專利名稱：超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種油田采油設(shè)備，特別是涉及一種補燃式超臨界壓力注汽發(fā)生器(又稱為復合熱載體發(fā)生器)燃燒室的預燃噴注器裝置。
背景技術(shù)：
注汽發(fā)生器已在國內(nèi)大慶、遼河、勝利、新疆等各大油田進行了多年應用，并取得了一定的增油效果。但隨著油田開發(fā)不斷進展，油藏條件日趨復雜，原油增產(chǎn)難度變得越來越大，與之相應，國內(nèi)外油田對油田設(shè)備及配套工藝技術(shù)的要求也在不斷提高。目前，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，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， 現(xiàn)有普通復合熱載體發(fā)生器已無法滿足當前油田的生產(chǎn)需要。此外，由于國際柴油價格不斷攀升，燃柴油注汽發(fā)生器的運行成本越來越高，采用新的燃料替代柴油也已勢在必行。現(xiàn)有資料顯示，如用油田伴生氣或天然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7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)生器已成當務之急。在以往設(shè)計中，注汽發(fā)生器燃燒室大多采用擴散式燃燒方式，所有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、火花塞頭部燒熔等現(xiàn)象，而且，燃燒壓力越高，工作時間越長，上述現(xiàn)象越嚴重。在已公開的專利98203951. 4《旋渦式噴嘴的復合熱載體發(fā)生器》、02231765. 1《燃氣蒸汽發(fā)生器》、200510022594. 7《亞臨界復合熱載體發(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方案解決上述問題。 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，旋風器和燃燒室頂部仍然出現(xiàn)較嚴重的燒損或毀壞，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。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，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)生器工作過程中所有空氣和燃料均從燃燒室頂部一次性注入并參與燃燒這一燃燒方式，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。
3[0006]綜上可見，受油田開發(fā)不斷深入及開發(fā)介質(zhì)狀態(tài)改變等諸多因素影響，現(xiàn)有注汽發(fā)生器工作性能必須得到調(diào)整和改進，特別是其燃燒室頂部的設(shè)計必須進行實質(zhì)性的突破。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種補燃式超臨界壓力注汽發(fā)生器燃燒室的預燃噴注器，通過其結(jié)構(gòu)設(shè)計，改變現(xiàn)有發(fā)生器的燃燒方式，降低燃燒室頂部的燃氣溫度和輻射強度，增強燃燒室頂部的冷卻效果，從而在各種工作狀態(tài)下保護燃燒室頂部結(jié)構(gòu)，從根本上避免預燃室頂部燒損及毀壞現(xiàn)象產(chǎn)生。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，包括有預燃噴注器殼體、 火花塞、空氣接嘴、燃料接嘴組件、壓緊螺母、外套螺母及水接嘴，所述空氣接嘴、燃料接嘴組件、水接嘴分別輸入高壓空氣、氣相或液相燃料、冷卻水；空氣接嘴和燃料接嘴組件套裝固緊后構(gòu)成環(huán)形空氣主通道；其發(fā)生器燃燒分為預燃燃燒及補燃燃燒兩個部分。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其燃料接嘴組件上設(shè)置有燃料主噴嘴、空氣噴嘴，且燃料主噴嘴和空氣噴嘴設(shè)計成“Y”形交叉方式。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體上設(shè)有進水通道、水冷卻室、出水通道；水冷卻室采用兩種材料焊接而成，即靠火焰?zhèn)扔酶邷啬蜔岷辖?，另一?cè)用不銹鋼；冷卻水連續(xù)通過進水通道進入水冷卻室，對預燃噴注器受熱面實施再生冷卻，再經(jīng)由出水通道流出，通過水冷卻套入口通道進入預燃室水冷卻套，對預燃室實施冗余冷卻。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體內(nèi)部還設(shè)置有空氣分配通道，所供空氣分為兩路，即一路直接噴入預燃室與燃料摻混燃燒，另一路輸入預燃室空氣冷卻套呈氣膜冷卻，并攜帶走部分熱量。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體與預燃室連接一端設(shè)計成球形，與采用內(nèi)錐形端面的預燃室殼體連接壓緊后直接密封。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其預燃噴注器殼體設(shè)置有水冷卻套密封槽、空氣冷卻套密封槽，與位于其后部的空氣冷卻套、水冷卻套插接后，采用橡膠“0”形圈密封。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其燃料接嘴組件從靠近火焰的高溫端插入預燃噴注器殼體中心孔，與從遠離火焰的冷端通過螺紋擰入預燃噴注器殼體的空氣接嘴套裝；空氣接嘴與預燃噴注器殼體之間采用“0”形圈密封；其燃料接嘴組件通過壓緊螺母壓緊，再用外套螺母固緊防松；其燃料接嘴組件的高溫端通過臺階式端面內(nèi)側(cè)與預燃噴注器殼體的內(nèi)孔端面壓緊自行密封，冷端采用“0”形圈密封。所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，水冷卻室靠火焰?zhèn)冉?jīng)高溫耐熱合金焊接成，水冷卻室另一側(cè)經(jīng)不銹鋼焊接而成；冷卻水進水通道與水冷卻室相連通，并與出水通道、水冷卻套入口通道與預燃室水冷卻套相連通。本實用新型的優(yōu)點與效果是1、本實用新型改變了現(xiàn)有發(fā)生器的燃燒方式，將原來集中在燃燒室頂部的一次性燃燒分成了預燃燃燒和補燃燃燒兩個部分，并且，其預燃燃燒采用了貧油燃燒方案，從而大幅度降低了燃燒室的局部燃氣溫度及輻射強度，從源頭上有效保護了燃燒室頂部的結(jié)構(gòu)， 并避免了其燒損及毀壞現(xiàn)象的產(chǎn)生。2、本實用新型在其受熱面易出現(xiàn)燒損或毀壞的重點部位內(nèi)設(shè)置了可進行連續(xù)冷卻的內(nèi)循環(huán)再生冷卻水冷卻室，并配置了相應的進水通道和出水通道，設(shè)計巧妙，結(jié)構(gòu)緊湊，可有效冷卻燃燒室頂部結(jié)構(gòu)，防止出現(xiàn)燒損或毀壞現(xiàn)象，同時具有較好節(jié)能效果。3、本實用新型內(nèi)部設(shè)置有空氣分配通道，除將所供空氣分別輸入預燃室及其空氣冷卻套用于燃燒和氣膜冷卻外，還在此過程中攜帶走部分熱量，進一步增強了冷卻效果；4、本實用新型燃料噴嘴組件的靠近火焰?zhèn)炔捎昧伺_階式端面密封，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，保證了預燃室內(nèi)空氣和燃料的摻混質(zhì)量，有效控制了發(fā)生器燃燒的穩(wěn)定性，進一步避免了預燃室頂部的燒損或毀壞。5、本實用新型采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)，其受熱面選用高溫耐熱合金制造，加工裝配方便， 可維修性好，可靠性高。

圖1為本實用新型的縱向剖視圖；圖2為本實用新型的左視圖；圖3為本實用新型的A-A剖視圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本實用新型進行詳細說明。超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，如圖所示包括有預燃噴注器殼體1、火花塞2、空氣接嘴3、燃料接嘴組件4、壓緊螺母5、外套螺母6及水接嘴7。其中，預燃噴注器殼體1通過其上的螺紋法蘭、雙頭螺柱及螺母、水冷卻套密封槽9、空氣冷卻套密封槽10及相應橡膠“0”形圈與位于其后部的空氣冷卻套、水冷卻套、預燃室殼體密封連接；空氣接嘴3、燃料接嘴組件4、水接嘴7分別用于輸入高壓空氣、氣相(如天然氣、油田伴生氣等)或液相(如液化烴、柴油等)燃料、冷卻水；燃料接嘴組件4上設(shè)置有燃料主噴嘴 12、空氣噴嘴13，且燃料主噴嘴12和空氣噴嘴13設(shè)計成“Y”形交叉方式，以便正常工作時在其交匯處形成沖擊、碰撞，促進摻混霧化并改善燃燒效果；裝配過程中，燃料接嘴組件4 從靠近火焰的高溫端插入預燃噴注器殼體1中心孔，與從遠離火焰的冷端通過螺紋和“0” 形圈同預燃噴注器殼體1連接密封的空氣接嘴3套裝，通過壓緊螺母5壓緊，再用外套螺母 6固緊防松，且其高溫端通過臺階式端面內(nèi)側(cè)與預燃噴注器殼體1的內(nèi)孔端面壓緊自行密封，其冷端采用“0”形圈密封，正常工作時，預燃燃燒所需燃料經(jīng)由燃料接嘴組件4上的燃料主噴嘴12噴入預燃室；空氣接嘴3和燃料接嘴組件4套裝固緊后形成的環(huán)形空腔為空氣主通道，燃燒所需全部空氣壓入主通道后分為兩部分，一部分經(jīng)由空氣噴嘴13直接噴入預燃室與燃料摻混燃燒，其余部分經(jīng)由空氣分配通道11進入預燃室空氣冷卻套，通過預燃室多孔內(nèi)襯進入預燃室形成空氣膜，用以隔絕燃氣以冷卻內(nèi)襯；水接嘴7通過螺紋與預燃噴注器殼體1連接，預燃噴注器殼體1上設(shè)有進水通道14、水冷卻室15、出水通道16，工作過程中，冷卻水連續(xù)通過進水通道14進入水冷卻室15，對預燃噴注器受熱面實施再生冷卻
5后，再經(jīng)出水通道16流出，并通過水冷卻套入口通道8直接進入預燃室水冷卻套，對預燃室實施冗余冷卻，并且，為提高其使用壽命，預燃噴注器的受熱端面選用高溫耐熱合金材料制造；火花塞2通過螺紋連接在預燃噴注器殼體1上，并采用紫銅墊和“0”形圈雙重密封，用于發(fā)生器的起動點火。
權(quán)利要求1.超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，包括有預燃噴注器殼體、火花塞、空氣接嘴、燃料接嘴組件、壓緊螺母、外套螺母及水接嘴，其特征在于，所述空氣接嘴 (3)、燃料接嘴組件(4)、水接嘴(7)分別輸入高壓空氣、氣相或液相燃料、冷卻水；空氣接嘴 3和燃料接嘴組件(4)套裝固緊后構(gòu)成環(huán)形空氣主通道；其發(fā)生器燃燒分為預燃燃燒及補燃燃燒兩個部分；其燃料接嘴組件(4)上設(shè)置有燃料主噴嘴(12)、空氣噴嘴(13)，且燃料主噴嘴(12)和空氣噴嘴(13)設(shè)計成“Y”形交叉方式；其預燃噴注器殼體(1)上設(shè)有進水通道 (14)、水冷卻室(15)、出水通道(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)內(nèi)部還設(shè)置有兩路空氣分配通道，即一路為預燃室燃料通道，另一路為預燃室空氣通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)與預燃室連接一端設(shè)計成球形，與采用內(nèi)錐形端面的預燃室殼體連接壓緊后直接密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其特征在于，其預燃噴注器殼體(1)設(shè)置有水冷卻套密封槽(9)、空氣冷卻套密封槽(10)，與位于其后部的空氣冷卻套、水冷卻套插接后，采用橡膠“0”形圈密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其特征在于，其燃料接嘴組件(4)從靠近火焰的高溫端插入預燃噴注器殼體(1)中心孔，與從遠離火焰的冷端通過螺紋擰入預燃噴注器殼體(1)的空氣接嘴(3)套裝；空氣接嘴(3)與預燃噴注器殼體(1)之間采用“0”形圈密封；其燃料接嘴組件(4)通過壓緊螺母( 壓緊，再用外套螺母(6)固緊防松；其燃料接嘴組件的高溫端通過臺階式端面內(nèi)側(cè)與預燃噴注器殼體(1)的內(nèi)孔端面壓緊自行密封，冷端采用“0”形圈密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界壓力油田注汽發(fā)生器補燃式燃燒室預燃噴注器，其特征在于，水冷卻室(15)靠火焰?zhèn)冉?jīng)高溫耐熱合金焊接構(gòu)成，水冷卻室(15)另一側(cè)經(jīng)不銹鋼焊接構(gòu)成；冷卻水進水通道(14)與水冷卻室(15)相連通，并與出水通道(16)、水冷卻套入口通道(8)與預燃室水冷卻套相連通。
專利摘要補燃式超臨界壓力油田注汽發(fā)生器燃燒室預燃噴注器，涉及一種油田采油設(shè)備，包括有預燃噴注器殼體、火花塞、空氣接嘴、燃料接嘴組件、壓緊螺母、外套螺母及水接嘴，其中，空氣接嘴、燃料接嘴組件、水接嘴分別用于輸入高壓空氣、氣相或液相燃料、冷卻水；其燃料接嘴組件上設(shè)置有燃料主噴嘴、空氣噴嘴，且燃料主噴嘴和空氣噴嘴設(shè)計成“Y”形交叉方式，以便正常工作時在其交匯處形成沖擊、碰撞，促進摻混霧化并改善燃燒效果。本實用新型內(nèi)部設(shè)置有水冷卻通道及空氣分配通道，并且，為提高其使用壽命，預燃噴注器的受熱端面選用高溫耐熱合金材料制造，從而在各種工作狀態(tài)下都保護了頂部結(jié)構(gòu)，避免了燒損及毀壞現(xiàn)象產(chǎn)生。
文檔編號F23C5/08GK202166049SQ20112025445
公開日2012年3月14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