CN102230621B

CN102230621B - 一种水煤浆双流体静电雾化喷枪

Info

Publication number: CN102230621B
Application number: CN 201110162417
Authority: CN
Inventors: 郑捷庆
Original assignee: Jimei University
Current assignee: Jimei University
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2031-06-16
Also published as: CN102230621A

Abstract

本发明公开一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，包括喷枪主体，该喷枪主体具有水煤浆进口、压缩气体进口以及喷枪出口，该水煤浆进口和压缩气体进口相连通并均与喷枪出口相连通，该喷枪出口处还设置有静电感应雾化装置。本发明由于该喷枪出口处还设置有静电感应雾化装置，使得到达喷枪出口处的水煤浆雾滴群在通过静电感应雾化装置的环形闭合电极诱导的静电场时荷上同种电荷，基于库仑分裂效应，水煤浆雾滴在静电力的作用下将突破瑞利极限，发生二次破碎现象，从而获得更小的浆液雾化细度。

Description

一种水煤浆双流体静电雾化喷枪

技术领域

本发明涉及喷射装置领域，更具体的说涉及一种水煤浆双流体静电雾化喷枪。

背景技术

水煤浆是由煤、水和化学添加剂以一定的比例经物理加工配制成的新型低碳、环保、节能煤基代油燃料，其可用于发电锅炉、热电联供锅炉、工业锅炉、油田采暖炉以及油田热采炉等热能与动力设备的燃烧。但由于水煤浆具有粘度高、雾化阻力大，流变特性复杂等完全不同于燃油的一些特性，这对水煤浆喷嘴的结构及设计提出了比较苛刻的要求，雾化难题很大程度上制约了其全面地推广使用。

目前，为了取得良好的雾化质量以提高燃烧效率并降低排放，主流的雾化喷枪（或称雾化器、雾化喷嘴等）都是采用双流体雾化模式，即通过空气或高温水蒸气冲击水煤浆，其具体应用可以请参阅中国发明专利CN101220960A以及中国实用新型专利CN2714972Y；该空气或高温水蒸气是经由空压机压缩处理后才进入水煤浆喷枪，水煤浆在空气或高温水蒸气的冲击下会具有较好的雾化效果，并且随着空气或高温水蒸气的气压和气流量的增加，水煤浆的雾化效果会得到提升。

但是，利用空压机压缩空气或水蒸气会具有一个能量消耗的问题，并且随着空气或水蒸气的气压和流量的增加，该能量消耗亦逐渐增大，该能量消耗具体可以采用气耗率这一指标来衡量，气耗率越高则能量消耗越大，反之则越小；为了追求更小浆液雾化细度（该浆液雾化细度一般用索太尔平均直径即SMD来表征雾滴的细度，SMD越小，该雾化细度越小，雾化质量越高，越有利于水煤浆的燃烧及排放的降低），则必须采用更高的气耗率，即需更高的能源消耗。由此、人们必须在这两者之间进行经济性的考量，也即如何找到以尽量小的能源消耗获得尽量高的雾化质量，其正是目前全世界研究人员都在做的一个课题。

以过多的能源消耗为代价来获得较高的雾化效果当然是我们不愿意见到的，这实际上提高了企业的运行成本。目前学术界的研究均表明，在一定范围内气耗率增加，可以降低雾化细度，但是当气耗率达到某一值后，再继续增加气耗率就不能达到显著降低雾化细度的目的，也即目前全世界各种采用双流体雾化方法的喷枪都有一个合理的气耗率指标。比如，目前公认效果较好的浙江大学开发的撞击式多极雾化水煤浆喷嘴，其实测的最佳气耗率在16%至21%之间，水煤浆雾滴的SMD在20微米至50微米之间（这其中因水煤浆的质量浓度、水煤浆流量的不同而不同）。

有鉴于此，本发明人针对目前无法进一步显著降低雾化细度的缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，以解决现有技术中水煤浆双流体雾化喷枪在同等能量消耗下无法进一步降低雾化细度的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，包括喷枪主体，该喷枪主体具有水煤浆进口、压缩气体进口以及喷枪出口，该水煤浆进口和压缩气体进口相连通并均与喷枪出口相连通，其中，该喷枪出口处还设置有静电感应雾化装置。

进一步，该静电感应雾化装置包括环设在喷枪出口的绝缘陶瓷，该绝缘陶瓷具有环形的内中空部，该内中空部内设置有环形闭合电极，该环形闭合电极通过贯穿绝缘陶瓷的引线而与静电发生器相连。

进一步，该环形闭合电极采用铜材质制成。

进一步，该喷枪主体形成有位于壁内的绝缘通道和位于侧部的绝缘开口，该绝缘通道与绝缘开口相连通，该引线贯穿绝缘陶瓷后通过绝缘通道和绝缘开口后而与静电发生器相连。

进一步，该静电雾化喷枪还具有连通水煤浆进口和喷枪出口的中心通道，该中心通道呈直线状，且该水煤浆进口和喷枪出口对正，该压缩气体进口设置在静电雾化喷枪的侧部。

进一步，该静电雾化喷枪沿中心通道延伸方向间隔设置有三级压缩气体进口。

进一步，该每个压缩气体进口的管道与中心通道之间均形成60^o夹角的正冲击。

进一步，该每级压缩气体进口在360度的平面上成120度角而布置为3个。

采用上述结构后，本发明涉及的一种水煤浆双流体静电雾化喷嘴，由于该喷枪出口处还设置有静电感应雾化装置，即到达喷枪出口处的水煤浆雾滴群均以感应充电方式带有同种电荷，基于库仑分裂效应，水煤浆雾滴在静电力的作用下将突破瑞利极限，发生二次破碎现象，从而获得更小的浆液雾化细度。由此本发明相对于现有技术来说，其不仅通过空气或高温水蒸气冲击水煤浆而使水煤浆雾化，同时还在喷枪出口处再设置了一道起二次雾化作用的静电感应雾化装置，如此使得本发明能进一步降低雾化细度。

附图说明

图1为本发明涉及一种水煤浆双流体静电雾化喷枪较佳实施例组装在炉膛壁上的剖视图；

图2为图1中压缩气体进口的俯视图；

图3为图1中静电感应雾化装置的剖视图。

图中：

静电雾化喷枪 100 喷枪主体 1

水煤浆进口 11 压缩气体进口 12

喷枪出口 13 绝缘通道 14

绝缘开口 15 中心通道 16

静电感应雾化装置 2 绝缘陶瓷 21

内中空部 211 环形闭合电极 22

引线 23 炉膛壁 200。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1所示，其为本实用新型涉及的一种水煤浆双流体静电雾化喷枪100，包括喷枪主体1，该喷枪主体1具有水煤浆进口11、压缩气体进口12以及喷枪出口13，该水煤浆进口11和压缩气体进口12相连通并均与喷枪出口13相连通，该喷枪出口13处还设置有静电感应雾化装置2。具体的，在本实施例中，该静电雾化喷枪100固定在炉膛壁200上。

这样，水煤浆经由水煤浆进口11进入喷枪主体1，压缩气体则经由压缩气体进口12而进入喷枪主体1，两者经混合而形成混合浆液并到达喷枪出口13，由于该静电感应雾化装置2会在喷枪出口13处形成静电场，即使得到达喷枪出口13处水煤浆雾滴群均以感应充电方式带有同种电荷，基于库仑分裂效应，水煤浆雾滴在静电力的作用下将突破瑞利极限，发生二次破碎现象，从而获得更小的浆液雾化细度。

由此，本发明相对于现有技术来说，其不仅通过空气或高温水蒸气冲击水煤浆而使水煤浆雾化，同时还在喷枪出口13处再设置了一道起二次雾化作用的静电感应雾化装置2，如此使得本发明能进一步降低雾化细度。

优选地，请配合图3所示，该静电感应雾化装置2包括环设在喷枪出口13的绝缘陶瓷21，该绝缘陶瓷21具有环形的内中空部211，该内中空部211内设置有环形闭合电极22，该环形闭合电极22通过贯穿绝缘陶瓷21的引线23而与静电发生器（图中未示出）相连。

由于该环形闭合电极22是闭合的，其会形成很强的高压静电场，即让环形闭合电极22形成为高压电位，而通过其中的水煤浆液则由于接地而为零电位，这样，该具有较高导电率的水煤浆液柱经过该高强闭合静电场之后，会因为感应充电（即非接触式）的方式带上同种电荷，虽然该荷电量很小，但已经足以使水煤浆雾滴达到库伦分裂的极限，从而让水煤浆雾滴发生二次破碎，并达到进一步雾化的功效。

需要说明的是，该静电发生器的电流只有微安级，其所需消耗的电能比普通的一个手电筒的电量消耗还小，即相比于其能让雾滴发生二次破碎而达到辅助雾化的作用，其所消耗的能量微乎其微。

同时，该绝缘陶瓷21还具有耐高温燃烧的功效，从而让喷枪出口13具有较长的使用寿命，同时该绝缘陶瓷21能避免环形闭合电极22与水煤浆直接接触形成回路，造成放电的危险后果。该环形闭合电极22优选采用铜材质制成。

更进一步地，该静电发生器在实际使用时可以通过引线23而调节环形闭合电极22上的电压，从而控制水煤浆雾滴荷电量的大小，由于不同荷电量的雾滴在静电场所受环形闭合电极22的电场力不同，由此可控制水煤浆从喷嘴射出后所形成的雾炬形状，从而可以根据实际工况调节其燃烧过程。

请再次参照图1和图3所示，该喷枪主体1形成有位于壁内的绝缘通道14和位于侧部的绝缘开口15，该绝缘通道14与绝缘开口15相连通，该引线23贯穿绝缘陶瓷21后通过绝缘通道14和绝缘开口15后而与静电发生器相连。这样，由于该引线23由绝缘陶瓷21导出后直接进入到绝缘通道14，故能确保引线23不被水煤浆沾湿。

请参照图1所示，该静电雾化喷枪100还具有连通水煤浆进口11和喷枪出口13的中心通道16，该中心通道16呈直线状，且该水煤浆进口11和喷枪出口13对正，该压缩气体进口12设置在静电雾化喷枪100的侧部。由于水煤浆粘性较大，并颗粒形状不规则且尖锐，通过将水煤浆的通道即中心通道16设计成直线状，即直进直出，从而能减少流动损失以及降低对浆道避免的磨损。

优选地，该静电雾化喷枪100沿中心通道16延伸方向间隔设置有三级压缩气体进口12，并且每个压缩气体进口12的管道与中心通道16之间均形成60^o夹角的正冲击，该正冲击是指由压缩气体进口12进来的气体除了具有冲击水煤浆的动力外，还具有与由中心通道16进来的水煤浆运动方向相同的动力。

实验证明，设置1级或者2级压缩气体进口12的雾化效果不如3级压缩气体进口12，3级的压缩气体冲击不断水煤浆液，可使水煤浆在喷枪出口13内达到极高的湍流度，而超过三级之后，其湍流度增加不明显，反而使气耗率增加，进而浪费能量；具体的，其中第1级最高可提高80%左右的湍流度，第2级最大可提高15%左右，第3级最大约3%左右，第4级之后就不明显，因此没有必要设置第4级；而进一步将压缩气体进口12的管道与中心通道16之间形成60^o夹角，能提升冲击效果。

更优选地，该每级压缩气体进口12在360度的平面上成120度角而布置为3个；如果仅设置1个，则会形成不对称冲击，造成煤浆从喷枪射出之后雾炬歪斜，不利于燃烧时火焰的稳定；如果仅对称布置两个，则可能出现两个压缩气体进口12溅进水煤浆颗粒而导致局部堵塞的情况；若压缩气体进口12布置为超过3个，即气耗率将增加而为违背了节能减排的初衷，并同时使水煤浆喷枪的结构变得更加复杂，增加了它的制造成本；另外，要达到相同的气流通过率，三个通道和四个或以上通道情况，只要改变一下通道的过流面积（也就是直径大小）就可以了，比如三个通道，内径为d,则总过流面积为3*π*d2/2, 四个通道，内径改为 d,即可达到与三个通道相同的过流面积，以此类推，五个通道 d……那么以上都可获得相同的过流面积，也即在压力不变的情况下，气耗率是相同的；综上所述，以每级布置三个为最佳。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims

1.一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，包括喷枪主体，该喷枪主体具有水煤浆进口、压缩气体进口以及喷枪出口，该水煤浆进口和压缩气体进口相连通并均与喷枪出口相连通，该喷枪出口处还设置有静电感应雾化装置，该静电感应雾化装置包括环设在喷枪出口的绝缘陶瓷，该绝缘陶瓷具有环形的内中空部，该内中空部内设置有环形闭合电极，该环形闭合电极通过贯穿绝缘陶瓷的引线而与静电发生器相连；其特征在于，该喷枪主体形成有位于壁内的绝缘通道和位于侧部的绝缘开口，该绝缘通道与绝缘开口相连通，该引线贯穿绝缘陶瓷后通过绝缘通道和绝缘开口后而与静电发生器相连。

2.如权利要求1所述的一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，该环形闭合电极采用铜材质制成。

3.如权利要求1所述的一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，其特征在于，该静电雾化喷枪还具有连通水煤浆进口和喷枪出口的中心通道，该中心通道呈直线状，且该水煤浆进口和喷枪出口对正，该压缩气体进口设置在静电雾化喷枪的侧部。

4.如权利要求3所述的一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，其特征在于，该静电雾化喷枪沿中心通道延伸方向间隔设置有三级压缩气体进口。

5.如权利要求4所述的一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，其特征在于，该每个压缩气体进口的管道与中心通道之间均形成60^o夹角的正冲击。

6.如权利要求4所述的一种水煤浆双流体静电雾化喷枪，其特征在于，该每级压缩气体进口在360度的平面上成120度角而布置为3个。