專利名稱:低壓旋流型煤漿霧化噴嘴的制作方法
本發(fā)明屬于煤漿燃燒技術(shù)世界石油供應緊張，儲量日益枯竭，石油又是重要化工原料，為了節(jié)約燃油，各國正在研究以煤漿作為燃油設備的代油燃料。要煤漿能和燃油一樣在火炬爐中燃燒，首先必須設計能霧化煤漿的噴嘴。由于煤漿特性有別于重油特性，因此煤漿噴嘴除了具有重油噴嘴的要求外，還有它的特殊要求，如煤漿的粘度比重油使用時的粘度高幾十倍，不易霧化。煤漿中煤粉有一定的尺寸，易造成噴嘴堵塞。煤漿是兩相流體，易使噴嘴磨損。煤漿比重油難著火，噴嘴的霧化炬形狀、霧化角、流量密度分布必須和調(diào)風器的空氣動力場規(guī)律相匹配。
研究煤漿燃燒的最初階段，有人試用機械霧化重油噴嘴來霧化煤漿，因通道過小或流向突變而易于造成噴嘴堵塞，因煤漿流速高而造成磨損極快。簡單地增大通道尺寸，導致霧化質(zhì)量迅速惡化。
我們在1980年曾研究過用Y型和內(nèi)混型噴嘴霧化油煤漿，雖然霧化質(zhì)量比機械霧化為好，但內(nèi)混部分到出口易磨損。而且它的霧化炬沒有旋轉(zhuǎn)能力，大量的直流霧化汽使調(diào)風器造成的中心回流區(qū)容易減弱或消失，造成脫火或火焰中心后移。同時用低壓旋流型噴嘴燃燒油煤漿，發(fā)現(xiàn)燃燒情況比用內(nèi)混型穩(wěn)定得多，火焰中心也向燃燒器靠近，火焰明亮。
第6屆國際煤漿會議論文集710頁提到了單孔型的內(nèi)混噴嘴，把中心回流區(qū)沖掉，煤漿不能著火，必須用天燃氣助燃。內(nèi)混型易于堵塞，在預混室煤漿易結(jié)團、干燥。
本發(fā)明針對上述特殊要求，總結(jié)燃燒油煤漿的低壓旋流型噴嘴，在水煤漿試驗中進行了不斷改進設計，研制成低壓旋流煤漿噴嘴，不僅在使用預熱空氣(200～300℃)時，水煤漿能燃燒穩(wěn)定，而且用室溫空氣，也能穩(wěn)定可靠地燃燒。經(jīng)檢索未發(fā)現(xiàn)與本結(jié)構(gòu)相同的煤漿噴嘴。
圖1、圖2、圖3分別是低壓旋流煤漿霧化噴嘴Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的結(jié)構(gòu)圖。圖中〔1〕是噴嘴座，〔2〕是外罩，〔3〕是中罩，〔4〕是錐形旋流體，〔5〕是旋流室，〔6〕是霧化室，〔7〕是中心油嘴，〔8〕是多頭螺旋槽或斜孔盤，〔9〕是外擴錐，〔10〕是內(nèi)擴錐。
本發(fā)明的要點在于它具有噴嘴座〔1〕、外罩〔2〕、中罩〔3〕、錐形旋流體〔4〕、中心油嘴〔7〕或中心旋流霧化嘴，錐形旋流體上的多頭螺旋槽進口處可以有流線型擴口，錐形旋流體中心延伸端可設有中心旋流霧化嘴或中心油嘴，在錐形旋流體螺旋槽出口處，由中罩與中心旋流霧化嘴外壁可形成旋流室，或者由中罩與中心油嘴外壁可形成旋流室和霧化室。中心旋流霧化嘴可具有多頭螺旋槽〔8〕、內(nèi)擴錐〔9〕、外擴錐〔10〕。中心旋流霧化嘴和中心油嘴的旋轉(zhuǎn)方向和錐形旋流體〔4〕上的多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向可以相同。錐形旋流體的多頭螺旋槽的當量直徑可大于最大煤粉顆粒的8～10倍，螺旋升角可為20度。煤漿從錐形旋流體多頭螺旋槽進口流入，由于進口有流線型擴口，螺旋槽的當量直徑大于煤粉最大顆粒直徑的8～10倍，因此可避免噴嘴阻塞。煤漿經(jīng)錐形旋流體多頭螺旋槽流入旋流室形成低速旋轉(zhuǎn)的煤漿薄膜，為均勻霧化創(chuàng)造了條件。低速流動和低速旋轉(zhuǎn)的煤漿，減輕了煤漿通道的磨損，也降低了煤漿在噴嘴中的壓力損失。
中罩〔2〕的端面可銑有與中罩內(nèi)孔相切的槽，切向槽在中罩內(nèi)孔處可連成一片?；蛘咴谥姓值耐忮F面可設有多頭螺旋槽，螺旋槽出口處可以有無槽的均流段。中罩端面切向槽和中罩外錐面多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向和錐形旋流體上的多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向可以相同。
在霧化室周圍的中罩壁上設有多個垂直于軸線並內(nèi)切霧化室的切向孔，切向孔旋轉(zhuǎn)的方向與錐形旋流體上的多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向相同。
Ⅰ型低壓旋流煤漿噴嘴的霧化介質(zhì)分兩路與煤漿相交，一路由中罩壁上的切向孔進入霧化室，與煤漿垂直相交，使煤漿得到初步霧化，另一路經(jīng)中罩外錐面的多頭螺旋槽、均流段得到均勻分布的旋轉(zhuǎn)霧化介質(zhì)與得到初步霧化的煤漿斜交相遇，使煤漿進一步霧化。
Ⅱ型低壓旋流煤漿噴嘴與Ⅰ型的區(qū)別僅是把中罩端面切向槽代替了中罩外錐面上的多頭螺旋槽，便于硬度耐磨材料的加工制造。
Ⅲ型低壓旋流煤漿噴嘴區(qū)別于Ⅰ、Ⅱ型的是取消了中罩上的切向孔。一路霧化介質(zhì)由中心旋流霧化嘴噴出，形成一錐形氣膜襯托著煤漿，而中罩端面切向槽噴出的旋轉(zhuǎn)射流像垂直切割的利刀把煤漿膜切割成細粒，並在旋流氣的離心力作用下撒成錐形霧炬。由于Ⅲ型中罩上沒有切向霧化孔，煤漿在噴嘴出口才遇到高速霧化介質(zhì)，高速煤漿只有少量與外罩相擦，因此磨損大為減輕，只要在外罩出口處鑲嵌耐磨材料即可。
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的共同特點是1.能霧化高粘度的煤漿，煤漿在噴嘴內(nèi)的流速低、壓降小。
2.煤漿的旋流方向與霧化介質(zhì)的旋流方向必須一致，避免旋轉(zhuǎn)動量相互抵消，霧化質(zhì)量惡化，多次實踐證明，如果煤漿一、二次霧化介質(zhì)中三者任一旋流方向不一致，旋轉(zhuǎn)動量相互抵消，霧化質(zhì)量大為惡化。
3.煤漿通道大而流線化，避免突然轉(zhuǎn)向，因此不易堵塞。
4.霧炬具有旋流，它的霧炬形狀，霧化角，流量密度分布(雙峰馬鞍形)與旋流調(diào)風器的空氣動力場規(guī)律很容易匹配，容易得到穩(wěn)定的中心回流區(qū)，因此能獲得穩(wěn)定可靠的煤漿火炬。
5.本噴嘴是以氣力霧化為主，機械霧化為輔的噴嘴，不像機械霧化噴嘴在低負荷時霧化質(zhì)量惡化，所以本噴嘴的調(diào)節(jié)范圍大。
6.Ⅰ、Ⅱ型煤漿噴嘴設置了中心油嘴，啟動時在油與煤漿兩種燃料之間的切換瞬間，中心油嘴起到過渡作用，也可在剛點燃煤漿時作暫時的穩(wěn)焰助燃。Ⅲ型的中心旋流霧化嘴也可在啟動時作為油嘴使用，這對小型工業(yè)爐、窯爐中只用一個噴嘴的場合尤為方便。
實施實例在熱功率4.2×106〔KJ／時〕的臥式試驗爐上與可調(diào)切向葉片調(diào)風器配合進行燃燒試驗，在不用任何燃氣和燃油助燃的條件下。用室溫的燃燒空氣，煤漿也能穩(wěn)定著火燃燒，無脫火現(xiàn)象，撫順煤漿燃燒效率97.41％，爐膛熱負荷高達1160×103〔KJ／米3·時〕，與一般的油爐熱負荷相當。噴嘴運行煤漿壓力1.5～2kg／cm2，霧化空氣壓力4kg／cm2。
實踐證明，該噴嘴能霧化高濃度高粘度的煤漿，也適用霧化高粘度的瀝青油，容量150～4000kg／時，負荷調(diào)節(jié)范圍廣，煤漿通道斷面大，流通方向流線化，流速低，流阻小，不易堵塞?？捎脡嚎s空氣霧化，也可用蒸汽霧化，霧化質(zhì)量良好，與調(diào)風器配合可獲得穩(wěn)定的煤漿火焰，甚至用冷空氣也能穩(wěn)定燃燒，燃燒效率達98％，爐膛熱負荷可達1160×103KJ／米3·時。
權(quán)利要求
1.一種煤漿噴嘴，它具有噴嘴座[1]、外罩[2]、中罩[3]、錐形旋流體[4]、中心油嘴[7]或中心旋流霧化嘴，其特征在于所說的錐形旋流體的多頭螺旋槽進口處有流線型擴口，錐形旋流體中心延伸端設有中心旋流霧化嘴或中心油嘴，在錐形旋流體螺旋槽出口處，由中罩與中心旋流霧化嘴外壁形成旋流室，或者由中罩與中心油嘴外壁形成旋流室和霧化室。中心旋流霧化嘴具有多頭螺旋槽[8]、內(nèi)擴錐[9]、外擴錐[10]。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的煤漿噴嘴，其特征在于中心旋流霧化嘴和中心油嘴的旋轉(zhuǎn)方向和錐形旋流體〔4〕的多頭螺旋槽旋轉(zhuǎn)方向相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所說的煤漿噴嘴，其特征在于錐形旋流體的多頭螺旋槽的當量直徑大于煤粉顆粒的8～10倍，螺旋升角20度。
4.一種煤漿噴嘴，它具有噴嘴座〔1〕、外罩〔2〕、中罩〔3〕、錐形旋流體〔4〕、中心油嘴或中心旋流霧化嘴，其特征在于所說的中罩的端面銑有與中罩內(nèi)孔相切的槽，切向槽在中罩內(nèi)孔處應連成一片。或者在中罩的外錐面設有多頭螺旋槽，螺旋槽出口處有無槽的均流段。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所說的煤漿噴嘴，其特征在于中罩端面切向槽和中罩外錐面多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向和錐形旋流體上的多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求
4、5所說的煤漿噴嘴，其特征在于在霧化室周圍的中罩壁上設有多個垂直于軸線並內(nèi)切霧化室的切向孔，切向孔旋轉(zhuǎn)方向與錐形旋流體上的多頭螺旋槽的旋轉(zhuǎn)方向相同。
專利摘要
一種低壓旋流型煤漿霧化噴嘴。在錐形旋流體進口處設有流線型擴口、中心設中心油嘴或中心霧化嘴。中罩銑有端面切向槽或外錐面銑有多頭螺旋槽，中罩壁上有切向孔，煤漿經(jīng)旋流體形成低速旋轉(zhuǎn)的漿膜，霧化介質(zhì)從切向孔、切向槽、中心霧化嘴與漿膜垂直相交或斜交，形成的旋轉(zhuǎn)霧化炬與調(diào)風器配合，可用室溫空氣穩(wěn)定燃燒水煤漿。這對原設計無空氣預熱器的燃油爐改燒煤漿帶來方便，采用本煤漿霧化噴嘴，可使煤漿燃燒穩(wěn)定，燃燒效率高。
文檔編號F23D14/48GK85200120SQ85200120
公開日1985年12月20日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者謝名湖, 呂德壽, 曹欣玉, 岑可法 申請人:浙江大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan