1.本发明涉及注汽锅炉技术领域，尤其涉及一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉及其使用方法。
背景技术：
2.注汽锅炉是油田稠油开采的核心设备，它产生的高温高压，注汽干度为80%的蒸汽注入油井中，将热量传递给油层，降低油层中原油的粘度，从而提升稠油的采收率。按装载方式，注汽锅炉可分为固定式和车载式两种，车载式注汽锅炉使用方便，可停靠在井口进行注汽，减少了注汽管线的长度，降低了蒸汽输送过程中的热损失，保证了注井能量。同时车载式注汽锅炉减少了油田地面建设的工作量；在蒸汽吞吐、蒸汽驱等热力采油工艺中有着广泛应用。
3.申请号为cn202210659172.4的专利公开了一种车载立式高干度注汽锅炉及其使用方法，注汽锅炉本体为卧式圆筒形结构，注汽锅炉本体、立式对流换热段、球形分离器模块、电路模块、燃烧器模块和柱塞泵模块等均布置在拖车上，由于球形分离器模块集成在拖车上，使车载式高干度注汽锅炉所产生的注井蒸汽干度由原先80%左右提升至100%，提高了注井蒸汽的品质。但是该技术方案存在以下问题：1、烟气流入注汽锅炉本体时温度很高，高温烟气会对炉膛产生破坏，降低了锅炉使用寿命，现有技术通常在炉膛内布设水冷壁管，水冷壁管通常静态布设在炉膛内壁，高温烟气会从水冷壁管的间隙快速扩散至炉膛内壁，因此对注汽锅炉的保护作用有限；2、高温烟气中存在大量烟尘颗粒，烟尘颗粒在高温条件下极易附着在水冷壁管上并聚结成壳，严重影响了水冷壁管的换热效果。
技术实现要素：
4.为解决上述技术问题至少之一，本发明提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉，包括拖车，所述拖车上端面设有锅炉模块，所述锅炉模块包括圆柱形卧式锅炉本体，所述锅炉本体一端连通燃烧器模块，顶部连通换热模块，内部设有可旋转水冷壁机构，所述换热模块顶部连通烟囱，所述可旋转水冷壁机构包括在控制下沿所述锅炉本体周向旋转的水冷壁管，所述水冷壁管为环绕成圆形的单程蛇形管，所述水冷壁管的入口连通柱塞泵模块，出口连通球形分离器模块。
5.优选的，所述锅炉模块包括固定于所述拖车上的矩形的支撑立板，所述锅炉本体贯穿固定于所述支撑立板上，所述支撑立板的上端面固定所述换热模块；所述换热模块包括水平烟道，所述水平烟道一端连通所述锅炉本体，另一端连通所述烟囱，所述水平烟道内设有换热管，所述换热管为环绕形成矩形块状的单程蛇形管，所述换热管的入口连通柱塞泵模块，出口连通球形分离器模块；所述拖车上还设有电路模块。
6.优选的，所述可旋转水冷壁机构还包括第一圆盘、第二圆盘、电机和两个连接件，所述水冷壁管的两端固定于所述第一圆盘和第二圆盘上，所述第一圆盘和第二圆盘可旋转
安装于所述锅炉本体内，所述电机设于所述拖车上，其输出端连接所述第二圆盘，一个所述连接件密封连通所述水冷壁管的入口和所述通柱塞泵模块，另一个所述连接件密封连通所述水冷壁管的出口和所述球形分离器模块。
7.优选的，所述锅炉本体的两端设有与所述柱塞泵模块相连的入口管和与所述球形分离器模块相连的出口管，所述连接件包括可旋转套设的动环和定环，所述动环和定环共同形成密封的环形腔，所述动环与所述水冷壁管相连，所述定环固定于所述锅炉本体的内壁两端。
8.优选的，所述第一圆盘和第二圆盘将所述锅炉本体内部依次密封分隔为第一无烟腔、炉膛和第二无烟腔，所述炉膛上方设有连通所述水平烟道的竖直烟道，所述第一无烟腔中心处设有密封通道，所述密封通道密封连通所述燃烧器模块和炉膛；所述电机的输出端密封可旋转穿过所述第二无烟腔。
9.优选的，所述水冷壁管包括直管段和弯管段，所述直管段位于所述炉膛内，所述弯管段位于所述第一无烟腔和第二无烟腔内，所述直管段的每一条直管上均设有翅片，所述翅片沿直管的长度方向设置，并向相邻两条直管的空隙处伸展。
10.优选的，所述炉膛内壁沿其长度方向设有椭圆形滑槽，所述椭圆形滑槽的椭圆形平面与水平面成倾斜夹角，所述炉膛内设有清扫环，所述清扫环上设有与所述水冷壁管相应的滑动孔，以及与所述椭圆形滑槽相应的滑块，所述清扫环在所述水冷壁管旋转时，在所述椭圆形滑槽引导下沿所述直管段轴向往复运动，清洁所述直管段的表面。
11.优选的，所述炉膛内设有烟尘捕捉机构，所述烟尘捕捉机构包括旋转环和固定于所述旋转环内环面的轴流扇叶，所述旋转环和轴流扇叶为互相连通的空心结构，所述水冷壁管密封贯穿所述旋转环，所述轴流扇叶面对烟气流动方向一端设有捕尘孔，所述炉膛内壁周向设有与所述旋转环密封旋转配合的圆形滑槽，所述旋转环的外环壁上设有与所述圆形滑槽连通的环形开口，所述圆形滑槽下方设有排尘孔，所述排尘孔连通烟尘收集箱。
12.优选的，所述烟尘收集箱包括与所述支撑立板高度一致的矩形本体，所述矩形本体中心处设有安装所述锅炉本体的中心孔，所述矩形本体内部中空，且通过水平隔板密封分隔为上密封腔和下收集腔，所述下收集腔的内环壁上设有与所述排尘孔连通的通孔，外壁上设有密封开关门。
13.本发明提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉的使用方法，包括以下步骤：步骤s100、启动燃烧器模块，燃烧器模块燃烧为锅炉本体提供热量，燃烧产生的烟气从锅炉本体进入换热模块，最终从烟囱流出；步骤s200、启动可旋转水冷壁机构，锅炉本体内的水冷壁管旋转，在锅炉本体内壁和过热烟气之间形成动态水冷壁层，阻隔过热烟气向锅炉本体内壁的扩散，提高水冷壁管对锅炉本体内壁的保护；步骤s300、启动柱塞泵模块，柱塞泵模块向锅炉模块的水冷壁管以及换热模块的换热管内供水，水冷壁管和换热管内的水在吸收烟气中的热量后转化为汽水混合物，汽水混合物流出至球形分离器模块，经分离后获得蒸汽和热水，蒸汽注入油井，热水回流至柱塞泵模块。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
1、本发明通过设置可旋转水冷壁机构，在锅炉本体内形成动态水冷壁层，阻隔过热烟气向锅炉本体内壁的扩散，提高水冷壁管对锅炉本体内壁的保护；2、水冷壁管的直管段上设有翅片，在旋转过程中水冷壁管形成水冷壁膜，充分吸收炉膛内过热烟气中的热量，同时翅片能够形成贴壁风，水冷壁膜与贴壁风共同作用形成致密的水冷保护层，充分保护锅炉本体的周向侧壁，提高锅炉本体的使用寿命；3、水冷壁管上设有清扫环，清扫环能够及时清理水冷壁管的外壁，避免过热烟气中的烟尘颗粒在水冷壁管的表面聚结成壳，影响水冷壁管的导热性，充分保证了水冷壁管的换热效果；4、炉膛内设有烟尘捕捉机构，烟尘捕捉机构一方面能够捕捉烟气中的烟尘颗粒，有效降低烟气中烟尘颗粒的含量，避免了烟尘颗粒在锅炉模块和换热模块内聚结成壳，保证了换热效果，另一方面能够在炉膛内形成轴流风，减弱烟气向炉膛内壁的径向流动趋势，进一步保护锅炉本体，延长其使用寿命；5、烟尘收集箱结构紧凑，同时具备烟尘收集和支撑锅炉本体和换热模块的作用；综上所述，本发明提供的车载移动式高干度二回程注汽锅炉，结构紧凑，通过可旋转水冷壁机构对锅炉本体提供有效保护，延长锅炉本体使用寿命；通过清扫环和烟尘捕捉机构降低烟尘颗粒在水冷壁管的附着，保证了换热效率和换热效果。
附图说明
15.图1为本发明的整体结构示意图；图2为图1的爆炸视图；图3为锅炉模块的爆炸视图；图4为可旋转水冷壁机构的爆炸视图；图5为图4的a-a剖视图；图6为锅炉模块和换热模块的立体剖视图；图7为连接件的结构示意图；图8为清扫环的结构示意图；图9为锅炉本体的立体剖视图；图10为炉膛透视图；图11为烟尘捕捉机构的结构示意图；图12为图11的b-b剖视图；图13为烟尘收集箱的结构示意图；图14为图13的c-c剖视图。
16.附图标记说明：1、拖车，2、锅炉模块，21、锅炉本体，211、第一无烟腔，212、炉膛，213、第二无烟腔，214、竖直烟道，215、密封通道，216、入口管，217、出口管，218、椭圆形滑槽，219、圆形滑槽，2191、排尘孔，22、可旋转水冷壁机构，221、水冷壁管，2211、直管段，2212、弯管段，2213、翅片，222、第一圆盘，223、第二圆盘，224、电机，225、连接件，2251、动环，2252、定环，2253、环形腔，23、支撑立板，24、清扫环，241、滑动孔，242、滑块，25、烟尘捕捉机构，251、旋转环，2511、环形开口，252、轴流扇叶，2521、叶片，2522、中心环，253、捕尘孔，26、烟尘收集箱，
261、矩形本体，262、中心孔，263、水平隔板，264、上密封腔，265、下收集腔，266、通孔，267、密封开关门，3、燃烧器模块，4、换热模块，41、水平烟道，42、换热管，5、柱塞泵模块，6、球形分离器模块，7、烟囱，8、电路模块。
具体实施方式
17.下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
18.同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
19.结合附图1至14，本实施例提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉，包括拖车1，所述拖车1上端面设有锅炉模块2，所述锅炉模块2包括圆柱形卧式锅炉本体21，所述锅炉本体21一端连通燃烧器模块3，顶部连通换热模块4，内部设有可旋转水冷壁机构22，所述换热模块4顶部连通烟囱7，所述可旋转水冷壁机构22包括在控制下沿所述锅炉本体21周向旋转的水冷壁管221，所述水冷壁管221为环绕成圆形的单程蛇形管，所述水冷壁管221的入口连通柱塞泵模块5，出口连通球形分离器模块6。上述技术方案中，锅炉模块2、燃烧器模块3、柱塞泵模块5和球形分离器模块6均可盖罩于箱式壳体内部，同时燃烧器模块3、柱塞泵模块5和球形分离器模块6均采用本领域常规结构配置，即燃烧器模块3主要包括燃烧器和燃气管路，柱塞泵模块5主要包括柱塞泵、供水管路和水预热管路，球形分离器模块6主要包括球形分离器和水汽管路，由于将球形分离器模块6集成在拖车1上，因此提高了蒸汽注汽干度。锅炉模块2为加热的第一回程，换热模块4为加热的第二回程。
20.在一个具体结构中，所述锅炉模块2包括固定于所述拖车1上的矩形的支撑立板23，所述锅炉本体21贯穿固定于所述支撑立板23上，所述支撑立板23的上端面固定所述换热模块4；所述换热模块4包括水平烟道41，所述水平烟道41一端连通所述锅炉本体21，另一端连通所述烟囱7，所述水平烟道41内设有换热管42，所述换热管42为环绕形成矩形块状的单程蛇形管，所述换热管42的入口连通柱塞泵模块5，出口连通球形分离器模块6；所述拖车1上还设有电路模块8。上述技术方案中，支撑立板23采用焊接方式固定在拖车1上，柱塞泵模块5设于锅炉模块2长度方向的一端（优选设于拖车1的鹅颈部），球形分离器模块6设于锅炉模块2长度方向的另一端，燃烧器模块3中的燃烧器与锅炉本体21的一端连通，燃气管路设于锅炉模块2长度方向的一侧，电路模块8设于锅炉模块2长度方向的另一侧。
21.本实施例的工作原理和工作过程如下：启动燃烧器模块3，燃烧器模块3燃烧为锅炉本体21提供热量，燃烧产生的烟气从锅炉本体21进入换热模块4，最终从烟囱7流出；启动可旋转水冷壁机构22，锅炉本体21内的水冷壁管221旋转，在锅炉本体21内壁和过热烟气之间形成动态水冷壁层，阻隔过热烟气向锅炉本体21内壁的扩散，提高水冷壁管221对锅炉本
体21内壁的保护；启动柱塞泵模块5，柱塞泵模块5向锅炉模块2的水冷壁管221以及换热模块4的换热管42内供水，水冷壁管221和换热管42内的水在吸收烟气中的热量后转化为汽水混合物，汽水混合物流出至球形分离器模块6，经分离后获得蒸汽和热水，蒸汽注入油井，热水回流至柱塞泵模块5。
22.本实施例中，通过设置可旋转水冷壁机构22，在锅炉本体21内形成动态水冷壁层，阻隔过热烟气向锅炉本体21内壁的扩散，提高水冷壁管221对锅炉本体21内壁的保护。
实施例2
23.结合附图1至14，本实施例提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉，在实施例1的基础上，对可旋转水冷壁机构22的结构进行优化，提高其对锅炉本体21的保护，具体技术方案如下，所述可旋转水冷壁机构22还包括第一圆盘222、第二圆盘223、电机224和两个连接件225，所述水冷壁管221的两端固定于所述第一圆盘222和第二圆盘223上，所述第一圆盘222和第二圆盘223可旋转安装于所述锅炉本体21内，所述电机224设于所述拖车1上，其输出端连接所述第二圆盘223，一个所述连接件225密封连通所述水冷壁管221的入口和所述通柱塞泵模块5，另一个所述连接件225密封连通所述水冷壁管221的出口和所述球形分离器模块6。
24.在一个具体结构中，所述锅炉本体21的两端设有与所述柱塞泵模块5相连的入口管216和与所述球形分离器模块6相连的出口管217，所述连接件225包括可旋转套设的动环2251和定环2252，所述动环2251和定环2252共同形成密封的环形腔2253，所述动环2251与所述水冷壁管221相连，所述定环2252固定于所述锅炉本体21的内壁两端。上述结构中，一个所述连接件225的环形腔2253密封连通所述水冷壁管221的入口和所述入口管216，另一个所述连接件225的环形腔2253密封连通所述水冷壁管221的出口和所述出口管217。
25.在一个具体结构中，所述第一圆盘222和第二圆盘223将所述锅炉本体21内部依次密封分隔为第一无烟腔211、炉膛212和第二无烟腔213，所述炉膛212上方设有连通所述水平烟道41的竖直烟道214，所述第一无烟腔211中心处设有密封通道215，所述密封通道215密封连通所述燃烧器模块3和炉膛212；所述电机224的输出端密封可旋转穿过所述第二无烟腔213。
26.在一个具体结构中，如图4所示，所述水冷壁管221包括直管段2211和弯管段2212，所述直管段2211位于所述炉膛212内，所述弯管段2212位于所述第一无烟腔211和第二无烟腔213内，如图5所示，所述直管段2211的每一条直管上均设有翅片2213，所述翅片2213沿直管的长度方向设置，并向相邻两条直管的空隙处伸展。上述技术方案中，翅片2213能够在水冷壁管221和锅炉本体21内壁之间成形贴壁风，进一步提高对锅炉本体21的保护。
27.本实施例的工作原理和工作过程如下：启动电机224，电机224驱动第二圆盘223旋转，水冷壁管221和第一圆盘222随之旋转；燃烧器模块3对接密封通道215，燃烧产生的烟气经密封通道215进入炉膛212，然后从竖直烟道214进入水平烟道41内，最终从烟囱7流出，第一无烟腔211和第二无烟腔213内并无烟气流动，形成隔热空间，杜绝了烟气与锅炉本体21内壁两端接触，对锅炉本体21两端进行有效保护；水从入口管216进入一个连接件225，然后从连接件225进入水冷壁管221入口，流经水冷壁管221的直管段2211和弯管段2212后，从水
冷壁管221出口流出至另一个连接件225，最后流出至出口管217，水冷壁管221在旋转过程中形成水冷壁膜，充分吸收炉膛212内过热烟气中的热量，同时翅片2213能够形成贴壁风，水冷壁膜与贴壁风共同作用形成致密的水冷保护层，充分保护锅炉本体21的周向侧壁，提高锅炉本体21的使用寿命。
实施例3
28.结合附图1至14，本实施例提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉，在实施例3的基础上，增设了清扫环24，清扫环24能够及时清理水冷壁管221的外壁，避免过热烟气中的烟尘颗粒在水冷壁管221的表面聚结成壳，影响水冷壁管221的导热性，充分保证了水冷壁管221的换热效果。具体技术方案如下，如图9和图10所示，所述炉膛212内壁沿其长度方向设有椭圆形滑槽218，所述椭圆形滑槽218的椭圆形平面与水平面成倾斜夹角，所述炉膛212内设有清扫环24，如图6所示，所述清扫环24上设有与所述水冷壁管221相应的滑动孔241，以及与所述椭圆形滑槽218相应的滑块242，所述清扫环24在所述水冷壁管221旋转时，在所述椭圆形滑槽218引导下沿所述直管段2211轴向往复运动，清洁所述直管段2211的表面。上述技术方案中，清扫环24和椭圆形滑槽218可以设置多组，本实施例中清扫环24和椭圆形滑槽218配备了两组，镜像设于炉膛212内，当水冷壁管221旋转时，两个清扫环24在椭圆形滑槽218的引导下发生相对位移，分段清理直管段2211，提高清理效率。
实施例4
29.结合附图1至14，本实施例提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉，在实施例2或实施例3的基础上，增设了烟尘捕捉机构25，捕捉炉膛212内过热烟气中的烟尘颗粒，有效降低烟气中烟尘颗粒的含量，避免烟尘颗粒在锅炉模块2和换热模块4内聚结成壳，影响换热效果，具体技术方案如下，如图6所示，所述炉膛212内设有烟尘捕捉机构25，如图11和图12所示，所述烟尘捕捉机构25包括旋转环251和固定于所述旋转环251内环面的轴流扇叶252，所述旋转环251和轴流扇叶252为互相连通的空心结构，所述水冷壁管221密封贯穿所述旋转环251，所述轴流扇叶252面对烟气流动方向一端设有捕尘孔253，所述炉膛212内壁周向设有与所述旋转环251密封旋转配合的圆形滑槽219，所述旋转环251的外环壁上设有与所述圆形滑槽219连通的环形开口2511，所述圆形滑槽219下方设有排尘孔2191，所述排尘孔2191连通烟尘收集箱26。上述技术方案中，烟尘捕捉机构25优选设于炉膛212的中心处，当烟尘捕捉机构25设于炉膛212的中心处时，清扫环24和椭圆形滑槽218至少设置两组，分布于烟尘捕捉机构25的轴向两端。轴流扇叶252旋转产生的轴流风优选为从炉膛212的烟气入向烟气出口轴向流动。
30.在一个具体结构中，所述轴流扇叶252包括中空且相互连通的叶片2521和中心环2522，所述叶片2521和中心环2522上均设有所述捕尘孔253。上述结构中，叶片2521固定在旋转环251和中心环2522之间，在旋转过程中碰撞捕捉烟尘颗粒，同时产生轴流风，轴流风可以同时从叶片2521和中心环2522的环孔处通过，提高了烟气流通效果。
31.本实施例的工作原理和工作过程如下：水冷壁管221旋转带动旋转环251和轴流扇
叶252旋转，轴流扇叶252旋转时产生由炉膛212的烟气入口向烟气出口流动的轴流风，减弱了烟气向炉膛212内壁的径向流动趋势，进一步保护了锅炉本体21，轴流扇叶252旋转时与烟气中的烟尘颗粒发生碰撞，通过捕尘孔253捕捉到烟气颗粒，烟气颗粒在离心力以及重力作用下，从轴流扇叶252的中空内腔进入与其互通的旋转环251的中空内腔，然后从旋转环251的环形开口2511进入圆形滑槽219内，最终从圆形滑槽219下方的排尘孔2191落入烟尘收集箱26内，完成烟尘颗粒的捕捉收集。
32.本实施例中的烟尘捕捉机构25，一方面能够捕捉烟气中的烟尘颗粒，有效降低烟气中烟尘颗粒的含量，避免烟尘颗粒在锅炉模块2和换热模块4内聚结成壳，影响换热效果，另一方面能够在炉膛212内形成轴流风，减弱烟气向炉膛212内壁的径向流动趋势，进一步保护锅炉本体21，延长其使用寿命。
实施例5
33.结合附图1至14，本实施例提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉，在实施例4的基础上，对烟尘收集箱26的结构进行优化，使烟尘收集箱26结构紧凑，同时具备烟尘收集和支撑锅炉本体21和换热模块4的作用，具体技术方案如下，如图13和图14所示，所述烟尘收集箱26包括与所述支撑立板23高度一致的矩形本体261，所述矩形本体261中心处设有安装所述锅炉本体21的中心孔262，所述矩形本体261内部中空，且通过水平隔板263密封分隔为上密封腔264和下收集腔265，所述下收集腔265的内环壁上设有与所述排尘孔2191连通的通孔266，外壁上设有密封开关门267。
34.上述技术方案中，烟尘颗粒从连通孔266中落入烟尘收集箱26的下收集腔265内，当设备停止运行时，打开密封开关门267，清除下收集腔265内收集的烟尘颗粒。
35.在一个具体结构中，所述通孔266沿所述下收集腔265的内环壁圆周等距设有多个，所述排尘孔2191相应设有多个。多个通孔266沿下收集腔265的内环壁圆周等距设置，能够避免烟尘颗粒堆积在一处，提高收集效果。
36.在一个具体结构中，所述锅炉本体21为分段式密封对接结构，其对接处分别为第一圆盘222、第二圆盘223和烟尘捕捉机构25的安装处，所述烟尘收集箱26和两个支撑立板23和均设于所述锅炉本体21的密封对接处。采用分段密封对接结构，便于设备的安装和检修，支撑立板23和烟尘收集箱26设于锅炉本体21的密封对接处，能够对对接处起到进一步密封作用。
实施例6
37.结合附图1至14，本实施例提供了一种车载移动式高干度烟气二回程注汽锅炉的使用方法，包括以下步骤：步骤s100、启动燃烧器模块3，燃烧器模块3燃烧为锅炉本体21提供热量，燃烧产生的烟气从锅炉本体21进入换热模块4，最终从烟囱7流出；步骤s200、启动可旋转水冷壁机构22，锅炉本体21内的水冷壁管221旋转，在锅炉本体21内壁和过热烟气之间形成动态水冷壁层，阻隔过热烟气向锅炉本体21内壁的扩散，提高水冷壁管221对锅炉本体21内壁的保护；步骤s300、启动柱塞泵模块5，柱塞泵模块5向锅炉模块2的水冷壁管221以及换热
模块4的换热管42内供水，水冷壁管221和换热管42内的水在吸收烟气中的热量后转化为汽水混合物，汽水混合物流出至球形分离器模块6，经分离后获得蒸汽和热水，蒸汽注入油井，热水回流至柱塞泵模块5。
38.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围。