依靠气源能量提供冷却空气的火炬制造技术

一种依靠气源能量提供冷却空气的火炬，包括燃烧装置，所述燃烧装置包括燃气入口和冷却通道入口；透平压气机，所述透平压气机包括转轴以及固定在所述转轴上的透平和压气机，所述透平具有透平入口部和透平出口部，所述透平入口部用以接收高压燃气，所述压气机包括压气机入口部和压气机出口部，所述压气机入口部用以接收环境空气；燃气通道，所述燃气通道连接在所述透平出口部与所述燃气入口之间；以及冷却空气通道，所述冷却空气通道连接在所述压气机出口部与所述冷却通道入口之间。

【技术实现步骤摘要】
依靠气源能量提供冷却空气的火炬
本专利技术涉及一种火炬，特别涉及一种依靠气源能量提供冷却空气的火炬。
技术介绍
现有的地面引射式火炬燃烧所需的空气是依靠气源引射所得，当燃烧室内的燃气燃烧时，引射的空气都参与混合燃烧了，没有多余的空气用来冷却，燃烧室外壁直接暴露在高温环境下，没有冷却措施。为了保证燃烧室的使用，减小对外辐射，火炬的燃烧室外壁一般都是采用耐火材料加隔热材料，或者是采用高温合金真空夹层等结构。但这样势必会造成材料投入成本高，火炬的结构体积增大，且耐火隔热材料大多存在环保问题。而且野外井场本来就存在电力资源紧张的问题，如果另外加设冷却设备，电力供应不足的情况则会进一步加剧。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种依靠气源能量提供冷却空气的火炬。一种依靠气源能量提供冷却空气的火炬，包括燃烧装置，所述燃烧装置包括燃气入口和冷却通道入口；透平压气机，所述透平压气机包括转轴以及固定在所述转轴上的透平和压气机，所述透平具有透平入口部和透平出口部，所述透平入口部用以接收高压燃气，所述压气机包括压气机入口部和压气机出口部，所述压气机入口部用以接收环境空气；燃气通道，所述燃气通道连接在所述透平出口部与所述燃气入口之间；以及冷却空气通道，所述冷却空气通道连接在所述压气机出口部与所述冷却通道入口之间。在一实施例中，所述火炬还包括热交换器，所述热交换器设置在所述燃气通道和冷却空气通道的路径上，用以将所述压气机出口部排出的压缩空气的热量交换至所述透平出口部排出的膨胀燃气上。在一实施例中，所述热交换器包括翅片管散热器。在一实施例中，所述透平压气机包括外壳，所述透平、压气机、热交换器安装在所述外壳内，构成一个模块单元。在一实施例中，所述透平压气机还包括发电机，所述发电机与所述透平压气机传动连接。在一实施例中，所述火炬包括沿竖直方向布置的多层防护罩，每层防护罩在周向上封闭以形成具有上下两开口端的燃烧室，在竖直方向上相邻的两层防护罩中，上一层防护罩的径向宽度大于下一层的径向宽度，使得在相邻两层防护罩之间形成一与燃烧室流体相通的引射区，每层防护罩下端均设有所述冷却通道入口；所述引射区内设有若干引射式燃烧器，每层防护罩包括形成所述燃烧室的燃烧室壁筒和设置在所述燃烧室壁筒外部的冷却夹套，每层防护罩的所述冷却夹套与所述燃烧室壁筒在上下缘位置均密封连接，所述冷却夹套与所述燃烧室壁筒之间形成冷却流道，所述燃烧室壁筒上形成与所述燃烧室和冷却流道连通的通气结构，所述冷却夹套底端设有与所述冷却流道连通的环形管，所述冷却通道入口设置在所述环形管上。在一实施例中，所述火炬包括形成燃烧室的燃烧室壁筒和设置在所述燃烧室壁筒外部的冷却夹套，所述冷却夹套与所述燃烧室壁筒之间形成冷却流道，所述冷却夹套与所述燃烧室壁筒在上下缘位置均密封连接，所述燃烧室壁筒上形成与所述燃烧室和冷却流道连通的通气结构，所述冷却夹套底端设有与所述冷却流道连通的环形管，所述冷却通道入口设置在所述环形管上。在一实施例中，所述通气结构为贯穿所述壁筒的若干冷却气孔，所述冷却气孔分别与所述燃烧室和冷却流道连通。在一实施例中，所述燃烧室壁筒包括沿竖直方向布置的多层壁筒，在竖直方向上相邻的两层壁筒中，上一层壁筒的径向宽度大于下一层的径向宽度，使得在相邻两层壁筒之间形成一与所述燃烧室和冷却流道流体相通的间隙。在一实施例中，所述通气结构包括设置在所述间隙内的波浪形片状结构，所述波浪形片状结构形成若干冷却气道，包括第一冷却气道和第二冷却气道，所述第一冷却气道包括波浪开口朝向上层壁筒的冷却气道，所述第二冷却气道包括波浪开口朝向下层壁筒的冷却气道。综上所述，本专利技术提出一种可有效利用油井或气井里需要处理的高压气源压能为火炬燃烧室壁面提供冷却空气的火炬。在火炬气源入口处设置一透平压气机，高压气源通过透平涡轮对涡轮做功，压力降低的高压气源进入火炬燃烧室燃烧。涡轮旋转驱动同轴的压气机，压气叶轮从大气中吸取空气压缩再经散热器冷却后输送至火炬燃烧室壁面，冷却燃烧室壁面。本专利技术以气源压能作为动力来源，将高压气源通入透平降低了气源的压力，减少了高压减压设备的投入，同时利用压气机及散热器为燃烧室壁面提供冷却空气，解决了燃烧室壁面无法冷却的问题，增加了燃烧室的使用寿命，减少耐火材料、隔热材料、高温合金真空夹层结构的使用，缩小设备体积，降低成本。此外，本专利技术还在透平压气机外连接一发电机，驱动该发电机发电以为火炬提供电力，充分利用了气源蕴含的压能，缓解野外井场电力资源紧张的问题。附图说明图1为本专利技术火炬的运行流程图。图2为本专利技术火炬一实施例的局部剖视图。图3为图2的另一角度的局部剖视图。图4为图3中圈A部分结构的放大示意图。图5为本专利技术火炬另一实施例的局部剖视图。图6为图5的另一角度的局部剖视图。图7为图6中圈B部分结构的放大示意图。具体实施方式在详细描述实施例之前，应该理解的是，本专利技术不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本专利技术可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本专利技术并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。如图1所示，本专利技术提出一种强制气膜冷却的火炬，该火炬包括燃烧装置10、透平压气机12、燃气通道14和冷却空气通道16，其中燃气通道14和冷却空气通道16分别连接在透平压气机12与燃烧装置10之间。本实施例中，为了方便安装，透平压气机12设置在燃烧装置10的气源入口处，在其他实施例中，根据实际安装需要，透平压气机12也可以设置在燃烧装置10的其他位置。燃烧装置10包括燃气入口18和连通至燃烧装置10的燃烧室壁面的冷却通道入口20。透平压气机12包括转轴22以及固定安装在转轴22上的透平24和压气机26。其中，透平24可以是轴流型或径流型，压气机26也可以是轴流型或径流型。本实施例中，透平24和压气机26均采用轴流型，并共同组成轴流透平压气机。透平24包括透平入口部28和透平出口部30，透平入口部28用以通入高压燃气，例如来自井场的高压天然气。燃气通道14连接在透平出口部30与燃烧装置10的燃气入口18之间，用以向燃烧装置10提供燃烧所需要的燃气。高压天然气进入透平24驱动透平涡轮旋转，高压天然气膨胀后压力降低，经透平24膨胀降压的天然气经透平出口部30排出进入燃气通道14，然后经燃气入口18进入燃烧装置10的燃烧室进行燃烧。压气机26包括压气机入口部32和压气机出口部34，冷却空气通道16连接在压气机出口部34与燃烧装置10的冷却通道入口20之间。透平涡轮旋转带动转轴22转动，转轴22继而驱动压气机26的压气叶轮转动，压气叶轮转动使得环境空气从压气机入口部32被吸进压气机26，空气经压气机26压缩后通过压气机出口部34排出至冷却空气通道16，然后经冷却通道入口20进入燃烧装置10的燃烧室冷却结构。由于被压气机26压缩的空气温度会上升，影响对燃烧室壁面的冷却效果。本实施例中，所述火炬还包括用以对压缩空气散热降温的热交换器或散热器36，例如翅片管散热器36，在其他实施例中也可以采用其他类型的散热器，本专利技术不对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，包括：燃烧装置，所述燃烧装置包括燃气入口和冷却通道入口；透平压气机，所述透平压气机包括转轴以及固定在所述转轴上的透平和压气机，所述透平具有透平入口部和透平出口部，所述透平入口部用以接收高压燃气，所述压气机包括压气机入口部和压气机出口部，所述压气机入口部用以接收环境空气；燃气通道，所述燃气通道连接在所述透平出口部与所述燃气入口之间；以及冷却空气通道，所述冷却空气通道连接在所述压气机出口部与所述冷却通道入口之间。

【技术特征摘要】
1.一种依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，包括：燃烧装置，所述燃烧装置包括燃气入口和冷却通道入口；透平压气机，所述透平压气机包括转轴以及固定在所述转轴上的透平和压气机，所述透平具有透平入口部和透平出口部，所述透平入口部用以接收高压燃气，所述压气机包括压气机入口部和压气机出口部，所述压气机入口部用以接收环境空气；燃气通道，所述燃气通道连接在所述透平出口部与所述燃气入口之间；以及冷却空气通道，所述冷却空气通道连接在所述压气机出口部与所述冷却通道入口之间。2.如权利要求1所述的依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，所述火炬还包括热交换器，所述热交换器设置在所述燃气通道和冷却空气通道的路径上，用以将所述压气机出口部排出的压缩空气的热量交换至所述透平出口部排出的膨胀燃气上。3.如权利要求2所述的依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，所述热交换器包括翅片管散热器。4.如权利要求2所述的依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，所述透平压气机包括外壳，所述透平、压气机、热交换器安装在所述外壳内，构成一个模块单元。5.如权利要求1所述的依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，所述透平压气机还包括发电机，所述发电机与所述透平压气机传动连接。6.如权利要求1所述的依靠气源能量提供冷却空气的火炬，其特征在于，所述火炬包括沿竖直方向布置的多层防护罩，每层防护罩在周向上封闭以形成具有上下两开口端的燃烧室，在竖直方向上相邻的两层防护罩中，上一层防护罩的径向宽度大于下一层的径向宽度，使得在相邻两层防护罩之间形成一与燃烧室流体相通的引射区，每层防护罩下端均设有所述冷却通道入口；所述引射区内设有若干引...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡秀文，张诗明，刘稼瑾，
申请(专利权)人：深圳智慧能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44