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。
[0017]空气从左通道21出口端面高速湍流流出，与从燃油管I出口端面流出的燃油在燃油管I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。
[0018]发明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I重力作用。点火前，需调整燃油管I和烧嘴砖2位置，使得燃油管I中心轴线和烧嘴砖2水平中心线共线。燃油管I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。
[0019]发明结构创新、技术特征及带来的技术效果详细描述如下:
[0020]发明具有“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。发明所指的油雾化烧嘴，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，发明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。
[0021]发明具有“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。发明所指的油雾化烧嘴，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。
[0022]发明具有“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。发明所指的油雾化烧嘴，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。
[0023]发明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I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。
[0024]发明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。
[0025]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，均可以使用本发明。
[0026]发明应用表明:发明投资少，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。
【主权项】
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。
【专利摘要】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，压缩空气管内压缩空气流动方向相同。燃用难以雾化液体燃料的高温炉窑可使用本发明。本发明能燃用重油、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。
【IPC分类】F23D11/10, F23D11/38
【公开号】CN105605570
【申请号】CN201610143882
【发明人】艾治文, 胡鑫, 艾元方, 周睿, 黄淑辉
【申请人】中南大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月14日