纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法技术

本发明专利技术提供了一种纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法，该发生器包括：发生器本体，其包括燃烧室及套设在燃烧室外部的蒸气室；发生器头部结构，其具有头部本体、燃烧喷嘴和点火电极；燃烧喷嘴具有喷嘴本体，喷嘴本体的端部形成有多个隔膜外腔；喷嘴本体内设有燃料通道和纯氧通道，燃料通道通过多个燃料斜孔与多个隔膜外腔相连通，燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；纯氧通道通过多个纯氧斜孔与多个隔膜外腔相连通，纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。本发明专利技术能够将纯氧和天然气进行均匀雾化，实现纯氧、天然气高温充分燃烧并最终形成含二氧化碳和蒸气的高温复合热载体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种发生器及方法，尤其有关于一种高压燃烧
中的纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法。
技术介绍
多元热流体技术热力开采稠油是一种非常高效的新技术，其具有燃烧效率高、零碳注入环保节能的优势，多元热流体技术输出的高温多元热流体具有综合增油机理，可大幅提高单井产能和提高原油采收率。多元热流体技术用于油砂开采，其核心装备是发生器，目前，对该发生器输出的多元热流体成分要求除去氮气或减少氮气含量，主要通过用含氧量90％以上的纯氧与天然气掺混的方式实现高压充分燃烧的需要。这就要求发生器能够承受较高的燃烧温度和压力，而且也要求发生器能够耐高温、耐氧化。现有技术中的发生器及其内的喷嘴不能满足上述要求，其纯氧和天然气的掺混效果不好，易导致燃烧不稳定。因此，有必要提供一种新的发生器及复合热载体产生方法，来克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种纯氧复合热载体发生器，其能够将纯氧和天然气进行均匀雾化，实现纯氧、天然气高温充分燃烧并最终形成含二氧化碳和蒸气的高温复合热载体，该纯氧复合热载体发生器的结构合理、安全可靠、使用寿命长。本专利技术的另一目的是提供一种复合热载体产生方法，该方法能够将纯氧和天然气进行均匀雾化，实现纯氧、天然气高温充分燃烧并最终形成含二氧化碳和蒸气的高温复合热载体。本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：本专利技术提供一种纯氧复合热载体发生器，所述纯氧复合热载体发生器包括：发生器本体，其包括燃烧室及套设在所述燃烧室外部的蒸气室，所述燃烧室的上端与所述蒸气室相连通，所述蒸气室的上端连接有出口管道；发生器头部结构，其连接在所述发生器本体的下端，所述发生器头部结构具有头部本体和设置在所述头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均与所述燃烧室相对设置，所述头部本体内设有与所述蒸气室相连通的进水通道；其中，所述燃烧喷嘴具有喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端具有燃料入口和纯氧入口，其另一端形成有多个隔膜外腔，多个所述隔膜外腔与所述燃烧室相对设置；所述喷嘴本体内设有燃料通道，所述燃料通道的一端与所述燃料入口相连通，其另一端通过多个燃料斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；所述喷嘴本体内还设有纯氧通道，所述纯氧通道的一端与所述纯氧入口相连通，所述纯氧通道的另一端通过多个纯氧斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。在优选的实施方式中，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通。在优选的实施方式中，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层中。在优选的实施方式中，所述头部本体的内端面形成有冷却腔，所述耐高温隔热层位于所述冷却腔的上方，所述进水通道通过所述冷却腔与所述蒸气室相连通。在优选的实施方式中，所述纯氧通道为环形通道，所述纯氧通道围设在所述燃料通道的外周。在优选的实施方式中，所述纯氧通道的环腔宽度与所述纯氧斜孔的直径的比值为2.83；所述燃料通道的直径与所述燃料斜孔的直径的比值为2.0。在优选的实施方式中，多个所述隔膜外腔沿圆周方向设置在所述喷嘴本体的端面，所述隔膜外腔的外轮廓形状为扇形形状，所述扇形的圆心角为60°～90°。在优选的实施方式中，所述隔膜外腔为设置在所述喷嘴本体端部的球面凹槽，所述球面凹槽的球面半径为50mm～100mm。在优选的实施方式中，多个所述纯氧斜孔沿圆周方向间隔设置在所述喷嘴本体内，所述纯氧斜孔的轴线与所述喷嘴本体的轴线之间所形成的锐角为15°～45°。在优选的实施方式中，多个所述燃料斜孔沿圆周方向间隔设置在所述喷嘴本体内，所述燃料斜孔的轴线与所述喷嘴本体的轴线之间所形成的钝角为135°～175°。本专利技术还提供一种上述的纯氧复合热载体发生器的复合热载体产生方法，所述复合热载体产生方法包括如下步骤：a)通过燃烧喷嘴向发生器本体的燃烧室内注入纯氧和天然气，通过发生器头部结构的进水通道向所述发生器本体的蒸气室内注入水；b)打开点火电极，自所述燃烧喷嘴喷出的所述纯氧和所述天然气在所述燃烧室内充分掺混燃烧，所述蒸气室内的水吸收所述燃烧室的热量后气化为蒸气；c)所述纯氧和所述天然气充分燃烧生成的二氧化碳、以及所述蒸气室内的蒸气，在所述蒸气室的上端掺混后形成复合热载体，所述复合热载体自连接在所述蒸气室上端的出口管道排出。在优选的实施方式中，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通，在所述步骤c)中，自多个所述上进水孔喷入所述蒸气室内的水气化为蒸气后，掺混至所述复合热载体中并自所述出口管道排出。在优选的实施方式中，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层内。在优选的实施方式中，所述耐高温隔热层的厚度为20mm～30mm。本专利技术的纯氧复合热载体发生器及复合热载体产生方法的特点及优点是：一、本专利技术的纯氧复合热载体发生器能实现纯氧、天然气的充分燃烧，且能生成含二氧化碳和蒸气的复合热载体，该复合热载体注入油层可提高原油单井产能和采收率；该纯氧复合热载体发生器实现了纯氧、天然气的高压密闭燃烧，同时发生器本体内的燃烧室和套设在燃烧室外部的蒸气室的结构有效保证了燃烧的可靠性和稳定性。本专利技术采用纯氧和天然气高压燃烧，减少了输出的复合热载体的氮气含量，实现多元热流体技术在油砂开采的应用。二、本专利技术通过在头部本体的内端面设置耐高温隔热层，当头部本体与发生器本体连接后，该耐高温隔热层恰好封堵在纯氧复合热载体发生器的燃烧室的端部并直接面对燃烧室，有效保护头部本体，避免头部本体直接面对燃烧室，防止高温烧蚀头部本体，延长了头部本体的使用寿命；另外，位于头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极均密封设于耐高温隔热层中，因此，可有效保护燃烧喷嘴和点火电极，防止高温烧蚀，
延长了燃烧喷嘴和点火电极的使用寿命。三、本专利技术通过头部本体内的冷却腔的设计，可实现对头部本体的冷却处理；同时，还可对直面燃烧室的耐高温隔热层进行冷却处理，防止高温烧蚀及天然气与纯氧高温反应损坏头部本体的情况发生。四、本专利技术于发生器头部结构内设置的燃烧喷嘴，通过燃烧喷嘴中径向向内倾斜设置的纯氧斜孔、以及径向向外倾斜设置的燃料斜孔，可保证自喷嘴本体喷出的纯氧和天然气充分掺混雾化，有效保证了天然气喷出后与纯氧的对撞掺混；另外，通过设置在喷嘴本体端面的多个隔膜外腔，可使从燃料斜孔喷出的天然气在隔膜外腔内形成一层燃料隔膜层，该燃料隔膜层可将纯氧、天然气高温燃烧辐射的热量带走，有效隔绝了纯氧与喷嘴本体高温下的直接接触，提高了燃烧喷嘴的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的纯氧复合热载体发生器的结构示意图。图2为图1的A部放大图。图3为本专利技术的纯氧复合热载体发生器的发生器头部结构的结构示意图。图4为本专利技术的纯氧复合热载体发生器的燃烧喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧复合热载体发生器包括：发生器本体，其包括燃烧室及套设在所述燃烧室外部的蒸气室，所述燃烧室的上端与所述蒸气室相连通，所述蒸气室的上端连接有出口管道；发生器头部结构，其连接在所述发生器本体的下端，所述发生器头部结构具有头部本体和设置在所述头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均与所述燃烧室相对设置，所述头部本体内设有与所述蒸气室相连通的进水通道；其中，所述燃烧喷嘴具有喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端具有燃料入口和纯氧入口，其另一端形成有多个隔膜外腔，多个所述隔膜外腔与所述燃烧室相对设置；所述喷嘴本体内设有燃料通道，所述燃料通道的一端与所述燃料入口相连通，其另一端通过多个燃料斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；所述喷嘴本体内还设有纯氧通道，所述纯氧通道的一端与所述纯氧入口相连通，所述纯氧通道的另一端通过多个纯氧斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。

【技术特征摘要】
1.一种纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧复合热载体发生器包括：发生器本体，其包括燃烧室及套设在所述燃烧室外部的蒸气室，所述燃烧室的上端与所述蒸气室相连通，所述蒸气室的上端连接有出口管道；发生器头部结构，其连接在所述发生器本体的下端，所述发生器头部结构具有头部本体和设置在所述头部本体内的燃烧喷嘴和点火电极，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均与所述燃烧室相对设置，所述头部本体内设有与所述蒸气室相连通的进水通道；其中，所述燃烧喷嘴具有喷嘴本体，所述喷嘴本体的一端具有燃料入口和纯氧入口，其另一端形成有多个隔膜外腔，多个所述隔膜外腔与所述燃烧室相对设置；所述喷嘴本体内设有燃料通道，所述燃料通道的一端与所述燃料入口相连通，其另一端通过多个燃料斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述燃料斜孔沿燃料的喷射方向径向向外倾斜设置；所述喷嘴本体内还设有纯氧通道，所述纯氧通道的一端与所述纯氧入口相连通，所述纯氧通道的另一端通过多个纯氧斜孔与多个所述隔膜外腔相连通，所述纯氧斜孔沿纯氧的喷射方向径向向内倾斜设置。2.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述蒸气室的上端沿圆周方向设有多个上进水孔，多个所述上进水孔与所述蒸气室相连通。3.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述头部本体与所述燃烧室相对的内端面上连接有耐高温隔热层，所述燃烧喷嘴和所述点火电极均密封设于所述耐高温隔热层中。4.如权利要求3所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述头部本体的内端面形成有冷却腔，所述耐高温隔热层位于所述冷却腔的上方，所述进水通道通过所述冷却腔与所述蒸气室相连通。5.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧通道为环形通道，所述纯氧通道围设在所述燃料通道的外周。6.如权利要求5所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，所述纯氧通道的环腔宽度与所述纯氧斜孔的直径的比值为2.83；所述燃料通道的直径与所述燃料斜孔的直径的比值为2.0。7.如权利要求1所述的纯氧复合热载体发生器，其特征在于，多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴耀文，梅立新，李国诚，陈龙，陆峰，司军涛，朱伟，宋宇波，梅奕中，李兴儒，徐梁，张建忠，
申请(专利权)人：天津中油锐思技术开发有限责任公司，北京亦通石油科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12