CN114017772A - 多气道辐射型三级雾化的纳米碳氢燃料喷嘴及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多气道辐射型三级雾化的纳米碳氢燃料喷嘴及其，所述纳米碳氢燃料喷嘴包括燃料管、一级雾化喷嘴、喷嘴管套、管套枪芯、二级雾化喷嘴和二级雾化喷嘴进气套管；本发明针对纳米碳氢燃料的特点，设计的多气道辐射型雾化喷嘴，能够充分雾化纳米碳氢燃料，提高燃烧效率，确保纳米碳氢燃料满足电站锅炉要求，取得良好的锅炉燃烧技术指标。

Description

多气道辐射型三级雾化的纳米碳氢燃料喷嘴及其应用
技术领域
本发明涉及液态燃料雾化喷嘴领域，尤其涉及一种多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴及其应用。
背景技术
纳米碳氢燃料是由水煤浆为原料经纳米化加工处理后制成的一种基本颗粒粒度为纳米级，具有较高比表面积和表面活性的煤基流体燃料，是一种高效、清洁的新型环保燃料，具有运输便捷、燃烧效率高、污染物排放低等特点。纳米碳氢燃料的重要意义是可将固体燃料转化为液体燃料，替代电站锅炉用原煤，充分体现煤炭资源的利用价值，提高燃烧效率，减少污染排放。
雾化喷嘴是纳米碳氢燃料雾化技术的核心，通过锅炉台架试烧实验发现，喷嘴性能的好坏，将直接影响纳米碳氢燃料雾化燃烧效果，影响该燃料的燃烧效率，而现有的雾化喷嘴无法充分雾化纳米碳氢燃料。因此，需要针对纳米碳氢燃料的特性，研发合适的雾化喷嘴，能够在保证燃料充分雾化燃烧的同时，有效延长喷嘴使用寿命，确保纳米碳氢燃料满足锅炉要求，以期取得良好的锅炉燃烧技术经济指标。
发明内容
为弥补现有技术中存在的不足，本发明提供一种多气道辐射型三级雾化的纳米碳氢燃料喷嘴及其应用。
为了实现上述的发明目的的一个方面，本发明采用了如下的技术方案：
一种多气道辐射型三级雾化的纳米碳氢燃料喷嘴，所述纳米碳氢燃料喷嘴包括：
燃料管、一级雾化喷嘴、喷嘴管套、管套枪芯、二级雾化喷嘴和二级雾化喷嘴进气套管；其中，
所述燃料管与一级雾化喷嘴相连，用于将燃料进料至所述一级雾化喷嘴中；
所述一级雾化喷嘴的燃料通道呈圆筒形，其前端设有收缩的一级雾化喷嘴挤料头用于出料；所述喷嘴管套的后端套设在所述一级雾化喷嘴的前端外；
所述一级雾化喷嘴的侧壁内设有多个均布的一级雾化气孔，所述一级雾化气孔用于引入雾化气使由一级雾化喷嘴挤料头出料的燃料在所述喷嘴管套内进行第一次雾化；
所述管套枪芯设置在所述喷嘴管套的前端中心，正对着所述一级雾化喷嘴挤料头，以便来自所述一级雾化喷嘴挤料头的燃料撞击在所述管套枪芯上后进行第二次雾化；
在所述喷嘴管套的前端上还均匀设有多个所述二级雾化喷嘴，所述的多个二级雾化喷嘴绕所述管套枪芯以辐射形式对称布置在所述喷嘴管套外；
所述二级雾化喷嘴的前端设有收缩的二级雾化喷嘴挤料头；
所述二级雾化喷嘴进气套管的一端套设在所述二级雾化喷嘴挤料头外，另一端连接有二级雾化气管，用于供应雾化气以便与来自所述二级雾化喷嘴挤料头的燃料进行第三次雾化。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述管套枪芯呈圆柱形，与所述一级雾化喷嘴同轴设置。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述喷嘴管套前端中心处开设有枪芯孔，所述管套枪芯的一端设有螺纹，以便与所述枪芯孔螺纹连接从而固定在所述喷嘴管套的前端。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述二级雾化喷嘴挤料头与所述二级雾化喷嘴进气套管由螺纹卡扣连接固定。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述一级雾化喷嘴沿其轴向的截面呈T型，所述一级雾化喷嘴的后端的侧壁内在所述一级雾化气孔的外围沿轴向还设有多个均布的二级雾化气孔，所述二级雾化气孔分别通过所述二级雾化气管连接至所述二级雾化喷嘴进气套管，以便来自二级雾化喷嘴挤料头的物料在经过所述二级雾化喷嘴进气套管连接有二级雾化气管的另一端时，该另一端中喷出的来自二级雾化气管的雾化气将使来自二级雾化喷嘴挤料头的物料进行第三次雾化。在一种实施方式中，所述二级雾化气管通过多个支管(比如2个、3个或4个)绕所述二级雾化喷嘴进气套管的周向均匀布置并穿过所述二级雾化喷嘴进气套管的侧壁，以便来自二级雾化气管的雾化气与来自二级雾化喷嘴挤料头的物料接触雾化。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述一级雾化气孔共开有4个，并且所述一级雾化气孔倾斜朝向所述喷嘴套管的轴线方向设置，与一级雾化喷嘴的中心线夹角为25°-35°，优选30°。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述二级雾化喷嘴设有3个，并且与所述喷嘴管套的轴线夹角为40°-50°，优选45°。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述二级雾化喷嘴进气套管内的雾化角度(也即来自二级雾化气管的雾化气的进气方向与二级雾化喷嘴挤料头的出口端所在平面的夹角)为15°-25°，优选20°。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述一级雾化喷嘴挤料头的孔径为2-4mm，优选3mm；所述二级雾化喷嘴挤料头的孔径为1-3mm，优选2mm。
在本发明的纳米碳氢燃料喷嘴的一种实施方式中，所述喷嘴套管与一级雾化喷嘴以及二级雾化喷嘴之间均可以为螺纹连接。
本发明第二方面提供了上述纳米碳氢燃料喷嘴的应用，利用所述纳米碳氢燃料喷嘴将纳米碳氢燃料雾化后喷入炉中进行给料燃烧。
在一种实施方式中，所述纳米碳氢燃料的配制方法包括如下步骤：
1)将配置好的润湿剂、消泡剂及助磨剂按比例均质混合得到混合添加剂；
2)将得到的均质混合添加剂与纳米碳氢燃料制备所需的煤粉、软化水进行混合，得到混合料；
3)将得到的混合料加入到纳米处理机，进行纳米化加工处理，制备纳米碳氢燃料；所述纳米处理机为纳米磨机，比如纳米研磨机或纳米球磨机，其用于将添加剂与制备原料纳米化处理，研磨得到纳米粒径的碳氢燃料；纳米碳氢燃料中煤的平均粒径可以在400-800纳米之间。
4)向得到的纳米碳氢燃料中加入分散剂，并均质混合，得到纳米碳氢燃料成品。
其中，润湿剂、消泡剂及助磨剂的添加比例可以为1-2:1-2:3-5，优选1:1:3，整体添加量为纳米碳氢燃料制备量的0.5-1wt％；分散剂的加入量可以为纳米碳氢制备量的0.5-1wt％，根据制备纳米碳氢燃料的浓度及粘度进行调整，确保其粘度小于1000mPa·s。具体润湿剂、消泡剂及助磨剂和分散剂的选用可以同本领域所熟知的水煤浆制备，比如所述分散剂可以为木质素磺酸钠、比如所述助磨剂可以为三乙醇胺、比如所述消泡剂可以为二甲基硅油，比如所述润湿剂可以为丁基萘磺酸钠盐。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
(1)该发明根据纳米碳氢燃料燃烧特性、流动性、粒度分布等性能特点，首次提出纳米碳氢燃料电站锅炉用多气道辐射型三级雾化喷嘴，弥补了纳米碳氢燃料燃烧雾化喷嘴领域空白；
(2)该发明采用两级多气道进气方式，雾化气进气流量均匀、压力稳定，不易堵塞喷嘴，使用寿命长；
(3)该发明可实现纳米碳氢燃料三级雾化，雾化燃料颗粒细小均匀，雾化充分，易于燃烧。
(4)该发明在0.2MW一维火焰炉锅炉、1MW卧式圆筒型锅炉试验中性能优良，纳米碳氢燃料雾化充分，易于燃烧，燃料热值释放充分，燃烧效率高，满足锅炉使用要求，锅炉燃烧技术指标优良。
附图说明
图1为本发明示例的一种纳米碳氢燃料喷嘴的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合实施例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容并不仅仅局限于以下实施例。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”中沿燃料流动方向为“前”，否则为“后”。本发明的系统中所用的各装置或元件若未特别说明，均可采用本领域常规的相应装置或元件。
如图1所示，本发明实施例的一种纳米碳氢燃料喷嘴，包括燃料管1、一级雾化喷嘴2、喷嘴管套4、管套枪芯5、二级雾化喷嘴6和二级雾化喷嘴进气套管8；其中，所述燃料管1与一级雾化喷嘴2相连，用于将燃料进料至所述一级雾化喷嘴2中；所述一级雾化喷嘴2的燃料通道呈圆筒形，其前端设有收缩的一级雾化喷嘴挤料头14用于出料；所述喷嘴管套4的后端套设在所述一级雾化喷嘴2的前端外；所述一级雾化喷嘴2的侧壁内设有多个均布的一级雾化气孔3，所述一级雾化气孔3用于引入雾化气使由一级雾化喷嘴挤料头14出料的燃料在所述喷嘴管套4内进行第一次雾化；所述管套枪芯5设置在所述喷嘴管套4的前端中心，正对着所述一级雾化喷嘴挤料头14，以便来自所述一级雾化喷嘴挤料头14的燃料撞击在所述管套枪芯5上后进行第二次雾化；在所述喷嘴管套4的前端上还均匀设有多个所述二级雾化喷嘴6，所述的多个二级雾化喷嘴6绕所述管套枪芯5以辐射形式对称布置在所述喷嘴管套4外；所述二级雾化喷嘴6的前端设有收缩的二级雾化喷嘴挤料头7；所述二级雾化喷嘴进气套管8的一端套设在所述二级雾化喷嘴挤料头7外，另一端连接有二级雾化气管11，用于供应雾化气以便与来自所述二级雾化喷嘴挤料头7的燃料进行第三次雾化。
所述管套枪芯5呈圆柱形，与所述一级雾化喷嘴2同轴设置。所述喷嘴管套4前端中心处开设有枪芯孔12，所述管套枪芯5的一端设有螺纹，以便与所述枪芯孔12螺纹连接从而固定在所述喷嘴管套4的前端。所述二级雾化喷嘴挤料头7与所述二级雾化喷嘴进气套管8由螺纹卡扣9连接固定。在一个实施例中，所述二级雾化气管11通过2个支管绕所述二级雾化喷嘴进气套管8的周向均匀布置并穿过所述二级雾化喷嘴进气套管8的侧壁，以便来自二级雾化气管11的雾化气与来自二级雾化喷嘴挤料头7的物料接触雾化。
所述一级雾化喷嘴2沿其轴向的截面呈T型，所述一级雾化喷嘴2的后端的侧壁内在所述一级雾化气孔3的外围沿轴向还设有多个均布的二级雾化气孔10，所述二级雾化气孔10分别通过所述二级雾化气管11连接至所述二级雾化喷嘴进气套管8
所述一级雾化气孔3共开有4个，并且所述一级雾化气孔3倾斜朝向所述喷嘴套管4的轴线方向设置，与一级雾化喷嘴2的中心线夹角为25°-35°，优选30°。所述二级雾化喷嘴6设有3个，并且与所述喷嘴管套4的轴线夹角为40°-50°，优选45°。所述二级雾化喷嘴进气套管8内的雾化角度为15°-25°，优选20°。所述一级雾化喷嘴挤料头14的孔径为2-4mm，优选3mm；所述二级雾化喷嘴挤料头7的孔径为1-3mm，优选2mm。
运行时，纳米碳氢燃料由一级雾化喷嘴挤料头14喷出，经来自一级雾化气孔3的一级雾化气(空气)进行一次雾化，一次雾化后的纳米碳氢燃料经过撞击喷嘴管套枪芯5，被二次机械雾化，二次雾化的纳米碳氢燃料由二级雾化喷嘴6经过二级雾化喷嘴挤料头7在二级雾化喷嘴进气套管8内三次雾化，三次雾化的纳米碳氢燃料由二级雾化喷嘴挤料头7喷出，形成极易燃烧的纳米碳氢燃料雾化气。该发明在0.2MW立式电加热锅炉、1MW卧式圆筒型锅炉试验中性能优良，纳米碳氢燃料雾化充分，易于燃烧，燃料热值释放充分，燃烧效率高，满足锅炉使用要求，锅炉燃烧技术指标优良。
以下进一步结合实施例对本发明进行说明。
实施例1
纳米碳氢燃料雾化燃烧在1MW卧式圆筒型锅炉上进行，该锅炉本体为卧式圆筒型结构，燃烧器布置在炉前，燃烧器内布置多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴以及点火油抢、火检等设备。如图1所示的多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴需与燃料喷枪配合使用，燃料喷枪为环形套管，内部为燃料管道，外部为雾化气管道，燃料喷枪后端与多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴螺纹连接。雾化气经燃料喷枪雾化气管道分别进入一级雾化气孔3和二级雾化气孔10，雾化压力0.5Mpa，纳米碳氢燃料经燃料喷枪燃料管道由一级雾化喷嘴挤料头14喷出,一级雾化喷嘴挤料头喷口孔径3mm，燃料流量40L/h，经一级雾化气一次雾化，一次雾化后的纳米碳氢燃料经过撞击喷嘴管套枪芯5，被二次机械雾化，二次雾化的纳米碳氢燃料由二级雾化喷嘴6经过二级雾化喷嘴挤料头7三次雾化，雾化角度20°，三次雾化的纳米碳氢燃料由二级雾化喷嘴挤料头7喷出，二级雾化喷嘴挤料头喷口孔径2mm，雾化角度20°。炉膛内纳米碳氢燃料燃烧状态稳定、火焰颜色鲜红明亮，雾化粒径小，雾化均匀效果好，纳米碳氢燃料燃尽率大于99％。
实施例2
纳米碳氢燃料雾化燃烧在0.2MW一维火焰炉上进行。一维火焰炉为电加热积木式结构，炉体立置，烟道水平布置，整体呈“L”型，炉体由锥体炉顶和六级可分别控制壁温的电加热炉组成，炉高3米，内径175毫米。炉顶轴线上布置燃烧器，燃烧器内布置多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴以及点火油抢、火检等设备。如图1所示的多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴需与燃料喷枪配合使用，燃料喷枪为环形套管，内部为燃料管道，外部为雾化气管道，燃料喷枪后端与多气道辐射型三级雾化纳米碳氢燃料喷嘴螺纹连接。雾化气经燃料喷枪雾化气管道分别进入一级雾化气孔3和二级雾化气孔10,雾化压力0.2Mpa，纳米碳氢燃料经燃料喷枪燃料管道由一级雾化喷嘴挤料头14喷出，燃料流量25L/h，经一级雾化气一次雾化，一次雾化后的纳米碳氢燃料经过撞击喷嘴管套枪芯5，被二次机械雾化，二次雾化的纳米碳氢燃料由二级雾化喷嘴6经过二级雾化喷嘴挤料头7三次雾化，雾化角度20°，三次雾化的纳米碳氢燃料由二级雾化喷嘴挤料头7喷出，二级雾化喷嘴挤料头喷口孔径2mm，雾化角度20°。炉膛内纳米碳氢燃料燃烧状态稳定、火焰颜色鲜红明亮，雾化粒径小，雾化均匀效果好，火焰呈现圆锥形分布，飞灰含碳量低于3％。
本领域技术人员可以理解，在本说明书的教导之下，可对本发明做出一些修改或调整。这些修改或调整也应当在本发明权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种多气道辐射型三级雾化的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于：所述纳米碳氢燃料喷嘴包括：
燃料管(1)、一级雾化喷嘴(2)、喷嘴管套(4)、管套枪芯(5)、二级雾化喷嘴(6)和二级雾化喷嘴进气套管(8)；其中，
所述燃料管(1)与一级雾化喷嘴(2)相连，用于将燃料进料至所述一级雾化喷嘴(2)中；
所述一级雾化喷嘴(2)的燃料通道呈圆筒形，其前端设有收缩的一级雾化喷嘴挤料头(14)用于出料；所述喷嘴管套(4)的后端套设在所述一级雾化喷嘴(2)的前端外；
所述一级雾化喷嘴(2)的侧壁内设有多个均布的一级雾化气孔(3)，所述一级雾化气孔(3)用于引入雾化气使由一级雾化喷嘴挤料头(14)出料的燃料在所述喷嘴管套(4)内进行第一次雾化；
所述管套枪芯(5)设置在所述喷嘴管套(4)的前端中心，正对着所述一级雾化喷嘴挤料头(14)，以便来自所述一级雾化喷嘴挤料头(14)的燃料撞击在所述管套枪芯(5)上后进行第二次雾化；
在所述喷嘴管套(4)的前端上还均匀设有多个所述二级雾化喷嘴(6)，所述的多个二级雾化喷嘴(6)绕所述管套枪芯(5)以辐射形式对称布置在所述喷嘴管套(4)外；
所述二级雾化喷嘴(6)的前端设有收缩的二级雾化喷嘴挤料头(7)；
所述二级雾化喷嘴进气套管(8)的一端套设在所述二级雾化喷嘴挤料头(7)外，另一端连接有二级雾化气管(11)，用于供应雾化气以便与来自所述二级雾化喷嘴挤料头(7)的燃料进行第三次雾化。
2.根据权利要求1所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述管套枪芯(5)呈圆柱形，与所述一级雾化喷嘴(2)同轴设置。
3.根据权利要求2所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述喷嘴管套(4)前端中心处开设有枪芯孔(12)，所述管套枪芯(5)的一端设有螺纹，以便与所述枪芯孔(12)螺纹连接从而固定在所述喷嘴管套(4)的前端。
4.根据权利要求1所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述二级雾化喷嘴挤料头(7)与所述二级雾化喷嘴进气套管(8)由螺纹卡扣(9)连接固定。
5.根据权利要求1所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述一级雾化喷嘴(2)沿其轴向的截面呈T型，所述一级雾化喷嘴(2)的后端的侧壁内在所述一级雾化气孔(3)的外围沿轴向还设有多个均布的二级雾化气孔(10)，所述二级雾化气孔(10)分别通过所述二级雾化气管(11)连接至所述二级雾化喷嘴进气套管(8)。
6.根据权利要求1所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述一级雾化气孔(3)共开有4个，并且所述一级雾化气孔(3)倾斜朝向所述喷嘴套管(4)的轴线方向设置，与一级雾化喷嘴(2)的中心线夹角为25°-35°，优选30°。
7.根据权利要求6所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述二级雾化喷嘴(6)设有3个，并且与所述喷嘴管套(4)的轴线夹角为40°-50°，优选45°。
8.根据权利要求7所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述二级雾化喷嘴进气套管(8)内的雾化角度为15°-25°，优选20°。
9.根据权利要求8所述的纳米碳氢燃料喷嘴，其特征在于，所述一级雾化喷嘴挤料头(14)的孔径为2-4mm，优选3mm；所述二级雾化喷嘴挤料头(7)的孔径为1-3mm，优选2mm。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的纳米碳氢燃料喷嘴的应用，其特征在于，利用所述纳米碳氢燃料喷嘴将纳米碳氢燃料雾化后喷入炉中进行给料燃烧。
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