CN104132338B - 燃油喷嘴和燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油喷嘴和燃烧装置，燃油喷嘴包括喷嘴主体和位于喷嘴主体前端的喷口，喷嘴主体上具有与雾化介质连通的进口和与液体燃料连通的进液口，喷嘴主体内形成有封闭空间以及穿过该封闭空间的膜管，雾化介质进口与封闭空间连通，膜管的后端与进液口连通，前端与喷口连通，喷嘴主体内形成有与喷口连通的混合腔，膜管的前端与混合腔连通。因此，雾化介质进入喷嘴主体的封闭空间后会通过膜孔进入膜管的管程和燃油进行混合，通过膜孔微孔扩散技术，雾化介质被破碎成微小气泡分散于液相，形成匀细的气液两相雾化流，实现液体燃料如原料油的雾化。其中，液体燃料雾化粒径小，粒径分布窄，从而能够使得液体燃料燃烧充分不易结焦。

Description

燃油喷嘴和燃烧装置

技术领域

本发明涉及燃油燃烧领域，具体地，涉及一种燃油喷嘴和使用该燃油喷嘴的燃烧装置。

背景技术

在化工、炼油等领域常用到用于加热锅炉等的燃烧装置，其中根据燃料不同使用的喷嘴主要分为燃气喷嘴和燃油喷嘴。燃油喷嘴使用如燃油等液体燃料，燃油在和空气等雾化介质混合雾化后在喷口处的燃烧。在燃烧过程中，液体燃料的雾化效果决定着燃料的利用率。如果液体燃料雾化不充分，就会造成燃油燃烧不充分，导致发生结焦、堵塞喷嘴等问题。液体燃料雾化的方法主要有：压力式雾化、内混式雾化、外混式雾化等形式。其中对于压力雾化喷嘴，所采用的雾化器比较简单，但是负荷比窄，对于具有较宽流动变化范围需求的系统则需要喷嘴变化；对于外混式雾化喷嘴，所采用的喷嘴通常很粗糙，火焰形状和雾化质量通常不是最佳。相比较而言，内混式雾化油喷嘴能产生优异火焰形状、均匀的热传递和理想的油滴分布，但是雾化的油滴一般索太尔平均直径在80μm。因此，国内外相关研究机构一直在不断的开发和推出新型高效的内混式燃油喷嘴，以适应燃烧技术的发展需要并获取更大的经济效益。

早期国内使用的雾化喷嘴多为喉管式喷嘴，这种喷嘴雾化效果较差，平均粒径多在80-100μm，在此基础上经过改进之后，形成了如：CN 2069757U所述的喷嘴和CN 2054461U所述的双喉道内混式进料喷嘴；此外还有CCK型和中国石油大学研究的UPC-a、NS-1型等高效喷嘴。国外有代表性的有Molil和Kellog公司于1994年开发了一种新型进料喷嘴Atomax；UOP公司于1995年开发了Optimix喷嘴，其雾化平均直径在60μm左右。R.杜迪尔等在专利CN1807983A提出了在富氧高温条件下适用的乳化雾化器喷嘴。

以上各类喷嘴存在的缺点是：雾化平均粒径较大多为60μm以上；有些汽相速度过大，有些甚至达到或超过音速，从而导致流动不稳定、波动大、能耗大；有的雾化不均匀，大颗粒所占的的比例大；高的喷嘴温度可能导致内部焦炭沉积和喷嘴堵塞等。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃油喷嘴以及使用该燃油喷嘴的燃烧装置，该燃油喷嘴燃油雾化效果好，液体燃料燃烧充分不易结焦。

为了实现上述目的，根据本发明的一个目的，提供一种燃油喷嘴，包括喷嘴主体和位于喷嘴主体前端的喷口，所述喷嘴主体上具有与雾化介质连通的雾化介质进口和与液体燃料连通的进液口，所述喷嘴主体内形成有封闭空间，并且所述燃油喷嘴还包括穿过该封闭空间的膜管，所述雾化介质进口与所述封闭空间连通，所述膜管的后端与所述进液口连通，前端与所述喷口连通，所述喷嘴主体内形成有与所述喷口连通的混合腔，所述膜管的前端与该混合腔连通。

优选地，所述喷嘴主体内形成有与所述进液口连通的集油腔，所述膜管为多根并分别与所述集油腔连通。

优选地，所述混合腔的截面积从所述膜管朝向所述喷口逐渐增大。

优选地，所述混合腔的截面积从所述喷口朝向所述膜管逐渐增大。

优选地，所述混合腔包括从后向前依次布置的第一锥形段、筒形段和第二锥形段，所述第一锥形段的截面积从所述膜管朝向所述筒形段逐渐增大，所述第二锥形段的截面积从所述筒形段朝向所述喷口逐渐减小。

优选地，所述膜管形成为平均孔径为1nm-50μm的无机膜管。

优选地，所述雾化介质进口为多个，其中多个所述雾化介质进口围绕所述封闭空间的周向均应布置。

根据本发明的另一方面，提供一种燃烧装置，该燃烧装置包括本发明提供的燃油喷嘴，以及分别连接在所述雾化介质进口和所述进液口上的输送管道。

优选地，所述燃烧装置包括控制装置，该控制装置包括安装在所述输送管道上的流量和/或压力控制阀、流量和/或压力检测装置以及分别与所述流量和/或压力控制阀以及所述流量和/或压力检测装置电连接的控制器。

通过上述技术方案，雾化介质进入喷嘴主体后的封闭空间后会通过膜管的膜孔进入膜管管程并和燃油进行混合。通过膜孔的微孔扩散技术，雾化介质被破碎成微小气泡分散于液相，形成匀细的气液两相雾化流，实现液体燃料如原料油的雾化。这种气液两相接触、破碎方式，能够减少雾化介质用量，降低雾化介质速度。其中，液体燃料雾化粒径小，粒径分布窄，即雾化效果好，从而能够使得液体燃料燃烧充分不易结焦，并且不需较大气动力，减小能量损失，能耗低，达到了节能减排的效果。此外，在本发明提供的雾化方式中，当进料量有所增减变化时，混合物两相流的体积流量变化相对较小，不会明显影响雾化质量，因而使本发明的操作弹性好、可靠性高。本发明还具有结构简单、使用方便、易于推广的优点。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明优选实施方式提供的燃油喷嘴的结构示意图；

图2是沿图1中的线A-A截取的剖视结构示意图；

图3是本发明优选实施方式提供的燃油喷嘴的喷口的结构示意图。

附图标记说明

1 喷嘴主体 2 喷口

3 膜管 4 封闭空间

5 集油腔 6 混合腔

7 输送管道

11 雾化介质进口 12 进油口

61 第一锥形段 62 筒形段

63 第二锥形段 81 流量和/或压力控制阀

82 流量和/或压力检测装置 83 控制器

91 进料泵 92 压缩机

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“前、后”示意液体燃料的流动方向为基准定义的，即液体燃料向前流动。具体地如图1所示，图面方向中的右侧为前，左侧为后。这种方位词只用于说明本发明，并不用于限制本发明。

如图1至图3所示，本发明供一种燃油喷嘴和使用该燃油喷嘴的燃烧装置，其可以用于化工、炼油等领域的工业锅炉、加热炉、窑炉、熔炉、焚烧炉等容器的加热。如图1所示，本发明提供的燃油喷嘴包括喷嘴主体1和位于喷嘴主体1前端的喷口2，喷嘴主体1上具有与雾化介质例如水蒸汽连通的雾化介质进口11和与液体燃料例如燃料油连通的进液口12，喷嘴主体1内形成有封闭空间4，并且燃油喷嘴还包括穿过该封闭空间4的膜管3，雾化介质进口11与封闭空间4连通，膜管3的后端与进液口12连通，前端与喷口2连通。

因此，雾化介质进入在喷嘴主体1的封闭空间4后只能通过膜管管壁上的膜孔进入膜管3的管程中以和燃料油进行混合。其中，膜管3为本领域内具有微纳米级的过滤效果的管状膜结构，因此通过膜孔的微孔扩散技术，雾化介质被破碎成微小气泡分散于液相，形成匀细的两相雾化流，实现燃料油的雾化。这种气液两相接触、破碎方式，能够减少雾化介质体用量，降低雾化介质速度，因此喷嘴运行平稳，不会产生脉动。雾化介质体经过这种方式特殊的设计产生很小的压降。其中，液体燃料的雾化粒径小，粒径分布窄，即雾化效果好，因此能够使得液体燃料燃烧充分不易结焦，并且不需较大气动力，减小能量损失，能耗低，达到了节能减排的效果。此外，在本发明提供的雾化方式中，当进料量有所增减变化时，混合物两相流的体积流量变化相对较小，不会明显影响雾化质量，因而使本发明的操作弹性好、可靠性高。本发明还具有结构简单、使用方便、易于推广的优点。

需要说明的是，能够完成上述技术方案的实施方式有多种，例如“雾化介质”可以是水、水蒸气、空气、氧气、富氧燃烧剂、天然气、丙烷、氮气、二氧化碳、氢，或者这些雾化介质中的两种或多种混合物等。“液体燃料”可以为馏出油、溜出燃料油、柴油、煤油、燃料油、残油、残渣燃料油以及本领域技术人员已知的其他燃料油等。“膜管3”可以优选为陶瓷膜管、金属膜管或其它无机材质的无机膜管，以更适用于高温环境。另外，喷嘴主体1的内部空间以及膜管3的布置方式也有多种，因此为了方便说明本发明，在此只重点介绍其中的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本发明，并不用于限制本发明。

在本发明的优选实施方式中，优选地，膜管3的平均孔径1nm-50μm。因此，通过该膜管膜孔的雾化介质能够将液体燃料雾化为粒径小于50μm的液滴，使得本发明的效果更好。另外，膜管3的数量可以为一个也可以为多根，在本发明的优选实施方式中，如图1和图2所示，膜管3为多根，该多根膜管3可均匀地布置在封闭空间4中。为了方便为多根膜管3提供燃料油，优选地，喷嘴主体1内形成有与进液口12连通的集油腔5，膜管3为多根并分别与集油腔5连通。燃料油在通过进液口12后首先在集油腔5中续存，然后在进入各个膜管3中。由于膜管3为多根，增加了雾化介质与膜管3的外壁的接触面积，使得雾化介质3更高效地与燃料油混合雾化。

另外，在本发明中，雾化介质可以从喷嘴主体1的单侧进入也可以双侧或更多侧进入，当实现多侧进入时，雾化介质进口11为多个，其中多个雾化介质进口11围绕封闭空间4的周向均应布置。从而有效保证雾化介质和封闭空间4内的膜管3尤其是多根膜管的均匀接触，以提高雾化介质进入膜管的效率和效果。

其中在本发明中，雾化介质通过膜管3实现了燃料油的一级雾化，本发明还能够使得燃料油进行二级雾化。具体地，如图1所示，喷嘴主体1内形成有与喷口2连通的混合腔6，膜管3的前端与该混合腔6连通，并且混合腔6具有大于膜管3和喷口2的流通截面积。即，喷嘴主体1内的布局为集油腔5、封闭空间4以及混合腔6从后到前依次布置。因此，混合腔6提供了大于膜管的混合空间并能够在进入喷口2前收缩该空间。因此，从膜管3中运动而出的破碎的液滴在混合腔6中压力首先会有所降低，使得多相雾化流中的气体成分膨胀，从而使颜料油液滴进一步破碎，并向喷口2运动。然后，由于雾化流在进入喷口2前的空间收缩部得到加速，多相物质，例如气液两相物质在很小的区域产生非常大的剪切力，使液滴更细小；同时由于喷出喷口2后的液流得到泄压，雾化流内雾化介质的体积迅速膨胀，使得燃料油进一步破碎，细化了液滴的粒径。从而实现了燃料油的二次雾化。这样，在很小的压降下，便使得燃料油与雾化介质形成了均细的多相流，使得雾化颗粒更加细化均匀，燃烧充分减少结焦现象，并能做到保证长周期安全操作要求。

为了增加二次雾化的效果，优选地，混合腔6的截面积从膜管3朝向喷口2逐渐增大，使得燃料油的流通截面积能够逐渐变大从而避免了突变所带来的死角位置，以提高燃油利用率。并且还可以保证燃料油的流动不会发生突然波动而影响燃烧效果和安全性。并且更优选地，混合腔6的截面积从喷口2朝向膜管3逐渐增大。即，朝向喷口2的流动截面积是逐渐变小的，从而同样避免了突变所带来的死角位置，并保证液流流动的稳定性和燃烧效果。

具体地，如图1所示，在本发明的优选实施例中，混合腔6包括从后向前依次布置的第一锥形段61、筒形段62和第二锥形段63，第一锥形段61的截面积从膜管3朝向筒形段62逐渐增大，第二锥形段63的截面积从筒形段62朝向喷口2逐渐减小，因此能够保证燃料油的二次雾化效果。其中的筒形段62可以形成为截面积一定的圆柱结构，也可以形成为其他结构。锥形段可以为圆锥、多边形锥结构等线性变化结构，也可以形成非线性变化的球形、椭球形的其他流线型结构。对应此类变形方式均应落在本发明的保护范围中。

另外，如图3所示，在本发明的优选实施例中，喷口可以是一个并形成为矩形结构。除此之外，在其他实施方式中，喷口还可以是一个以上并形成为其他狭长形、三角形、扇形、半圆形条缝等结构，对于此类变形均落在本发明的保护范围中。

如图1所示，在本发明提供的燃烧装置中，雾化介质进口11和进液口12上分别连接有输送管道7，其中雾化介质进口11的输送管道7可以通过压缩机92实现气相雾化介质的加压和输送，也可以通过泵送装置实现水等液相雾化介质的加压和输送。进液口12的输送管道7上通过进料泵91实现燃料油等液体燃料的加压和输送。为了更安全和高效地完成液体燃料的燃烧，优选地，本发明提供的燃烧装置包括控制装置，该控制装置包括安装在输送管道7上的流量和/或压力控制阀81、流量和/或压力检测装置82以及分别与流量和/或压力控制阀81以及流量和/或压力检测装置82电连接的控制器83。因此，通过控制器和检测装置构成的闭环控制回路，能够使得本发明提供的进气和进液过程自动化，并且有效保证液体和雾化介质的安全性。其中，控制器可以为内置于计算机中并设置有雾化介质和液体的流量、压力阈值，从而通过将检测装置采集并反馈的流量和压力实时值与相应阈值进行比较，以根据制定的控制逻辑控制相应阀门进行压力和流量调节，从而实现雾化介质和液体燃料的自动、安全的输送。具体地，根据使用者的安全可只设置流量自动控制单元或压力自动控制单元，也可以二者均设置，对于各种变形方式均落在本发明的保护范围中。

综上，本发明提供的燃油喷嘴通过膜管的膜孔形成高度分散的微细雾化介质，与燃油等液体燃料在膜管管程内达到高度的混合，实现液体燃料的一级雾化。并进一步地，能够通过混合腔实现液体燃料的二级雾化。从而能够保证液体燃料的充分雾化和燃烧效果，并且操作弹性大，热效率高、操作简单，可以带来可观的经济效益。因此，本发明提供的燃油喷嘴和使用该燃油喷嘴的燃烧装置均具有较高的实用性和推广价值。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种燃油喷嘴，包括喷嘴主体(1)和位于喷嘴主体(1)前端的喷口(2)，所述喷嘴主体(1)上具有与雾化介质连通的雾化介质进口(11)和与液体燃料连通的进液口(12)，其特征在于，所述喷嘴主体(1)内形成有封闭空间(4)，并且所述燃油喷嘴还包括穿过该封闭空间(4)的膜管(3)，所述雾化介质进口(11)与所述封闭空间(4)连通，所述膜管(3)的后端与所述进液口(12)连通，前端与所述喷口(2)连通，所述喷嘴主体(1)内形成有与所述喷口(2)连通的混合腔(6)，所述膜管(3)的前端与该混合腔(6)连通。

2.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述喷嘴主体(1)内形成有与所述进液口(12)连通的集油腔(5)，所述膜管(3)为多根并分别与所述集油腔(5)连通。

3.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述混合腔(6)的截面积从所述膜管(3)朝向所述喷口(2)逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述混合腔(6)的截面积从所述喷口(2)朝向所述膜管(3)逐渐增大。

5.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述混合腔(6)包括从后向前依次布置的第一锥形段(61)、筒形段(62)和第二锥形段(63)，所述第一锥形段(61)的截面积从所述膜管(3)朝向所述筒形段(62)逐渐增大，所述第二锥形段(63)的截面积从所述筒形段(62)朝向所述喷口(2)逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述膜管(3)形成为平均孔径为1nm-50μm的无机膜管。

7.根据权利要求1所述的燃油喷嘴，其特征在于，所述雾化介质进口(11)为多个，其中多个所述雾化介质进口(11)围绕所述封闭空间(4)的周向均应布置。

8.一种燃烧装置，其特征在于，该燃烧装置包括根据权利要求1-7中任意一项所述的燃油喷嘴，以及分别连接在所述雾化介质进口(11)和所述进液口(12)上的输送管道(7)。

9.根据权利要求8所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃烧装置包括控制装置，该控制装置包括安装在所述输送管道(7)上的流量和/或压力控制阀(81)、流量和/或压力检测装置(82)以及分别与所述流量和/或压力控制阀(81)以及所述流量和/或压力检测装置(82)电连接的控制器(83)。