先进燃烧技术

锅炉新型节能燃料及先进燃烧技术 防治污染 可持续发展 节约能源 燃油雾化颗粒大 有时火焰中甚至出现雪花点 液雾与助燃空气掺混不均匀 雾化介质耗量太大 导致火焰温度降低 烟气排放量大火焰的长度 锥角和形状不符合炉膛及加工工艺的要求有时局部高温区过热 烧嘴易结焦 堵塞 重渣油无法冷态点火 烧用重 渣油的锅炉有时冒黑烟 严重污染环境 燃油锅炉效率低污染物排放高的原因 燃料 高效喷嘴 燃油锅炉节能途径 空气200 300 余热回收 燃烧传热强化技术 乳化重油是指在不同标号的重油中 加入10 25 的水和微量乳化剂 微量的催化燃烧剂 在适当温度条件下经过乳化合成 将水以微小颗粒均匀分散于重油之中 形成油包水或水包油稳定状态的新型燃料油 新型环保节能燃料 乳化重油 乳化油微爆 完全燃烧 V2O3 V2O5 困难 过剩空气系数低 SO2 SO3 催化 NOx N2 火焰峰值温度低 污染物排放量降低 乳化油燃烧 关键 研发高效喷嘴 燃烧技术方案 技术关键 现用进口以及国产燃油烧嘴技术 国际上通用的压力雾化和气动雾化燃烧技术 大体上还是上世纪七十 八十年代的技术 存在固有缺陷 不适于燃用劣质燃料油 需作较大技术改进 燃油烧嘴技术落后 必须采用先进的燃烧技术研制出适合燃用乳化油的烧嘴 才能大幅度地提高劣质质油的燃烧效率降低污染 遗憾 喷嘴技术 喷嘴的应用范围几乎包含所有工业领域 交通运输 农业生产 以及人民日常生活 除了人们熟知的燃用各种燃料 气体 液体和固体燃料 的燃烧设备和装置外 在非燃烧工业上如喷涂 采油等领域内也有着广泛的应用 喷雾工质的种类 1 气态工质天然气 液化石油气 生物气等 2 液态工质石油系液体燃料 新型液体燃料等 3 固态工质煤粉 喷涂粉料 清除砂料 丸料等 4 两相工质煤浆 料浆 涂料 油漆 等 工业和民用热工设备目前应用以石油及其二次加工产物为代表的液体燃料相当普遍 例如煤油 汽油 柴油 重油等液体燃料已广泛用于锅炉 内燃机 燃气轮机和冶金炉中 其消耗量相当可观 因而进行液体燃料燃烧的研究 对节约能源 减少环境污染具有重要意义 液体燃料雾化技术在漫长的发展历程中 其主要经历了三个技术上的创新 1 空气雾化技术2 压力雾化与空气雾化相结合3 气泡雾化技术 4 超声波雾化喷嘴 3 介质雾化喷嘴 2 机械雾化喷嘴 1 压力雾化喷嘴 喷嘴按照其工作原理的不同大致可以分成下面几类 机械雾化喷嘴 1 直射式喷嘴 直射式喷嘴 1892年狄塞尔首先在柴油机上使用这种喷嘴 这是最古老 最直接的一种喷嘴 燃油在压力差作用下产生高速射流 使燃油雾化 对油压的要求较高 雾化细度与喷嘴直径关系很大 流量调节范围较小 离心式喷油嘴的基本结构 离心式喷油嘴的工作原理 2 离心式喷油嘴 转杯式机械雾化喷油嘴 3 转杯式喷油嘴 1 空心轴 2 旋杯 3 一次风导流片 4 一次风机叶轮 5 电动机 6 传动带轮 7 轴承 一 二次风 转盘式雾化器的常用结构 4 转盘式雾化喷嘴 1 盘盖 2 铆钉 3 盘盖 1 圆盘 2 喷管 离心式喷嘴的雾化效果要明显优于直射式喷嘴 但离心式喷嘴同样需要很高的供油压力 流量的调节范围也比较小 而且它们对粘度都特别敏感 因此直射式和离心式喷嘴都不适合雾化高粘性燃油 1 内混型 2 外混型气动雾化喷嘴 介质雾化喷嘴 1 气动雾化喷嘴 气动雾化喷嘴依靠一定压力的空气 压缩空气或蒸汽 形成高速气流 使气体与燃油之间形成很高的相对速度 以达到雾化的目的 优点 可以在较低的供油压力下获得良好的雾化效果 使用高粘度燃油时仍然可以获得较高的雾化质量 工作状况可以在较大的范围内调节 缺点 气动雾化喷嘴的雾化剂耗量很大 从而增加了能耗 气动雾化喷嘴的雾化机理及优点 几种气泡雾化喷嘴结构示意图 2 气泡雾化喷嘴 国内及国外的气泡雾化喷嘴示意图 1 外套 2 内腔 3 环形通道 4 进气道 5 中间段 6 环形出口 7 进油口 8 进油孔 9 混合室 10 锥台 11 喷雾孔 12 主进气孔 13 副进气孔 14 导流片 15 锥形环腔 气泡雾化喷嘴的雾化机理及优点 压缩空气以某种适当的方式注入到液体中 并使两者在喷嘴混合室内形成稳定的泡状两相流动 在离开喷嘴出口极短的距离内 由于气泡内外压差的剧烈变化 促使它急剧膨胀直至破裂 从而将包裹在其周围的液膜进一步破碎成为更加细微的液雾颗粒 气泡雾化主要是克服液体的表面张力达到雾化的目的 而气动雾化主要是靠克服液体的粘性力雾化 优点 耗气量小 雾化质量高 雾化效果基本不受出口直径影响 而且气泡雾化喷嘴相对于其它类型喷嘴最显著的优点就是其雾化效果基本不受粘度的影响 因此比较适合雾化重 渣油等粘度液体燃料 超声波雾化喷嘴示意图 特殊喷嘴 a 1 内管 2 外管 3 隔离器 4 超声波发生器 5 锁紧压盖 6 油雾喷出口 b 1 汽 气 室 2 环环间隙 3 喷嘴头 谐振腔 4 喷油口 哈德曼式喷嘴结构示意图 1 壳体 2 气环 3 调节环 4 外环 5 分流片 6 喷头 7 气芯 8 套管 燃油通过旋流室和雾化片先进行一级机械雾化 在雾化室出口处外围有一环形共振腔槽 蒸汽或压缩空气流过环形腔体时 高速气流产生超声波振动 对油雾作二级雾化 新型高效喷嘴设计 机械雾化 气泡雾化 气动雾化 新型高效喷嘴外形 实验装置和仪器 实验流程图 实验仪器 APV 标准光路布局前向60 接收 冷态实验结果 喷雾照片 某工况下 100mm处SMD分布图液体流量特性曲线 实验发现与原喷嘴相比 新设计喷嘴具有良好的雾化性能和较宽的调节比 更适合于各种高粘度液体燃料 原有燃烧系统改造后燃烧系统 燃烧系统改造 新型喷嘴的使用 工作特点以及燃烧情况对比 原进口燃烧机喷嘴 新型喷嘴 纯气动旋流雾化方式 两级雾化 雾化效果欠佳 气泡雾化和气动雾化方式结合 为三级雾化 两次爆破 雾化效果很好 燃用油料为柴油 供气为压缩空气 仅一股雾化气 燃料油为重油 渣油 油浆和煤焦油掺混后的乳化油 油量 气量 油量的调节范围较小 压缩机供气量有限 进 回油电磁阀控制进 回油量 气量电磁阀控制第二股雾化气 压缩空气 第一股雾化气 压缩空气或是蒸汽 改为手动控制 喷嘴的操作弹性大大增大 火