燃油噴嘴和燃燒裝置製造方法
2023-05-11 01:52:46 1
燃油噴嘴和燃燒裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種燃油噴嘴和燃燒裝置，燃油噴嘴包括噴嘴主體和位於噴嘴主體前端的噴口，噴嘴主體上具有與霧化介質連通的進口和與液體燃料連通的進液口，噴嘴主體內形成有封閉空間以及穿過該封閉空間的膜管，霧化介質進口與封閉空間連通，膜管的後端與進液口連通，前端與噴口連通。因此，霧化介質進入噴嘴主體的封閉空間後會通過膜孔進入膜管的管程和燃油進行混合，通過膜孔微孔擴散技術，霧化介質被破碎成微小氣泡分散於液相，形成勻細的氣液兩相霧化流，實現液體燃料如原料油的霧化。其中，液體燃料霧化粒徑小，粒徑分布窄，從而能夠使得液體燃料燃燒充分不易結焦。
【專利說明】燃油噴嘴和燃燒裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃油燃燒領域，具體地，涉及一種燃油噴嘴和使用該燃油噴嘴的燃燒
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]在化工、煉油等領域常用到用於加熱鍋爐等的燃燒裝置，其中根據燃料不同使用的噴嘴主要分為燃氣噴嘴和燃油噴嘴。燃油噴嘴使用如燃油等液體燃料，燃油在和空氣等霧化介質混合霧化後在噴口處的燃燒。在燃燒過程中，液體燃料的霧化效果決定著燃料的利用率。如果液體燃料霧化不充分，就會造成燃油燃燒不充分，導致發生結焦、堵塞噴嘴等問題。液體燃料霧化的方法主要有:壓力式霧化、內混式霧化、外混式霧化等形式。其中對於壓力霧化噴嘴，所採用的霧化器比較簡單，但是負荷比窄，對於具有較寬流動變化範圍需求的系統則需要噴嘴變化；對於外混式霧化噴嘴，所採用的噴嘴通常很粗糙，火焰形狀和霧化質量通常不是最佳。相比較而言，內混式霧化油噴嘴能產生優異火焰形狀、均勻的熱傳遞和理想的油滴分布，但是霧化的油滴一般索太爾平均直徑在80 μ m。因此，國內外相關研究機構一直在不斷的開發和推出新型高效的內混式燃油噴嘴，以適應燃燒技術的發展需要並獲取更大的經濟效益。
[0003]早期國內使用的霧化噴嘴多為喉管式噴嘴，這種噴嘴霧化效果較差，平均粒徑多在80-100μπι，在此基礎上經過改進之後，形成了如:CN2069757 U所述的噴嘴和CN2054461U所述的雙喉道內混式進料噴嘴；此外還有CCK型和中國石油大學研究的UPC_a、NS-1型等高效噴嘴。國外有代表性的有Molil和Kellog公司於1994年開發了一種新型進料噴嘴Atomax ；U0P公司於1995年開發了 Optimix噴嘴,其霧化平均直徑在60 μ m左右。R.杜迪爾等在專利CN1807983A提出了在富氧高溫條件下適用的乳化霧化器噴嘴。
[0004]以上各類噴嘴存在的缺點是:霧化平均粒徑較大多為60 μ m以上；有些汽相速度過大，有些甚至達到或超過音速，從而導致流動不穩定、波動大、能耗大；有的霧化不均勻，大顆粒所佔的的比例大；聞的噴嘴溫度可能導致內部焦炭沉積和噴嘴堵塞等。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種燃油噴嘴以及使用該燃油噴嘴的燃燒裝置，該燃油噴嘴燃油霧化效果好，液體燃料燃燒充分不易結焦。
[0006]為了實現上述目的，根據本發明的一個目的，提供一種燃油噴嘴，包括噴嘴主體和位於噴嘴主體前端的噴口，所述噴嘴主體上具有與霧化介質連通的霧化介質進口和與液體燃料連通的進液口，所述噴嘴主體內形成有封閉空間，並且所述燃油噴嘴還包括穿過該封閉空間的膜管，所述霧化介質進口與所述封閉空間連通，所述膜管的後端與所述進液口連通，前端與所述噴口連通。
[0007]優選地，所述噴嘴主體內形成有與所述進液口連通的集油腔，所述膜管為多根並分別與所述集油腔連通。
[0008]優選地，所述噴嘴主體內形成有與所述噴口連通的混合腔，所述膜管的前端與該混合腔連通。
[0009]優選地，所述混合腔的截面積從所述膜管朝向所述噴口逐漸增大。
[0010]優選地，所述混合腔的截面積從所述噴口朝向所述膜管逐漸增大。
[0011]優選地，所述混合腔包括從後向前依次布置的第一錐形段、筒形段和第二錐形段，所述第一錐形段的截面積從所述膜管朝向所述筒形段逐漸增大，所述第二錐形段的截面積從所述筒形段朝向所述噴口逐漸減小。
[0012]優選地，所述膜管形成為平均孔徑為lnm-50 μ m的無機膜管。
[0013]優選地，所述霧化介質進口為多個，其中多個所述霧化介質進口圍繞所述封閉空間的周向均應布置。
[0014]根據本發明的另一方面，提供一種燃燒裝置，該燃燒裝置包括本發明提供的燃油噴嘴，以及分別連接在所述霧化介質進口和所述進液口上的輸送管道。
[0015]優選地，所述燃燒裝置包括控制裝置，該控制裝置包括安裝在所述輸送管道上的流量和/或壓力控制閥、流量和/或壓力檢測裝置以及分別與所述流量和/或壓力控制閥以及所述流量和/或壓力檢測裝置電連接的控制器。
[0016]通過上述技術方案，霧化介質進入噴嘴主體後的封閉空間後會通過膜管的膜孔進入膜管管程並和燃油進行混合。通過膜孔的微孔擴散技術，霧化介質被破碎成微小氣泡分散於液相，形成勻細的氣液兩相霧化流，實現液體燃料如原料油的霧化。這種氣液兩相接觸、破碎方式，能夠減少霧化介質用量，降低霧化介質速度。其中，液體燃料霧化粒徑小，粒徑分布窄，即霧化效果好，從而能夠使得液體燃料燃燒充分不易結焦，並且不需較大氣動力，減小能量損失，能耗低，達到了節能減排的效果。此外，在本發明提供的霧化方式中，當進料量有所增減變化時，混合物兩相流的體積流量變化相對較小，不會明顯影響霧化質量，因而使本發明的操作彈性好、可靠性高。本發明還具有結構簡單、使用方便、易於推廣的優點。
[0017]本發明的其他特徵和優點將在隨後的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0019]圖1是本發明優選實施方式提供的燃油噴嘴的結構示意圖；
[0020]圖2是沿圖1中的線A-A截取的剖視結構示意圖；
[0021]圖3是本發明優選實施方式提供的燃油噴嘴的噴口的結構示意圖。
[0022]附圖標記說明
[0023]I噴嘴主體2 噴口
[0024]3膜管4封閉空間
[0025]5集油腔6混合腔
[0026]7輸送管道
[0027]11霧化介質進口 12進油口
[0028]61第一錐形段 62 筒形段
[0029]63第二錐形段 81 流量和/或壓力控制閥
[0030]82流量和/或壓力檢測裝置83控制器
[0031]91進料泵92壓縮機
【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。
[0033]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如「前、後」示意液體燃料的流動方向為基準定義的，即液體燃料向前流動。具體地如圖1所示，圖面方向中的右側為前，左側為後。這種方位詞只用於說明本發明，並不用於限制本發明。
[0034]如圖1至圖3所示，本發明供一種燃油噴嘴和使用該燃油噴嘴的燃燒裝置，其可以用於化工、煉油等領域的工業鍋爐、加熱爐、窯爐、熔爐、焚燒爐等容器的加熱。如圖1所示，本發明提供的燃油噴嘴包括噴嘴主體I和位於噴嘴主體I前端的噴口 2，噴嘴主體I上具有與霧化介質例如水蒸汽連通的霧化介質進口 11和與液體燃料例如燃料油連通的進液口12，噴嘴主體I內形成有封閉空間4，並且燃油噴嘴還包括穿過該封閉空間4的膜管3，霧化介質進口 11與封閉空間4連通，膜管3的後端與進液口 12連通，前端與噴口 2連通。
[0035]因此，霧化介質進入在噴嘴主體I的封閉空間4後只能通過膜管管壁上的膜孔進入膜管3的管程中以和燃料油進行混合。其中，膜管3為本領域內具有微納米級的過濾效果的管狀膜結構，因此通過膜孔的微孔擴散技術，霧化介質被破碎成微小氣泡分散於液相，形成勻細的兩相霧化流，實現燃料油的霧化。這種氣液兩相接觸、破碎方式，能夠減少霧化介質體用量，降低霧化介質速度，因此噴嘴運行平穩，不會產生脈動。霧化介質體經過這種方式特殊的設計產生很小的壓降。其中，液體燃料的霧化粒徑小，粒徑分布窄，即霧化效果好，因此能夠使得液體燃料燃燒充分不易結焦，並且不需較大氣動力，減小能量損失，能耗低，達到了節能減排的效果。此外，在本發明提供的霧化方式中，當進料量有所增減變化時，混合物兩相流的體積流量變化相對較小，不會明顯影響霧化質量，因而使本發明的操作彈性好、可靠性高。本發明還具有結構簡單、使用方便、易於推廣的優點。
[0036]需要說明的是，能夠完成上述技術方案的實施方式有多種，例如「霧化介質」可以是水、水蒸氣、空氣、氧氣、富氧燃燒劑、天然氣、丙烷、氮氣、二氧化碳、氫，或者這些霧化介質中的兩種或多種混合物等。「液體燃料」可以為餾出油、溜出燃料油、柴油、煤油、燃料油、殘油、殘渣燃料油以及本領域技術人員已知的其他燃料油等。「膜管3」可以優選為陶瓷膜管、金屬膜管或其它無機材質的無機膜管，以更適用於高溫環境。另外，噴嘴主體I的內部空間以及膜管3的布置方式也有多種，因此為了方便說明本發明，在此只重點介紹其中的優選實施方式，該優選實施方式只用於說明本發明，並不用於限制本發明。
[0037]在本發明的優選實施方式中，優選地，膜管3的平均孔徑lnm-50 μ m。因此，通過該膜管膜孔的霧化介質能夠將液體燃料霧化為粒徑小於50 μ m的液滴，使得本發明的效果更好。另外，膜管3的數量可以為一個也可以為多根，在本發明的優選實施方式中，如圖1和圖2所示，膜管3為多根，該多根膜管3可均勻地布置在封閉空間4中。為了方便為多根膜管3提供燃料油，優選地，噴嘴主體I內形成有與進液口 12連通的集油腔5，膜管3為多根並分別與集油腔5連通。燃料油在通過進液口 12後首先在集油腔5中續存，然後在進入各個膜管3中。由於膜管3為多根，增加了霧化介質與膜管3的外壁的接觸面積，使得霧化介質3更高效地與燃料油混合霧化。
[0038]另外，在本發明中，霧化介質可以從噴嘴主體I的單側進入也可以雙側或更多側進入，當實現多側進入時，霧化介質進口 11為多個，其中多個霧化介質進口 11圍繞封閉空間4的周向均應布置。從而有效保證霧化介質和封閉空間4內的膜管3尤其是多根膜管的均勻接觸，以提高霧化介質進入膜管的效率和效果。
[0039]其中在本發明中，霧化介質通過膜管3實現了燃料油的一級霧化，本發明還能夠使得燃料油進行二級霧化。具體地，如圖1所示，噴嘴主體I內形成有與噴口 2連通的混合腔6，膜管3的前端與該混合腔6連通，並且混合腔6具有大於膜管3和噴口 2的流通截面積。即，噴嘴主體I內的布局為集油腔5、封閉空間4以及混合腔6從後到前依次布置。因此，混合腔6提供了大於膜管的混合空間並能夠在進入噴口 2前收縮該空間。因此，從膜管3中運動而出的破碎的液滴在混合腔6中壓力首先會有所降低，使得多相霧化流中的氣體成分膨脹，從而使顏料油液滴進一步破碎，並向噴口 2運動。然後，由於霧化流在進入噴口2前的空間收縮部得到加速，多相物質，例如氣液兩相物質在很小的區域產生非常大的剪切力，使液滴更細小；同時由於噴出噴口 2後的液流得到洩壓，霧化流內霧化介質的體積迅速膨脹，使得燃料油進一步破碎，細化了液滴的粒徑。從而實現了燃料油的二次霧化。這樣，在很小的壓降下，便使得燃料油與霧化介質形成了均細的多相流，使得霧化顆粒更加細化均勻，燃燒充分減少結焦現象，並能做到保證長周期安全操作要求。
[0040]為了增加二次霧化的效果，優選地，混合腔6的截面積從膜管3朝向噴口 2逐漸增大，使得燃料油的流通截面積能夠逐漸變大從而避免了突變所帶來的死角位置，以提高燃油利用率。並且還可以保證燃料油的流動不會發生突然波動而影響燃燒效果和安全性。並且更優選地，混合腔6的截面積從噴口 2朝向膜管3逐漸增大。S卩，朝向噴口 2的流動截面積是逐漸變小的，從而同樣避免了突變所帶來的死角位置，並保證液流流動的穩定性和燃燒效果。
[0041 ] 具體地，如圖1所示，在本發明的優選實施例中，混合腔6包括從後向前依次布置的第一錐形段61、筒形段62和第二錐形段63，第一錐形段61的截面積從膜管3朝向筒形段62逐漸增大，第二錐形段63的截面積從筒形段62朝向噴口 2逐漸減小，因此能夠保證燃料油的二次霧化效果。其中的筒形段62可以形成為截面積一定的圓柱結構，也可以形成為其他結構。錐形段可以為圓錐、多邊形錐結構等線性變化結構，也可以形成非線性變化的球形、橢球形的其他流線型結構。對應此類變形方式均應落在本發明的保護範圍中。
[0042]另外，如圖3所示，在本發明的優選實施例中，噴口可以是一個並形成為矩形結構。除此之外，在其他實施方式中，噴口還可以是一個以上並形成為其他狹長形、三角形、扇形、半圓形條縫等結構，對於此類變形均落在本發明的保護範圍中。
[0043]如圖1所示，在本發明提供的燃燒裝置中，霧化介質進口 11和進液口 12上分別連接有輸送管道7，其中霧化介質進口 11的輸送管道7可以通過壓縮機92實現氣相霧化介質的加壓和輸送，也可以通過泵送裝置實現水等液相霧化介質的加壓和輸送。進液口 12的輸送管道7上通過進料泵91實現燃料油等液體燃料的加壓和輸送。為了更安全和高效地完成液體燃料的燃燒，優選地，本發明提供的燃燒裝置包括控制裝置，該控制裝置包括安裝在輸送管道7上的流量和/或壓力控制閥81、流量和/或壓力檢測裝置82以及分別與流量和/或壓力控制閥81以及流量和/或壓力檢測裝置82電連接的控制器83。因此，通過控制器和檢測裝置構成的閉環控制迴路，能夠使得本發明提供的進氣和進液過程自動化，並且有效保證液體和霧化介質的安全性。其中，控制器可以為內置於計算機中並設置有霧化介質和液體的流量、壓力閾值，從而通過將檢測裝置採集並反饋的流量和壓力實時值與相應閾值進行比較，以根據制定的控制邏輯控制相應閥門進行壓力和流量調節，從而實現霧化介質和液體燃料的自動、安全的輸送。具體地，根據使用者的安全可只設置流量自動控制單元或壓力自動控制單元，也可以二者均設置，對於各種變形方式均落在本發明的保護範圍中。
[0044]綜上，本發明提供的燃油噴嘴通過膜管的膜孔形成高度分散的微細霧化介質，與燃油等液體燃料在膜管管程內達到高度的混合，實現液體燃料的一級霧化。並進一步地，能夠通過混合腔實現液體燃料的二級霧化。從而能夠保證液體燃料的充分霧化和燃燒效果，並且操作彈性大，熱效率高、操作簡單，可以帶來可觀的經濟效益。因此，本發明提供的燃油噴嘴和使用該燃油噴嘴的燃燒裝置均具有較高的實用性和推廣價值。
[0045]以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。
[0046]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0047]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種燃油噴嘴，包括噴嘴主體(I)和位於噴嘴主體(I)前端的噴口(2)，所述噴嘴主體(I)上具有與霧化介質連通的霧化介質進口(11)和與液體燃料連通的進液口(12)，其特徵在於，所述噴嘴主體(I)內形成有封閉空間(4)，並且所述燃油噴嘴還包括穿過該封閉空間⑷的膜管(3)，所述霧化介質進口(11)與所述封閉空間⑷連通，所述膜管(3)的後端與所述進液口(12)連通，前端與所述噴口(2)連通。
2.根據權利要求1所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴主體(I)內形成有與所述進液口(12)連通的集油腔(5)，所述膜管(3)為多根並分別與所述集油腔(5)連通。
3.根據權利要求1或2所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述噴嘴主體(I)內形成有與所述噴口(2)連通的混合腔￠)，所述膜管(3)的前端與該混合腔(6)連通。
4.根據權利要求3所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述混合腔(6)的截面積從所述膜管(3)朝向所述噴口(2)逐漸增大。
5.根據權利要求3所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述混合腔(6)的截面積從所述噴口(2)朝向所述膜管(3)逐漸增大。
6.根據權利要求3所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述混合腔(6)包括從後向前依次布置的第一錐形段(61)、筒形段￠2)和第二錐形段(63)，所述第一錐形段￠1)的截面積從所述膜管(3)朝向所述筒形段￠2)逐漸增大，所述第二錐形段￠3)的截面積從所述筒形段(62)朝向所述噴口(2)逐漸減小。
7.根據權利要求1所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述膜管(3)形成為平均孔徑為lnm-50 μ m的無機膜管。
8.根據權利要求1所述的燃油噴嘴，其特徵在於，所述霧化介質進口(11)為多個，其中多個所述霧化介質進口(11)圍繞所述封閉空間(4)的周向均應布置。
9.一種燃燒裝置，其特徵在於，該燃燒裝置包括根據權利要求1-8中任意一項所述的燃油噴嘴，以及分別連接在所述霧化介質進口(11)和所述進液口(12)上的輸送管道(7)。
10.根據權利要求9所述的燃燒裝置，其特徵在於，所述燃燒裝置包括控制裝置，該控制裝置包括安裝在所述輸送管道(7)上的流量和/或壓力控制閥(81)、流量和/或壓力檢測裝置(82)以及分別與所述流量和/或壓力控制閥(81)以及所述流量和/或壓力檢測裝置(82)電連接的控制器(83)。
【文檔編號】F23N1/00GK104132338SQ201410261612
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】謝志成, 劉凱中, 馮曉霞 申請人:北京中天元環境工程有限責任公司