本发明提供了一种蒸汽发生装置，它采用分体式蒸汽发生器与余热回收器一体化构造，保证装置紧凑、易于维护且烟气背压小；油气双燃器依据独立喷射嘴满足油气两用模式，并产生短火焰且火焰分布均匀；蒸汽发生折管依据分层圆盘式蛇形折管，实现水平折流加垂向逆流的高效换热，使得蒸汽发生速度快，且折管存在过量淡水保护，保证可靠冷却和受热面不会结盐垢；折管采用内螺纹钢管避免淡水发生膜态沸腾，同时中折管采用双层管解决其腐蚀；蒸汽发生控制系统自动控制折管和油气双燃器内介质的流量，并实现折管超温和超压保护；一级冷却器完成燃烧本体强制循环液冷却，并结合二级热介质器实现余热两级回收；喷淋后吹扫的双重作业，实现烟灰定期自清洗。
1.一种余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，采用油气独立喷射嘴、圆盘式内螺纹折管、分体式燃烧室以及蒸汽发生器与余热回收器一体化的立式结构，其特征在于：一油气双燃器；所述油气双燃器立式布置于燃烧本体的底端，采用油气两用双燃料，通过双燃盘将各部件集于一体，其中双燃盘的下端由里而外依次分层布置1个空气喷射嘴、6个燃气喷射嘴和6个燃油喷射嘴，而双燃盘的上端由里而外分别布置双燃头和双燃体，并由此构成自下而上的燃油室、燃气室和扩压室三个环形腔室，三个环形腔室的轴向间距依次增大；
一燃烧本体；所述燃烧本体采用分体式双筒构造，双筒间布满一级冷却器；内筒体和外筒体均包括上筒、中筒和下筒，其内分别布置上折管、中折管和下折管，同时三筒的上部均布置有喷淋支管；内封体采用柱体筒体，而外封体采用椭圆形封头；
一蒸汽发生折管；所述蒸汽发生折管的各管采用同一型号的单根钢管，相互间设计为分层联通构造，折管内的高压流体自上而下高速流动；蒸汽发生折管采用分体式联通折管，实现水平折流加垂向逆流的高效换热；上折管和中折管所有受热面均存在过量淡水，且下折管内蒸汽干度始终低于80％；上折管和下折管与中折管相互间沿轴向水平交叉摆放，且均采用内螺纹钢管，螺距为折管外径的四分之一，同时中折管采用双层管结构；
一蒸汽发生控制系统；所述蒸汽发生控制系统通过温度传感器和控制阀自动控制折管内淡水和蒸汽的流量，通过双热电偶和压差变送器进行折管超温和超压保护，通过监测尾气和热油的温度自动控制油气双燃器燃油和燃气的耗量；
一一级冷却器；所述一级冷却器完成燃烧本体强制循环液冷却和余热第一级回收，冷却管采用一根钢管蛇形弯曲而成，整体呈鼠笼式布局并嵌于燃烧本体的双筒内，冷却管的横截面呈扇形，且外宽内窄；
一二级热介质器；所述二级热介质器完成余热第二级回收，采用分体式构造，上热油管和下热油管间通过中间管进行联接，且均采用垂向分层布置，层间管段平行排列；
一余热回收器；所述余热回收器的轴线与燃烧本体轴线呈45°，采用分体式构造，其内同轴心布置有二级热介质器，上炉体和下炉体内依次布置上热油管和下热油管；
一喷淋器；所述喷淋器的上喷淋器对二级热介质器进行喷淋清洗，其上喷淋主管采用一管两供的形式，而下喷淋器对蒸汽发生折管进行喷淋清洗，其下喷淋主管包括上下两层，分别采用一管两供和一管一供的形式，下喷淋支管分为三层，分别清洗上折管、中折管和下折管；上喷淋支管和下喷淋支管均呈十字形布置，其环壁上均匀排列四列清洗嘴。
2.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述油气双燃器的燃油室呈柱形环腔，燃气室和扩压室均呈倒锥形环腔，燃气室油气的喷射角为15°～25°，而扩压室火焰的喷射角为90°～110°，火焰向上流动的过程中，由于流道截面快速增大使得其流速迅速降低，最终以短火焰的形式由油气双燃器喷入燃烧本体；
所述燃油供给器的六个燃油喷射嘴沿圆周方向均匀布置，并与双燃盘最外侧的孔眼过盈配合，而与燃油室两侧环壁间采用线接触；空气供给器的空气喷射嘴与各燃油喷射嘴和燃气喷射嘴的轴线处于同一垂直面上；
所述双燃头的外环面锥体的锥度由下而上依次增大，其内部由内而外分别设置空气喷射嘴和燃气喷射嘴；空气喷射嘴采用多分支管路构造，空气喷射嘴的各分支管径相同，其轴线与外环面上锥体的锥线相垂直，而其出口位于扩压室的下部；燃气喷射嘴采用分层构造，上下两层喷射嘴的轴线平行且与水平面间均呈30°，同时上层喷射嘴管径大于下层喷射嘴管径，上层喷射嘴出口位于燃气室的中部，而下层喷射嘴出口则位于燃油室的下部并正对燃油喷射嘴；
所述双燃体采用柱面与锥面相结合的薄壁筒结构，其锥面的顶端与双燃头的顶端相平齐。
3.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述燃烧本体的内外承接体的主体采用锥度相同的圆锥筒体，其下部沿圆锥面均匀布置四个保护气管，保护气管与二氧化碳气罐相联接，压力安全阀与保护气管布置于同一圆周上；
所述燃烧本体的外封体中部加工有圆形孔眼，孔眼与双燃盘过盈配合实现油气双燃器在燃烧本体上的定位；外封体孔眼的外缘设置有排灰管。
4.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述蒸汽发生折管的上折管、中折管和下折管均采用垂向分层布置，每层折管整体呈圆盘形状，最外圈布置整圈的钢管，圈内等间距蛇形排列折管；
所述上折管、中折管和下折管各层间的折管交错布置，而且从上折管到中折管再至下折管的各层间距依次增大，分别为一个钢管直径和两个钢管直径；
所述上折管、中折管和下折管最外圈的钢管逐层同轴心布置，使得整个蒸汽发生折管呈柱形筒体结构；
所述中折管的外层管采用与蒸汽发生折管同型号同材质的钢管，而内层管则采用超级双向不锈钢材质的薄钢管；
所述蒸汽发生折管的监控管通过螺母和法兰盘实现上折管与中折管以及中折管和下折管间的联接，其上设计有温度传感器和控制阀，自动监测折管内淡水和蒸汽的温度。
5.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述蒸汽发生装置的蒸汽发生流程为，低温水经增压泵的增压作用后，由供水管输送至折管，同时高温烟气沿折管间隙经相反方向自下而上流动，依次与下折管、中折管和上折管内的高压流体进行折流加逆流的高效换热，烟气温度逐渐降低，由此低温水先在上折管内经低温烟气逐渐加热变成液态的热水，然后热水经监控管进入中折管后，经烟气继续加热而呈现汽液两相状态的流体，接着汽液两相流经监控管进入下折管后，由高温烟气加热而变成汽态的高温蒸汽，最后高温蒸汽经供蒸汽管输出。
6.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述蒸汽发生控制系统的温度传感器和控制阀实时监测折管内淡水和蒸汽的温度变化情况，并将温升信号转变为电讯号，从而自动控制折管内淡水和蒸汽的流量；
所述蒸汽发生控制系统的双热电偶可以及时检测到折管管壁温升过大，并通过紧急关断阀实施先燃油和燃气后淡水的关断操作；压差变送器将自动检测到的折管高压信号转变为电讯号，并通过压力泄放阀自动释放管线内的压力；
所述蒸汽发生控制系统通过监测余热回收器出口尾气的温度和一级冷却器内循环液与二级热介质器内热油的温度，并经气电转换器将电信号转换成气信号，再由三向转换阀自动控制燃油供给器或者燃气供给器上气动控制阀的气动量，进而自动调整燃油主管的燃油消耗量或者燃气主管的燃气消耗量；
所述蒸汽发生控制系统通过监测出热油管出口管线内热油的温度，经由电磁控制阀自动调整循环液和热油的流量。
7.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述一级冷却器的供冷却油管和出冷却油管沿燃烧本体对称布置，且均位于保护气管和压力安全阀的上方；
所述冷却管的内侧紧贴内承接体、内筒体和内封体，而其外侧与外承接体、外筒体和外封体间保持间隙；
余热第一级回收和燃烧本体的强制冷却流程为，低温循环液经平台锅炉热介质系统的循环泵增压后由供冷却油管输送至冷却管，同时高温烟气与蒸汽发生折管换热后的部分热量以热辐射的形式传递至外筒体和内筒体间的冷却管，并与冷却管内不断上下折流运动的循环液进行换热，吸收了余热的循环液温度逐渐上升，最后经出冷却油管排出。
8.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述二级热介质器通过联接管与一级冷却器的循环液相联通，联接管中部设有膨胀弯；
所述二级热介质器的各管段间通过螺母进行联接，上热油管和下热油管的层间间距分别增大，每层热油管布置与折管相似，最外圈为整圈的钢管，圈内等间距蛇形排列热油管；
余热第二级回收的流程为，一级冷却器的循环液经联接管由供热油管输送至热油管，同时低温烟气沿热油管间隙向上流动，依次与下热油管和上热油管内的热油进行折流换热，热油温度逐渐升高并最终成为高温热油，经出热油管输出后与平台锅炉的热介质一起为热用户供热，而烟气温度进一步降低并最终成为温度较低的尾气。
9.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述余热回收器设计为倾斜式容器形式，通过膨胀节实现蒸汽发生器与余热回收器一体化；其炉体的上炉体上部凸台内的孔眼与出热油管的管壁间过盈配合，而另一侧中部凸台内的孔眼与上喷淋主管的管壁间过盈配合；下炉体中部凸台内的孔眼与供热油管的管壁间过盈配合；
所述余热回收器的排烟体采用圆锥体和弯管相结合的薄壁筒体构造，弯管端面与余热回收器的轴线间呈45°。
10.根据权利要求1所述的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，其特征在于：所述喷淋器包括上喷淋器和下喷淋器，其上喷淋器的上喷淋支管分为上下两层，分别清洗上热油管和下热油管；
所述喷淋器的喷淋支管间通过四通阀进行联接，所有清洗嘴的轴线均垂直于喷淋支管的轴线，清洗嘴的内环面均采用圆柱面和圆锥面相结合的结构。
余热两级回收型分体式蒸汽发生装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种海洋石油工程领域稠油平台用的蒸汽发生装置，特别涉及一种海上油田热采注汽技术相配套的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置及其控制系统。
背景技术
[0002] 当前，海上油田已探明稠油储量相当可观，但稠油因其重质组分含量高、粘度大、流动性差，开采难度极大，海上平台稠油热采注汽技术的研究与使用刚刚起步，很多方面还不成熟或处于海上试验阶段，这都成为制约海上稠油经济有效开发的关键因素。因此，非常有必要开展海上稠油热采工程相关的蒸汽发生装置等关键技术研究。
[0003] 目前，针对陆上稠油油田热采技术相配套的油田注蒸汽发生装置已出现相关的产品，并已在新疆、辽河、胜利等油田进行了试验与应用，但由于陆上稠油油田热采注蒸汽发生装置存在体积过于庞大、重量较重且配套流程较复杂等特点，而海上油田平台受空间成本的限制，使得其无法直接移植与应用。纵观国内外海上油田的热采情况来看，考虑到开发的经济效益与收益，海上稠油油田均未有大规模开发的完善技术体系，目前适用于海上稠油油田热采蒸汽发生装置尚处于试验测试阶段，国内如今还未有适合规模热采蒸汽发生装置的成熟产品，需要系统开展相关研究以适应将来规模热采以及多口井同注的需要。另外，开展蒸汽发生技术的研究，除了满足规模热采的需求外，还要在高效紧凑、油气两用模式切换、短火焰、炉体冷却、汽管积盐与腐蚀、余热回收等方面加以改进，以满足海上平台对稠油热采紧凑型高效开发装置的需求。
发明内容
[0004] 为了克服现有陆上稠油油田热采注蒸汽发生装置存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种适合海上平台稠油热采注汽时用的紧凑型蒸汽发生装置。该蒸汽发生装置依据油气独立喷射嘴、圆盘式内螺纹折管、分体式燃烧室以及蒸汽发生器与余热回收器一体化的立式特殊结构，具备装置紧凑，烟气背压小，油气两用模式，产生的火焰短，水平折流加垂向逆流高效换热，折管过量淡水保护，折管内无积盐和膜态沸腾现象，燃烧本体强制循环液冷却，余热两级回收，烟灰自清洗，蒸汽发生速度快以及安全可靠和便于维护等特点。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种海上稠油平台上余热两级回收型分体式蒸汽发生装置，采用立式形式，以减小烟气背压，保证布置紧凑以及实现蒸汽发生器与余热回收器一体化，它主要由油气双燃器、蒸汽发生折管、燃烧本体、一级冷却器、二级热介质器、膨胀节、余热回收器、喷淋器和蒸汽发生控制系统等几部分组成。
[0006] 油气双燃器用来为整个蒸汽发生流程提供充足的热源，区别于陆上油田注蒸汽装置产生长火焰的燃烧器，该油气双燃器产生的是短火焰且火焰分布均匀，同时所形成的火焰能够依据燃料压力或流量自行调节，以提高燃料化学能与热能间的转化率，并且保证油气双燃器与折管间的传热效率。油气双燃器采用燃油、燃气和空气各自独立的喷射嘴，油气两用双燃料，燃油可以是平台上的原油、重质油或柴油，燃气是平台自产的以甲烷为主要成分的伴生气；燃烧模式可以为燃气模式，也可以是燃油模式，当供给燃气的气量或气压不足时，燃气模式自动切换到燃油模式，燃油供给时通过齿轮泵或螺杆泵进行增压。
[0007] 油气双燃器采用立式形式，它布置于燃烧本体底端，其中心线与燃烧本体的中心线相重合，它包括双燃体、双燃头、双燃盘、空气供给器、燃气供给器和燃油供给器，其中双燃体和双燃头的材质选用奥氏体钢1Cr18Ni9Ti，其余部件的材质采用双向不锈钢。油气双燃器通过双燃盘将各部件集于一体，其中双燃盘的下端由里而外依次分层布置1个空气喷射嘴、6个燃气喷射嘴和6个燃油喷射嘴，而双燃盘的上端由里而外分别布置双燃头和双燃体，并由此构成自下而上的燃油室、燃气室和扩压室三个环形腔室，三个环形腔室的轴向间距依次增大。
[0008] 燃油室呈柱形环腔，雾化燃油射入后由于截面突然变大使得其体积骤然膨胀而流压下降；燃气室和扩压室均呈上粗下细的倒锥形环腔，其中燃气室油气的喷射角为15°～25°，雾化燃油或者燃气喷入后由于气道截面不断增大使得油气流速逐渐降低而流压不断增大；而扩压室火焰的喷射角为90°～110°，油气喷入后体积迅速膨胀并与高压空气混合均匀，经自动点火器点火后充分燃烧形成火焰，火焰向上流动的过程中，由于流道截面快速增大使得其流速迅速降低，最终以短火焰的形式由油气双燃器喷入燃烧本体，并加热其上方的蒸汽发生折管。
[0009] 燃油供给器用来提供高压雾化燃油，它包括燃油主管、燃油支管和燃油喷射嘴，高压燃油经燃油主管并由分油路由分配后，进入燃油支管再经燃油喷射嘴雾化燃油并产生细颗粒油滴后射入燃油室，六个燃油喷射嘴沿圆周方向均匀布置，并与双燃盘最外侧的孔眼过盈配合，而与燃油室两侧环壁间采用线接触。燃气供给器用来提供高压燃气，它包括燃气主管、燃气支管和燃气喷射嘴，高压燃气经燃气主管并由分气路由分配后，进入燃气支管再经燃气喷射嘴高速射入燃油室和燃气室，六个燃气喷射嘴沿圆周方向均匀布置，并与双燃盘中部的孔眼过盈配合。空气供给器用来提供高压空气，它包括空气管路和空气喷射嘴，高压空气经空气管路流入空气喷射嘴并喷入扩压室，空气喷射嘴与双燃盘中心的孔眼过盈配合，并与各燃油喷射嘴和燃气喷射嘴的轴线处于同一垂直面上。另外，燃气供给器和空气供给器同时完成喷淋作业后的吹扫作业，实现烟灰定期自清洗作业，高压空气同时流经燃气管路和空气管路并从燃气喷射嘴和空气喷射嘴一起喷出，进而吹扫油气双燃器、蒸汽发生折管和二级热介质器等，以便彻底清除烟灰等杂物。
[0010] 双燃头通过圆周焊而固定于双燃盘的中心处，它采用柱体与圆锥体相结合的结构，其外环面锥体的锥度由下而上依次增大，双燃头的内部由内而外分别设置空气喷射嘴和燃气喷射嘴。空气喷射嘴采用多分支管路构造，空气喷射嘴的各分支管径相同，其轴线与外环面上锥体的锥线相垂直，而其出口位于扩压室的下部，另外空气主喷射嘴的截面积等于各支喷射嘴截面积之和。燃气喷射嘴采用分层构造，上下两层喷射嘴的轴线平行且与水平面间均呈30°，同时上层喷射嘴管径大于下层喷射嘴管径，上层喷射嘴出口位于燃气室的中部，而下层喷射嘴出口则位于燃油室的下部并正对燃油喷射嘴，防止燃气模式中的烟灰发生沉积而堵塞燃油喷射嘴。双燃体通过下端的法兰盘与双燃盘进行联接，它采用柱面与锥面相结合的薄壁筒结构，其内壁与双燃头的外环面配合构成油气双燃器的三个环形腔室，双燃体锥面的顶端与双燃头的顶端相平齐。
[0011] 燃烧本体设计为立式容器形式，它采用分体式双筒构造，双筒间布满一级冷却器，其材质选用压力容器材料Q345R，筒壁通体内衬超级双向不锈钢，燃烧本体包括内外承接体、内外筒体、内外封体、保护气管、排灰管和压力安全阀几部分。内外承接体、内外筒体和内外封体的端部均设置法兰盘，并通过双头螺柱进行联接，便于燃烧本体的各分体进行拆装；同时各分体端面上均加工有截面为矩形的全环凹槽，凹槽内放置金属垫片实现各分体间的密封。
[0012] 内外承接体位于燃烧本体的最上部，其顶端通过法兰盘实现燃烧本体和膨胀节间的联接；内承接体和外承接体的主体采用锥度相同的圆锥筒体，其下部沿圆锥面均匀布置四个保护气管，保护气管与二氧化碳气罐相联接，折管过热、泄漏等危险工况时，自动释放二氧化碳气体并经由保护气管进入燃烧本体。压力安全阀与保护气管布置于同一圆周上，用于折管泄漏等压力超过限值工况时，通过机械作用自动放气而释放压力。
[0013] 内筒体和外筒体位于燃烧本体的中部，均采用柱形筒体，包括上筒、中筒和下筒三部分，其内分别布置上折管、中折管和下折管，同时三筒的上部均布置有喷淋支管。内外封体位于燃烧本体的底部，内封体采用柱体筒体，而外封体采用椭圆形封头；外封体中部加工有圆形孔眼，孔眼与双燃盘过盈配合实现油气双燃器在燃烧本体上的定位；外封体孔眼的外缘设置有排灰管，自清洗作业时，烟灰等杂物随清洗液一起汇集于燃烧本体底部并经由排灰管排出。
[0014] 蒸汽发生折管的材质选用奥氏体钢1Cr18Ni9Ti，它包括供水管、上折管、中折管、下折管、监控管和供蒸汽管，各管采用同一型号的单根钢管，相互间设计为分层联通构造，同时供水管入口处设置增压泵，保证折管内的高压流体自上而下高速流动。蒸汽发生折管采用分体式联通折管，实现水平折流加垂向逆流的高效换热，以此快速产生蒸汽，并便于维护。上折管和中折管所有受热面均存在过量淡水，且下折管内蒸汽干度始终低于80％，能充分保证折管可靠冷却和受热面不会结盐垢。另外，蒸汽发生折管缺水工况，自动实施关断与补水双重保护。
[0015] 上折管、中折管和下折管均采用垂向分层布置，以减小烟气背压并保证折管内的淡水可以排净；每层折管整体呈圆盘形状，最外圈布置整圈的钢管，圈内等间距蛇形排列折管，由此可以合理补偿折管的热膨胀量，并使折流可以充分利用该层位的烟气热量。同时，上折管、中折管和下折管各层间的折管交错布置，而且从上折管到中折管再至下折管的各层间距依次增大，分别为一个钢管直径和两个钢管直径，以便折流能够最大限度的利用不同层位烟气热量。另外，上折管和下折管与中折管相互间沿轴向水平交叉摆放，以提高折管与烟气间的热交换率。上折管、中折管和下折管最外圈的钢管逐层同轴心布置，使得整个蒸汽发生折管呈柱形筒体结构，以保证烟气流经各层折管后直接进入余热回收器，而不会泄漏扩散至蒸汽发生折管与燃烧本体间的环形空间。
[0016] 上折管、中折管和下折管均采用内螺纹钢管，螺距为折管外径的四分之一，以便有效解决高压状态下淡水在折管内发生膜态沸腾的问题。需要指出的是，中折管采用双层管结构，其外层管采用与蒸汽发生折管同型号同材质的钢管，而内层管则采用超级双向不锈钢材质的薄钢管，以便有效解决中折管主体层位易发生腐蚀的问题。
[0017] 供水管位于上筒的上部，用来将低温水输送至上折管，并通过螺母与上折管进行联接。监控管通过螺母和法兰盘实现上折管与中折管以及中折管和下折管间的联接，其上设计有温度传感器和控制阀，自动监测折管内淡水和蒸汽的温度，缺水工况时，实施关断操作并及时补充低温水。供蒸汽管位于下筒的下部，用来输出高温蒸汽，并通过螺母与下折管相联接。
[0018] 蒸汽发生折管内的流态分布情况为，供水管内输送低温水，上折管内流动经低温烟气加热的热水，上部监控管内流动加热后的热水，中折管内流动经烟气继续加热的汽液两相流体，下部监控管将汽液两相流体输至下折管，下折管内流动经高温烟气加热的蒸汽，最后供蒸汽管输出高温蒸汽。
[0019] 蒸汽发生控制系统用来控制折管内淡水和蒸汽的流量并实现折管超温和超压保护，蒸汽发生折管的供水管入口管线上设置紧急关断阀，折管上设置双热电偶，监控管上设置温度传感器和控制阀，同时供蒸汽管出口管线上设置压力泄放阀。正常工况时，温度传感器和控制阀实时监测折管内淡水和蒸汽的温度变化情况，并将温升信号转变为电讯号，从而自动控制折管内淡水和蒸汽的流量。折管出现超温的特殊工况时，双热电偶可以及时检测到折管管壁温升过大，并通过紧急关断阀实施先燃油和燃气后淡水的关断操作。折管出现超压的特殊工况时，压差变送器将自动检测到的折管高压信号转变为电讯号，并通过压力泄放阀自动释放管线内的压力。
[0020] 蒸汽发生控制系统用来自动控制油气双燃器燃油和燃气的耗量和一级冷却器与二级热介质器内介质的流量。通过监测余热回收器出口尾气的温度和一级冷却器内循环液与二级热介质器内热油的温度，并经气电转换器将电信号转换成气信号，再由三向转换阀自动控制燃油供给器或者燃气供给器上气动控制阀的气动量，进而自动调整燃油主管的燃油消耗量或者燃气主管的燃气消耗量。通过监测出热油管出口管线内热油的温度，经由电磁控制阀自动调整循环液和热油的流量；冷却管或热油管出现压降过大、泄漏等工况时，紧急关断阀会自动关闭并停止一级冷却器低温循环液的供给；冷却管或热油管出现超压工况时，压力泄放阀会自动释放管线内的压力。
[0021] 蒸汽发生控制系统能够提供危险工况时的自动保护，当折管出现过热、泄漏等，温升和压差变送器将自动检测到温度和压力信号转变为电讯号，并通过电磁控制阀将二氧化碳气罐内的气体经保护气管自动释放到燃烧本体内，熄灭油气双燃器的火焰进行保护。而且，蒸汽发生控制系统还可以用来实现定期喷淋，此时高压清洗液先经自力式调节阀稳压后，流入上喷淋器和下喷淋器内实施喷淋作业。
[0022] 一级冷却器用来完成燃烧本体强制循环液冷却和余热第一级回收，循环液选用高温下热稳定性较好的合成油，裂解温度满足550℃以上，一级冷却器包括供冷却油管、冷却管和出冷却油管，供冷却油管为一级冷却器输送增压后的低温循环液，而出冷却油管则输出已经吸收余热的循环液，供冷却油管和出冷却油管沿燃烧本体对称布置，且均位于保护气管和压力安全阀的上方。冷却管采用一根钢管蛇形弯曲而成，整体呈鼠笼式布局并嵌于燃烧本体的双筒内，冷却管的内侧紧贴内承接体、内筒体和内封体，以提高一级冷却器与燃烧本体间的换热效率；而其外侧与外承接体、外筒体和外封体间保持间隙，同时冷却管的横截面呈扇形，且外宽内窄，以便及时补充冷却管的热膨胀量。
[0023] 二级热介质器用来完成余热第二级回收，将热介质二次加热输出后与平台锅炉的热介质一起为热用户供热。二级热介质器内的热介质为热油，并通过联接管与一级冷却器的循环液相联通，联接管中部设有膨胀弯，两端布置弯头和法兰盘。二级热介质器包括供热油管、上热油管、中间管、下热油管和出热油管，供热油管位于二级热介质器的下部并为其输送来自一级冷却器的循环液，而出热油管则位于二级热介质器另一侧的上部并输出二次加热后的热油。二级热介质器采用分体式构造以便于维护，各管段间通过螺母进行联接，上热油管和下热油管间通过中间管进行联接。上热油管和下热油管均采用垂向分层布置，以减小烟气背压，层间管段平行排列，且上热油管和下热油管的层间间距分别增大，以便充分吸收烟气的热量，提高上下热油管与烟气间的热交换率。同时，每层热油管的布置与折管相似，最外圈为整圈的钢管，圈内等间距蛇形排列热油管，以保证热油管有足够的热膨胀量。
[0024] 余热回收器设计为倾斜式容器形式，通过膨胀节实现蒸汽发生器与余热回收器一体化，膨胀节可以有效补偿余热回收器温度变化引起的热膨胀量。余热回收器的轴线与燃烧本体轴线呈45°，使得整个装置布置紧凑，同时进一步减小烟气背压。余热回收器采用分体式构造，其内同轴心布置有二级热介质器，筒壁通体内衬超级双向不锈钢，它包括排烟体、炉体和弯头。炉体的上端部设置法兰盘与排烟体进行联接，下端部通过圆周焊与弯头进行固定，而弯头的下端通过法兰盘与膨胀节联接在一起。炉体采用柱形筒体，分为上炉体和下炉体两部分，其内依次布置上热油管和下热油管，同时其上端均设置有上喷淋支管。上炉体的上部和中部均设置有凸台，其上部凸台内的孔眼与出热油管的管壁间过盈配合，而另一侧中部凸台内的孔眼与上喷淋主管的管壁间过盈配合；下炉体中部凸台内的孔眼与供热油管的管壁间过盈配合。排烟体采用圆锥体和弯管相结合的薄壁筒体构造，弯管端面与余热回收器的轴线间呈45°。
[0025] 喷淋器用来定期完成烟灰自清洗中的喷淋作业，它包括上喷淋器和下喷淋器，其中上喷淋器对二级热介质器进行喷淋清洗，包括上喷淋主管和上喷淋支管，上喷淋主管采用一管两供的形式，用来将清洗液输送给上喷淋支管，上喷淋支管分为上下两层，分别清洗上热油管和下热油管。而下喷淋器对蒸汽发生折管进行喷淋清洗，包括下喷淋主管和下喷淋支管，下喷淋主管包括上下两层，分别采用一管两供和一管一供的形式，用来将清洗液输送给下喷淋支管，下喷淋支管分为三层，分别清洗上折管、中折管和下折管。上喷淋支管和下喷淋支管均呈十字形布置，喷淋支管间通过四通阀进行联接，其环壁上均匀排列四列清洗嘴，所有清洗嘴的轴线均垂直于喷淋支管的轴线，清洗嘴的内环面均采用圆柱面和圆锥面相结合的结构，清洗液由喷淋支管进入清洗嘴后体积不断缩小同时流压逐渐提升，由此可以增大清洗液对烟灰的冲力。
[0026] 本发明所能达到的技术效果是，该蒸汽发生装置采用立式蒸汽发生器与余热回收器一体化构造，保证布置紧凑且烟气背压小；油气双燃器依据油气独立喷射嘴可以满足油气两用双燃料，产生短火焰且火焰分布均匀，同时所形成的火焰能够依据燃料压力或流量自行调节；蒸汽发生折管依据分层圆盘式蛇形折管，实现水平折流加垂向逆流的高效换热，以此快速产生蒸汽，且折管存在过量淡水保护，以保证折管可靠冷却和受热面不会结盐垢；折管采用内螺纹钢管可避免高压状态下淡水发生膜态沸腾，且中折管采用双层管以解决中折管主体层位易发生腐蚀的问题；蒸汽发生控制系统用来控制折管内淡水和蒸汽的流量以及油气双燃器燃油和燃气的耗量，并实现折管超温和超压保护，使整个装置安全可靠；一级冷却器用来完成燃烧本体强制循环液冷却，并结合二级热介质器实现余热两级回收；喷淋器实施喷淋作业后，燃气供给器和空气供给器同时进行吹扫作业，最终完成烟灰定期自清洗作业；分体式分层构造的蒸汽发生折管、双筒构造的燃烧本体和余热回收器，使得整套装置易于拆装和维护。
附图说明
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0028] 图1是根据本发明所提出的余热两级回收型分体式蒸汽发生装置的典型结构简图。
[0029] 图2是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置中油气双燃器的结构简图。
[0030] 图3是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置的火焰发生流程图。
[0031] 图4是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置中燃烧本体、一级冷却器和下喷淋器的结构简图。
[0032] 图5是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置中蒸汽发生折管的结构简图。
[0033] 图6是蒸汽发生折管的中折管布置简图。
[0034] 图7是蒸汽发生折管的上折管和下折管布置简图。
[0035] 图8是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置的蒸汽发生流程图。
[0036] 图9是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置中余热回收器、二级热介质器和上喷淋器的结构简图。
[0037] 图10是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置的余热两级回收流程图。
[0038] 图11是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置的蒸汽发生控制系统流程图。
[0039] 图12是余热两级回收型分体式蒸汽发生装置的自清洗和蒸汽发生折管更换作业流程图。
[0040] 图中1－余热回收器，2－二级热介质器，3－膨胀节，4－喷淋器，5－一级冷却器，6－燃烧本体，7－蒸汽发生折管，8－油气双燃器，9－双燃体，10－双燃头，11－扩压室，
12－燃气室，13－燃油室，14－双燃盘，15－空气供给器，16－燃气供给器，17－燃油供给器，18－外承接体，19－供冷却油管，20－保护气管，21－内承接体，22－冷却管，23－外筒体，24－内筒体，25－外封体，26－内封体，27－排灰管，28－出冷却油管，29－压力安全阀，
30－下喷淋支管，31－下喷淋主管，32－供水管，33－上折管，34－监控管，35－中折管，
36－下折管，37－供蒸汽管，38－排烟体，39－出热油管，40－中间管，41－炉体，42－弯头，
43－上喷淋主管，44－上喷淋支管，45－上热油管，46－下热油管，47－供热油管，48－联接管。
具体实施方式
[0041] 在图1中，余热两级回收型分体式蒸汽发生装置由余热回收器1、二级热介质器2、膨胀节3、喷淋器4、一级冷却器5、燃烧本体6、蒸汽发生折管7、油气双燃器8和蒸汽发生控制系统组成。装配时，首先将油气双燃器8通过双燃盘固定于燃烧本体6的外封体中部；然后依次安装燃烧本体6内外筒体的下筒和蒸汽发生折管7的下折管、喷淋器4的上层下喷淋支管、中筒和中折管、中层下喷淋支管、上筒和上折管以及上层下喷淋支管；接着将一级冷却器5的冷却管布置于燃烧本体6的内外承接体内，并插入内外筒体；再接着依次联接膨胀节3和余热回收器1，并将二级热介质器2的热油管布置于余热回收器1的炉体内；最后布置蒸汽发生控制系统的仪表、阀门和管线。
[0042] 在图1中，组装好的蒸汽发生装置立式布置于海上稠油平台上，余热回收器1的排烟体接入排烟系统，一级冷却器5的供冷却油管和二级热介质器2的出热油管接入平台锅炉的热介质系统，喷淋器4的喷淋主管接入平台的公用海水系统，燃烧本体6的保护气管接入平台的二氧化碳气罐，同时燃烧本体6的排灰管接于平台的开式排放系统，蒸汽发生折管7的供水管接入平台的淡水系统，而供蒸汽管接于其下游的汽液分离设备，油气双燃器8的燃油供给器通过燃油主管接于平台的燃油储罐，燃气供给器通过燃气主管接于平台的天然气储罐，而空气供给器则通过空气管路接于送风系统，蒸汽发生控制系统的控制仪表和阀门接入平台的公用仪表气系统。
[0043] 在图1中，蒸汽发生装置需要调试时，首先对余热回收器1、燃烧本体6和蒸汽发生折管7进行气密性试验，并对二级热介质器2、一级冷却器5和蒸汽发生折管7进行耐压试验；然后，检查余热回收器1和燃烧本体6筒壁超级双向不锈钢的内衬质量是否达标，是否存在点蚀等缺陷；接着，检查余热回收器1和燃烧本体6的各分体结合面是否紧密，蒸汽发生控制系统各仪表和阀门的开关是否联接正确；最后，对油气双燃器8进行点火测试，并接通蒸汽发生折管7的淡水供应，检查蒸汽干度是否达标，接通一级冷却器5的循环液和二级热介质器2的热油供应，检查强制循环冷却温度和压力是否符合要求，接通蒸汽发生控制系统的仪表气源，检查气源是否清洁、干燥，关闭火焰和蒸汽后，接通喷淋器4的水源，检查各清洗嘴是否正常工作，然后接通燃气供给器和空气供给器的送风系统，检查各喷射嘴是否正常工作。
[0044] 在图2中，油气双燃器8通过双燃盘14将双燃体9、双燃头10、空气供给器15、燃气供给器16和燃油供给器17集于一体并固定于燃烧本体6的底部中央处，双燃头10布置于双燃体9的中心处，同时其独特外形构造形成扩压室11、燃气室12和燃油室13三个环腔。空气供给器15、燃气供给器16和燃油供给器17均采用独立的喷射嘴，且沿双燃盘14由里而外依次排列，其中燃气和空气喷射嘴布置于双燃头10的内部。
[0045] 在图3中，蒸汽发生装置的火焰发生流程为，当平台伴生气供应充足时，油气双燃器8采用燃气模式，高压燃气经燃气供给器16的燃气主管和分气路由进入燃气支管，再经燃气下层喷射嘴高速射入燃油室13，吹扫燃油喷射嘴后与由燃气上层喷射嘴射入燃气室12的燃气混合，混合后的燃气在燃气室12内进行减速增压，接着再进入扩压室11并在其体积迅速膨胀后与空气供给器15提供的高压空气均匀混合，最后经自动点火器点火后充分进行燃烧并产生火焰。
[0046] 当供给燃气的气量或气压不足时，燃气模式会自动切换到燃油模式，此时燃油需通过齿轮泵或螺杆泵进行增压，高压燃油经燃油供给器17的燃油主管和分油路由进入燃油支管，再经燃油喷射嘴雾化后产生细颗粒油滴，然后分别经过燃油室13内体积骤然膨胀而流压下降和燃气室12内减速增压后，进入扩压室11并在其体积迅速膨胀后与高压空气均匀混合，再经点火后充分燃烧形成火焰。
[0047] 燃气模式或燃油模式产生的火焰在扩压室11向上流动的过程中，由于流道截面快速增大使得其流速迅速降低，最终形成短火焰并喷入燃烧本体6内。
[0048] 在图4中，燃烧本体6的双筒构造内布置一级冷却器5的冷却管22以便及时吸收多余的热量，而其腔体内布置喷淋器4的下喷淋支管30，清洗液经下喷淋主管31进入下喷淋支管30并由清洗嘴喷出而清洗蒸汽发生折管7。外承接体18和内承接体21的下部布置有保护气管20用于危险工况时的二氧化碳灭火和压力安全阀29用于超压工况时的压力释放，而其上部则设置有供冷却油管19输送低温循环液和出冷却油管28输出已经吸收余热的循环液。为便于拆装折管，外筒体23和内筒体24采用分体式设计并依次容纳上折管、中折管和下折管；外封体25和内封体26的底部由里而外依次布置油气双燃器8和排灰管27，排灰管27用来排除喷淋作业中清洗液所携带的烟灰。
[0049] 在图5～图7中，上折管33、中折管35和下折管36由上而下依次与外筒体23和内筒体24同轴布置，相互间通过监控管34进行联通，同时其上安装有温度传感器和双热电偶来实时监测折管及其内淡水和蒸汽的温度。上折管33、中折管35和下折管36相互间水平交叉摆放，高压流体经供水管32输至折管，自上而下折流高速流动后由供蒸汽管37输出。
[0050] 在图8中，蒸汽发生装置的蒸汽发生流程为，低温水经增压泵的增压作用后，由供水管32输送至折管，同时高温烟气沿折管间隙经相反方向自下而上流动，依次与下折管36、中折管35和上折管33内的高压流体进行折流加逆流的高效换热，烟气温度逐渐降低，由此低温水先在上折管33内经低温烟气逐渐加热变成液态的热水，然后热水经监控管34进入中折管35后，经烟气继续加热而呈现汽液两相状态的流体，接着汽液两相流经监控管34进入下折管36后，由高温烟气加热而变成汽态的高温蒸汽，最后高温蒸汽经供蒸汽管37输出并流入蒸汽发生装置下游的汽液分离设备。
[0051] 在图9中，余热回收器1通过膨胀节3与蒸汽发生器成为一体，与折管换热后的低温烟气经余热回收器1的弯头42换向后，进入炉体41并再次与二级热介质器2的热油管进行换热，最终成为温度较低的尾气并由排烟体38排入排烟系统。
[0052] 二级热介质器2通过联接管48与一级冷却器5进行联接，其上热油管45和下热油管46分别布置于炉体41的上炉体和下炉体的腔室内，并通过中间管40进行联通，供热油管47和出热油管39位于炉体41的两侧并完成热油的输入与输出。
[0053] 喷淋器4的上喷淋支管44分层布置于上热油管45和下热油管46的顶部，清洗液经上喷淋主管43进入上喷淋支管44并由清洗嘴喷出而清洗二级热介质器2。
[0054] 在图10中，蒸汽发生装置的余热两级回收流程为，低温循环液经平台锅炉热介质系统的循环泵增压后由供冷却油管19输送至冷却管22，同时高温烟气与蒸汽发生折管7换热后的部分热量以热辐射的形式传递至外筒体23和内筒体24间的冷却管22，并与冷却管22内不断上下折流运动的循环液进行换热，吸收余热的循环液温度逐渐上升，最后经出冷却油管28排出，由此完成余热第一级回收和燃烧本体6的强制冷却。
[0055] 一级冷却器5的循环液经联接管48由供热油管47输送至热油管，同时低温烟气沿热油管间隙向上流动，依次与下热油管46和上热油管45内的热油进行折流换热，热油温度逐渐升高并最终成为高温热油，经出热油管39输出后与平台锅炉的热介质一起为热用户供热，而烟气温度进一步降低并最终成为温度较低的尾气，由此完成余热第二级回收。
[0056] 在图11中，蒸汽发生控制系统通过温度传感器和控制阀监测蒸汽发生折管7内淡水和蒸汽的温度变化而自动控制折管内淡水和蒸汽的流量，通过双热电偶、紧急关断阀和压力泄放阀实现折管超温和超压保护，通过监测尾气和热油的温度并经气电转换器和三向转换阀自动控制燃油和燃气的耗量，此外通过电磁控制阀自动调整循环液和热油的流量。
[0057] 在图12中，蒸汽发生装置通过蒸汽发生控制系统定期进行先喷淋后吹扫的自清洗作业，其中喷淋作业由喷淋器4完成，高压清洗液经自力式调节阀稳压后，进入下喷淋器的下喷淋主管31和上喷淋器的上喷淋主管43，然后分别经下喷淋支管30并由清洗嘴喷出而清洗上折管33、中折管35和下折管36以及上喷淋支管44并由清洗嘴喷出而清洗上热油管45和下热油管46，烟灰等杂物随清洗液一起汇集于燃烧本体6底部并经由排灰管27排进平台的开式排放系统。
[0058] 喷淋作业后，蒸汽发生控制系统控制空气供给器15和燃气供给器16同时进行吹扫作业，高压空气同时流经燃气管路和空气管路并从燃气喷射嘴和空气喷射嘴喷出，先后经燃油室13、燃气室12和扩压室11进入燃烧本体6，进而吹扫燃烧本体6的腔室，蒸汽发生折管7的下折管36、中折管35和上折管33，余热回收器1的腔室以及二级热介质器2的下热油管46和上热油管45，该过程中烟灰等随气流一起由排烟体38排入排烟系统。
[0059] 在图12中，蒸汽发生装置的蒸汽发生折管更换作业流程为，首先拆卸外承接体18和外筒体23的上筒之间法兰盘上的各双头螺柱，整体上提余热回收器1、二级热介质器2、膨胀节3和燃烧本体6的外承接体18与内承接体21，待一级冷却器5的冷却管22脱离外筒体23和内筒体24的夹层后，旋松上折管33与供水管32和监控管34间的螺纹即可拆卸原来的上折管33，并更换新的上折管33；然后，拆卸外筒体23和内筒体24的上筒与中筒之间法兰盘上的各双头螺柱，下喷淋主管31和下喷淋支管30间法兰盘上的联接螺栓，以及监控管34法兰盘上的螺栓，整体上提燃烧本体6的上筒后，旋松中折管35与监控管34间的螺纹即可拆卸原来的中折管35，并更换新的中折管35；最后，拆卸外筒体23和内筒体24的中筒与下筒之间法兰盘上的各双头螺柱，以及监控管34法兰盘上的螺栓，整体上提燃烧本体6的中筒后，旋松下折管36与供蒸汽管37和监控管34间的螺纹即可拆卸原来的下折管36，并更换新的下折管36。
[0060] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
