旋流回流組合式油霧化燒嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種以燃燒重油、煤焦油、生物質(zhì)柴油等難以霧化液體燃料為主的高溫工業(yè)爐窯裝置使用的旋流回流組合式油霧化燒嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]推進(jìn)工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級、提升工業(yè)能效，是貫徹落實黨十八屆三中全會精神，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重大措施?！洞髿馕廴痉乐涡袆佑媱潯?國發(fā)〔2013〕37號)提出，新建高耗能項目單位產(chǎn)品能耗要達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，用能設(shè)備達(dá)到一級能效標(biāo)準(zhǔn)?！吨袊茉唇y(tǒng)計年鑒2013》(中國統(tǒng)計出版社，2013.12)報道，2012年我國工業(yè)原油實物量消耗約4.66億噸，占全社會原油消費的99%以上，其中六大重點行業(yè)原油消費實物量總量約4.55億噸。燃油加熱爐是消耗燃油的主要裝置，但目前傳統(tǒng)燃油加熱爐達(dá)到I級能效水平的高效節(jié)能環(huán)保型燃油加熱爐市場占有率不高。先進(jìn)燃油燒嘴是傳統(tǒng)燃油加熱爐技術(shù)升級改造和提高能效的重要條件。
[0003]傳統(tǒng)燃油加熱爐主要使用如附圖2所示的套管式高壓燒嘴(韓昭滄.燃料及燃燒(第二版)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1994:209-211)。該燒嘴主要包括拉伐爾噴管4和燃油管1，其結(jié)構(gòu)特征是拉伐爾噴管4內(nèi)套裝燃油管1，燃油管I中心軸線和拉伐爾噴管4中心軸線共線，拉伐爾噴管4出口端面、燃油管I出口端面和爐腔內(nèi)壁面在同一平面上。這些結(jié)構(gòu)特征導(dǎo)致油霧化和燃燒全部在拉伐爾噴管4出口端面附近區(qū)域完成。燃油流出燒嘴后，在拉伐爾噴管4噴出的高速氣流湍流作用下，在拉伐爾噴管4出口端面附近區(qū)域完成燃油霧化過程。拉伐爾噴管4噴出的高速氣流湍流霧化作用有限，霧化后油霧粒徑較大，加上油霧在該區(qū)域行程和停留時間短，燃燒不完全熱損失大，單位產(chǎn)品油耗高，甚至能看到黑色排煙，煙氣中不完全燃燒成分排放濃度高。
[0004]開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、能效高、節(jié)能環(huán)保的新型旋流回流組合式油霧化燒嘴，可以促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展、兩型社會建設(shè)工作的開展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服套管式高壓燒嘴僅靠拉伐爾噴管噴出的高速氣流湍流作用完成所有霧化過程，在拉伐爾噴管出口附近區(qū)域完成所有油霧化和燃燒反應(yīng)，煙氣中碳黑、一氧化碳和碳?xì)浠衔餄舛雀叩葐栴}，發(fā)明設(shè)計一種有空氣通道中間增設(shè)球狀中通道，中通道內(nèi)壁面和壓縮空氣管出口端面外圓周相切，中通道上游的左通道錐角比中通道下游的右通道錐角大等結(jié)構(gòu)特征，在傳統(tǒng)壓力霧化作用基礎(chǔ)上組織空氣高速旋流流動和空氣高速回流流動以強(qiáng)化燃油霧化作用等技術(shù)特點，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、性能可靠、燃燒效率高和節(jié)能減排效益顯著等技術(shù)優(yōu)勢的旋流回流組合式油霧化燒嘴。
[0006]旋流回流組合式油霧化燒嘴，主要包括燃油管、方體狀燒嘴磚和眾多壓縮空氣管，燒嘴磚內(nèi)置空氣通道，空氣通道包括水平布置圓臺狀左通道、球狀中通道和水平布置圓臺狀右通道，中通道中心和燒嘴磚中心重合，右通道中心軸線、中通道中心和左通道中心軸線在同一條直線上，沿空氣流動方向左通道豎直截面和右通道豎直截面均逐漸擴(kuò)大，右通道、中通道和左通道依次相連通，左通道母線和右通道母線延長相交于同一點，左通道錐角比右通道錐角大10°?20°，左通道內(nèi)置水平布置、等壁厚且等外徑的燃油管，燃油管中心軸線和左通道中心軸線共線，左通道出口端面和燃油管出口端面共面，眾多壓縮空氣管水平布置且相互平行，壓縮空氣管出口端面外圓周和中通道豎直中截面圓周內(nèi)切，壓縮空氣管內(nèi)壓縮空氣流動方向相同。
[0007]工業(yè)領(lǐng)域鋼鐵、有色、化工和機(jī)械行業(yè)燃用重油、煤焦油或生物柴油等難以霧化液體燃料的高溫燃油工業(yè)爐窯裝置，均可以使用本發(fā)明。
[0008]發(fā)明經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)能環(huán)保效益顯著。應(yīng)用表明:發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，一次性投資和日常運行費用少，安裝方便，日常維護(hù)工作量少，體積緊湊，運行性能穩(wěn)定;霧化壓力降低，安全可靠;對重油、煤焦油等難以霧化液體燃料適應(yīng)性良好;無燃油結(jié)焦堵塞等故障，燃燒效率高達(dá)98%以上，節(jié)能率5%?10%以上，產(chǎn)品燃油單耗降低5%?10%以上，煙氣中粉塵、碳黑、一氧化碳及碳?xì)浠衔锏任廴疚锱欧艥舛冗_(dá)到大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)達(dá)標(biāo)排放要求。
【附圖說明】
[0009]圖1為旋流回流組合式油霧化燒嘴通過水平中心線的豎直剖視圖。
[0010]圖2為傳統(tǒng)套管式高壓燒嘴通過中心軸線的豎直剖視圖。
[0011]圖1和圖2中，I為燃油管，2為燒嘴磚，21為左通道，22為中通道，23為右通道，3為壓縮空氣管，4為拉伐爾噴管。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0013]如附圖1所示，旋流回流組合式油霧化燒嘴，主要包括燃油管1、燒嘴磚2和壓縮空氣管3。壓縮空氣管3為鋼制圓管，數(shù)量可以是I根也可以是2根及以上，水平布置且相互平行，燒嘴磚2呈方體狀，燃油管I為鋼制圓管且水平布置。燒嘴磚2內(nèi)設(shè)置空氣通道，空氣通道包括水平布置、呈圓臺狀且沿空氣流動方向截面積逐漸擴(kuò)大的左通道21，呈球狀中通道22和水平布置、呈圓臺狀且沿空氣流動方向截面積逐漸擴(kuò)大的右通道23。右通道23和左通道21兩者進(jìn)口端面直徑均小于出口端面直徑。中通道22中心和燒嘴磚2中心重合。右通道23中心軸線、中通道22中心和左通道21中心軸線在同一條直線上，該直線為燒嘴磚2水平中心線。左通道21出口端面和中通道22進(jìn)口端面共面，左通道21出口端面與中通道22進(jìn)口端面直徑相等。中通道22出口端面和右通道23進(jìn)口端面共面，右通道23進(jìn)口端面與中通道22出口端面直徑相等。右通道23、中通道22和左通道21依次相連通?？諝鈴淖笸ǖ?1進(jìn)口端面流進(jìn)，依次流過左通道21、中通道22和右通道23，最后從右通道23出口端面流出，直接流入燃燒室內(nèi)。燒嘴磚2為酸性耐火材料，可整體澆注制成，可承受1400 0C?1600 0C高溫作用。
[0014]右通道23中心軸線和左通道21中心軸線共線，左通道21母線和右通道23母線延長相交于同一點，即左通道21內(nèi)壁面所在的圓錐面頂點和右通道23內(nèi)壁面所在的圓錐面頂點重合，左通道21內(nèi)壁面延伸面和右通道23內(nèi)壁面延伸面相交于同一點，該點位于左通道21中心軸線自右向左方向延長線上，右通道23錐角β比左通道21錐角α小10°?20°，使得由左通道21通入的助燃空氣與燃油管I通入的液油混合所得的油氣混合物部分沖擊中通道22出口端面附近的內(nèi)壁面，在中通道22內(nèi)形成高速回流氣流。右通道23錐角β比左通道21錐角α小得越多，經(jīng)中通道22出口端面阻礙滯留而不能及時流出中通道22的油氣混合物越多，中通道22內(nèi)油氣混合物回流作用越強(qiáng)，但中通道22內(nèi)壁面受到的摩擦腐蝕力越大，導(dǎo)致使用壽命越短、經(jīng)濟(jì)性越差。右通道23錐角β比左通道21錐角α小10°?20°時，中通道22內(nèi)回流強(qiáng)化燃油霧化作用和摩擦腐蝕作用達(dá)到基本平衡。
[0015]左通道21內(nèi)置水平布置、等壁厚且等外徑的燃油管I，燃油管I中心軸線和左通道21中心軸線共線，左通道21出口端面和燃油管I出口端面共面。左通道21進(jìn)口端面直徑大于燃油管I外徑，左通道21內(nèi)壁面與燃油管I外壁面之間空間為助燃空氣通道。眾多壓縮空氣管3水平布置且相互平行，壓縮空氣管3中心軸線垂直于中通道22豎直中截面，壓縮空氣管3出口端面全部包含在中通道22豎直中截面圓周內(nèi)，壓縮空氣管3出口端面全部和中通道22豎直中截面圓周內(nèi)切，中通道22和壓縮空氣管3通道相連通，壓縮空氣管3內(nèi)壓縮空氣流動方向相同，使得中通道22內(nèi)壓縮空氣全部沿順時針或全部沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)流動，形成繞燒嘴磚2水平中心線方向旋轉(zhuǎn)的高速旋流氣流。
[0016]燃油管I通入液體燃油，左通道21鼓入低壓空氣，壓縮空氣管3通入壓縮空氣，壓縮空氣可以是鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動的低壓空氣，也可以是空壓機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣。燃油離開燃油管I出口端面即在左通道21鼓入空氣高速湍流擾動作用迅速完成燃油第一次霧化，變成粗粒徑油霧，進(jìn)而形成油氣混合物。油氣混合物經(jīng)中通道22進(jìn)口端面流進(jìn)中通道22。油氣混合物受到壓縮空氣管3切向壓縮空氣產(chǎn)生的高速切向旋流擾動作用，迅速完成燃油第二次霧化，油霧粒徑變細(xì)并成為中粒徑油霧，并使得油霧和空氣進(jìn)一步均勻混合。中粒徑油氣混合物邊擴(kuò)散邊高速流向中通道22出口端面，由于右通道23錐角比左通道21錐角小10°?20°，85%?90 %油氣混合物經(jīng)右通道23高速噴入燃燒室內(nèi)，剩余10 %?15 %中粒徑油氣混合物流動因受到中通道22出口端面附近內(nèi)壁面阻礙作用而無法及時流出中通道22，這一部分油氣混合物高速碰撞中通道22出口端面附近內(nèi)壁面，然后沿中通道22內(nèi)壁高速流向中通道22入口端面附近內(nèi)壁面，進(jìn)而產(chǎn)生高速回流擾動作用，迅速完