燃燒噴嘴及其噴射方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種燃燒噴嘴及其噴射方法，該燃燒噴嘴包括：噴嘴本體，其一端具有燃料入口和純氧入口，其另一端形成有多個隔膜外腔；其中，噴嘴本體內設有燃料通道，燃料通道的一端與燃料入口相連通，其另一端通過多個燃料斜孔與多個隔膜外腔相連通，燃料斜孔沿燃料的噴射方向徑向向外傾斜設置；噴嘴本體內還設有純氧通道，純氧通道的一端與純氧入口相連通，純氧通道的另一端通過多個純氧斜孔與多個隔膜外腔相連通，純氧斜孔沿純氧的噴射方向徑向向內傾斜設置。本發(fā)明的燃燒噴嘴及其噴射方法，能將純氧和天然氣進行均勻霧化，使勻質霧化的純氧和天然氣在發(fā)生器中充分燃燒，該燃燒噴嘴結構合理、安全可靠且使用壽命長。
【專利說明】
燃燒噴嘴及其噴射方法
技術領域
[0001]本發(fā)明有關于一種噴嘴及其噴射方法，尤其有關于一種高壓燃燒技術領域中的燃燒噴嘴及其噴射方法。
【背景技術】
[0002]多元熱流體技術熱力開采稠油是一種非常高效的新技術，其具有燃燒效率高、零碳注入環(huán)保節(jié)能的優(yōu)勢，多元熱流體技術輸出的高溫多元熱流體具有綜合增油機理，可大幅提尚單井廣能和提尚原油米收率。
[0003]多元熱流體技術用于油砂開采，其核心裝備是發(fā)生器，目前，對該發(fā)生器輸出的多元熱流體成分要求除去氮氣或減少氮氣含量，主要通過用含氧量90%以上的純氧與天然氣摻混的方式實現高壓充分燃燒的需要。
[0004]該發(fā)生器的燃燒噴嘴是實現純氧、天然氣高溫充分燃燒的核心部件，現有技術中，該發(fā)生器所采用的噴嘴易燒損，而且摻混純氧、天然氣的效果不好，易導致燃燒不穩(wěn)定。
[0005]因此，有必要提供一種新的噴嘴及噴射方法，來克服上述缺陷。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種燃燒噴嘴，其能將純氧和天然氣進行均勻霧化，使勻質霧化的純氧和天然氣在發(fā)生器中充分燃燒，該燃燒噴嘴結構合理、安全可靠、使用壽命長。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供一種噴射方法，該噴射方法能將純氧和天然氣進行均勻霧化，使勻質霧化的純氧和天然氣在發(fā)生器中充分燃燒。
[0008]本發(fā)明的上述目的可采用下列技術方案來實現:
[0009]本發(fā)明提供一種燃燒噴嘴，所述燃燒噴嘴包括:
[0010]噴嘴本體，其一端具有燃料入口和純氧入口，其另一端形成有多個隔膜外腔；
[0011]其中，所述噴嘴本體內設有燃料通道，所述燃料通道的一端與所述燃料入口相連通，其另一端通過多個燃料斜孔與多個所述隔膜外腔相連通，所述燃料斜孔沿燃料的噴射方向徑向向外傾斜設置;所述噴嘴本體內還設有純氧通道，所述純氧通道的一端與所述純氧入口相連通，所述純氧通道的另一端通過多個純氧斜孔與多個所述隔膜外腔相連通，所述純氧斜孔沿純氧的噴射方向徑向向內傾斜設置。
[0012]在優(yōu)選的實施方式中，所述純氧通道為環(huán)形通道，所述純氧通道圍設在所述燃料通道的外周。
[0013]在優(yōu)選的實施方式中，所述純氧通道的環(huán)腔寬度與所述純氧斜孔的直徑的比值為2.83ο
[0014]在優(yōu)選的實施方式中，所述燃料通道的直徑與所述燃料斜孔的直徑的比值為2.0。
[0015]在優(yōu)選的實施方式中，多個所述隔膜外腔沿圓周方向設置在所述噴嘴本體的端面，所述隔膜外腔的外輪廓形狀為扇形形狀，所述扇形的圓心角為60°?90°。
[0016]在優(yōu)選的實施方式中，所述隔膜外腔為設置在所述噴嘴本體端部的球面凹槽，所述球面凹槽的球面半徑為50mm?100mm。
[0017]在優(yōu)選的實施方式中，所述球面凹槽的外邊緣切線與所述噴嘴本體的端面之間所形成的銳角為5°?15°。
[0018]在優(yōu)選的實施方式中，多個所述純氧斜孔沿圓周方向間隔設置在所述噴嘴本體內，所述純氧斜孔的軸線與所述噴嘴本體的軸線之間所形成的銳角為15°?45°。
[0019]在優(yōu)選的實施方式中，多個所述燃料斜孔沿圓周方向間隔設置在所述噴嘴本體內，所述燃料斜孔的軸線與所述噴嘴本體的軸線之間所形成的鈍角為135°?175°。
[°02°]在優(yōu)選的實施方式中，所述純氧斜孔的直徑為1.25mm?4.35mm;所述燃料斜孔的直徑為0.25mm?I.35mm。
[0021]本發(fā)明還提供一種上述的燃燒噴嘴的噴射方法，所述噴射方法包括如下步驟:
[0022]a)向噴嘴本體的燃料通道內注入天然氣，向所述噴嘴本體的純氧通道內注入純氧；
[0023]b)所述天然氣經多個燃料斜孔徑向向外噴出所述噴嘴本體的多個隔膜外腔，所述純氧通過多個純氧斜孔徑向向內噴出所述噴嘴本體的多個所述隔膜外腔。
[0024]在優(yōu)選的實施方式中，在所述步驟b)中，所述天然氣經所述燃料斜孔噴出后，在所述隔膜外腔內形成一層燃料隔膜層。
[0025]在優(yōu)選的實施方式中，所述燃料隔膜層的厚度為0.5mm?1.5_。
[0026]本發(fā)明的燃燒噴嘴及其噴射方法的特點及優(yōu)點是:
[0027]—、本發(fā)明通過徑向向內傾斜設置的純氧斜孔、以及徑向向外傾斜設置的燃料斜孔，可保證自噴嘴本體噴出的純氧和天然氣充分摻混霧化，有效保證了天然氣噴出后與純氧的對撞摻混;另外，通過設置在噴嘴本體端面的多個隔膜外腔，可使從燃料斜孔噴出的天然氣在隔膜外腔內形成一層燃料隔膜層，該燃料隔膜層可將純氧、天然氣高溫燃燒輻射的熱量帶走，有效隔絕了純氧與噴嘴本體高溫下的直接接觸，提高了燃燒噴嘴的使用壽命。
[0028]二、本發(fā)明通過對純氧通道的環(huán)腔寬度與純氧斜孔的直徑的比值設計、以及對燃料通道的直徑與燃料斜孔的直徑的比值設計，可使自噴嘴本體噴出的天然氣和純氧，按照一定配比和速度對撞摻混后，在發(fā)生器的燃燒室內充分燃燒而生成二氧化碳，燃燒產物中氮氣含量少，符合后期生產作業(yè)的要求。
[0029]三、本發(fā)明通過將隔膜外腔設計為球面凹槽狀，可使天然氣自燃料斜孔噴入隔膜外腔后，天然氣從球面凹槽狀的隔膜外腔內噴出噴嘴本體的端面時是內收的，之后全部天然氣與自純氧斜孔噴出的純氧對撞摻混出噴嘴本體并離開噴嘴本體的端面，為純氧、天然氣在發(fā)生器的燃燒室內的充分燃燒提供保障。
【附圖說明】
[0030]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0031]圖1為本發(fā)明的燃燒噴嘴的剖視結構示意圖。
[0032]圖2為本發(fā)明的燃燒噴嘴的實施例一的立體圖。
[0033]圖3為本發(fā)明的燃燒噴嘴的實施例二的立體圖。
【具體實施方式】
[0034]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0035]實施方式一
[0036]如圖1至圖3所示，本發(fā)明提供一種燃燒噴嘴，其包括噴嘴本體1，該噴嘴本體I的一端具有燃料入口 11和純氧入口 12，其另一端形成有多個隔膜外腔13;其中，所述噴嘴本體I內設有燃料通道14，所述燃料通道14的一端與所述燃料入口 11相連通，其另一端通過多個燃料斜孔141與多個所述隔膜外腔13相連通，所述燃料斜孔141沿燃料的噴射方向徑向向外傾斜設置;所述噴嘴本體I內還設有純氧通道15，所述純氧通道15的一端與所述純氧入口 12相連通，所述純氧通道15的另一端通過多個純氧斜孔151與多個所述隔膜外腔13相連通，所述純氧斜孔151沿純氧的噴射方向徑向向內傾斜設置。
[0037]具體是，噴嘴本體I大體呈圓柱體形，其一端面設有燃料入口11和純氧入口 12，其另一端面設有多個隔膜外腔13。在本實施例中，該隔膜外腔13為設置在噴嘴本體I端部的凹槽。
[0038]燃料通道14設置在噴嘴本體I的中心軸線處，其一端與燃料入口11相連通，其另一端連通有多個燃料斜孔141，該些燃料斜孔141分別與多個隔膜外腔13相連通，在本發(fā)明中，燃料斜孔141的數量與隔膜外腔13的數量相同，每個隔膜外腔13對應與一個燃料斜孔141相通。該些燃料斜孔141沿圓周方向等間隔設置在噴嘴本體I內，該燃料斜孔141沿燃料的噴射方向徑向向外傾斜設置，也即，以噴嘴本體I的軸線為中心，該燃料斜孔141自噴嘴本體I的軸線以徑向向外并朝向隔膜外腔13的方向噴射燃料，從而使燃料呈發(fā)散狀從噴嘴本體I的端面噴出。在本實施例中，燃料通道14內用于通入天然氣氣體。
[0039]純氧通道15設置在噴嘴本體I內，在本實施例中，該純氧通道15為環(huán)形通道，該純氧通道15圍設在燃料通道14的外周。在本發(fā)明中，噴嘴本體I的一端可設有多個純氧入口12，在噴嘴本體I內對應每個純氧入口 12可設有一個純氧進入通道152，該純氧通道15的一端通過多個純氧進入通道152與多個純氧入口 12相連通，該些純氧進入通道152可為沿圓周方向等間隔設置在噴嘴本體I內的獨立通孔;該純氧通道15的另一端連通有多個純氧斜孔151，該些純氧斜孔151分別與多個隔膜外腔13相連通，在本發(fā)明中，純氧斜孔151的數量與隔膜外腔13的數量相同，每個隔膜外腔13對應與一個純氧斜孔151相通。該些純氧斜孔151沿圓周方向等間隔設置在噴嘴本體I內，該純氧斜孔151沿純氧的噴射方向徑向向內傾斜設置，也即，以噴嘴本體I的軸線為中心，該純氧斜孔151以徑向向內并朝向噴嘴本體I的軸線方向自隔膜外腔13噴射出純氧，從而使純氧呈收縮狀從噴嘴本體I的端面噴出。在本實施例中，純氧通道15內用于通入純氧氣體，該純氧氣體為含氧量90 %以上的純氧氣體。
[0040]本發(fā)明的燃燒噴嘴，可應用在純氧復合熱載體發(fā)生器上，該燃燒噴嘴能將純氧和天然氣進行均勻霧化，使勻質霧化的純氧和天然氣在純氧復合熱載體發(fā)生器中實現高壓充分燃燒，該燃燒噴嘴在降低運行成本的基礎上實現了多元熱流體技術在油砂開采中的應用。
[0041]本發(fā)明通過徑向向內傾斜設置的純氧斜孔151、以及徑向向外傾斜設置的燃料斜孔141，可保證自噴嘴本體I噴出的純氧和天然氣充分摻混霧化，有效保證了天然氣噴出后與純氧的對撞摻混；另外，通過設置在噴嘴本體I端面的多個隔膜外腔13，可使從燃料斜孔141噴出的天然氣在隔膜外腔13內形成一層燃料隔膜層，在本發(fā)明中，該燃料隔膜層的厚度為0.5mm?1.5mm，其可阻絕噴嘴本體I的受火端面直接受火，該燃料隔膜層可將純氧、天然氣高溫燃燒輻射的熱量帶走，有效隔絕了純氧與噴嘴本體I高溫下的直接接觸，起到了降低噴嘴本體I的金屬端面溫度的作用，提高了燃燒噴嘴的使用壽命。
[0042]在本發(fā)明的一實施方式中，所述純氧通道15的環(huán)腔寬度D與所述純氧斜孔151的直徑Rl的比值為2.83，也即，D/R1 = 2.83。使通入純氧通道15內的高壓純氧按照1:8的壓縮比自純氧通道15噴入純氧斜孔151內，最后噴射形成射流自噴嘴本體I的隔膜外腔13噴出。
[0043]進一步的，所述燃料通道14的直徑R2與所述燃料斜孔141的直徑R3的比值為2.0，也即，R2/R3 = 2.0。使通入燃料通道14內的高壓天然氣按照1:4的壓縮比自燃料通道14噴入燃料斜孔141內，最后噴射形成射流自噴嘴本體I的隔膜外腔13噴出。
[0044]本發(fā)明通過對純氧通道15的環(huán)腔寬度D與純氧斜孔151的直徑Rl的比值設計、以及對燃料通道14的直徑R2與燃料斜孔141的直徑R3的比值設計，可使自噴嘴本體I噴出的天然氣和純氧，按照一定配比和速度對撞摻混后，在純氧復合熱載體發(fā)生器的燃燒室內充分燃燒而生成二氧化碳，燃燒產物中氮氣含量少，符合后期生產作業(yè)的要求。
[0045]在本發(fā)明的一個實施方式中，多個所述隔膜外腔13沿圓周方向設置在所述噴嘴本體I的端面，所述隔膜外腔13的外輪廓形狀為扇形形狀，所述扇形的圓心角Q1Secr?90°。
[0046]具體是，該隔膜外腔13為設在噴嘴本體I受火端面的弧形凹槽，如圖2所示，在噴嘴本體I的端面設有四個隔膜外腔13，該四個隔膜外腔13沿圓周方向依次連接;如圖3所示，該噴嘴本體I的端面設有八個隔膜外腔13，該八個隔膜外腔13沿圓周方向依次連接。當然，在本發(fā)明的其他實施例中，噴嘴本體I的受火端面根據實際生產需要可設有五個、六個或其它數量的隔膜外腔13，在此不作限制。
[0047]從噴嘴本體I的受火端面看，該隔膜外腔13的外輪廓形狀為扇形形狀，以使噴入隔膜外腔13內的天然氣氣流呈扇形形狀流動，該扇形的圓心角Q1SecT?90°，圓心角0工的大小可根據設置在噴嘴本體I受火端面的隔膜外腔13的數量而定。
[0048]進一步的，在本發(fā)明中，該隔膜外腔13為設置在噴嘴本體I端部的球面凹槽，該球面凹槽的球面半徑為50mm?100mm。該球面凹槽的外邊緣切線F與噴嘴本體I的受火端面之間所形成的銳角92為5°?15°。
[0049]本發(fā)明通過將隔膜外腔13設計為球面凹槽狀，可使天然氣自燃料斜孔141噴入隔膜外腔13后，天然氣會沿著球凹面形成天然氣氣膜，該天然氣氣膜即為燃料隔膜層，且天然氣從球面凹槽狀的隔膜外腔13內噴出噴嘴本體I的受火端面時是內收的，之后全部天然氣與自純氧斜孔151噴出的純氧對撞摻混出噴嘴本體I并離開噴嘴本體I的受火端面，為純氧、天然氣在發(fā)生器的燃燒室內的充分燃燒提供保障。
[0050]在本發(fā)明的一個實施方式中，多個純氧斜孔151沿圓周方向等間隔設置在噴嘴本體I內，該純氧斜孔151的軸線與噴嘴本體I的軸線之間所形成的銳角θ3為15°?45°。進一步的，多個燃料斜孔141沿圓周方向間隔設置在噴嘴本體I內，該燃料斜孔141的軸線與噴嘴本體I的軸線之間所形成的鈍角Θ4為135°?175°。
[0051]具體是，該純氧斜孔151的軸線與燃料斜孔141的軸線大體呈垂直的狀態(tài)設置，且該燃料斜孔141的軸線與噴嘴本體I的受火端面之間形成的銳角05為5°?45°，優(yōu)選的，銳角θ5可為30° ο
[0052]本發(fā)明通過多個燃料斜孔141將高壓天然氣按照135°?175°射角噴出噴嘴本體I，并在噴嘴本體I的隔膜外腔13形成60°?90°的扇形氣流面，保證了天然氣對噴嘴本體I受火端面形成燃料隔膜層，之后與自純氧斜孔151噴出的純氧氣流對撞摻混霧化，利用扇形氣流將純氧和天然氣高溫燃燒輻射的熱量帶走，隔絕了純氧與噴嘴本體I高溫下的直接接觸，提高了燃燒噴嘴的使用壽命。
[0053]在本發(fā)明的一個實施方式中，該純氧斜孔151的直徑Rl為1.25mm?4.35mm;該燃料斜孔141的直徑R3為0.25mm?I.35_。
[0054]實施方式二
[0055]如圖1至圖3所示，本發(fā)明還提供一種燃燒噴嘴的噴射方法，所述噴射方法采用實施方式一的燃燒噴嘴，所述的燃燒噴嘴的結構、工作原理和有益效果與實施方式一相同，在此不再贅述。所述噴射方法包括如下步驟:
[0056]a)向噴嘴本體I的燃料通道14內注入天然氣，向所述噴嘴本體I的純氧通道15內注入純氧；
[0057]b)所述天然氣經多個燃料斜孔141徑向向外噴出所述噴嘴本體I的多個隔膜外腔13，所述純氧通過多個純氧斜孔151徑向向內噴出所述噴嘴本體I的多個所述隔膜外腔13。
[0058]具體是，在步驟a)中，注入純氧通道15內的純氧為含氧量90%以上的純氧氣體。
[0059]在步驟b)中，注入燃料通道14的高壓天然氣通過多個燃料斜孔141以135°?175°射角噴出噴嘴本體I，并在噴嘴本體I的隔膜外腔13形成60°?90°的扇形氣流面;同時，注入純氧通道15的高壓純氧自多個純氧斜孔151以15°?45°射角噴出噴嘴本體I。
[0060]最后，自燃料斜孔141噴出的高壓天然氣與自純氧斜孔151噴出的純氧氣流，在噴嘴本體I的受火端面對撞摻混霧化。
[0061]在本發(fā)明中，在上述步驟b)中，由于隔膜外腔13為設置在噴嘴本體I的受火端面上的弧形凹槽，該天然氣經燃料斜孔141噴出隔膜外腔13后，會在隔膜外腔13內形成一層燃料隔膜層，在本實施例中，該燃料隔膜層的厚度為0.5mm?1.5mm，該燃料隔膜層可阻絕噴嘴本體I的受火端面直接受火，其可將純氧、天然氣高溫燃燒輻射的熱量帶走，有效隔絕了純氧與噴嘴本體I高溫下的直接接觸，起到了降低噴嘴本體I的金屬端面溫度的作用，提高了燃燒噴嘴的使用壽命。
[0062]本發(fā)明的噴射方法，通過燃燒噴嘴的徑向向內傾斜設置的純氧斜孔151、以及徑向向外傾斜設置的燃料斜孔141，可保證自噴嘴本體I噴出的純氧和天然氣充分摻混霧化，有效保證了天然氣噴出后與純氧的對撞摻混，為天然氣與純氧的充分燃燒提供保障。
[0063]以上所述僅為本發(fā)明的幾個實施例，本領域的技術人員依據申請文件公開的內容可以對本發(fā)明實施例進行各種改動或變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
【主權項】
1.一種燃燒噴嘴，其特征在于，所述燃燒噴嘴包括: 噴嘴本體，其一端具有燃料入口和純氧入口，其另一端形成有多個隔膜外腔； 其中，所述噴嘴本體內設有燃料通道，所述燃料通道的一端與所述燃料入口相連通，其另一端通過多個燃料斜孔與多個所述隔膜外腔相連通，所述燃料斜孔沿燃料的噴射方向徑向向外傾斜設置;所述噴嘴本體內還設有純氧通道，所述純氧通道的一端與所述純氧入口相連通，所述純氧通道的另一端通過多個純氧斜孔與多個所述隔膜外腔相連通，所述純氧斜孔沿純氧的噴射方向徑向向內傾斜設置。2.如權利要求1所述的燃燒噴嘴，其特征在于，所述純氧通道為環(huán)形通道，所述純氧通道圍設在所述燃料通道的外周。3.如權利要求2所述的燃燒噴嘴，其特征在于，所述純氧通道的環(huán)腔寬度與所述純氧斜孔的直徑的比值為2.83。4.如權利要求2所述的燃燒噴嘴，其特征在于，所述燃料通道的直徑與所述燃料斜孔的直徑的比值為2.0。5.如權利要求1所述的燃燒噴嘴，其特征在于，多個所述隔膜外腔沿圓周方向設置在所述噴嘴本體的端面，所述隔膜外腔的外輪廓形狀為扇形形狀，所述扇形的圓心角為60°?90。。6.如權利要求1或5所述的燃燒噴嘴，其特征在于，所述隔膜外腔為設置在所述噴嘴本體端部的球面凹槽，所述球面凹槽的球面半徑為50mm?I OOmm。7.如權利要求6所述的燃燒噴嘴，其特征在于，所述球面凹槽的外邊緣切線與所述噴嘴本體的端面之間所形成的銳角為5°?15°。8.如權利要求2所述的燃燒噴嘴，其特征在于，多個所述純氧斜孔沿圓周方向間隔設置在所述噴嘴本體內，所述純氧斜孔的軸線與所述噴嘴本體的軸線之間所形成的銳角為15°?45° ο9.如權利要求2所述的燃燒噴嘴，其特征在于，多個所述燃料斜孔沿圓周方向間隔設置在所述噴嘴本體內，所述燃料斜孔的軸線與所述噴嘴本體的軸線之間所形成的鈍角為135°?175。。10.如權利要求1所述的燃燒噴嘴，其特征在于，所述純氧斜孔的直徑為1.25mm?4.35mm;所述燃料斜孔的直徑為0.25mm?1.35mm。11.一種如權利要求1?10中任一項所述的燃燒噴嘴的噴射方法，其特征在于，所述噴射方法包括如下步驟: a)向噴嘴本體的燃料通道內注入天然氣，向所述噴嘴本體的純氧通道內注入純氧； b)所述天然氣經多個燃料斜孔徑向向外噴出所述噴嘴本體的多個隔膜外腔，所述純氧通過多個純氧斜孔徑向向內噴出所述噴嘴本體的多個所述隔膜外腔。12.如權利要求11所述的噴射方法，其特征在于，在所述步驟b)中，所述天然氣經所述燃料斜孔噴出后，在所述隔膜外腔內形成一層燃料隔膜層。13.如權利要求12所述的噴射方法，其特征在于，所述燃料隔膜層的厚度為0.5mm?.1.5mm ο
【文檔編號】F23D14/60GK106090914SQ201610380783
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】吳耀文, 梅立新, 李國誠, 陳龍, 陸峰, 司軍濤, 朱偉, 宋宇波, 梅奕中, 李興儒, 徐梁, 張建忠
【申請人】天津中油銳思技術開發(fā)有限責任公司, 北京亦通石油科技有限公司