嚴重。而在油田生產(chǎn)中，注汽發(fā)生器的工作方式主要采用氣驅(qū)作業(yè)，即根據(jù)所注井的地質(zhì)方案要求，從單井連續(xù)注入復(fù)合熱載體，在保持注采平衡的條件下，從其它關(guān)聯(lián)井連續(xù)采油。因此，要求設(shè)備注入壓力高，燃氣流量大，冷卻水流量低，并要求連續(xù)工作。為此， 現(xiàn)有發(fā)生器設(shè)備必須做出重大改進。為解決前述問題，在已公開的專利98203951. 4《旋渦式噴嘴的復(fù)合熱載體發(fā)生器》、02231765. 1《燃氣蒸汽發(fā)生器》、200510022594. 7《亞臨界復(fù)合熱載體發(fā)生器的高溫高壓燃燒系統(tǒng)》中，采用了增設(shè)旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)形成貧氧燃燒，降低燃燒室頂部附近的燃燒溫度的解決方案。然而根據(jù)現(xiàn)場試驗，上述方案雖然解決了原設(shè)計工況中燃燒室頂部的燒損或毀壞問題，但當(dāng)發(fā)生器注入壓力增高，流量加大并長期連續(xù)工作后，旋風(fēng)器和燃燒室頂部仍然出現(xiàn)較嚴重的燒損或毀壞現(xiàn)象，并由此引發(fā)火焰偏心、內(nèi)襯燒損等后果，影響設(shè)備正常運行。同時，由于上述發(fā)生器設(shè)計中，其燃料噴嘴組件采用從遠離火焰的冷端向靠近火焰的高溫端通過螺紋擰入連接，僅在中間位置使用紫銅墊片密封，因此，燃料噴嘴組件高溫端與火焰接觸部位存在一個環(huán)形間隙，部分空氣可從此間隙直接進入燃燒室摻混燃燒，進而影響了發(fā)生器點火、轉(zhuǎn)級等過渡工況的正常工作。也有如專利200420054883. 6《多功能高壓高效燃燒器》、20071002；3550. 5《用于石
油熱采注氣機的高壓混合氣發(fā)生裝置》等技術(shù)，其燃燒室頂部設(shè)置有水冷卻環(huán)槽或螺旋水道，火焰接觸面采用非金屬耐火材料或普通金屬材料，燃燒室內(nèi)襯使用非金屬耐火材料并外設(shè)螺旋形水道。但因其燃燒室頂部冷卻水用于冷卻后均被重新引至外部，然后再通過外管線連接到其水冷卻套進口或燃燒段調(diào)溫器入口，沒有形成水的連續(xù)流動再生冷卻通道， 同時，非金屬耐火材料部件在溫度突變和高溫燃氣沖刷條件下極易產(chǎn)生爆裂、剝蝕，特別是沒有改變發(fā)生器工作過程中其所需的全部空氣和燃料均集中在燃燒室頂部燃燒這一燃燒方式，因此，上述方案雖然取得了一定的冷卻節(jié)能效果，但都沒有從根本上解決高壓力、大流量條件下，燃燒室頂部燒損、燃料噴嘴燒裂、火花塞頭部燒熔、內(nèi)襯燒損或毀壞等系列問題。另外，已公開的發(fā)明設(shè)計中，通常采用單相噴嘴，由于氣液兩相流體流量特性不同，其噴嘴設(shè)計要求存在較大差異，因此，以往的單相噴嘴往往無法同時滿足兩相流體的噴射特性要求，即無法滿足氣液兩相燃料同時燃燒的設(shè)計理念。氣液兩相燃料同時燃燒的特點對油田伴生氣的使用尤為重要。這是因為，在油田伴生氣中，50%左右的成份經(jīng)氣體壓縮機壓縮后，在高壓下將變成液態(tài)烴。要充分合理地利用油田伴生氣，保證現(xiàn)場安全，注汽發(fā)生器必須能夠同時燃燒氣液兩相燃料。天然氣燃料同樣具有兩相燃料的特點，其與伴生氣的區(qū)別僅在于其中壓縮過程中產(chǎn)生的液態(tài)烴量相對較少，僅占10%左右。因此，為保證現(xiàn)場安全，節(jié)能環(huán)保，注汽發(fā)生器必須具有可燃雙相燃料的功能，同時必須充分考慮其運行安全。綜上可見，改變現(xiàn)有燃燒方式，同時燃燒氣液兩相燃料，避免燃燒室頂部、內(nèi)襯及火花塞等重要部件燒熔或損壞，以滿足更具普遍性的、儲量更大的中深層和深層中低滲透主力油藏開發(fā)需要，進一步提高現(xiàn)有油田采收率，已經(jīng)成為新的注汽發(fā)生器設(shè)計中亟待解決的問題。超臨界壓力燃天然氣油田注汽發(fā)生器與亞臨界壓力燃油油田注汽發(fā)生器(亦稱復(fù)合熱載體發(fā)生器)相比，需要解決下列技術(shù)問題
1、燃燒室再生冷卻套冷卻水流量脈動
在壓力超過14MPa的亞臨界壓力下，一般不發(fā)生脈動現(xiàn)象。但在超臨界壓力下，因工質(zhì)水存在大比熱區(qū)，在此區(qū)內(nèi)其體積隨工況變化較大，當(dāng)注汽發(fā)生器運行時，極易產(chǎn)生諸如熱負荷、壓力、給水量及水溫等參數(shù)變化，并由此可能導(dǎo)致再生冷卻套的冷卻水流量出現(xiàn)脈動，即水流量大時燃燒室內(nèi)壁壁溫降低，水流量小時內(nèi)壁壁溫升高。這種周期性的壁溫波動將會造成燃燒室內(nèi)壁疲勞破壞，所以在設(shè)計時必須避免上述現(xiàn)象發(fā)生。2、燃燒室再生冷卻套內(nèi)壁傳熱惡化
亞臨界壓力燃燒室再生冷卻套正常工作時，其冷卻套內(nèi)壁上有一層水膜，燃燒室傳入的熱量使近壁處的水過熱并使蒸汽泡在內(nèi)壁上的汽化核心點上生成、長大和脫離，蒸汽泡脫離壁面時除本身攜帶走潛熱外，還將近壁的過熱水推向中心主流，而其脫離后的位置又有中心主流的較冷流體來補充，從而形成核態(tài)沸騰。因其放熱系數(shù)很大，冷卻套壁溫正常工作時只比工質(zhì)飽和溫度略高，冷卻套內(nèi)襯金屬將會得到很好冷卻并得以安全運行。但在超臨界壓力條件下，燃燒室熱負荷進一步加大，其最大比熱區(qū)溫度附近的水的物性，如比體積、比熱容、比焓、粘度等，均會發(fā)生急劇變化，并對傳熱產(chǎn)生極大影響，從而有可能導(dǎo)致燃燒室冷卻套內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽泡之間彼此會合，進而在其內(nèi)壁上形成一層蒸汽膜，將水和壁面隔離開來，并以膜態(tài)沸騰方式冷卻內(nèi)壁。由于蒸汽放熱系數(shù)比水小得多，此時的壁面溫度將會遠遠高于水的飽和溫度，從而導(dǎo)致燃燒室內(nèi)壁破壞，這種傳熱惡化問題在設(shè)計時也必須解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能滿足超臨界工作壓力的、以天然氣或油田伴生氣為燃料的、高可靠性的補燃式超臨界壓力油田注汽發(fā)生器燃燒室，該燃燒室通過采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，改變了現(xiàn)有注汽發(fā)生器的燃燒方式，實現(xiàn)了氣液兩相燃料同時燃燒，并采用多種冷卻形式，增強了冷卻效果，保護了燃燒室的整體結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，由預(yù)燃室、補燃室、汽化室三部分構(gòu)成，其中
預(yù)燃室由預(yù)燃噴注器、預(yù)燃室殼體、預(yù)燃室水冷卻套、預(yù)燃室中襯、預(yù)燃室內(nèi)襯、補燃噴注器、補燃噴注器前端金屬“0”形圈、空氣冷卻套密封圈、水冷卻套密封圈、預(yù)燃噴注器殼體與預(yù)燃室殼體前端法蘭固緊螺母、預(yù)燃室殼體前端螺紋法蘭、預(yù)燃噴注器殼體與預(yù)燃室殼體前端法蘭連接螺栓、預(yù)燃噴注器殼體螺紋法蘭、補燃室殼體前端與預(yù)燃室殼體后端法蘭固緊螺母、補燃室殼體前端法蘭、預(yù)燃室殼體后端與補燃噴注器殼體殼體法蘭連接螺栓、 預(yù)燃室殼體后端螺紋法蘭構(gòu)成；
補燃室由補燃噴注器、補燃室殼體、補燃室水冷卻套、補燃噴注器后端金屬“0”形圈、 補燃室殼體前端與預(yù)燃室殼體后端法蘭固緊螺母、補燃室殼體前端法蘭、預(yù)燃室殼體后端與補燃噴注器殼體殼體法蘭連接螺栓、預(yù)燃室殼體后端螺紋法蘭、汽化室殼體螺紋法蘭、補燃室殼體后端與汽化室殼體法蘭連接螺栓、補燃室殼體后端螺紋法蘭、補燃室殼體后端與汽化室殼體法蘭固緊螺母構(gòu)成；
汽化室由汽化室殼體、冷卻測溫接嘴、混合汽測溫接嘴、密封圈、汽化室殼體螺紋法蘭、 補燃室殼體后端與汽化室殼體法蘭連接螺栓、補燃室殼體后端螺紋法蘭、補燃室殼體后端與汽化室殼體法蘭固緊螺母構(gòu)成。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其燃料的噴注方式為預(yù)燃室只噴入部分燃料并噴入全部空氣做富氧燃燒，剩余燃料在補燃噴注器內(nèi)噴入補燃室， 并與來自預(yù)燃室的富氧燃氣在補燃室中完成完全燃燒。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，所述的預(yù)燃噴注器設(shè)有冷卻水道，該冷卻水道經(jīng)由預(yù)燃噴注器出水孔與預(yù)燃室水冷卻套相連，并與補燃噴注器集液腔、補燃噴注器冷卻水套、補燃室水冷卻套形成整體連續(xù)水冷卻系統(tǒng)。
所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，所述的預(yù)燃室采用冗余冷卻系統(tǒng)，即在預(yù)燃室設(shè)置雙重冷卻套，靠近火焰層為空氣冷卻套，外層為水冷卻套，在預(yù)燃室不參與燃燒的空氣首先進入空氣冷卻套，再由預(yù)燃室空氣冷卻套內(nèi)襯上多孔切向噴嘴進入預(yù)燃室形成空氣膜，隔離燃氣，冷卻內(nèi)襯；預(yù)燃室冷卻用水經(jīng)由進水孔進到預(yù)燃噴注器冷卻水道，之后返回預(yù)燃噴注器出水孔，流入預(yù)燃室水冷卻套；內(nèi)襯采用空氣氣膜冷卻，中襯采用水再生冷卻。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，所述的補燃噴注器上設(shè)有二次進水接嘴、補燃噴注器集液腔、補燃噴注器冷卻水套，補燃室內(nèi)襯強化冷卻所需的大部分常溫汽化用水經(jīng)由補燃噴注器集液腔和補燃噴注器冷卻水套進入補燃室水冷卻套。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，所述的補燃噴注器上設(shè)有補燃天然氣接嘴、補燃天然氣氣腔、補燃天然氣噴嘴、補燃液態(tài)燃料接嘴、補燃液態(tài)燃料噴嘴、二次進水接嘴、補燃噴注器內(nèi)襯。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，所述的預(yù)燃噴注器殼體連接端面、補燃噴注器殼體兩端面、汽化室殼體連接端面均為球形，與其連接的預(yù)燃室殼體和補燃室殼體均為內(nèi)錐形，用螺紋法蘭、螺柱，螺母壓緊后呈高壓密封狀。所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，所述的補燃室內(nèi)襯外緣為多頭螺旋槽，與補燃室殼體組合形成螺旋形水冷卻套，工質(zhì)通過時呈旋轉(zhuǎn)運動，水滴沉降到螺旋槽周壁上。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
1、燃燒室分為預(yù)燃室和補燃室，其預(yù)燃室只由部分燃料和全部空氣進行貧油燃燒，與原來集中在燃燒室頂部附近的燃燒方式相比，燃燒溫度低，有利于提高預(yù)燃噴注器和火花塞壽命，同時，其靠近火焰?zhèn)榷嗣孢x用高溫耐熱合金材料制造，且內(nèi)設(shè)可進行連續(xù)冷卻的再生冷卻水冷卻室和相應(yīng)進出通道及空氣分配通道，其燃料噴嘴組件靠近火焰?zhèn)炔捎昧伺_階式端面密封結(jié)構(gòu)，解決了原有發(fā)生器的空氣泄漏、燃氣回流和火焰偏心燃燒等問題，從而徹底解決了現(xiàn)有的復(fù)合熱載體發(fā)生器燃燒室頭部及火花塞易燒毀問題。2、其補燃補燃噴注器上設(shè)有二次注燃料接嘴，大部分燃料從補燃噴注器噴入補燃室，并與來自預(yù)燃室的高溫富氧燃氣摻混燃燒，從而提高了燃燒效率。3、補燃噴注器上配有液態(tài)燃料接嘴和噴嘴，可以注入液態(tài)燃料。當(dāng)使用油田伴生氣或天然氣時，其在高壓條件下形成的液態(tài)燃料可從此處輸入，并與氣態(tài)燃料同時燃燒，從而節(jié)能降耗，保證現(xiàn)場安全。4、其預(yù)燃噴注器、預(yù)燃室水套、補燃噴注器水套、補燃室水套構(gòu)成了燃燒室的整體再生冷卻系統(tǒng)，提高了冷卻效果。5、其預(yù)燃室采用了冗余冷卻系統(tǒng)，即通過將發(fā)生器燃燒所需空氣一部分注入預(yù)燃室空氣冷卻套，在空氣冷卻套內(nèi)壁上形成連續(xù)氣膜，同時，用部分水通入預(yù)燃室冷卻套， 做輔助冷卻，形成冗余冷卻效果，從而多方位保護了內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，進一步避免了內(nèi)襯燒損或毀壞。由于在此過程中對未參于燃燒的空氣進行了有效預(yù)熱，還連帶提高了下一步補燃階段的燃燒效率。6、其汽化用水大量從補燃噴注器二次進水接嘴壓入，與補燃室冷卻套來水匯合通過水孔進入補燃室冷卻套，因水溫較低會強化對預(yù)燃噴注器的冷卻作用及對補燃室內(nèi)襯的冷卻作用，又冷卻水受熱時間短，其溫度不會高，特別是在超臨界壓力工作條件時保證冷卻水溫不會達到大比熱區(qū)臨界溫度，而不會出現(xiàn)傳熱惡化問題。7、其預(yù)燃噴注器與預(yù)燃室殼體、預(yù)燃室殼體與汽化室殼體之間采用了耐高溫高壓無透鏡墊密封結(jié)構(gòu)，通過去除中間金屬球面密封件減少了密封部件，且密封面處于冷卻水套中，改善了密封部件的冷卻方式，實現(xiàn)了對密封部位連續(xù)均勻冷卻，提高了設(shè)備可靠性并降低了制造成本。8、為防止發(fā)生傳熱惡化，在注汽發(fā)生器燃燒室水冷卻通道中加裝了節(jié)流環(huán)，同時， 為保證在大比熱區(qū)不出現(xiàn)傳熱惡化問題，在超臨界壓力工況下，其設(shè)計參數(shù)要求必須滿足 q/pw <0.42。其中q—在額定負荷下，p=26MPa燃燒室受熱面壁面熱負荷，單位為kw/m2 ； P w—質(zhì)量速度，單位為kg/m2. s。


圖1是超臨界壓力燃天然氣補燃式燃燒室縱向剖面圖； 圖2是超臨界壓力燃天然氣補燃式燃燒室F向視圖3是超臨界壓力燃天然氣補燃式燃燒室D-D剖面圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。本發(fā)明超臨界壓力燃天然氣補燃式燃燒室如圖1、圖2、圖3所示，燃燒室由預(yù)燃室 6、補燃室10、汽化室14三部分構(gòu)成。預(yù)燃室6由預(yù)燃噴注器、預(yù)燃室殼體2、預(yù)燃室水冷卻套57、預(yù)燃室中襯3、預(yù)燃室內(nèi)襯4、補燃噴注器、補燃噴注器前端金屬“0”形圈23、空氣冷卻套密封圈55、水冷卻套密封圈56、預(yù)燃噴注器殼體1與預(yù)燃室殼體2前端法蘭固緊螺母M、預(yù)燃室殼體2前端螺紋法蘭25、預(yù)燃噴注器殼體1與預(yù)燃室殼體2前端法蘭連接螺栓沈、預(yù)燃噴注器殼體1螺紋法蘭27、補燃室殼體17前端與預(yù)燃室殼體2后端法蘭固緊螺母50、補燃室殼體17前端法蘭51、預(yù)燃室殼體2后端與補燃噴注器殼體22殼體法蘭連接螺栓52、預(yù)燃室殼體2后端螺紋法蘭53構(gòu)成。補燃室10由補燃噴注器、補燃室殼體17、補燃室水冷卻套16、補燃噴注器后端金屬“0”形圈18、補燃室殼體17前端與預(yù)燃室殼體2后端法蘭固緊螺母50、補燃室殼體17 前端法蘭51、預(yù)燃室殼體2后端與補燃噴注器殼體22殼體法蘭連接螺栓52、預(yù)燃室殼體2 后端螺紋法蘭53、汽化室殼體45螺紋法蘭46、補燃室殼體17后端與汽化室殼體45法蘭連接螺栓47、補燃室殼體17后端螺紋法蘭48、補燃室殼體17后端與汽化室殼體45法蘭固緊螺母49構(gòu)成。汽化室14由汽化室殼體45、冷卻水測溫接嘴12、混合汽測溫接嘴13、密封圈、汽化室殼體45螺紋法蘭46、補燃室殼體17后端與汽化室殼體45法蘭連接螺栓47、補燃室殼體 17后端螺紋法蘭48、補燃室殼體17后端與汽化室殼體45法蘭固緊螺母49構(gòu)成。預(yù)燃噴注器由預(yù)燃噴注器殼體1及安裝在預(yù)燃噴注器殼體1上的火花塞觀、天然氣接嘴四、空氣接嘴30、密封圈31、壓緊螺母32、外套螺母33、水接嘴34構(gòu)成。預(yù)燃室內(nèi)襯4插裝于中襯3內(nèi)孔中，二者通過尾端焊接連接，并可承壓密封。預(yù)燃室內(nèi)襯4與中襯3之間構(gòu)成的螺旋通道為空氣冷卻套39，預(yù)燃室中襯3和預(yù)燃室殼體2之間構(gòu)成的螺旋通道為水冷卻套57。預(yù)燃室內(nèi)襯4和中襯3的焊接組件插裝于預(yù)燃室殼體2 中。補燃噴注器由補燃噴注器殼體22及在補燃噴注器殼體22上安裝的補燃天然氣接嘴7、補燃天然氣氣腔8、補燃天然氣噴嘴9、補燃液態(tài)燃料接嘴43、補燃液態(tài)燃料噴嘴44、二次進水接嘴21、補燃噴注器內(nèi)襯42構(gòu)成。預(yù)燃噴注器殼體1通過其上的空氣冷卻套密封圈55、水冷卻套密封圈56、預(yù)燃噴注器殼體1與預(yù)燃室殼體2前端法蘭固緊螺母對、預(yù)燃室殼體2前端螺紋法蘭25、預(yù)燃噴注器殼體1與預(yù)燃室殼體2前端法蘭連接螺栓沈、預(yù)燃噴注器殼體1螺紋法蘭27與預(yù)燃室空氣冷卻套39、預(yù)燃室水冷卻套57、預(yù)燃室殼體2密封連接，由于預(yù)燃噴注器殼體1端面為球形，而預(yù)燃室殼體2端面為內(nèi)錐形，兩面壓緊時為線接觸，密封性好，可承32MPa高壓。補燃噴注器夾于預(yù)燃室殼體2與補燃室殼體17中間，用補燃室殼體17前端與預(yù)燃室殼體2后端法蘭固緊螺母50、補燃室殼體17前端法蘭51、預(yù)燃室殼體2后端與補燃噴注器殼體22殼體法蘭連接螺栓52、預(yù)燃室殼體2后端螺紋法蘭53壓緊。由于補燃噴注器殼體22兩端帶凸透鏡密封面與預(yù)燃室殼體2與補燃室殼體17端頭的內(nèi)錐體成線接觸，承高壓密封。補燃噴注器前端金屬“0”形圈23把空氣通道與預(yù)燃室隔斷且密封，后端金屬 “0”形圈18把水通道與補燃室隔斷且密封。汽化室殼體45螺紋法蘭46、補燃室殼體17后端與汽化室殼體45法蘭連接螺栓 47、補燃室殼體17后端螺紋法蘭48及補燃室殼體17后端與汽化室殼體45法蘭固緊螺母 49將補燃室殼體17與汽化室殼體45固緊連接，并通過補燃室殼體17端部內(nèi)錐面與汽化室殼體45端部球面壓緊密封。本發(fā)明補燃式燃燒室的主要特點之一是，一少部分燃料從預(yù)燃噴注器天然氣接嘴 29壓入，通過天然氣通道36及天然氣噴嘴41噴進預(yù)燃室與空氣噴嘴40進入的空氣摻混燃燒，大部分燃料從補燃噴注器之二股補燃天然氣接嘴7及補燃液態(tài)燃料接嘴43壓入補燃室，并與來自預(yù)燃室的富氧燃氣摻混在補燃室中燃燒。補燃式燃燒室主要特點之二是，燃燒所需全部空氣通過空氣接嘴30壓入空氣主通道37后分為兩部分，一部分經(jīng)由空氣噴嘴40 直接噴入預(yù)燃室與燃料摻混燃燒，其余部分經(jīng)由空氣分配通道38進入預(yù)燃室空氣冷卻套 39，通過預(yù)燃室空氣冷卻套內(nèi)襯4上多孔切向噴嘴5進入預(yù)燃室6形成空氣膜，用以隔開燃氣并冷卻內(nèi)襯。補燃式燃燒室主要特點之三是，用于汽化的全部水分兩次加入冷卻套。首先一少部分水從水接嘴34注入，由進水孔35進到預(yù)燃噴注器冷卻水道M，之后返回預(yù)燃噴注器出水孔58，流入預(yù)燃室水冷卻套57，再流進補燃噴注器集液腔20 ；大部分水由補燃噴注器二次進水接嘴21壓入補燃噴注器集液腔20，兩股水流匯合后經(jīng)由補燃噴注器冷卻水套19進入補燃室冷卻套16，通過補燃室內(nèi)襯15末端多排切向水噴嘴11噴入補燃室與燃氣混合氣化，由于采用切向噴嘴，水剛流出時貼壁且形成水膜，對此段實施水膜冷卻。
權(quán)利要求
1.補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，由預(yù)燃室、補燃室、汽化室三部分構(gòu)成，其特征在于，其中預(yù)燃室(6)由預(yù)燃噴注器、預(yù)燃室殼體(2)、預(yù)燃室水冷卻套(57)、預(yù)燃室中襯(3)、預(yù)燃室內(nèi)襯(4)、補燃噴注器、補燃噴注器前端金屬“0”形圈(23)、空氣冷卻套密封圈(55)、 水冷卻套密封圈(56)、預(yù)燃噴注器殼體(1)與預(yù)燃室殼體(2)前端法蘭固緊螺母(24)、預(yù)燃室殼體(2)前端螺紋法蘭(25)、預(yù)燃噴注器殼體(1)與預(yù)燃室殼體(2)前端法蘭連接螺栓 (26)、預(yù)燃噴注器殼體(1)螺紋法蘭(27)、補燃室殼體(17)前端與預(yù)燃室殼體(2)后端法蘭固緊螺母(50)、補燃室殼體(17)前端法蘭(51)、預(yù)燃室殼體(2)后端與補燃噴注器殼體 (22)殼體法蘭連接螺栓(52)、預(yù)燃室殼體(2)后端螺紋法蘭(53)構(gòu)成；補燃室(10)由補燃噴注器、補燃室殼體(17)、補燃室水冷卻套(16)、補燃噴注器后端金屬“0”形圈(18)、補燃室殼體(17)前端與預(yù)燃室殼體( 后端法蘭固緊螺母(50)、補燃室殼體(17)前端法蘭(51)、預(yù)燃室殼體( 后端與補燃噴注器殼體(22)殼體法蘭連接螺栓(52)、預(yù)燃室殼體(2)后端螺紋法蘭(53)、汽化室殼體(45)螺紋法蘭(46)、補燃室殼體 (17)后端與汽化室殼體(45)法蘭連接螺栓(47)、補燃室殼體(17)后端螺紋法蘭(48)、補燃室殼體(17)后端與汽化室殼體(45)法蘭固緊螺母(49)構(gòu)成；汽化室(14)由汽化室殼體(45)、冷卻測溫接嘴(12)、混合汽測溫接嘴(13)、密封圈、汽化室殼體(45)螺紋法蘭(46)、補燃室殼體(17)后端與汽化室殼體(45)法蘭連接螺栓(47)、 補燃室殼體(17)后端螺紋法蘭(48)、補燃室殼體(17)后端與汽化室殼體(45)法蘭固緊螺母(49)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，其燃料的噴注方式為預(yù)燃室(6)只噴入部分燃料并噴入全部空氣做富氧燃燒，剩余燃料在補燃噴注器內(nèi)噴入補燃室(10)，并與來自預(yù)燃室(6)的富氧燃氣在補燃室(10)中完成完全燃燒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，所述的預(yù)燃噴注器設(shè)有冷卻水道(54)，該冷卻水道(54)經(jīng)由預(yù)燃噴注器出水孔(58)與預(yù)燃室水冷卻套(57)相連，并與補燃噴注器集液腔(20)、補燃噴注器冷卻水套(19)、補燃室水冷卻套(16)形成整體連續(xù)水冷卻系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，所述的預(yù)燃室采用冗余冷卻系統(tǒng)，即在預(yù)燃室設(shè)置雙重冷卻套，靠近火焰層為空氣冷卻套(39)，外層為水冷卻套(57)，在預(yù)燃室不參與燃燒的空氣首先進入空氣冷卻套(39)，再由預(yù)燃室空氣冷卻套內(nèi)襯(4)上多孔切向噴嘴(5)進入預(yù)燃室(6)形成空氣膜，隔離燃氣， 冷卻內(nèi)襯；預(yù)燃室冷卻用水經(jīng)由進水孔(35)進到預(yù)燃噴注器冷卻水道(54)，之后返回預(yù)燃噴注器出水孔(58)，流入預(yù)燃室水冷卻套(57);內(nèi)襯采用空氣氣膜冷卻，中襯采用水再生冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，所述的補燃噴注器上設(shè)有二次進水接嘴(21)、補燃噴注器集液腔(20)、補燃噴注器冷卻水套(19)，補燃室內(nèi)襯(15)強化冷卻所需的大部分常溫汽化用水經(jīng)由補燃噴注器集液腔(20)和補燃噴注器冷卻水套(19)進入補燃室水冷卻套(16)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，所述的補燃噴注器上設(shè)有補燃天然氣接嘴(7)、補燃天然氣氣腔(8)、補燃天然氣噴嘴 (9)、補燃液態(tài)燃料接嘴(43)、補燃液態(tài)燃料噴嘴(44)、二次進水接嘴(21)、補燃噴注器內(nèi)襯(42)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，所述的預(yù)燃噴注器殼體(1)連接端面、補燃噴注器殼體(22)兩端面、汽化室殼體(45)連接端面均為球形，與其連接的預(yù)燃室殼體(2)和補燃室殼體(17)均為內(nèi)錐形，用螺紋法蘭、 螺柱，螺母壓緊后呈高壓密封狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，其特征在于，所述的補燃室內(nèi)襯(15)外緣為多頭螺旋槽，與補燃室殼體(17)組合形成螺旋形水冷卻套，工質(zhì)通過時呈旋轉(zhuǎn)運動，水滴沉降到螺旋槽周壁上。
全文摘要
補燃式超臨界壓力氣液兩相燃料發(fā)生器燃燒室，涉及一種油田采油設(shè)備，其特征在于，補燃式燃燒室由預(yù)燃室(6)、補燃室(10)、汽化室(14)三部分構(gòu)成。其燃料的噴注方式為預(yù)燃室(6)只噴入部分燃料并噴入全部空氣做富氧燃燒，剩余燃料在補燃噴注器內(nèi)噴入補燃室(10)，并與來自預(yù)燃燒室的富氧燃氣在補燃室(10)中完成完全燃燒。本發(fā)明燃燒室實現(xiàn)了氣液兩相燃料同時燃燒，并采用多種冷卻形式避免了傳熱惡化現(xiàn)象產(chǎn)生。
文檔編號F22B37/00GK102287801SQ20111020204
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者關(guān)兵, 劉殿璽 申請人:關(guān)兵, 劉殿璽, 廉桂南