CN205424919U - 旋流回流组合式油雾化烧嘴 - Google Patents

Abstract

旋流回流组合式油雾化烧嘴，包括燃油管、烧嘴砖和压缩空气管,烧嘴砖内置空气通道，空气通道包括圆台状左通道、球状中通道和圆台状右通道,右通道、中通道和左通道依次相连通，左通道母线和右通道母线延长相交于同一点，右通道锥角比左通道锥角小10°～20°，左通道套装共中心轴线的燃油管，众多压缩空气管水平平行布置，压缩空气管出口端面外圆周和中通道竖直中截面圆周内切，压缩空气管内空气流动方向相同。燃用难以雾化液体燃料的高温炉窑可使用本实用新型。实用新型能燃用重油、煤焦油或生物柴油燃料，无积碳堵塞，燃烧效率98％，节能率5％～10％，烟气污染物达到大气污染物综合排放标准GB16297‑1996要求。

Description

旋流回流组合式油雾化烧嘴

技术领域

本实用新型涉及一种以燃烧重油、煤焦油、生物质柴油等难以雾化液体燃料为主的高温工业炉窑装置使用的旋流回流组合式油雾化烧嘴。

背景技术

推进工业绿色转型升级、提升工业能效，是贯彻落实党十八届三中全会精神，推进生态文明建设的重大措施。《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)提出，新建高耗能项目单位产品能耗要达到国内先进水平，用能设备达到一级能效标准。《中国能源统计年鉴2013》(中国统计出版社，2013.12)报道，2012年我国工业原油实物量消耗约4.66亿吨，占全社会原油消费的99％以上，其中六大重点行业原油消费实物量总量约4.55亿吨。燃油加热炉是消耗燃油的主要装置，但目前传统燃油加热炉达到I级能效水平的高效节能环保型燃油加热炉市场占有率不高。先进燃油烧嘴是传统燃油加热炉技术升级改造和提高能效的重要条件。

传统燃油加热炉主要使用如附图2所示的套管式高压烧嘴(韩昭沧.燃料及燃烧(第二版)[M].北京:冶金工业出版社,1994:209-211)。该烧嘴主要包括拉伐尔喷管4和燃油管1，其结构特征是拉伐尔喷管4内套装燃油管1，燃油管1中心轴线和拉伐尔喷管4中心轴线共线，拉伐尔喷管4出口端面、燃油管1出口端面和炉腔内壁面在同一平面上。这些结构特征导致油雾化和燃烧全部在拉伐尔喷管4出口端面附近区域完成。燃油流出烧嘴后，在拉伐尔喷管4喷出的高速气流湍流作用下，在拉伐尔喷管4出口端面附近区域完成燃油雾化过程。拉伐尔喷管4喷出的高速气流湍流雾化作用有限，雾化后油雾粒径较大，加上油雾在该区域行程和停留时间短，燃烧不完全热损失大，单位产品油耗高，甚至能看到黑色排烟，烟气中不完全燃烧成分排放浓度高。

开发结构简单、安装方便、能效高、节能环保的新型旋流回流组合式油雾化烧嘴，可以促进可持续发展、两型社会建设工作的开展。

实用新型内容

为了克服套管式高压烧嘴仅靠拉伐尔喷管喷出的高速气流湍流作用完成所有雾化过程，在拉伐尔喷管出口附近区域完成所有油雾化和燃烧反应，烟气中碳黑、一氧化碳和碳氢化合物浓度高等问题，实用新型设计一种有空气通道中间增设球状中通道，中通道内壁面和压缩空气管出口端面外圆周相切，中通道上游的左通道锥角比中通道下游的右通道锥角大等结构特征，在传统压力雾化作用基础上组织空气高速旋流流动和空气高速回流流动以强化燃油雾化作用等技术特点，结构简单、安装方便、性能可靠、燃烧效率高和节能减排效益显著等技术优势的旋流回流组合式油雾化烧嘴。

旋流回流组合式油雾化烧嘴，主要包括燃油管、方体状烧嘴砖和众多压缩空气管,烧嘴砖内置空气通道，空气通道包括水平布置圆台状左通道、球状中通道和水平布置圆台状右通道,中通道中心和烧嘴砖中心重合，右通道中心轴线、中通道中心和左通道中心轴线在同一条直线上，沿空气流动方向左通道竖直截面和右通道竖直截面均逐渐扩大，右通道、中通道和左通道依次相连通，左通道母线和右通道母线延长相交于同一点，左通道锥角比右通道锥角大10°～20°，左通道内置水平布置、等壁厚且等外径的燃油管，燃油管中心轴线和左通道中心轴线共线，左通道出口端面和燃油管出口端面共面，众多压缩空气管水平布置且相互平行，压缩空气管出口端面外圆周和中通道竖直中截面圆周内切，压缩空气管内压缩空气流动方向相同。

工业领域钢铁、有色、化工和机械行业燃用重油、煤焦油或生物柴油等难以雾化液体燃料的高温燃油工业炉窑装置，均可以使用本实用新型。

实用新型经济性好，节能环保效益显著。应用表明：实用新型结构简单，一次性投资和日常运行费用少，安装方便，日常维护工作量少，体积紧凑，运行性能稳定；雾化压力降低，安全可靠；对重油、煤焦油等难以雾化液体燃料适应性良好；无燃油结焦堵塞等故障，燃烧效率高达98％以上，节能率5％～10％以上，产品燃油单耗降低5％～10％以上，烟气中粉尘、碳黑、一氧化碳及碳氢化合物等污染物排放浓度达到大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)达标排放要求。

附图说明

图1为旋流回流组合式油雾化烧嘴通过水平中心线的竖直剖视图。

图2为传统套管式高压烧嘴通过中心轴线的竖直剖视图。

图1和图2中，1为燃油管，2为烧嘴砖，21为左通道，22为中通道，23为右通道，3为压缩空气管，4为拉伐尔喷管。

具体实施方式

下面结合附图对实用新型作进一步的说明。

如附图1所示，旋流回流组合式油雾化烧嘴，主要包括燃油管1、烧嘴砖2和压缩空气管3。压缩空气管3为钢制圆管，数量可以是1根也可以是2根及以上，水平布置且相互平行，烧嘴砖2呈方体状，燃油管1为钢制圆管且水平布置。烧嘴砖2内设置空气通道，空气通道包括水平布置、呈圆台状且沿空气流动方向截面积逐渐扩大的左通道21，呈球状中通道22和水平布置、呈圆台状且沿空气流动方向截面积逐渐扩大的右通道23。右通道23和左通道21两者进口端面直径均小于出口端面直径。中通道22中心和烧嘴砖2中心重合。右通道23中心轴线、中通道22中心和左通道21中心轴线在同一条直线上，该直线为烧嘴砖2水平中心线。左通道21出口端面和中通道22进口端面共面，左通道21出口端面与中通道22进口端面直径相等。中通道22出口端面和右通道23进口端面共面，右通道23进口端面与中通道22出口端面直径相等。右通道23、中通道22和左通道21依次相连通。空气从左通道21进口端面流进，依次流过左通道21、中通道22和右通道23，最后从右通道23出口端面流出，直接流入燃烧室内。烧嘴砖2为酸性耐火材料，可整体浇注制成，可承受1400℃～1600℃高温作用。

右通道23中心轴线和左通道21中心轴线共线，左通道21母线和右通道23母线延长相交于同一点，即左通道21内壁面所在的圆锥面顶点和右通道23内壁面所在的圆锥面顶点重合，左通道21内壁面延伸面和右通道23内壁面延伸面相交于同一点，该点位于左通道21中心轴线自右向左方向延长线上，右通道23锥角β比左通道21锥角α小10°～20°，使得由左通道21通入的助燃空气与燃油管1通入的液油混合所得的油气混合物部分冲击中通道22出口端面附近的内壁面，在中通道22内形成高速回流气流。右通道23锥角β比左通道21锥角α小得越多，经中通道22出口端面阻碍滞留而不能及时流出中通道22的油气混合物越多，中通道22内油气混合物回流作用越强，但中通道22内壁面受到的摩擦腐蚀力越大，导致使用寿命越短、经济性越差。右通道23锥角β比左通道21锥角α小10°～20°时，中通道22内回流强化燃油雾化作用和摩擦腐蚀作用达到基本平衡。

左通道21内置水平布置、等壁厚且等外径的燃油管1，燃油管1中心轴线和左通道21中心轴线共线，左通道21出口端面和燃油管1出口端面共面。左通道21进口端面直径大于燃油管1外径，左通道21内壁面与燃油管1外壁面之间空间为助燃空气通道。众多压缩空气管3水平布置且相互平行，压缩空气管3中心轴线垂直于中通道22竖直中截面，压缩空气管3出口端面全部包含在中通道22竖直中截面圆周内，压缩空气管3出口端面全部和中通道22竖直中截面圆周内切，中通道22和压缩空气管3通道相连通，压缩空气管3内压缩空气流动方向相同,使得中通道22内压缩空气全部沿顺时针或全部沿逆时针方向旋转流动，形成绕烧嘴砖2水平中心线方向旋转的高速旋流气流。

燃油管1通入液体燃油，左通道21鼓入低压空气，压缩空气管3通入压缩空气，压缩空气可以是鼓风机驱动的低压空气，也可以是空压机产生的压缩空气。燃油离开燃油管1出口端面即在左通道21鼓入空气高速湍流扰动作用迅速完成燃油第一次雾化，变成粗粒径油雾，进而形成油气混合物。油气混合物经中通道22进口端面流进中通道22。油气混合物受到压缩空气管3切向压缩空气产生的高速切向旋流扰动作用，迅速完成燃油第二次雾化，油雾粒径变细并成为中粒径油雾，并使得油雾和空气进一步均匀混合。中粒径油气混合物边扩散边高速流向中通道22出口端面，由于右通道23锥角比左通道21锥角小10°～20°，85％～90％油气混合物经右通道23高速喷入燃烧室内，剩余10％～15％中粒径油气混合物流动因受到中通道22出口端面附近内壁面阻碍作用而无法及时流出中通道22，这一部分油气混合物高速碰撞中通道22出口端面附近内壁面，然后沿中通道22内壁高速流向中通道22入口端面附近内壁面，进而产生高速回流扰动作用，迅速完成燃油第三次雾化，油雾粒径变得更细而成为细粒径油雾，并使得油雾和空气更进一步均匀混合。在传统高速湍流扰动作用基础上，同时增加了高速切向旋流扰动作用和高速回流扰动作用，燃油雾化过程得到强化，进入燃烧室燃烧的油雾粒径从传统粗粒径变成细粒径，并且油气混合变得更均匀，为燃烧室内燃油完全燃烧创造了良好的物理化学条件。

空气从左通道21出口端面高速湍流流出，与从燃油管1出口端面流出的燃油在燃油管1出口端面位置相遇，油表面受到空气湍流扰动冲击摩擦等作用力，由于该作用力大于油表面张力和粘性力，油破碎成分散的油粒并形成粗粒径油雾，油雾使油总表面积增大，油气混合作用得到强化。油气混合物沿烧嘴砖2水平中心线方向流入中通道22内。通过与中通道22连通的压缩空气管3，压缩空气沿垂直于烧嘴砖2水平中心线方向喷入中通道22内并形成高速切向旋流气流。高速切向旋流气流与水平方向高速油气混合物气流相遇，油气混合物气流获得旋转流动驱动力，在中通道22内形成高速旋转油气混合物气流。高强度旋转形成的离心力作用，延长了液油雾化时间，使油气混合物中油雾进一步破裂，得到中粒径油雾。中通道22出口端面阻碍作用，使得高速旋流油气混合物中只有85％～90％能经右通道23高速旋流喷入燃烧室内，剩余10％～15％在中通道22内回流流动。回流气流与中通道22内壁面继续碰撞刮擦，进一步延长液油雾化时间，使中粒径油雾破裂达到更高程度，得到细粒径油雾混合物。

实用新型所指的油雾化烧嘴水平安装。烧嘴砖2嵌入炉窑墙体内，烧嘴砖2入口面与墙体外壁面共面，烧嘴砖2出口面与墙体内壁面共面，避免烧嘴砖2出口面伸入燃烧室内被高温烧损。设置专用支撑架，支撑燃油管1重力作用。点火前，需调整燃油管1和烧嘴砖2位置，使得燃油管1中心轴线和烧嘴砖2水平中心线共线。燃油管1通入的油、左通道21通入的空气、压缩空气管3通入的压缩空气、中通道22形成的油气混合物和从右通道23流出的油气混合物流速均较大，可避免空气通道内污垢的形成，省去日常维护工作。

实用新型结构创新、技术特征及带来的技术效果详细描述如下：

实用新型具有“空气通道包括圆台状左通道21、球状中通道22和圆台状右通道23”结构特征。实用新型所指的油雾化烧嘴，包括燃油管1、烧嘴砖2和压缩空气管3，烧嘴砖2包括供空气流动用的左通道21，中通道22和右通道23。右通道23和中通道22相连通，中通道22和左通道21相连通，左通道21进口端面中心、左通道21出口端面中心、中通道22进口端面中心、中通道22中心、中通道22出口端面中心、右通道23进口端面中心和右通道23出口端面中心在同一条直线上，该直线为烧嘴砖2水平中心线。和附图2所示的套管式高压烧嘴结构相比，实用新型所指的油雾化烧嘴多出球状中通道22,渐扩状左通道21代替了附图2减缩状进口段。中通道22为强化燃油雾化创造了空间条件。中通道22内燃油发生高速旋流扰动雾化和高速回流扰动雾化。左通道21改变了附图2缩放结构，降低了装置加工难度。

实用新型具有“众多压缩空气管3出口端面外圆周和球状中通道22竖直中截面圆周内切”结构特征。实用新型所指的油雾化烧嘴，包括烧嘴砖2和众多压缩空气管3，烧嘴砖2包括球状中通道22，中通道22和压缩空气管3通道相连通，压缩空气管3通入的压缩空气进入中通道22后沿同一方向旋转流动，即全部沿顺时针方向旋转流动或全部沿逆时针方向旋转流动。中通道22内壁面为球面，球面上各点法线聚集于中通道22中心，既能使油气混合物气流贴住中通道22内壁面高速流动，又能使油气混合物在中通道22内长时间旋流流动，这样延长油气混合物旋流时间、增加油气混合物紊流扰动强度，燃油旋流雾化作用进一步加强。假设压缩空气管3设置成和渐扩状左通道21或右通道23相连通，则油气混合物贴壁螺旋向前行进阻力小，一方面油气混合物会很快离开旋流区域，另一方面油气混合物紊流扰动程度有限，燃油旋流雾化强化作用有限。

实用新型具有“左通道21锥角比右通道23锥角大10°～20°，且左通道21母线和右通道23母线延长相交于同一点”结构特征。实用新型所指的油雾化烧嘴，包括烧嘴砖2，烧嘴砖2包括不直接相连通的左通道21和右通道23，左通道21中心轴线和右通道23中心轴线共线，右通道23母线和左通道21母线延长相交于同一点，左通道21锥角比右通道23锥角大10°～20°。从左通道21进口端面流入的助燃空气气流以均匀辐射状射流方式高速流向中通道22出口端面或右通道23进口端面，由于右通道23锥角比左通道21锥角小10°～20°，油气混合物射流外圈部分被中通道22出口端面附近壁面阻挡并被快速折回，在中通道22内形成高速回流气流，被折回的油气混合物总量占全部油气混合物总量的10％～15％。右通道23锥角比左通道21锥角小10°～20°，是中通道22内形成高速回流扰动作用的充要条件。

实用新型上述三个结构特征直接导致“‘高速紊流扰动、高速旋流扰动和高速回流扰动’三作用同时强化燃油雾化”技术特征。燃油管1出口端面位置完成油第一次雾化，该雾化在高速紊流扰动作用下完成。油气混合物高速流入中通道22,在压缩空气管3驱动下形成的高速旋流流动，给油雾施加强有力的切向冲击摩擦离心雾化作用，在中通道22出口端面附近内壁面阻止作用下形成的高速回流流动，给油雾施加强有力的轴向冲击摩擦雾化作用。两流动综合后形成的空气流动紊乱度高、冲击摩擦扰动作用强度高、时间长，有效地将中通道22进口端面附近区域的粗粒径油雾变成中通道22出口端面附近区域的细粒径油雾。油雾粒径越小，表面积越大，与空气混合越好。燃油三次雾化在一个高度紧凑的空间、极短的距离和极短的时间内完成，实现了高强度高效率雾化燃油。

实用新型上述结构特征和技术特征带来的综合技术效果是高效率雾化燃油，缩小了烧嘴砖2体积；油雾化效果好，入炉油雾粒径小，油气混合充分均匀；燃烧室内油雾燃烧所需的物理化学条件得到改善，油雾着火提前，燃烧反应彻底完全；空气通道无积碳堵塞问题出现。

燃用重油、煤焦油、生物柴油或废塑料油等难以雾化液体燃料的高温燃油工业炉窑装置，均可以使用本实用新型。

实用新型应用表明：实用新型投资少，安装方便，布置紧凑，日常维护工作量少；可以解决工业炉窑液体燃料燃烧中烟气存在的炭黑、粉尘、一氧化碳、碳氢化合物排放超标等污染环境问题，达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)和《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996)所要求的达标排放水平；可以解决高温工业炉窑液体燃料燃烧中存在的燃油积炭堵塞问题；装置能效提高5％～10％，燃油燃烧效率达到98％以上。

Claims (1)

1.旋流回流组合式油雾化烧嘴，主要包括燃油管、方体状烧嘴砖和众多压缩空气管,其特征在于：烧嘴砖内置空气通道，空气通道包括水平布置圆台状左通道、球状中通道和水平布置圆台状右通道,中通道中心和烧嘴砖中心重合，右通道中心轴线、中通道中心和左通道中心轴线在同一条直线上，沿空气流动方向左通道竖直截面和右通道竖直截面均逐渐扩大，右通道、中通道和左通道依次相连通，左通道母线和右通道母线延长相交于同一点，左通道锥角比右通道锥角大10°～20°，左通道内置水平布置、等壁厚且等外径的燃油管，燃油管中心轴线和左通道中心轴线共线，左通道出口端面和燃油管出口端面共面，众多压缩空气管水平布置且相互平行，压缩空气管出口端面外圆周和中通道竖直中截面圆周内切，压缩空气管内压缩空气流动方向相同。