CN102287854A - 补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置 - Google Patents

Abstract

补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，涉及一种油田采油设备，包括有预燃室壳体（1）、预燃室内衬（2）、预燃室内衬（3）。预燃室壳体（1）与中衬（2）之间形成水冷却套（6），预燃室中衬（2）与内衬（3）之间形成空气冷却套(7)，空气冷却套内壁设有多个切向空气喷嘴(8)，空气由喷嘴(8)喷出，在内衬(2)接触燃气表面形成连续气膜，冷却预燃室。冷却水强迫流过水冷却套(6)，对空气冷却套内已受热空气进行再生冷却，并对高温燃气实施冗余冷却。本发明通过改进设备结构和冷却方式的方法解决了注汽发生器的内衬烧损和毁坏问题。

Description

补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置

技术领域

本发明涉及一种油田采油设备，特别是涉及一种补燃式超临界压力注汽发生器〔又称复合热载体发生器〕燃烧室的冗余冷却装置。

背景技术

注汽发生器已在国内大庆、辽河、胜利、新疆等各大油田进行了多年应用，并取得了一定的增油效果，但其使用范围过去主要集中在浅层油藏和高渗透油藏上。随着油田开发的不断进展，我国现有的复合热载体发生器，如专利98203951.4《旋涡式喷嘴的复合热载体发生器》、98203949.2《复合热载体发生器》、98203950.6《具有气化室的复合热载体发生器》、02231765.1《燃气蒸汽发生器》及200510022594.7《亚临界复合热载体发生器的高温高压燃烧***》等已无法适应当前油田生产的需要，因此，必须研制更大流量、更高压力的超临界压力注汽发生器。

然而，伴随着注汽发生器流量、压力及温度的提高，又出现了新的亟待解决的技术问题，其中之一就是注汽发生器内衬烧损、毁坏问题。

在已公开的发生器设计中，注汽发生器燃烧室的冷却均采用在燃烧室壳体内设置螺旋式或竖条式冷却水套的再生冷却方式，但当发生器燃烧室压力提高，且设备流量大，并连续长期工作时，随着复合热载体温度增高，为使设备掺混用水保持具有一定蒸汽干度的饱和状态,其掺水量将逐渐减少，原有内衬结构已无法满足工作环境的要求，经常出现内衬在火焰前锋处呈环状烧损、毁坏等现象，因而严重影响了注汽发生器在中深层主力油藏的正常使用。特别是当发生器在超临界压力工作时，因冷却工质水存在大比热区，在此区内其体积随工况变化较大，设备极易发生传热恶化现象，并进而烧毁燃烧室内衬，损坏设备。因此，必须采取措施减少并控制高温燃气对冷却介质的传热总量，即对现有发生器燃烧室冷却内衬的设计进行实质性突破改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，即在改变现有发生器燃烧方式的基础上（将原来集中在燃烧室顶部附近的一次性燃烧分成预燃燃烧及补燃燃烧两个部分），通过改进冷却装置的结构，把原有的单一再生冷却方式改为内衬用空气气膜冷却，中衬用水再生冷却，并且，空气气膜冷却为主，水再生冷却为辅的冗余冷却方式，从而提高内衬冷却效果，延长设备工作寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，由预燃室壳体、预燃室中衬、预燃室内衬构成。其中，预燃室壳体的前后端面采用内锥形（或球形）；预燃室中衬和内衬外缘设有多头螺旋槽，且预燃室内衬的内壁上设有多个切向喷嘴；预燃室内衬插装于中衬内孔中，通过尾端焊接(或其它固接方式)连接，可承压密封；预燃室内衬和中衬的焊接组件插装于预燃室壳体中；预燃室内衬与中衬之间形成的螺旋通道构成空气冷却套，预燃室中衬和壳体之间形成的螺旋通道构成水冷却套。

所述的补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，除用于预燃室贫油燃烧所需空气外的其余空气经由冷却空气入口全部进入空气冷却套，由空气冷却套内壁上的多个切向喷嘴喷入预燃室，在空气冷却套内壁上形成连续气膜，并在此过程中吸收燃气中的热量预热自身。

所述的补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，预燃室所需冷却用水全部经由冷却水入口进入水冷却套，对空气冷却套中的受热空气进行再生冷却，并在气膜冷却不佳时，保护预燃室不被损坏。

本发明的优点与效果是：

通过对现有设备烧损毁坏和现象进行观察、分析及计算，本发明改进了设备结构和冷却方式， 并以此解决了注汽发生器的内衬烧损问题。

1、燃烧室内设置空气冷却套，使用空气进行气膜冷却。

注汽发生器工作过程中，其燃烧所需空气分成两路压入燃烧室内。其中，一路供给预燃室，直接用于贫油燃烧；另一路供给预燃室空气冷却套，通过设置于其内衬上的多个切向小孔喷入预燃室，在空气冷却套内壁上形成连续气膜。由于该气膜隔开了高温燃气与内壁，并在流动过程中不断吸收燃气热量，降低了燃气温度和燃气比焓值，因而，提高了保护效果，有效避免了内衬烧损或毁坏。同时，由于在此过程中对未参与燃烧的空气进行了有效预热，还连带提高了下一步补燃阶段的燃烧效率。

气膜冷却的突出特点是在任何条件（包括在超临界压力工作条件）下，都不会像水冷却那样产生传热恶化现象，有效避免了发生器在超临界压力工作条件下因传热恶化造成的烧损或毁坏。

2、空气冷却套外设置水冷却套，形成冗余冷却，避免传热恶化。

当发生器工作时，冷却水压入水冷却套，在其螺旋通道内强迫流动，并对空气冷却套内的己受热空气进行再生冷却，从而进一步增强了冷却效果，并形成了冗余冷却。与此同时，因受接近燃气空气气膜的冷却保护，水冷却套中的再生冷却水温度也得到了有效控制，从而避免了传热恶化现象产生。

附图说明

图1为本发明的预燃室冷却***示意图。

具体实施方式

下面参照图1对本发明进行详细说明。

补燃式超临界压力燃气液两相燃料注汽发生器燃烧室冗余冷却装置由预燃室壳体1、预燃室中衬2、预燃室内衬3构成。其中，预燃室壳体1的前端面4和后端面10均为内锥形，通过预燃室壳体1上连接法兰螺纹5和法兰螺纹9上的螺纹法兰、双头螺柱及螺母，分别与位于其前后两端的预燃室喷注器壳体及补燃喷注器壳体的球形端面压紧密封。预燃室中衬2外缘设有多头螺旋槽。预燃室内衬3外缘亦设有多头螺旋槽，且其内壁上设有多个切向喷嘴8。预燃室内衬3插装于中衬2内孔中，二者通过尾端焊接连接，并可承压密封。预燃室内衬3与中衬2之间构成的螺旋通道为空气冷却套7，预燃室中衬2和壳体1之间构成的螺旋通道为水冷却套6。预燃室内衬3和中衬2的焊接组件插装于预燃室壳体1中。

本发明工作过程：

补燃式超临界压力注汽发生器正常工作时， 其燃烧所需空气在预燃喷注器内分成两路，其中一路直接喷入预燃室与所喷入的燃料掺混后进行贫油燃烧；另一路全部进入空气冷却套7，经由空气冷却套内衬3上的多个切向喷嘴8喷入预燃室，在其内壁上形成连续气膜，防止火焰与空气冷却套内壁直接接触，同时，通过这部分空气的掺混吸热，逐步降低燃气温度和燃气比焓值，从而多方位保护内衬结构，综合提高保护效果，进一步避免内衬烧损或毁坏。另外，由于在此过程中对未参与燃烧的空气进行了有效预热，连带提高了下一步补燃阶段的燃烧效率。

为进一步提高预燃室的冷却效果，增强安全防护，在上述空气冷却套7的外表面又增设了水冷却套6，对其进行再生冷却。当发生器工作时，冷却水进入预燃室水冷却套6，在螺旋形通道中强迫流动，并对空气冷却套中的受热空气进行冷却，以进一步增强冷却效果，同时，一旦气膜冷却不佳时，通过再生冷却进行冗余保护，以确保设备安全完好。

Claims (3)

1.补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，由预燃室壳体、预燃室中衬、预燃室内衬构成，其特征在于，预燃室壳体(1)的前后端面采用内锥形；预燃室中衬（2）和内衬（3）外缘设有多头螺旋槽，且预燃室内衬（3）的内壁上设有多个切向喷嘴（8）；预燃室内衬（3）插装于中衬（2）内孔中，采用尾端焊接或其它方式固接，为承压密封状；预燃室内衬(3)和中衬(2)的焊接组件插装于预燃室壳体(1)中；预燃室内衬(3)与中衬(2)之间形成螺旋通道，构成空气冷却套，预燃室中衬(2)和壳体(1)之间形成螺旋通道，构成水冷却套。

2.根据权利要求1所述的补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，其特征在于，用于预燃室贫油燃烧所需空气外的其余空气经冷却空气入口全部进入空气冷却套(7)，由空气冷却套内壁上的多个切向喷嘴(8)喷入预燃室，在空气冷却套内壁上形成连续气膜，并在此过程中吸收燃气中的热量预热自身。

3.根据权利要求1所述的补燃式超临界压力气液燃料发生器燃烧室冗余冷却装置，其特征在于，预燃室所需冷却用水全部经由冷却水入口进入水冷却套(6)，对空气冷却套(7)中的受热空气进行再生冷却。