[发明专利]进风量可控的放喷燃气燃烧器

说明书

本发明提供了一种进风量可控的放喷燃气燃烧器，包括基座、外套筒以及燃料喷头，外套筒两端分别为进风口和出料口，燃料喷头位于外套筒内部，燃料喷头上设置有诸多燃料喷孔，各燃料喷孔朝向外套筒的出料口；进风口上设置有进风量调节组件，进风口量调节组件用于调节进风口的开启幅度。在上述技术方案中，本发明提供的进风量可控的放喷燃气燃烧器，其具有以下技术效果：消除了外套筒内部气流转向和共振；外套筒两端开口，降低乃至消除外套筒被烧坏的现象利用燃料喷孔产生的速度带来大量的氧气助燃，提升燃烧效率，减少冒黑烟现象。对不同情况下的燃料进行适应性调节。

技术领域

本发明涉及石油钻探技术，具体涉及一种进风量可控的放喷燃气燃烧器。

背景技术

油气井测试时产生的油气不能大量存储和通过其他方式运走，必须通过放喷(Well Testing)燃烧器进行燃烧处理。

图1为现有技术中放喷燃烧器的侧视图，图2为现有技术中放喷燃烧器的主视图，如图1-2所示，现有技术中的放喷燃烧器包括一端开口的另一端封闭的外套筒4’，外套筒4’内设置有燃料喷头2’，燃料喷头2’上设置有多个沿着外套筒4’径向布置的燃料喷孔3’，一般而言，燃料喷头2’上开设5排环向燃料喷孔3’，每排8个燃料喷孔3’。工作时，燃料经环向的燃料喷孔3’射流进入密闭的圆筒状的外套筒4’中，再垂直转向外套筒4’的出口喷出后，才能与外界空气接触，点燃燃烧。目前，大多数放喷燃烧器需要燃烧的天然气介于50万方至100万方之间，上述现有的放喷燃烧器，日产50万方天然气时，过燃烧器的燃料喷孔3’流速约为293.62m/s，过燃烧器外套筒4’的出料口6’流速约为11.19m/s。肉眼可见：火焰喷出后立即向上燃烧，火焰高度约在8-10米；日产100万方天然气产量时，过燃烧器的燃料喷孔3’流速约为683.45m/s，过燃烧器外套筒4’出口流速约为26.04m/s，肉眼可见：火焰喷出后立即向上燃烧，火焰高度约在12米。

现有技术的不足之处在于，由于外套筒4’内部燃料喷孔3’高速喷射形成高频射流噪音(尖锐啸叫声)，并于外套筒4’内部极易形成共振，放大噪声，同时外套筒4’出口流速较低仅为11m/s左右，燃料大截面低速喷射动能较小，与外界空气混合状态较差，以扩散燃烧方式燃烧着火点离外套筒4’出口不远处，并在浮力作用下，形成向上燃烧的火焰形式。此外由于外套筒4’内部无氧气供应，着火点根部热量较低，火焰根部不稳定，湍流脉动相对较大，受环境影响较为剧烈，且由于后部冷空气无法进入外套筒4’内部给予降温，会导致外套筒4’在高温辐射下变形损坏。

图3和图4所示为现有技术中的放喷燃烧器几何建模及放喷流线图和喷口局部流线图，图5和图6分别为放喷燃烧外部温度分布云图和放喷燃烧器外部火焰形态，如图3-6所示，根据放喷燃烧器燃烧火焰大小及热辐射影响区域，设计足够大的计算区域内来研究放喷燃烧的具体过程。采用结构化网格进行离散化，建立了合适的几何网格模型。放喷燃料的整体速度流线和放喷头附近的局部速度流线，可以看出燃烧器内部径向燃料喷孔3’处流速较高，圆筒型外套筒4’内流速显著降低，喷出筒形喷口后，随即在浮力和燃烧反应的影响下改为向上流动过程，随着燃烧反应的进行，形成的烟气带动未燃尽燃料流速逐渐加快，呈现出垂直上升流动。正如上文速度分布分析，燃料流动及燃烧反应过程形成的高温区分布状态也呈现出，燃料流出外套筒4’外部出口附近就向上形成上升形态。此外，由于外套筒4’出口处速度较低，喷射燃料呈现出扩散燃烧状态，火焰根部离外套筒4’出口较近，且火焰飘忽不稳定。如图6所示，燃烧器外套筒4’喷口处外圈形成了一个1500K的高温环状火焰，极易导致燃烧器外套筒4’受热变形。

综上所述，现有技术中的放喷燃烧器具有如下不足之处：

其一，燃烧器燃料喷头2’径向的燃料喷孔3’处燃料喷射速度太高，日放喷量100万方时为600m/s以上，所形成的高频射流噪声无法避免；

其二，燃烧器圆形外套筒4’出口燃料喷射速度太低且无后部冷空气替换冷却，导致着火点太近形成较强热辐射烧坏燃烧器本体；