高效空氣霧化輕柴油燃燒技術(shù)的研究

高效空氣霧化輕柴油燃燒技術(shù)的研究

研究了空氣霧的應(yīng)用。在沒有燃料和化學(xué)鹽的情況下，研究了驅(qū)動(dòng)器中空氣霧的應(yīng)用。用空氣霧化解決裝置開工難的問題。1空氣管線的開、關(guān)控制組織油的燃燒,特別是低氧燃燒,使在有限的爐膛空間內(nèi)獲得良好的燃燒效果,最重要的是要有性能良好的燃油燃燒器。它主要由內(nèi)混式油槍(油槍結(jié)構(gòu)圖如圖1)、調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)、主體、火盆磚等組成。具體內(nèi)容如圖2所示,在原有管線和燃燒器的基礎(chǔ)上,主管線上,增加一條霧化空氣管線,配置氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥組(兩臺鍋爐共兩套PN2.5DN100閥組);每臺燃燒器的支管上,增加一條霧化空氣支管線,配置截止閥、電磁快關(guān)閥、手動(dòng)球閥,止回閥和壓力表(兩臺鍋爐共12套PN2.5DN25閥組、共12塊壓力表)。如圖紙上紅色部份。管線出口與油槍采用金屬軟管連接(即將原霧化蒸汽的軟管直接連接即可)。開工采用空氣作霧化介質(zhì)時(shí),燃燒器各支管線上的電磁閥的開、關(guān)控制和空氣上主管線上的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制方式與用蒸汽霧化介質(zhì)時(shí)完全一樣,DCS在調(diào)節(jié)燃燒器熱負(fù)荷時(shí),請根據(jù)“燃燒器熱負(fù)荷曲線圖”來調(diào)節(jié)(見圖3);新增加閥門的控制連線直接進(jìn)DCS,不經(jīng)就地控制柜。霧化介質(zhì)之間的切換(空氣-蒸汽)為手動(dòng)方式。2內(nèi)混式油槍霧化特點(diǎn)內(nèi)混式油槍的油從中心管進(jìn)入,通過混合器中心小孔進(jìn)入混合器,而霧化空氣則由夾套管引入,從內(nèi)噴頭中心油孔周圍與油管軸線成一定夾角經(jīng)4~8個(gè)小孔噴入,沖刷燃料油射流,在一同進(jìn)入混合室的過程中霧化并混合。油氣混合物則從噴頭的小孔噴入爐內(nèi)。內(nèi)混式油槍因其結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,霧化效果好(霧化油滴平均粒徑為機(jī)械霧化的1/2~1/10),火焰剛性好,燃燒效率高而被廣泛應(yīng)用。油槍霧化角基本不隨時(shí)氣、油壓力的改變而變化,其霧化角比噴頭上的混合孔中心線夾角約大5~10,故可以用改變噴頭孔夾角的方法來調(diào)整火焰直徑和長度。內(nèi)混式油槍采用了多級霧化、多次混合擴(kuò)散技術(shù),最大限度的消除流體介質(zhì)間的負(fù)性反應(yīng),能獲得各種工況負(fù)荷下理想的流場狀態(tài),達(dá)到高速強(qiáng)化燃燒、強(qiáng)化換熱的效果;其油滴霧化效果好,霧化平均粒徑為35μm;由于霧化質(zhì)量好,故霧化劑耗量低,只需0.3~0.35kg氣/kg油,同時(shí),空氣過剩系數(shù)也較低(а≤1.15~1.20)。操作使用表明:燃料油燃燒量和霧化劑耗量、噴嘴霧化角、噴孔數(shù)、孔徑、助燃風(fēng)設(shè)計(jì)合理,霧化粒度細(xì)、燃燒完全、火焰剛直明亮、集中,噴嘴不結(jié)焦,操作性能良好等。3低碳經(jīng)濟(jì)條件下的燃燒燃料油的主要成分是烷、烯類等碳?xì)浠衔?總稱為烴)。由于油的沸點(diǎn)低于其著火點(diǎn),因此,油的燃燒是通過霧化器霧化成極小的油滴(約35μm)以增加燃料的表面積,受熱后首先蒸發(fā)成油蒸汽,然后與氧氣化合進(jìn)行燃燒化學(xué)反應(yīng)。油的燃燒過程大致可歸納為:霧化,蒸發(fā)、混合擴(kuò)散和著火、燃燒五個(gè)階段。前三個(gè)階段是一個(gè)物理作用的過程,是保證穩(wěn)定著火、充分燃盡的必要條件,特加是霧化和混合的好壞直接影響到燃燒化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程和燃燒效率。烴類物質(zhì)的燃燒化學(xué)反應(yīng)是一復(fù)雜的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在氧氣充足的情況下,烷燃燒化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量平衡關(guān)系式為:低碳分子的烴一般在200~300℃下即發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)并著火燃燒。燃燒釋熱促使溫度升高,給高碳分子的烴的蒸發(fā)和著火創(chuàng)造了先決條件?？偟膩碚f,油霧的著火和燃燒條件是很優(yōu)越的著火溫度低,油中含灰量少、且燃燒又是一個(gè)單相化學(xué)反應(yīng),所以燃燒是強(qiáng)烈的。實(shí)踐證明,在燃油鍋爐中,燃燒處于擴(kuò)散燃燒區(qū),氣體的湍流擴(kuò)散混合愈強(qiáng)烈,油的燃燒反應(yīng)就愈迅速。對于高碳分子的烴,在高溫下燃燒時(shí),對湍流擴(kuò)散混合的要求較高,從上述反應(yīng)平衡式中可知,燃燒所需的氧氣量與烴中含量成正比。所以對高碳分子烴的燃盡將隨著碳原子數(shù)的增加而愈來愈困難。如果在高溫條件下缺氧或者由于爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況組織不好,不能把燃燒所需的氧量及時(shí)供應(yīng)到燃燒油滴的表面上時(shí),烴將會(huì)發(fā)生裂解析碳的二次反應(yīng)。在≥500℃時(shí),主要是經(jīng)過多環(huán)芳烴的中間階段而析碳生成碳黑;在≥900~1100℃時(shí),主要是經(jīng)過乙炔的中間反應(yīng)而析碳生成碳黑。其化學(xué)反應(yīng)平衡式可表示為:析碳量與烴中含碳量成正比。由于油的燃燒條件十分優(yōu)越,還可以在較低的過量空氣系數(shù)下進(jìn)行燃燒。研究和實(shí)踐表明,燃油鍋爐已能在煙氣中的含氧量為3%~6%,即爐膛出口過量空氣系數(shù)α=1.15~1.20下正運(yùn)行。這種接近于理論燃燒空氣量下的燃燒又稱低氧燃燒。實(shí)踐證明,低氧燃燒可以減少煙氣中NOX、CO、SO2和SO3的生成,降低煙氣露點(diǎn),減輕受熱面的高、低溫腐蝕和大氣污染。理論分析和實(shí)踐都證明:油滴燃燒遵守直徑平方-直線定律。即:δ2=δ02κτ。式中:δ0-油滴的初始直徑,mm;δ-經(jīng)燃燒τ秒后的油滴直徑,mm;τ-燃燒時(shí)間,s;κ-燃燒速度,mm2/s,κ由實(shí)驗(yàn)確定。對于油霧的燃燒,考慮到油滴大小不均勻及爐內(nèi)燃燒時(shí)溫度工況和氧濃度的分布不均勻性,油霧燃燒速度常數(shù)比單個(gè)油滴的小。4霧化、混合質(zhì)量及燃燒過程是統(tǒng)盤燃料油在強(qiáng)烈的湍流擴(kuò)散作用下破碎為尺寸小且分布均勻的油霧,這個(gè)過程稱為霧化。油霧化的質(zhì)量好環(huán)最直接地影響到燃燒效率。但是并不意味著油霧愈細(xì),燃燒就一定好。油滴細(xì)小是組織良好燃燒工況的先決條件,要把燃燒過程組織好還必須把霧化方式和混合過程聯(lián)系起來統(tǒng)盤考慮。所以霧化質(zhì)量是霧化、混合質(zhì)量及燃燒過生綜合性能指標(biāo)。內(nèi)混式油槍的工作過程分為兩個(gè)階段,燃油和霧化介質(zhì)混合后從油槍孔噴出霧化為霧化階段。該階段采用壓縮空氣作為霧化介質(zhì)。燃油和高壓空氣分別從油路和氣路進(jìn)入油槍混合室,油被高速氣流沖擊、切割、混合后進(jìn)入霧化腔。油霧再經(jīng)噴頭孔壓縮噴入燃燒區(qū),在燃燒區(qū)中突然降壓,混在油霧中的氣泡劇烈膨脹破裂,形成顆粒非常微細(xì)的油霧,完成霧化過程。油霧在燃燒區(qū)內(nèi)與助燃空氣混合著火,即進(jìn)入點(diǎn)火燃燒階段。油霧與助燃空氣混合達(dá)到著火濃度時(shí)被火源點(diǎn)燃。一部份油在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒放熱,加快了油的蒸發(fā)速度,未燃燒的大部份油霧、油氣進(jìn)入爐膛,在爐膛內(nèi)繼續(xù)燃燒,完成過程。5霧化介質(zhì)燃燒器作為鍋爐運(yùn)