專利名稱：一種適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電站鍋爐及相關工業(yè)爐窯用燃油燃燒器的霧化油槍，特別涉及燃燒重油及相關高粘可燃流體的氣體輔助霧化油槍，可應用于燃油電站鍋爐及工業(yè)爐窯，進行低NOx燃燒。
背景技術：
隨著國內大型企業(yè)海外市場的拓展，原來因油價上漲發(fā)展停滯的油爐需求逐漸增多；進入21世紀以來，世界各國對節(jié)能減排技術也日益重視，因此低NOx重油燃燒技術的發(fā)展空間巨大。自從第一臺重油燃燒器問世以來，重油燃燒器廣泛應用于玻璃、陶瓷、耐火材料、水泥及冶金等工業(yè)爐窯及國外燃油電站鍋爐。由于重油的粘度高，難以霧化，其熱解后生成的焦殼阻礙油滴的蒸發(fā)，使重油燃燒存在以下技術難點:(1)點火時間長，升溫慢，啟動時間過長；(2)燃燒不完全、冒黑煙，燃燒效率低，經(jīng)濟性差；(3) NOx排量高，嚴重污染環(huán)境?，F(xiàn)有的燃燒器普遍存在以上問題，上述問題解決的關鍵在于重油霧化過程。為使重油完全燃燒，應使其快速蒸發(fā)，其霧化粒度50 μ m以下的粒徑最好在85%以上，20 μ m以下粒徑占5%左右時，著火穩(wěn)定；同時為降低NOx的排量，應采用先進的低氮燃燒技術。作為燃燒器的關鍵部件，霧化油槍的性能決定著重油的霧化質量，進而影響其燃燒效果，采用合理的噴口布局形成合理的霧場分布將對NOx的抑制產(chǎn)生顯著效果。因而開發(fā)出能高效霧化重油，并形成一定合理霧場的重油噴槍能解決以上問題，具有廣泛的應用價值。為保證重油的霧化質量，現(xiàn)有油槍一般采用氣體輔助霧化形式。對于氣體輔助霧化噴槍，主要有外混、內混和中間混合型三種形式。相比外混、內混而言，中間混合型噴嘴具有結構簡單、出力大、霧化好、調節(jié)范圍大等優(yōu)點，因此被廣泛應用于重油霧化。對于中間混合型噴嘴，氣液間的撞擊及混合過程是影響霧化粒度的關鍵因素；噴嘴整體的霧化角度則直接影響火焰形狀及火焰在爐膛內的充滿程度；噴嘴的霧場分布對于燃燒完全程度及組織低NOx燃燒起主要作用。對氣液的撞擊及混合起關鍵作用的結構因素主要有氣、液及混合孔的截面比，氣液孔夾角，混合孔長徑比等；混合孔和噴頭軸線的夾角決定著噴頭整體的霧化角度，與火焰形狀有關；噴嘴單元采用合理的布置方式能形成合理的霧場，配合相應配風器后能提高燃燒的完全程度、形成合理的溫度場，組織低NOx燃燒。因此，噴嘴單個單元的霧化特性及各單元組織后的整體霧化特性是噴槍設計的關鍵技術。為了提高重油噴槍燃燒的完全程度，使NOx的排放降至最低水平，需要合理選擇噴嘴單元的各結構因素并對各噴嘴單元進行合理布局，最終提高噴嘴的性能及可靠性。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有的中間混合型噴嘴重油燃燒不完全的技術問題，本發(fā)明提供一種適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，本發(fā)明可以在較寬的流量調節(jié)范圍內獲得了良好的霧化質量，大大降低了燃燒過程中NOx的生成量，并提高了重油的燃盡率。燃燒火焰穩(wěn)定，在多種的油品質量下均能夠長時間穩(wěn)定運行，出力平穩(wěn)，密封效果良好，無滴油漏油、燒蝕結焦等現(xiàn)象。本發(fā)明的技術解決方案為:適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，包括槍體組件和噴嘴組件，所述槍體組件包括內套管3、與內套管3連通的氣路接口 1、外套管4、液路接口 2以及整流器5，所述內套管3與外套管4的一端通過堵塞14固定連接，所述內套管內形成蒸汽流道15，所述內套管3、外套管4以及堵塞14之間形成重油流道13，所述液路接口 2通過外套管4與重油流道13連通，所述內套管3和外套管4的另一端與整流器5的一端連接，所述整流器5的另一端與噴嘴組件密封連接，所述蒸汽流道15和重油流道13通過整流器與噴嘴組件連通；其特殊之處在于:所述噴嘴組件 包括噴頭8、設置在噴頭8上的多個混合單元，所述混合單元包括氣孔10、油孔11和混合孔12，所述氣孔10的一端通過整流器5與蒸汽流道15相通，所述油孔11的一端通過整流器5與重油流道13相通，所述氣孔10和油孔11的另一端均與混合孔12相通，所述油孔11與氣孔10之間的夾角Θ的范圍在55° 70°之間，所述氣孔10與混合孔13的中心重合，混合孔d3與氣孔Cl1的孔徑比屯/屯為1.2^1.5，氣孔Cl1與油孔d2的孔徑比(Vd2為0.6 1，混合孔的長度L3與混合孔的孔徑徑d3的比L3/d3為2.5 4，所述油孔10與混合孔的連通處和氣孔11與混合孔13的連通處的間距L=0.7 0.Qd30上述多個混合單元均勻分布在噴頭上。按照混合孔的孔徑大小間隔設置，大孔徑的混合單元的重油流量占比為1.(Tl.6，小孔徑的混合單元的重油流量占比為ο.Π.0。上述多個混合單元以噴頭的橫截面的中心為圓心成兩個圓周均勻間隔分布在噴頭上，相鄰所述混合單元中的混合孔的夾角相差為(?！?0°，位于不同圓周上的混合單元的混合孔孔徑不等，大孔徑的混合單元的重油流量占比為1.(Tl.6，小孔徑的混合單元的重油流量占比為0.Π.0。上述多個混合單元以多個一組均勻分布在噴頭上，同組混合單元的相鄰混合孔之間夾角β 為30 60°，相鄰組且相鄰的混合單元的混合孔之間夾角β2為60 120。。上述噴嘴組件通過外套螺帽9與整流器固定連接，所述噴嘴組件和整流器之間設置有密封墊?；旌蠁卧臄?shù)目η與所分布圓周的直徑d關系為:n=0.12^0.25d，所述混合單元的混合孔的分布錐角為70° 120°。上述密封墊包括設置在整流器內通道與噴嘴組件之間的內密封墊6和設置在整流器外殼與噴嘴組件之間的外密封墊7，所述外密封墊的材料為硬質材料，所述內密封墊材料為柔性材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是:1、本發(fā)明通過合理匹配噴嘴的各種孔徑比以及混合孔的長徑比，控制噴嘴內的流態(tài)，使混合孔出口形成類霧狀流，有效保證噴嘴的霧化粒徑；采用本發(fā)明的結構在流量為
0.6 3.3t/h下，能夠實現(xiàn)平均索太爾直徑(SMD)小于80 μ m。2、本發(fā)明通過合理設計混合單元的布局方案，控制重油流量實現(xiàn)重油的濃淡燃燒技術，通過布局可以使NOx排量降低17%。3、本發(fā)明混合單元通過合理優(yōu)化Y型結構，使得霧化粒徑普遍低于80 μ m，解決了重油霧化噴槍普遍存在的點火時間長、燃燒不完全、冒黑煙、噴口結焦等問題。4、本發(fā)明設計的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，有效降低了 NOx排量，合理配風之后NOx的生成量普遍低于300mg/mn3，余氧含量:002=3%,最低NOx排量甚至達到230mg/mn3，余氧含量:@02=3%，與國內普通油槍相比，NOx排量降低40%以上。5、本發(fā)明的油槍結構密封效果良好，無滴油漏油等現(xiàn)象。6、本發(fā)明的油槍實際出力與設計值一致，解決了大流量油槍普遍存在的設計出力達不到等問題。


圖1是本發(fā)明的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍；圖2是本發(fā)明的噴嘴布局方案；圖3是本發(fā)明的噴嘴結構。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述:圖1為適用于低NOx 燃燒的大流量重油霧化噴槍結構示意圖，包括槍體組件和噴嘴組件，槍體組件包括內套管3、與內套管3連通的氣路接口 1、外套管4、液路接口 2以及整流器5，內套管3與外套管4的一端通過堵塞14固定連接，內套管內形成蒸汽流道15，內套管3、外套管4以及堵塞14之間形成重油流道13,液路接口 2通過外套管4與重油流道13連通，內套管3和外套管4的另一端與整流器5的一端連接，整流器5的另一端與噴嘴組件密封連接，所述蒸汽流道15和重油流道13通過整流器與噴嘴組件連通；如圖3所示，噴嘴組件包括噴頭8、設置在噴頭8上的多個混合單元，混合單元包括氣孔10、油孔11和混合孔12，氣孔10的一端通過整流器5與蒸汽流道15相通，油孔11的一端通過整流器5與重油流道13相通，氣孔10和油孔11的另一端均與混合孔12相通，油孔11與氣孔10之間的夾角Θ的范圍在55° 70°之間，氣孔10與混合孔13的中心重合，混合孔d3與氣孔Cl1的孔徑比d3/d1為1.2 1.5，氣孔Cl1與油孔d2的孔徑比Vd2為0.6 1，混合孔的長度以及混合孔的孔徑徑d3的比L3/d3為2.5^4,油孔10與混合孔的連通處和氣孔11與混合孔13的連通處的間距L=0.7 0.9d3。噴嘴結構為標準Y型結構，通過改變噴孔截面比和長徑比等參數(shù)，合理組織混合孔內的流態(tài)來減小霧化液滴直徑，噴嘴的數(shù)目根據(jù)槍體規(guī)模和流量大小設計，確保一次風可以進入霧錐中心，增強混合效果，提高燃盡率，減少局部高溫造成的NOx生成量?？刂朴挽F的噴射速度以達到合適的穿透深度并增強穩(wěn)燃效果，同時避免火焰集中在噴頭位置，防止噴頭燒蝕和結焦，延長產(chǎn)品使用壽命并提高可靠性。如圖2所示，以六個混合單元為例，有多種排布方式:均勻分布:多個混合單元均勻分布在噴頭上。周向濃淡分布:多個混合單元均勻分布在噴頭上，以混合孔的大小間隔分布。
徑向濃淡分布:多個混合單元以噴頭的橫截面的中心為圓心成兩個圓周均勻間隔分布在噴頭上，相鄰所述混合單元中的混合孔成夾角相差為(Γ±30°，位于不同圓周上的混合單元的混合孔孔徑不等，大孔徑的混合單元的重油流量占比為1.(Tl.6，小孔徑的混合單元的重油流量占比為0.Π.0。分割火焰方案:多個混合單元以多個一組均勻分布在噴頭上，同組混合單元的相鄰混合孔之間夾角β 為3(Γ60°，相鄰組且相鄰的混合單元的混合孔之間夾角β2為60 120° 。通過不同流量的混合單元布局方案控制爐膛內濃淡火焰的區(qū)域和位置。噴嘴結構為標準Y型結構，通過改變噴孔截面比和長徑比等參數(shù)，合理組織混合孔內的流態(tài)來減小霧化液滴直徑，噴嘴的數(shù)目根據(jù)槍體規(guī)模和流量大小設計，確保一次風可以進入霧錐中心，增強混合效果，提高燃盡率，減少局部高溫造成的NOx生成量?？刂朴挽F的噴射速度以達到合適的穿透深度并增強穩(wěn)燃效果，同時避免火焰集中在噴頭位置，防止噴頭燒蝕和結焦，延長產(chǎn)品使用壽命并提高可靠性。采用本發(fā)明的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍在9MW重油鍋爐實驗臺上成功點火試燒，最低NOx的排量達到230mg/mn3，@02=3%，產(chǎn)品運行穩(wěn)定可靠。根據(jù)本發(fā)明的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，槍體采用套管結構，內外套管之間設置多組支撐結構保證套管同心度要求，減小重油流量分布的不均勻性，內外套管通過焊接方式與整流器相連。噴嘴組件通過外套螺帽與整流器固定連接，噴嘴組件和整流器之間設置有密封墊。密封墊包括設置在整流器內通道與噴嘴組件之間的內密封墊6和設置在整流器外殼與噴嘴組件之間的外密封墊7，外密封墊的材料為硬質材料，內密封墊材料為柔性材料。內外密封墊位于噴頭與整流器之間，并通過外套螺母9壓緊，外密封墊材料為紫銅，內密封墊材料為柔性石墨，通過設計兩個墊片的壓縮量來解決油槍的密封問題。噴頭上的噴孔數(shù)目與噴孔出口中心分布圓直徑的關系為n=0.12、.25d，噴孔分布錐角為70° 110°。槍體在通過僅更換噴頭的情況下可以實現(xiàn)噴霧場穿透深度、流強分布和空間分布等霧化特性的調整，能夠有效與配風器配合，滿足鍋爐低NOx燃燒的需要。根據(jù)本發(fā)明的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，油路壓力0.7 1.5MPa，流量0.6 3.3t/h，進口溫度為12(T200°C;氣路壓力0.6 1.0MPa，蒸汽溫度為17(T210°C，汽耗率為3°/Γ Ο%，平均索太爾直徑小于80 μ m。本發(fā)明采取的技術原理:適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍工作時，蒸汽由氣路接口 I供應到內套管3，直接進入分布在噴頭8上的氣孔內；重油由液路接口 2供應到內、外套管之間的重油流道，經(jīng)整流器5整流之后進入分布在噴頭8上的油孔內，蒸汽和重油在噴嘴的混合孔撞擊混合，經(jīng)噴頭噴出后形成滿足穿透深度和粒徑分布要求的噴霧場。合理匹配噴嘴 的入口壓力、截面比和混合孔的長徑比，控制噴嘴內的流態(tài)，使混合孔出口形成類霧狀流，有效保證噴嘴的霧化粒徑；設計噴嘴布局方案，在不改變配風結構的情況下，實現(xiàn)濃淡燃燒技術，抑制NOx的生成量；控制噴嘴的數(shù)目和噴嘴出口的油霧流速，在獲得合適的油霧穿透深度的同時，確保了進入霧錐中心的進風量，減少了 NOx的生成量并避免了火焰集中在噴頭附近造成的結焦問題；選擇不同材質的密封墊，控制墊片的壓縮量，增強了產(chǎn)品的密封效果。
權利要求
1.適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，包括槍體組件和噴嘴組件， 所述槍體組件包括內套管(3)、與內套管(3)連通的氣路接口(I)、外套管(4)、液路接口(2)以及整流器(5)，所述內套管(3)與外套管(4)的一端通過堵塞(14)固定連接，所述內套管內形成蒸汽流道(15，所述內套管(3)、外套管(4)以及堵塞(14)之間形成重油流道(13)，所述液路接口(2)通過外套管(4)與重油流道(13)連通，所述內套管(3)和外套管(4)的另一端與整流器(5)的一端連接，所述整流器(5)的另一端與噴嘴組件密封連接，所述蒸汽流道(15)和重油流道(13)通過整流器與噴嘴組件連通； 其特征在于: 所述噴嘴組件包括噴頭(8)、設置在噴頭(8)上的多個混合單元，所述混合單元包括氣孔(10)、油孔(11)和混合孔(12)，所述氣孔(10)的一端通過整流器(5)與蒸汽流道(15)相通，所述油孔(11)的一端通過整流器(5)與重油流道(13)相通，所述氣孔(10)和油孔(11)的另一端均與混合孔(12)相通， 所述油孔(11)與氣孔(10)之間的夾角Θ的范圍在55° 70°之間，所述氣孔(10)與混合孔(13)的中心重合，混合孔d3與氣孔Cl1的孔徑比d3/d1為1.2 1.5，氣孔Cl1與油孔d2的孔徑比(Vd2為0.6 1，混合孔的長度L3與混合孔的孔徑徑d3的比L3/d3為2.5 4，所述油孔10與混合孔的連通處和氣孔(11)與混合孔(13)的連通處的間距L=0.7^0.9d3。
2.根據(jù)權利要求1所述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，其特征在于:所述多個混合單元均勻分布在噴頭上。
3.根據(jù)權利要求2所述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍。其特征在于:按照混合孔的孔徑大小間隔設置，大孔徑的混合單元的重油流量占比為1.(Tl.6，小孔徑的混合單元的重油流量占比為ο.Π .0。
4.根據(jù)權利要求1所述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍。其特征在于:所述多個混合單元以噴頭的橫截面的中心為圓心成兩個圓周均勻間隔分布在噴頭上，相鄰所述混合單元中的混合孔的夾角相差為(?！?0°， 位于不同圓周上的混合單元的混合孔孔徑不等，大孔徑的混合單元的重油流量占比為Tl.6，小孔徑的混合單元的重油流量占比為0.Π.0。
5.根據(jù)權利要求1所述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍。其特征在于:所述多個混合單元以多個一組均勻分布在噴頭上，同組混合單元的相鄰混合孔之間夾角β I為3(Γ60°，相鄰組且相鄰的混合單元的混合孔之間夾角β2為6(Γ120°。
6.根據(jù)權利要求1-5之任一所述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，其特征在于:所述噴嘴組件通過外套螺帽(9)與整流器固定連接，所述噴嘴組件和整流器之間設置有密封墊。
7.根據(jù)權利要求6述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，其特征在于:混合單元的數(shù)目η與所分布圓周的直徑d關系為:n=0.12、.25d，所述混合單元的混合孔的分布錐角為70° 120°。
8.根據(jù)權利要求7所述的適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，其特征在于:所述密封墊包括設置在整流器內通道與噴嘴組件之間的內密封墊(6)和設置在整流器外殼與噴嘴組件之間的外密封墊(7)，所述外密封墊的材料為硬質材料，所述內密封墊材料為柔性材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于低NOx燃燒的大流量重油霧化噴槍，包括槍體組件和噴嘴組件，噴嘴組件包括噴頭、設置在噴頭上的多個混合單元，混合單元包括氣孔、油孔和混合孔，氣孔的一端通過整流器與蒸汽流道相通，油孔的一端通過整流器與重油流道相通，氣孔和油孔的另一端均與混合孔相通。本發(fā)明通過合理匹配噴嘴的各種孔徑比以及混合孔的長徑比，控制噴嘴內的流態(tài)，使混合孔出口形成類霧狀流，有效保證噴嘴的霧化粒徑；采用本發(fā)明的結構在流量為0.6～3.3t/h下，能夠實現(xiàn)平均索太爾直徑(SMD)小于80μm。
文檔編號F23D11/40GK103115358SQ20121054455
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月15日 優(yōu)先權日2012年12月15日
發(fā)明者陳鵬飛, 張定海, 李龍飛, 陳燦, 呂文豪, 謝佳, 楊偉東, 費俊, 楊國華, 洪流 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所, 東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司