一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器及方法与流程

本发明涉及一种提高注汽锅炉蒸汽干度的装置及方法，特别涉及一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器及方法。

背景技术：

目前，蒸汽吞吐是稠油热采的主要工艺方法，但随着蒸汽吞吐轮次的增加，周期产量递减越来越大，地层亏空、含水升高等矛盾也越来越严重，向油层注氮气、注二氧化碳等辅助增产措施随着轮次的增加，效果也越来越差。本单位申请的发明专利号为cn102818250b公布了《一种提高注汽锅炉蒸汽干度的方法及装置》，该工艺技术对于蒸汽吞吐的开发效果取得了巨大的突破，措施后的热采周期产量平均提高一倍，含水平均下降15%左右，生产周期平均延长2-3个月，开发成本大幅下降，成为稠油蒸汽吞吐中后期的接替工艺技术。该专利涉及到的干度提升器，属于一种该工艺条件下特定的高压燃烧装置，在应用过程中尚存在以下问题：

1.燃料在高压条件下雾化效果差；

2.燃料喷嘴结构不合理引起火焰回火导致喷头烧蚀，并且燃料喷嘴与喷头为一体结构，出现烧蚀后造成整个喷头损坏，浪费严重；

3.高压燃烧产生超高温对设备的烧蚀；

4.燃烧室结构不合理导致火焰振荡对设备造成损坏；

5.该装置以高温湿饱和水蒸汽作为冷却介质的特点，常规的密封结构达不到高温条件下的密封要求；

6.喷头及燃烧室散热结构不合理带来装置使用寿命的减少。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器及方法。

本发明提到的一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器，其技术方案是：主要包括前端头（1）、筒体（2）、后端头（3），其中前端头（1）与筒体（2）、筒体（2）与后端头（3）均通过法兰形式连接；前端头（1）法兰盘的外沿上，压缩空气进气通道（1.3）内部自前端头（1）的法兰螺孔栓中间设有多个垂直于前端头（1）的压缩空气流通孔（1.8），压缩空气进气通道（1.3）通过压缩空气流通孔（1.8）与燃料管通道（1.4）连通；所述的前端头（1）的前端面（1.9）上设有多个压缩空气散热孔（1.10），压缩空气散热孔（1.10）垂直并连通压缩空气流通孔（1.8），压缩空气散热孔（1.10）末端设有空气散热喷嘴（1.11），空气散热喷嘴（1.11）的圆周上均布多个平行于前端面（1.9）的空气散热喷孔（1.14）；

优选的，上述的燃料管（1.5）中部与燃料管通道（1.4）形成环形空间，环形空间与压缩空气流通孔（1.8）连通；所述的燃料管（1.5）前端设有内混式燃料喷嘴（1.12），内混式燃料喷嘴（1.12）与燃料管（1.5）为一体结构，内混式燃料喷嘴（1.12）与燃料通道（1.4）末端采用石墨挤压密封。

优选的，上述的筒体（2）前端设有冷却介质入口（2.1），冷却介质连接管（2.2），冷却介质通道（2.3），所述的冷却介质通道（2.3）为环形通道，设在筒体（2）前端法兰盘的外沿上，冷却介质通道（2.3）内部自法兰螺栓孔中间设有多个垂直于筒体（2）的冷却介质流通孔（2.4），冷却介质通道（2.3）通过冷却介质流通孔（2.4）与筒体（2）内部连通；所述的冷却介质入口（2.1）与冷却介质接管（2.2）连接，冷却介质入口（2.1）为法兰连接形式，冷却介质连接管（2.2）分两路与冷却介质通道（2.3）以切线连接，两个切线连接点布在环形通道的直径上，并且互为180°反方向。

优选的，上述的筒体（2）内部设有燃烧筒（2.5），燃烧筒（2.5）与前端头（1）的前端活动连接；所述的燃烧筒（2.5）分为燃烧段（2.5.1）、喉管段（2.5.2）和混合段（2.5.3），所述的燃烧段（2.5.1）外壁设有多级螺旋式冷却介质通道（2.5.4），所述的喉管段（2.5.2）外壁设有环锥形冷却介质通道（2.5.5），并在末端设有多个冷却介质喷孔（2.5.6），冷却介质喷孔（2.5.6）连通混合段（2.5.3），所述的混合段（2.5.3）尾端为锥形结构，并设有多个复合气喷孔（2.5.7），喷孔（2.5.7）与筒体（2）内部连通。

优选的，上述的压缩空气入口（1.1）与压缩空气连接管（1.2）连接，压缩空气连接管（1.2）与压缩空气进气通道（1.3）连接；所述的压缩空气进气通道（1.3）为环形通道，设在前端头（1）法兰盘的外沿上。

优选的，上述的后端头（3）上设有安全附件接口（3.1）、压力传感器接口（3.2）、温度传感器接口（3.3），出口为缩径结构。

优选的，上述的前端头（1）后段设有散热结构（1.13）。

优选的，上述的压缩空气进气通道（1.3）、燃料管通道（1.4）、点火杆通道（1.6）、火焰检测器通道（1.7）分别与燃烧筒（2.5）连通，燃料管（1.5）、点火杆、火焰检测器与对应的通道均通过螺纹压冒紧固在前端头（1）上，密封形式为石墨挤压密封。

本发明提到的一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器的使用方法，其技术方案是：包括以下过程：

启动时，湿饱和水蒸汽自冷却介质入口（2.1）进入装置，然后控制压缩空气自压缩空气入口（1.1）进入装置，再控制燃料自燃料管（1.5）进入装置，同时按设置参数启动点火器点火，燃料在内混式燃料喷嘴（1.12）中被压缩空气雾化后喷入燃烧筒（2.5）的燃烧段（2.5.1），燃料空气混合物遇明火后即可着火燃烧。

工作中，压缩空气经压缩空气入口（1.1）、压缩空气进气通道（1.3）、压缩空气流通孔（1.8），一路进入燃料管（1.5）与燃料管通道（1.4）形成的环形空间，并经环形空间进入内混式燃料喷嘴（1.12），对燃料进行充分雾化，同时压缩空气在流通的过程不但给前端头（1）进行良好的散热，自身温度的提高也更利于燃料的雾化；另一路进入压缩空气散热孔（1.10），通过压缩空气散热喷嘴（1.11）的圆周上均布的平行于前端面（1.9）的空气散热喷孔（1.14）高速喷出，在前端头的前端面表面形成一层空气冷却气膜，充分保护了前端头（1）的前端面（1.9）及点火杆端头、内混式燃料喷嘴（1.2）的端头在高温燃烧状态下不被烧蚀，其中，燃料管（1.5）与内混式燃料喷嘴（1.12）的一体结构，在出现内混式燃料喷嘴（1.12）损坏时，便于拆卸更换。

工作中，湿饱和水蒸汽沿相反切线方向进入环形冷却介质通道（2.3），形成较强的旋转力，在旋转力的作用下，两相流的湿饱和水蒸汽在环形冷却介质通道（2.3）内得到充分混合，通过冷却介质流通孔（2.4），均匀的进入燃烧筒（2.5）外壁的多级螺旋式冷却介质通道（2.5.4），多级螺旋式冷却介质通道（2.54）散热面积大，湿饱和水蒸汽在燃烧段（2,5.1）外壁的流通时间长，流动均匀，有效地保护了燃烧筒（2.5）不被高温烧蚀；湿饱和水蒸汽在经过燃烧筒喉管段（2.5.2）外壁的环锥形冷却介质通道（2.5.5）时，流速大幅增加，保证了喉管段（2.5.2）内部不被高温烟气烧蚀；湿饱和水蒸汽沿环锥形冷却介质通道（2.5.5）末端的冷却介质喷孔（2.5.6）高速喷入燃烧筒（2.5）的混合段（2.5.3），与燃烧后的高温烟气迅速进行热量交换，混合形成复合气体，湿饱和水蒸汽干度得到大幅提升，根据工艺要求，干度可控制提升至100%，甚至达到一定的过热度，复合气体通过燃烧筒（2.5）的混合段（2.5.3）的尾端上的复合气喷孔（2.5.7）喷出，混合段（2.5.3）尾端的锥形及喷孔结构，可使湿饱和水蒸汽与高温烟气在经喷孔喷出时得到充分均匀混合；燃烧筒（2.5）喉管段（2.5.2）的设计结构，使燃烧后的烟气在经过喉管段（2.5.2）后，流速可接近音速，不但消除了燃烧段（2.5.1）内的火焰振荡现象，保证了高压燃烧的稳定，同时避免了混合段（2.5.3）内的湿饱和水蒸汽回流到燃烧筒（2.5）的燃烧段（2.5.1）内，干扰火焰的稳定。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.本发明的压缩空气进气通道及流通结构不但给前端头进行良好的降温，压缩空气也在给前端头降温的过程得到充分的预热，有利于燃料的雾化燃烧，前端头前端面上设计的空气散热喷嘴，使前端头前端面表层产生一层空气冷却气膜，充分保护了前端头前端面及各种穿插件不被高温损坏；

2.本发明的内混式燃料喷嘴，有效地保证了燃料在高压条件下得到良好的雾化效果，同时避免了火焰回火问题，并且燃料管与内混式燃料喷嘴的一体结构，即使出现喷嘴损坏，极易拆卸更换，大大节约了运行成本；

3.本发明的冷却介质通道及流通结构，不但适用采用常温软化水作为冷却介质的高压燃烧装置，特别适用于以高温湿饱和水蒸汽作为冷却介质的高压燃烧装置，湿饱和水蒸汽沿相反切线方向进入冷却介质通道（环形通道），在旋转力的作用下，两相流状态的湿饱和水蒸汽得到均匀混合，更利于湿饱和水蒸汽对燃烧筒外壁的降温；

4.本发明的燃烧筒燃烧段外壁的多级螺旋式冷却介质通道，散热面积大，冷却介质在燃烧段外壁的流通时间长，流动均匀，有效地保护了燃烧筒不被高温烧蚀；燃烧筒喉管段的特殊结构可使燃烧后的烟气流速接近音速，消除了燃烧段内的火焰振荡现象，保证了高压燃烧的稳定，同时避免了因冷却介质的回流干扰火焰的稳定；

5.对于以高温湿饱和水蒸汽作为冷却介质的高压燃烧设备，燃料管、点火杆、火焰检测器等插接件与前端头采用的连接密封结构，保障了设备在高温条件下的密封要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明的图2中的前端头的d-d剖视图；

图4为本发明的后端头的k向视图

图5为本发明图1的a部放大图；

图6为本发明图1的b部放大图；

上图中：前端头1，筒体2，后端头3，压缩空气入口1.1，压缩空气连接管1.2，压缩空气进气通道1.3，燃料管通道1.4，燃料管1.5，点火杆通道1.6，火焰检测器通道1.7，压缩空气流通孔1.8，前端头1的前端面1.9，压缩空气散热孔1.10，空气散热喷嘴1.11，内混式燃料喷嘴1.12，前端头散热结构1.13，空气散热喷孔1.14，冷却介质入口2.1，冷却介质连接管2.2，冷却介质通道2.3，冷却介质流通孔2.4，燃烧筒2.5，燃烧段2.5.1，喉管段2.5.2，混合段2.5.3，多级螺旋式冷却介质通道2.5.4，环锥形冷却介质通道2.5.5，冷却介质喷孔2.5.6，复合气喷孔2.5.7，安全附件接口3.1、压力传感器接口3.2、温度传感器接口3.3。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，参照附图1-6，本发明提到的一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器，主要包括前端头1、筒体2、后端头3，其中前端头1与筒体2、筒体2与后端头3均通过法兰形式连接。

所述的前端头1上设有压缩空气入口1.1、压缩空气连接管1.2、压缩空气进气通道1.3、燃料管通道1.4、燃料管1.5、点火杆通道1.6、火焰检测器通道1.7。所述的压缩空气进气通道1.3、燃料管通道1.4、点火杆通道1.6、火焰检测器通道1.7分别与燃烧筒2.5连通。所述的燃料管1.5、点火杆、火焰检测器与对应的通道均通过螺纹压冒紧固在前端头1上，密封形式为石墨挤压密封。

所述的压缩空气入口1.1与压缩空气连接管1.2连接，压缩空气连接管1.2与压缩空气进气通道1.3连接；所述的压缩空气进气通道1.3为环形通道，设在前端头1法兰盘的外沿上，压缩空气进气通道1.3内部自前端头1的法兰螺孔栓中间设有多个垂直于前端头1的压缩空气流通孔1.8，压缩空气进气通道1.3通过压缩空气流通孔1.8与燃料管通道1.4连通，所述的前端头1的前端面1.9上设有多个压缩空气散热孔1.10，压缩空气散热孔1.10垂直并连通压缩空气流通孔1.8，压缩空气散热孔1.10末端设有空气散热喷嘴1.11，空气散热喷嘴1.11以螺纹连接形式紧固在前端头1的前端面1.9上，空气散热喷嘴1.11的圆周上均布多个平行于前端面1.9的空气散热喷孔1.14。

所述的燃料管1.5中部与燃料管通道1.4形成环形空间，环形空间与压缩空气流通孔1.8连通。所述的燃料管1.5前端设有内混式燃料喷嘴1.12，内混式燃料喷嘴1.12与燃料管1.5为一体结构，内混式燃料喷嘴1.12与燃料通道1.4末端采用石墨挤压密封。

所述的前端头1后段设有散热结构1.13。

所述的筒体2前端设有冷却介质入口2.1，冷却介质连接管2.2，冷却介质通道2.3。

所述的冷却介质通道2.3为环形通道，设在筒体2前端法兰盘的外沿上，冷却介质通道2.3内部自法兰螺栓孔中间设有多个垂直于筒体2的冷却介质流通孔2.4，冷却介质通道2.3通过冷却介质流通孔2.4与筒体2内部连通；

所述的冷却介质入口2.1与冷却介质接管2.2连接，冷却介质入口2.1为法兰连接形式，冷却介质连接管2.2分两路与冷却介质通道2.3以切线连接，两个切线连接点布在环形通道的直径上，并且互为180°反方向。所述的冷却介质接管2.2上设有温度传感器和压力传感器接口。

所述的筒体2内部设有燃烧筒2.5，燃烧筒2.5与前端头1的前端通过螺纹连接；所述的燃烧筒2.5分为燃烧段2.5.1、喉管段2.5.2和混合段2.5.3，所述的燃烧段2.5.1外壁设有多级螺旋式冷却介质通道2.5.4，所述的喉管段2.5.2外壁设有环锥形冷却介质通道2.5.5，并在末端设有多个冷却介质喷孔2.5.6，冷却介质喷孔2.5.6连通混合段2.5.3，所述的混合段2.5.3尾端为锥形结构，并设有多个复合气喷孔2.5.7，喷孔2.5.7与筒体2内部连通；

所述的后端头3上设有安全附件接口3.1、压力传感器接口3.2、温度传感器接口3.3，出口为缩径结构。

本发明提到的一种提高注汽锅炉蒸汽干度的干度提升器，其使用过程如下：

启动时，湿饱和水蒸汽自冷却介质入口（2.1）进入装置，然后控制压缩空气自压缩空气入口（1.1）进入装置，再控制燃料自燃料管（1.5）进入装置，同时按设置参数启动点火器点火，燃料在内混式燃料喷嘴（1.12）中被压缩空气雾化后喷入燃烧筒（2.5）的燃烧段（2.5.1），燃料空气混合物遇明火后即可着火燃烧。

工作中，压缩空气经压缩空气入口（1.1）、压缩空气进气通道（1.3）、压缩空气流通孔（1.8），一路进入燃料管（1.5）与燃料管通道（1.4）形成的环形空间，并经环形空间进入内混式燃料喷嘴（1.12），对燃料进行充分雾化，同时压缩空气在流通的过程不但给前端头（1）进行良好的散热，自身温度的提高也更利于燃料的雾化；另一路进入压缩空气散热孔（1.10），通过压缩空气散热喷嘴（1.11）的圆周上均布的平行于前端面（1.9）的空气散热喷孔（1.14）高速喷出，在前端头的前端面表面形成一层空气冷却气膜，充分保护了前端头（1）的前端面（1.9）及点火杆端头、内混式燃料喷嘴（1.2）的端头在高温燃烧状态下不被烧蚀，其中，燃料管（1.5）与内混式燃料喷嘴（1.12）的一体结构，在出现内混式燃料喷嘴（1.12）损坏时，便于拆卸更换。

工作中，湿饱和水蒸汽沿相反切线方向进入环形冷却介质通道（2.3），形成较强的旋转力，在旋转力的作用下，两相流的湿饱和水蒸汽在环形冷却介质通道（2.3）内得到充分混合，通过冷却介质流通孔（2.4），均匀的进入燃烧筒（2.5）外壁的多级螺旋式冷却介质通道（2.5.4），多级螺旋式冷却介质通道（2.54）散热面积大，湿饱和水蒸汽在燃烧段（2,5.1）外壁的流通时间长，流动均匀，有效地保护了燃烧筒（2.5）不被高温烧蚀；湿饱和水蒸汽在经过燃烧筒喉管段（2.5.2）外壁的环锥形冷却介质通道（2.5.5）时，流速大幅增加，保证了喉管段（2.5.2）内部不被高温烟气烧蚀；湿饱和水蒸汽沿环锥形冷却介质通道（2.5.5）末端的冷却介质喷孔（2.5.6）高速喷入燃烧筒（2.5）的混合段（2.5.3），与燃烧后的高温烟气迅速进行热量交换，混合形成复合气体，湿饱和水蒸汽干度得到大幅提升，根据工艺要求，干度可控制提升至100%，甚至达到一定的过热度，复合气体通过燃烧筒（2.5）的混合段（2.5.3）的尾端上的复合气喷孔（2.5.7）喷出，混合段（2.5.3）尾端的锥形及喷孔结构，可使湿饱和水蒸汽与高温烟气在经喷孔喷出时得到充分均匀混合；燃烧筒（2.5）喉管段（2.5.2）的设计结构，使燃烧后的烟气在经过喉管段（2.5.2）后，流速可接近音速，不但消除了燃烧段（2.5.1）内的火焰振荡现象，保证了高压燃烧的稳定，同时避免了混合段（2.5.3）内的湿饱和水蒸汽回流到燃烧筒（2.5）的燃烧段（2.5.1）内，干扰火焰的稳定。本高压燃烧装置后端设置的安全附件接口3.1、压力传感器接口3.2、温度传感器接口3.3，在安装相应的装置后，可对混合后复合气体的状态进行监控，保证了高压燃烧装置的安全运行。

需要说明的是：根据装置制造工艺要求，本装置筒体与后端头之间的连接法兰可以去掉，筒体与后端头设计为一体结构。

以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。