CN104791786B - 高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机 - Google Patents

Abstract

一种高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，包括：燃料供给系统，用于供给固液两相混合燃料，其中含有，储料罐，用于储存所述固液两相混合燃料；加压泵，用于将所述固液两相混合燃料抽出；燃料单向阀，位于所述加压泵；第一燃料流量调节阀，位于所述燃料单向阀之后；第一压力雾化喷嘴，位于燃料流量调节阀之后，用于给燃烧机构供应雾化的固液两相混合燃料；点火系统，包括点火变压器和点火棒；供风装置，用于给所述燃烧机构供风。本发明具有结构简单、成本低和自动控制、起停方便以及不堵塞管道的优点。

Description

高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机

技术领域

本发明涉及一种高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机。

背景技术

经研究，机动车排放和燃煤是导致近年来雾霾的主因。二氧化硫和氮氧化物是PM2.5的最直接来源。

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，也是世界上唯一以煤炭为主要能源的大国。在相当长的时期内，我国以煤为主的能源结构将不会改变。煤炭占据能源消费70%以上的结构体系，雾霾的治理难度十分巨大。为了降低煤炭燃烧对环境的污染，国家正在大力地推广清洁能源，扶持洁净煤技术，鼓励使用清洁能源代替原煤和重油的直接燃烧。本发明所关联的低污染、低耗能的高能炭醇浆体燃料，是一种用煤粉和甲醇混合后添加微米金属粉、分散剂、稳定剂、催化剂、脱硫剂的较稳定的混合悬浮可燃液体。其具有热值高，成本低、清洁环保的优点，因此，具有十分广阔的市场前景。

经过几年的发展，高能炭醇浆体燃料市场已日趋成熟，但是在推广的过程，人们发现在高能炭醇浆体燃料中小型锅炉上使用还存在一些问题，一是由于中小型锅炉流量小，喷嘴孔径小，作为两项固液混合工质的高能炭醇浆体燃料，在小孔径、小流量的情况下极易发生固液两项分离造成管路堵塞。极大阻碍了高能炭醇浆体燃料在中小锅炉中应用。燃烧设备成为高能炭醇浆体燃料推广的技术瓶颈。二是中小型锅炉熄火后，喷嘴中残留浆体会干涸，也会造成下次启动时堵塞的问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明向社会提供一种适合于高能炭醇浆体燃料使用，且不会产生堵塞的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机。

本发明的技术方案是：提供一种高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，包括：

燃料供给系统，用于供给固液两相混合燃料，其中含有，

储料罐，用于储存所述固液两相混合燃料；

加压泵，用于将所述固液两相混合燃料抽出；

燃料单向阀，位于所述加压泵；

第一燃料流量调节阀，位于所述燃料单向阀之后；

第一压力雾化喷嘴，位于燃料流量调节阀之后，用于给燃烧机构供应雾化的固液两相混合燃料；

点火系统，包括点火变压器和点火棒；

供风装置，用于给所述燃烧机构供风。

作为对本发明的改进，本发明还包括燃烧状态传感器和燃烧控制器，所述燃烧控制器根据所述燃烧状态传感器所输送来的数据，控制所述供风装置、所述加压泵和燃料流量调节阀协调工作。

作为对本发明的改进，本发明还包括冲洗系统，所述冲洗系统包括冲洗液储存罐、冲洗液加压泵和冲洗液单向阀，所述冲洗液加压泵抽取所述冲洗液储存罐中的冲洗液冲洗所述燃料供给系统和第一压力雾化喷嘴。

作为对本发明的改进，本发明还包括小火维持机构，所述小火维持机构包括第二燃料流量调节阀和第二压力雾化喷嘴，所述第二燃料流量调节阀的进口与所述燃料单向阀连接，所述第二燃料流量调节阀的出口与所述第二压力雾化喷嘴连接。

作为对本发明的改进，所述第一压力雾化喷嘴包括：

外壳，外壳的内部设有容置空间，外壳的顶端设有与容置空间相通的第一通孔；在所述外壳的容置空间内，从里到外依次设有雾化喷射件、嵌件和旋流芯；

雾化喷射件，由耐磨材料制成，设在所述外壳的容置空间内的靠第一通孔的一端，在所述雾化喷射件内沿轴向方向设有喷口，所述喷口的入口为内凹的喇叭形，所述喷口的出口为圆孔；

嵌件，由柱体和锥体组成，所述锥体的锥度与所述喇叭形的锥度一致，且所述锥体的至少一部分紧贴在所述喇叭形上；在所述柱体的柱面设有N条螺线陷流导流槽，其中，N是大于等于3的正整数，所述螺线陷流导流槽的螺距为2-6倍的柱体长度；在所述锥体设有与所述螺线陷流导流槽条数相等的喷口切线导流槽，所述喷口切线导流槽一端所述螺线陷流导流槽相连接，所述喷口切线导流槽的另一端与所述喇叭形的底圆相切；

旋流芯，内设第二通孔，所述嵌件插在所述第二通孔内，在所述旋流芯的靠所述嵌件一端的端面上设有M条旋流芯导流槽，其中，M为小于N的正整数，所述旋流芯导流槽与所述第二通孔内切。

作为对本发明的改进，所述螺线陷流导流槽的螺距为3-5倍的柱体长度。

作为对本发明的改进，所述雾化喷射件是用钨合金材料制成的。

作为对本发明的改进，所述锥体的母线的延长线与锥体的中心线的延长线的夹角在30度至80度之间选择。

作为对本发明的改进，所述锥体的锥度决定喷嘴的雾化角度，改变所述锥体的锥度可调整喷嘴的雾化角度。

作为对本发明的改进，在所述外壳的内部的容置空间的内表面设有内螺纹，在所述旋流芯的外表面设有外螺纹，通过所述内螺纹和所述外螺纹将所述旋流芯固定在所述容置空间内。

本发明具有结构简单、成本低和起停方便，以及不堵塞管道的优点。本燃烧机不仅适合于喷嘴孔径大，喷出流量大的大功率的燃烧场合使用，而且还适合于流量小、喷口孔径小的中小锅炉上使用，且不会发生堵塞现象。所以，本发明是目前世界上最先进的一种在燃料的直接压力下雾化，而不发生堵塞的固液两相燃烧装置，无需传统的压力供气系统，可以极大的简化燃烧系统结构，更进一步将洁净煤高效利用及清洁燃烧技术全面推广到中小微锅炉窑炉上使用。这必将产生十分巨大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明第一种实施例的结构示意图。

图2是本发明第二种实施例的结构示意图。

图3是本发明第二种实施例的结构示意图。

图4是本发明中的压力雾化喷嘴的立体分解结构示意图。

图5是图4组装后的纵向剖视结构示意图。

图6是图4另一视角的立体分解结构示意图（去掉外壳）。

图7是图4中的喷射件的立体结构示意图。

图8是图7的另一视角的立体结构示意图。

图9是图4中的嵌件的立体结构示意图。

图10是图4中的旋流芯的立体结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

请参见图1，图1揭示的是一种高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，包括：

燃料供给系统100，用于供给固液两相混合燃料，其中含有，

储料罐101，用于储存所述固液两相混合燃料，在储料罐101内设有第一金属过滤网1011，用于过滤燃料中的渣子；

加压泵102（可以采用隔膜泵），用于将所述固液两相混合燃料抽出；

燃料单向阀103，位于所述加压泵102；

第一燃料流量调节阀104（可以采用电磁阀，下同），位于所述燃料单向阀103之后；

第一压力雾化喷嘴200，位于燃料流量调节阀104之后，用于给燃烧机构供应雾化的固液两相混合燃料；

点火系统300，包括点火变压器301和点火棒302；

供风装置400（可以采用风机），用于给所述燃烧机构供风。

请参见图2和图3，本发明还包括燃烧状态传感器500和燃烧控制器600，所述燃烧控制器600根据所述燃烧状态传感器500所输送来的数据，控制所述供风装置400、所述加压泵102和燃料流量调节阀104协调工作。

优选的，本发明还包括冲洗系统700，所述冲洗系统700包括冲洗液储存罐701，在所述冲洗液储存罐701内设有第二金属过滤网7011，用于过滤冲洗液中的渣子，当然，本发明中的冲洗液最好是可燃料的液体，如醇类物质，冲洗液加压泵702（可以采用螺杆泵）和冲洗液单向阀703，所述冲洗液加压泵702抽取所述冲洗液储存罐701中的冲洗液冲洗所述燃料供给系统100和第一压力雾化喷嘴200和/或第二压力雾化喷嘴802。

优选的，本发明还包括小火维持机构800，所述小火维持机构800包括第二燃料流量调节阀801和第二压力雾化喷嘴802，所述第二燃料流量调节阀801的进口与所述燃料单向阀103连接，所述第二燃料流量调节阀801的出口与所述第二压力雾化喷嘴802连接。

本发明中，所述第一压力雾化喷嘴200和第二压力雾化喷嘴802的结构相同，其具体结构请参见图4至图10。

请参见图4至图10，图4至图10揭示的是一种压力雾化喷嘴，包括：

外壳1，外壳1的内部设有容置空间11，外壳1的顶端设有与容置空间11相通的第一通孔12；在所述外壳1的容置空间11内，从里到外依次设有雾化喷射件2、嵌件3和旋流芯4；在所述外壳1的外壁上设有用于与其它物件连接的外螺纹13；

雾化喷射件2，由耐磨材料制成，设在所述外壳1的容置空间11内的靠第一通孔12的一端，在所述雾化喷射件2内沿轴向方向设有喷口，所述喷口的入口21为内凹的喇叭形，所述喷口的出口22为圆孔；

嵌件3，由柱体31和锥体32组成，所述锥体32的锥度与所述喇叭形的锥度一致，且所述锥体32的至少一部分紧贴在所述喇叭形上；在所述柱体31的柱面设有N条螺线陷流导流槽311，其中，N可以是大于等于3的正整数，所述螺线陷流导流槽311的螺距为2-6倍的柱体长度；在所述锥体32设有与所述螺线陷流导流槽311条数相等的喷口切线导流槽321，所述喷口切线导流槽321一端所述螺线陷流导流槽311相连接，所述喷口切线导流槽321的另一端与所述喇叭形的底圆相切；

旋流芯4，内设第二通孔41，所述嵌件3插在所述第二通孔43内，在所述旋流芯4的靠所述嵌件3一端的端面上设有M条旋流芯导流槽41，其中，M为小于N的正整数，所述旋流芯导流槽41与所述第二通孔41内切。

本发明中的外壳1，内部有内螺纹14，它是所有内部其它部件的安装主体；钨合金材料制做的雾化喷射件2，具有耐磨，防止固体对喷口的磨损，同时，可形成雾化旋流的作用，其出口22的孔径大小与喷嘴流量有关；嵌件3设有螺线陷流导流槽311和喷口切线导流槽321，物料（煤浆）通过时，能够顺序通过螺线陷流导流槽311和喷口切线导流槽321到达雾化喷射件2，本发明中的陷流是指在内部旋转的物料，陷到导流槽中，顺着导流槽流动。旋流芯4，可内部产生旋流，物料在通过旋流芯时，顺着旋流芯导流槽41流动，产生旋流，对内部有清扫作用。

优选的，多条螺线陷流导流槽311是在钢制的嵌件2的柱面上开出的，螺线陷流导流槽的横截面可以为矩形或圆底矩形。其螺距为2-6倍柱体31的长度，最佳螺距为3-5倍柱体31的长度。在所述锥体32上设有喷口切线导流槽321，在物料经过雾化喷射件2前，加大旋转角度，出喷口后雾化。所述锥体32的所述锥体的母线的延长线与锥体的中心线的延长线的夹角决定雾化角度，改变所述角度可调整雾化角度。

旋流芯导流槽41的数量最好为螺线陷流导流槽311的数量加一个以上。随着喷嘴的加大，螺线陷流导流槽311的数量可以增加。旋流芯导流槽41的开口尺寸应当大于雾化喷射件2的出口22的直径。随着喷嘴的加大，螺线陷流导流槽311的数量可以增加。如螺线陷流导流槽311的数量为4（即N=4，下同），则旋流芯导流槽41的数量最好为5或6（即M=5或6，下同），如螺线陷流导流槽311的数量为5，则旋流芯导流槽41的数量最好为7或8，以此类推，这样，使得流芯导流槽41在安装时，不会出现和螺线陷流导流槽311的开口重合的情况。充分利用旋流芯导流槽41的旋流的清扫作用，不留清扫死角。

本发明的固液两相工质压力雾化喷嘴，简单实用，打破了固液两相工质不能使用压力雾化的现实，首次实现了两相工质的压力雾化。本发明使得物料在压力雾化喷嘴内部形成内旋流和导流陷流沟，并旋转雾化喷出，使得物料在喷嘴内部无法存留，顺畅地通过喷口雾化喷出，不再发生两项分离，首次解决了压力雾化不能在两相工质中使用的问题，极大地方便了两相工质的喷出，燃烧，喷涂，喷雾干燥等的工作要求，简化了雾化设备的复杂性，降低了成本。

优选的，所述锥体32的锥度所述锥体的母线的延长线与锥体的中心线的延长线的夹角在30度至80度之间选择（包括30度和80度在内）。

优选的，所述螺线陷流导流槽311的横截面为矩形或圆底矩形；所述喷口切线导流槽321为矩形或圆底矩形；所述旋流芯导流槽41为矩形或圆底矩形。

优选的，在所述外壳1的内部的容置空间11的内表面设有内螺纹，在所述旋流芯4的外表面设有外螺纹42，通过所述内螺纹和所述外螺纹42将所述旋流芯4固定在所述容置空间11内。

本发明具有下述特点：

本发明是洁净煤技术的重要组成部分，将高能炭醇浆体燃料（水煤浆、油煤浆、甲醇煤浆、）的使用范围拓展到中小微锅炉窑炉上使用，使得数量巨大的中小微锅炉窑炉的低成本高效清洁燃料问题得到解决，使得中小锅炉的燃烧排放符合国家排放标准，使得洁净煤技术在中小微锅炉窑炉上使用的技术瓶颈得到根本突破。

本发明使用内旋流压力雾化喷嘴（即第一压力雾化喷嘴200和第二压力雾化喷嘴802），成功解决了固液两项工质，在传统采用空气压力系统的压力雾化中发生分离的现象。燃料供给系统100的加压泵102可以采用隔膜泵，将高能炭醇浆体燃料加压后通过压力雾化喷嘴喷出，压力雾化喷嘴采用耐磨钨合金材料制成，具有很好的耐磨性能。本燃烧机可以支持双压力雾化喷嘴系统，在燃烧过程中可以通过控制喷嘴管路的电磁阀控制燃料的喷出量，很好的节约了燃料。本发明中的两个内旋流压力雾化喷嘴，其喷嘴流量可以一样大，也可以不一样大。根据用户负载情况决定，如果负载波动不大，比较平稳，可选用两个一样大的喷嘴。如果负载波动大，则选用大火喷嘴大，小火喷嘴小的配置。

本发明的高能炭醇浆体燃料专用压力雾化燃烧机，燃烧控制器600适应为高能炭醇浆体燃料的特别燃烧过程开发的燃烧机控制系统，支持混合光谱的光敏传感器，温度传感器，检测温度高低切换大小火。通过压力和流量监测判断喷嘴堵塞及自动报警。实现自动点火，熄火时自动点火，点火不着自动保护功能。冲洗系统自动控制功能，需要冲洗时自动开启冲洗。风门控制功能，大小火切换时，开启风门调节器。

本发明中的冲洗系统700，解决了启停时或工作中管道堵塞问题。冲洗系统包括隔膜泵，单向阀。由于高能炭醇浆体燃料在关机时管道中依然留有浆体燃料，在炉膛的高温下，甲醇逐渐蒸发，留下固体，又会发生喷嘴及管道堵塞现象，自动冲洗系统能够将管道和喷嘴中残留的燃料冲出，防止了堵塞现象的发生。本发明的冲洗系统700可以在系统需要时随时起到，保证燃烧机在工作中也可以防止管道堵塞。

本发明中的供风装置400是风机，包括风机主体401和调节风门402，调节风门402只使用二档位风门，配合大小火可调。风门驱动采用电动驱动。

本发明中燃烧状态传感器500包括火焰检测传感器，由于高能炭醇浆体燃料的燃烧光谱即不同于甲醇，又不同于煤粉，具有了二者的光谱混合，因此特别采用了适合混合光谱的光敏传感器，作为火焰的检测传感器，当然，所述燃烧状态传感器500还可以包括温度、压力等传感器。

本发明的一种燃烧机的工作流程如下：

1、系统上电，控制系统进入自检状态，检测系统是否正常，如果异常，系统会自动检测火焰传感器，如果异常发出报警，控制板上的报警灯亮。

2、系统正常打开风机，风门开到最大，进行吹扫，30秒后关闭风门。

3、启动冲洗泵，喷出可燃的冲洗液，对系统进行冲洗，同时开启点火变压器，启动点火程序。

4、点火正常后10秒开启燃料泵，主燃料开始供给，风门在一档。燃料点燃后10秒关闭冲洗泵，和电磁阀。

5、燃烧3分钟后开启大火喷嘴，风门开到二档，燃烧机进入正常燃烧状态。

6、燃烧中如果温度达到设定温度，燃烧机从大火切换到小火时，先开冲洗泵和电磁阀，冲洗30秒后关闭大火电磁阀，然后关闭冲洗泵和电磁阀，维持小火电磁阀工作。

7、正常工作期间，检测火焰是否熄灭，如果熄灭，进入及时开启点火程序，点燃进入正常工作状态，两次点火后不能点燃，进入熄火程序。

8、接到熄火指令是，打开冲洗泵，和冲洗电磁阀，5秒后关闭主燃料泵，和电磁阀。然后打开大火电磁阀和小火电磁阀。冲洗30秒后，关闭冲洗泵，和冲洗电磁阀，恢复风门到一档。关闭风机。

Claims (9)

1.一种高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于，包括：

燃料供给系统（100），用于供给固液两相混合燃料，其中含有，

储料罐（101），用于储存所述固液两相混合燃料；

加压泵（102），用于将所述固液两相混合燃料抽出；

燃料单向阀（103），位于所述加压泵（102）之后；

第一燃料流量调节阀（104），位于所述燃料单向阀（103）之后；

第一压力雾化喷嘴（200），位于第一燃料流量调节阀（104）之后，用于给燃烧机构供应雾化的固液两相混合燃料；

点火系统（300），包括点火变压器（301）和点火棒（302）；

供风装置（400），用于给所述燃烧机构供风；

所述第一压力雾化喷嘴（200）包括：

外壳（1），外壳（1）的内部设有容置空间（11），外壳（1）的顶端设有与容置空间（11）相通的第一通孔（12）；在所述外壳（1）的容置空间（11）内，从里到外依次设有雾化喷射件（2）、嵌件（3）和旋流芯（4）；

雾化喷射件（2），由耐磨材料制成，设在所述外壳（1）的容置空间（11）内的靠第一通孔（12）的一端，在所述雾化喷射件（2）内沿轴向方向设有喷口，所述喷口的入口（21）为内凹的喇叭形，所述喷口的出口（22）为圆孔；

嵌件（3），由柱体（31）和锥体（32）组成，所述锥体（32）的锥度与所述喇叭形的锥度一致，且所述锥体（32）的至少一部分紧贴在所述喇叭形上；在所述柱体（31）的柱面设有N条螺线陷流导流槽（311），其中，N是大于等于3的正整数，所述螺线陷流导流槽（311）的螺距为2-6倍的柱体长度；在所述锥体（32）设有与所述螺线陷流导流槽（311）条数相等的喷口切线导流槽（321），所述喷口切线导流槽（321）一端与所述螺线陷流导流槽（311）相连接，所述喷口切线导流槽（321）的另一端与所述喇叭形的底圆相切；

旋流芯（4），内设第二通孔（43），所述嵌件（3）插在所述第二通孔（43）内，在所述旋流芯（4）的靠所述嵌件（3）一端的端面上设有M条旋流芯导流槽（41），其中，M为大于N的正整数，所述旋流芯导流槽（41）与所述第二通孔（43）内切。

2.根据权利要求1所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：还包括燃烧状态传感器（500）和燃烧控制器（600），所述燃烧控制器（600）根据所述燃烧状态传感器（500）所输送来的数据，控制所述供风装置（400）、所述加压泵（102）和第一燃料流量调节阀（104）协调工作。

3.根据权利要求1或2所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：还包括冲洗系统（700），所述冲洗系统（700）包括冲洗液储存罐（701）、冲洗液加压泵（702）和冲洗液单向阀（703），所述冲洗液加压泵（702）抽取所述冲洗液储存罐（701）中的冲洗液冲洗所述燃料供给系统（100）和第一压力雾化喷嘴（200）。

4.根据权利要求1或2所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：还包括小火维持机构（800），所述小火维持机构（800）包括第二燃料流量调节阀（801）和第二压力雾化喷嘴（802），所述第二燃料流量调节阀（801）的进口与所述燃料单向阀（103）连接，所述第二燃料流量调节阀（801）的出口与所述第二压力雾化喷嘴（802）连接。

5.根据权利要求1所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：所述螺线陷流导流槽（311）的螺距为3-5倍的柱体长度。

6.根据权利要求1所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：所述雾化喷射件（2）是用钨合金材料制成的。

7.根据权利要求1所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：所述锥体（32）的所述锥体的母线的延长线与锥体的中心线的延长线的夹角在30度至80度之间选择。

8.根据权利要求1所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：所述锥体（32）的锥度决定喷嘴的雾化角度，改变所述锥体（32）的锥度可调整喷嘴的雾化角度。

9.根据权利要求1所述的高能炭醇浆体清洁工业燃料专用压力雾化燃烧机，其特征在于：在所述外壳（1）的内部的容置空间（11）的内表面设有内螺纹，在所述旋流芯（4）的外表面设有外螺纹（42），通过所述内螺纹和所述外螺纹（42）将所述旋流芯（4）固定在所述容置空间（11）内。