CN1085643A - 油燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种具有一油喷嘴的油燃烧器，通过一油输入管 供给油料，从喷嘴喷射出一油射流，一喷雾器喷嘴安 装在油喷嘴的下游，通过一气体导管供给压缩的喷雾 器气体，在其内构成一在开口方向扩展的喷嘴区，油 射流和喷雾器气体在该喷嘴区充分混合，形成的油/ 喷雾器气流以涡流形式供入。还具有一燃烧管，它同 轴环绕油喷嘴和喷雾器喷嘴，随着向下流的末段经过 喷嘴区的流出截面，突出于喷雾器喷嘴，通过此喷嘴 区从喷雾器喷嘴流出的充分混和的和形成涡流的油 /喷雾器气流与一燃烧空气气流一起以涡流形式供 入。

Description

本发明涉及一种带有一个油喷嘴的油燃烧器，它借助于一供油管供应油料，从喷嘴喷射出一油射流，在油喷嘴的喷流处装有一喷雾器气体喷嘴，通过一气体导管提供压缩的喷雾气，并在其中形成一向开口方向扩展的喷嘴区，在此处油射流与喷雾气充分混和，形成的油/喷雾气流是以涡流形式提供的。该油燃烧器还有一燃烧管，其成同轴环绕油喷嘴和喷雾器喷嘴，并随着顺流而下的末端经过喷嘴区喷口截面突出于喷雾气喷嘴之前，从喷雾气喷嘴喷出的充分混和并形成涡流的油/喷雾气流与燃烧气体均通过此管供入。

这类形式的油燃烧器工作时不能消除炭黑和/或焦炭沉积物，这些沉积物很容易使燃烧装置或燃烧炉的运转发生故障，因此会对油燃烧器的火焰传布和热传递性能产生不利的影响，它会引起油燃烧器的个别构件发生局部过热现象，特别是烟道和燃烧室或喷嘴砖。它还会损害点火性能和火焰监视力，也会玷污直接加热炉和干燥装置或热处理装置中待加热的物料，并且还会堵塞锅炉设备通气管。

特别是涉及一种具有流出口截面缩小的燃烧室的高速燃烧器，在此燃烧室内，炭黑和/或焦炭沉积物会很快地常常是在极短的运转时间后就积聚起来。

在层流燃烧器上，这类炭黑和/或焦炭沉积物也会导致明显的损害，因为这种形式的层流燃烧器只有当产生出来的固体颗粒不再复燃时，火焰温度才可能通过废气回流冷却。

本发明的目的是设计一种油燃烧器，其火焰中没有未燃烧的炭粒子。

这一任务是通过一油喷燃器来解决的，其雾化气喷嘴构成气体喷射的管道，它在不同的方向与从油喷嘴喷出的油射流的主流方向成垂直安装，其纵轴与油射流的主流和中轴有一段距离，气体喷射管的喷口出口截面总和为喷雾器气体喷嘴的喷嘴区最狭射流截面的0.5-0.9倍。这种形式的油燃烧器，其燃烧的油料通过压缩的雾化气体雾化成细粒，此时一部分被蒸发，如此，燃烧器的火焰从其根部开始如同煤气火焰呈蓝-紫色。这种火焰没有未燃烧的炭粒子，它是干净的，也就是说它不会在油燃烧器上或燃烧室内引起炭黑和焦炭沉积物，并且也不会将这种炭粒子携带至周围环境中。按照本发明的油燃烧器的喷嘴造型，先将油进行雾化，然后被一轴向旋转的雾化器气流粉碎成细粒，并主要朝径向流出方向偏转，流出的张角为90-180°。与已知的一般流出角度小于90°的油燃烧器的技术水平比较，本发明的油燃烧器的流出张角明显增大。油/雾化气气流相互分开成一较大的流出截面，此时，在油喷嘴射出的油射流的主流和中轴线范围内，顺其油束而下，就在油燃烧器的喷嘴区前面形成一静止的负压区，气体从周围朝着油燃烧器喷嘴区逆向回流到该区。要是此回流气体作为燃烧产物已被加热，它就将其一部分显热带到喷射出的油/雾化器气流中，这样，小的油滴蒸发并且在油/雾化气流与燃烧空气流混和后进行无炭墨燃烧，燃烧空气流约含95%化学计量燃烧所需的空气量。如前所述，油滴蒸发的效应很强烈，以至通过化学计量的部分燃烧产生一种无炭黑的还原安全气体。只要油/雾化气流的流出角度在流量不稳定的情况下保持不变，则带有稳定的蓝色火焰的无炭黑、无烟燃烧在极大限度内与有效的热输出无关。

举一实例可作为按照本发明的油燃烧器的有效工作的特别优点，即气体流出管道的出口截面总和约为雾化器气体喷嘴的喷嘴区最狭流出截面的0.7倍。

如果油射流在油喷嘴内已经以涡流形式供入，则油/喷雾器气流就能达到强烈的涡流进气。

如果按照本发明的油燃烧器设计成层流式燃烧器则其特点是，在油喷嘴中引起的涡流与喷雾器气体喷嘴中的涡流是同方向流动的。

相反，如果油喷嘴中引起的涡流与在喷雾器中或喷雾器气流喷嘴中引起的涡流是相反方向流动的，则可得到较细的雾粒并且几乎达到安全烧尽。

此外还有一种可能，在燃烧管内安装一旋转圆盘，使导入的燃烧气气流通过此旋转圆盘也可以产生涡流形式供入。

如果通过旋转圆盘引起的涡流与喷雾器气体喷嘴内引起的涡流是同方向流动的，则油燃烧器设计成层流式燃烧器就能达到同样有利的效果。这种型式的层流燃烧器其油射流和喷雾器气体流以及燃烧气气流都是同方向流动以涡流形式供入。

如果本发明的油燃烧器的工作，经常处在一大的热输出范围内变化，则通过旋转圆盘引起的涡流与在喷雾器气体喷嘴中引起的涡流应当为反方向流动，该涡流在一定情况下又重新与油喷嘴中的喷射流成反方向流动以涡流形式供入的。

如果在旋转圆盘的下游和在一混和段上游在该处燃烧气气流与油/喷雾器气流相遇，安装一同轴环绕喷雾器喷嘴的分隔挡板，通过此分隔挡板提供给燃烧气气流的流出截面就减少，则就能使油/喷雾器气体流与燃烧气气流一并导入情况有所改善。

对于使用层流式燃烧器，则在喷雾器喷嘴内，在其最狭流出截面的上游设立一涡流预发生室是特别适宜的。

喷雾器喷嘴的喷嘴区直径可在其最狭流出截面的上游作线性或渐进式扩大。喷嘴区直径根据本发明油燃烧器的使用方式作线性或渐进式扩大是最恰当的。

为了简化备用附件的替换，最好将喷雾器喷嘴设计成可分开的部件，并且通过油喷嘴可以在对其安装在油燃烧器燃烧端旁的架子的弹簧拉力作用下而压紧。

下面借助于实例形式，并参照示意图对本发明作进一步说明。

图1是本发明油燃烧器的第一个实例的剖面图;

图2是根据图1本发明的油燃烧器的喷雾器喷嘴的原理图;

图3是根据图1油燃烧器的喷雾器喷嘴放大的剖面图;

图4是本发明油燃烧器的第二个实例的喷雾器喷嘴的剖面图;

图5是根据图2和图3喷雾器喷嘴的运转曲线图;

图6是根据图4的喷雾器喷嘴的运转曲线图。

在图1中表示的油燃烧器1中，油料从一油喷嘴2中喷射出，并在一喷雾器喷嘴3中与喷雾气体混和，再被喷雾气流形成涡流，然后混和的、形成涡流的油/喷雾气流4与燃烧气体流5一并导入。

油喷嘴2通过一油输入管6供给可调节的油流7，输油管内装有一图中未表示出的阀门，它与一油泵连通，图中亦未表示出。油喷嘴2用于计量油喷射流8，此外再以已知的方式，从喷嘴射出的油射流8以环绕其主流轴9的涡流形式供入。

按油喷射流8的流出方向，于油喷嘴2的后面安装喷雾器喷嘴3，喷雾器喷嘴3构成一喇叭形扩展的喷嘴区10，形成涡流的油喷射流8射入其内。在靠近成喇叭形扩展和喷嘴区10的油喷嘴一侧的末端，约在喷雾器喷嘴3的辐射方向组成一分布形的气体发射管11。如图2所示，气体发射管11（对此在所述的实例6中提到）是以相等的圆周距离相互环绕喷嘴区10的中轴，或油喷射流8的主流轴线9而安装的。气体发射管11的纵轴线12并不与对其垂直的中轴线或主流轴线9相交，而是以一距离13与中轴线或主流轴线9相交的半径平行错开。

喷雾器喷嘴3经过一在油燃烧器范围内与油输入管6同轴走向的气体输入管14，与一在图中未个别表示出的压缩气井相连。可用空气、氧气或水蒸汽作为雾化气或压缩气。喷雾器气流15分流到气体发射管11，从此管出来以较高的速度与油射流8略呈切线形或正割形相遇，并以涡流形式供入，它与原先通过油喷嘴2供给的油射流8的涡流方向是相对的。由此，形成一般充分混和的、离开雾化器喷嘴3的喷嘴区10、通过流出口截面16而与喷嘴区10的中轴线略呈辐射状射出的油/雾化器气流4。

在所描述的实例6中的气体发射管11的出口截面总和约为雾化器喷嘴3的喷嘴区10之最狭流出截面（17）的0.7倍。

然后，以辐射方向从喷嘴区10射出的油/雾化器气流4与燃烧空气气流5混和，此燃烧空气气流是通过一个在油燃烧器范围内与气体导入管14同轴排列的燃烧管18，从图中未标出的空气源输入的。在与油/喷雾器气流4会合之前，燃烧空气流5流过一位于气体输入管14和燃烧室18之间的、呈环形的、产生涡流的管道19的涡流圆盘20。燃烧空气流5以涡流形式供入其内，它与以辐射方向从喷雾器喷嘴3的喷嘴区10流出的油/喷雾器气流4的涡流是相对的。当燃烧空气流进入到辐射外围区的混合段21之前（该部位于燃烧管18越过喷雾器喷嘴3的前端），已形成涡流的燃烧空气流5，被一分隔挡板22挡住，此挡板把提供燃烧空气气流5的燃烧管18的空气流呈横截面减少，使气流从相对较小的外环空间流过。在燃烧管18越过喷雾器喷嘴3的前端部位及火焰管越过燃烧管18的末端区间进行燃烧。

就目前所述的油燃烧器而论可以用易挥发的油料，也可用高沸点油料进行燃烧，功率范围大，且炉室温度可＞1300℃。压缩的喷雾器气体，例如空气、氧气或水蒸气，从狭窄的、与半径平行错开排列的、且与油射流8的主流轴9垂直走向的气体发射管11中射出时，其速度极快。此时喷雾器气流包围住在压力作用下从油喷嘴2流出的油射流8，边旋转，边透入油束并使其加速流动，通过剪切力将小的油滴分散成细粒，并且使形成的油雾环绕油射流8的主流轴9旋转。由于通过涡流产生的离心力，混和的油/喷雾器气流4沿着喷雾器喷嘴3的喷嘴区10的向外弯曲的包面流动，并且以辐射方向从其中流出，也就是说在形成一近轴、对称旋转的静止负压区24的情况下，与从油喷嘴2流出的油射流8的主流轴9相垂直。

成圆环形向外辐射、穿过室25流出的油/雾化器气流4，在构成圆环形混和段21与从环形室26流入的燃烧空气流5混和，其中一部分在构成一复曲面（环状面）情况下作为燃烧的、已被高度加热的混合物（于静止的负压下）被吸回到近轴的静止负压室24，在该处它与室25中成辐射状流出的油/喷雾器气流4混合，一部分热量传递于其上并用于油雾蒸发。

如果使室25中的油/喷雾器气流4形成的混合物自动点燃，则火焰前缘返回到喷雾器喷嘴3内部朝流出方向渐进扩展的喷嘴区10，这样，把在喷嘴区10的包面范围内的油/喷雾器气流4形成的混合物高度加热。通过油/喷雾器气流4强烈辐射，扩展至环形混合区段21，这样，油/喷雾器气流4基于附壁效应而紧贴到外面的喷嘴表面27上，并且通过由于燃烧而出现的气体的热膨胀，而使可能导致炭黑生成的油滴不能重新结合和凝聚。油/空气混合物在一个相对体积较小的燃烧室内得到充分燃烧，在高温下扩展至静止负压室24和喷嘴区10的靠近油喷嘴的区域。

在小体积的燃烧室内充分燃烧，可使用前述的、适合高速燃烧器特别是层流式燃烧器的油喷燃器1，至今主要为煤气燃烧器所采用。在这些成套炉子设备中，由于工艺技术上的原因，火焰是沿着炉子的内壁或炉顶行进的。

于对油/喷雾器气流4的辐射形流出适用的前述油燃烧器的喷嘴造型，符合下列规范：

-喷雾器气体或一次空气的强烈涡流环绕油射流8的主流轴9;

-只要喷雾器气体射出的压力不完全转变为速度，就可能使喷雾器的射流自由膨胀;

-油/喷雾器气流4从喷雾器喷嘴3流出的速度大于点火速度;

-油/喷雾器气流4和喷嘴区10的内部包面之间的接触面要尽可能的小;

-由于油射流8的涡流方向与喷雾器气体的涡流方向是相反的，就能达到细粒的油雾和紧凑的燃尽。

在图2和图3中详细说明图1中所表示的油燃烧器1的喷嘴结构。气体发射管11的流出截面总和小于喷雾器喷嘴3的喷嘴区10的最狭流出载面17。由于喷嘴区10的流出截面是顺着流向扩大的，在喷雾器气体射流以强烈的涡流流出气体发射管11时，喷雾器气体射流可能还受到余压作用。因此，油/喷雾器气流4紧贴在喷嘴区10的外部包面上，并且以一张角流出喷嘴区10，此张角是通过流出切线28的β角预先给定的。对于这种结构的喷嘴，当流量和气压在很大范围内变动时此β角是永运不变的。在图5中示出张角α与进入的喷雾器气体的入口压之间的关系。压力变化范围＜0.2巴可略去不计，流出的油/喷雾器气流4的张角α在压力增加时保持不变，由喷嘴区10的包面流出角或流出切线28的β角确定。顺着喷雾器喷嘴3向下流的流动形态随着喷雾器气体的入口压增加其轮廓更为清晰，流入的喷雾器气体的各条射流开始显出轮廓，清楚地显示出在喷雾器喷嘴3的喷口前的空心半球形。

与在图4中画出的截面比较，显出喷雾器喷嘴3在喷雾器气体的各种不同的入口压时，具有各种不同的形态。对于这一喷雾器喷嘴3，气体发射管11的开口进入涡流预发生室29，其出口截面构成喷嘴区10的最狭流出截面17，它不断地顺流而下，成线性扩展。流出的油/喷雾器气体流4在喷雾器气体入口压较低时不断地紧贴喷嘴区10的外部包面，并且以与喷雾器喷嘴3的张角相等的张角流出喷雾器喷嘴3。

随着喷雾器气体的入口压增加，混合物完全呈辐射形的流动，以＞180°的张角变向，在喷雾器气体的入口压继续增加时其流动形态一直不变，直至其从某一喷雾器气体的入口压开始，才转变为轴向的流动，其时可调节的张角随着喷雾器气体的入口压不断增加而变小。如果喷雾器气体的入口压减小，其流动又换向为辐射形的流动，然而，当辐射形流动改变为轴向流动时，喷雾器气体的入口压明显较低。这一滞后现象在根据图6的两个不同的喷雾器喷嘴3的简图中描绘出来。从辐射方向流动到轴向流动的转变点受油和喷雾器气体的涡流是同方向流动还是反方向流动而影响，然而从轴向流动到辐射方向流动的转变点却并非如此。

对于油/喷雾器气流4紧贴在喷嘴区10的外包面上，或甚至转变到更大的张角起决定性作用的是气体发射管11的喷口出口截面数和喷嘴区10的最狭流出截面17之间的比例。如果这一比例为0.6-0.8，可期望油/喷雾器气流4在喷雾器气体的入口压的较大变化范围内以稳定的辐射形式流出。如果此比例接近1或大于1，流出的油/喷雾器气流在较小的喷雾器气体入口压时从喷嘴区10的外包面上分离。如果此比例＜0.5，则同样没有稳定的辐射形流出。因为从油喷嘴2出来的油射流对油/喷雾器气流4的流动形态的影响减小了，因为油射流8扩展了油/喷雾器气流4的射流。喷嘴区10的最狭流出截面17太大会使油射流8和喷雾器气体之间的混合过程受损，动量交换和剪切力的传递就减少。为了使之产生至少是部分的蓝-紫色火焰图像，需要提供大量的喷雾器气体。

这点对油和喷雾器气体的涡流旋转方向相同时尤为重要，在这种情况下喷雾器气体射流可能包住油射流8并将其压缩，而不穿透其内，然后就可以观察到在喷雾器喷嘴3前面的区域内生成很多焦炭和沉积。

对油燃烧器1的最佳运转应选择具有哪种张角的哪一种喷雾器喷嘴3，是否根据图3或是根据图4，这与燃料的种类、提供的喷雾器气体的入口压力、燃烧室的几何结构及所希望的火焰形式有关。

按照图4以辐射形流出的喷雾器喷嘴3对使用层流式燃烧器是特别适合的，它能在最小空间内完全燃烧，当油射流8、喷雾器气体射流和燃烧空气流5产生同方向的涡流时，燃烧火焰最佳。

当油射流8、喷雾器气体射流和燃烧空气流5在一大的功率范围内不断变化时，使用图3的喷雾器喷嘴3是最佳的。

Claims (13)

1、一种油燃烧器，它带有一油喷嘴(2)，通过一油输入管(6)供给油料并从喷嘴射出一油射流(8)；还带有一喷雾器喷嘴(3)，它装于油喷嘴(2)的下游并通过一气体导管(14)供入压缩的雾化气，并在其中构成一向开口方向扩展的喷嘴区(10)，在该处油射流(8)与喷雾气充分混和，形成的油/喷雾气流(40)以涡流形式供入；并且还具有一燃烧管(18)，它以同轴环绕油喷嘴(2)和喷雾器喷嘴(3)，它随着其顺流而下的末端经过喷嘴区(10)的喷出口截面(16)，突出于喷雾器喷嘴(3)之前，从喷雾器喷嘴(3)出来的充分混和并形成涡流的油/喷雾器气流通过此管，燃烧空气流(5)也以涡流形式供入，其特征在于，在喷雾器喷嘴(3)内构成了一气体发射管(11)，它在不同的方向与从油喷嘴(2)出来的油射流(8)的主流方向成垂直安装，并且其纵轴线(12)对油射流(8)的主流或中轴线(9)有一段距离(13)，气体发射管(11)的出口截面总和为喷雾器喷嘴(3)的喷嘴区(10)的最狭流出截面(17)的0.5-0.9倍。

2、根据权利要求1的油燃烧器，其特征在于，其气体发射管（11）的出口截面总和约为喷雾器喷嘴（3）的喷嘴区（10）的最狭流出截面（17）的0.7倍。

3、根据权利要求1或2的油燃烧器，其特征在于，油射流（8）在油喷嘴（2）中形成涡流供入。

4、根据权利要求3的油燃烧器，其特征在于，在油喷嘴（2）中形成的涡流与在喷雾器喷嘴（3）中形成的涡流是同方向的。

5、根据权利要求3的油燃烧器，其特征在于，在油喷嘴（2）中形成的涡流与在喷雾器喷嘴（3）中形成的涡流是反方向的。

6、根据权利要求1-5中之之的油燃烧器，其特征在于，在燃烧管（18）内安装一旋转圆盘（20），导入的燃烧气流（5）通过此旋转圆盘以涡流形式供气。

7、根据权利要求6的油燃烧器，其特征在于，其借助旋转圆盘（20）发生的涡流与在喷雾器喷嘴（3）中发生的涡流是同方向的。

8、根据权利要求6的油燃烧器，其特征在于，其借助旋转圆盘（20）发生的涡流与在喷雾器喷嘴（3）中发生的涡流是反方向的。

9、根据权利要求6-8中之一的油燃烧器，其特征在于，在其转旋圆盘（20）的下游和一混和段（21）的上游，在该处燃烧空气气流（5）进入油/喷雾器气体流（4），安装一同轴环绕喷雾器喷嘴（3）的分隔挡板（22），通过此挡板使供给燃烧器气流（4）的流出截面减小。

10、根据权利要求1-9中之一的油燃烧器，其特征在于，和喷雾器喷嘴（3）内，顺着其最狭流出截面（17）的上游设立一涡流预发生室（29）。

11、根据权利要求1-10中之一的油燃烧器，其特征在于，喷雾器喷嘴（3）的喷嘴区（10）的直径顺着其最狭流出截面（17）的下游作直线形扩大。

12、根据权利要求1-10中之一的油燃烧器，其特征在于，其喷雾器喷嘴（3）的喷嘴区（10）的直径顺其最狭流出截面（17）的下游成渐进式扩大。

13、根据权利要求1-12中之一的油燃烧器，其特征在于，其喷雾器喷嘴（3）设计成可分开的构件，通过油喷嘴（2）在对安装在油燃烧器（1）的燃烧端旁的支架的弹簧拉力的作用下而被压紧。

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