旋流雾化预燃型重油燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种以燃烧难雾化液体燃料为主，基于旋流二次雾化和旋流预先燃烧原理的旋流雾化预燃型重油燃烧器，主要适用于燃油工业炉窑燃烧系统使用。
【背景技术】
[0002]推进工业绿色转型升级、提升工业能效，是贯彻落实党十八届三中全会精神，推进生态文明建设的重大措施。《大气污染防治行动计划》(国发〔2013〕37号)提出，新建高耗能项目单位产品能耗要达到国内先进水平，用能设备达到一级能效标准。《中国能源统计年鉴2013》(中国统计出版社，2013年12月)报道，2012年我国工业原油实物量消耗约4.66亿吨，占全社会原油消费的99 %以上，其中六大重点行业原油消费实物量总量约4.55亿吨。燃油加热炉是消耗燃油的主要装置。目前，传统燃油加热炉热效率平均水平只有82%?89%，达至IJI级能效水平的高效节能环保型燃油加热炉市场占有率不高。先进燃油燃烧器是传统燃油加热炉技术升级改造和提高能效的重要条件。
[0003]传统燃油加热炉主要使用如附图3所示的一种套管式高压烧嘴(韩昭沧.燃料及燃烧(第二版)[M].北京:冶金工业出版社，1994:209-211)。该烧嘴主要包括拉伐尔喷管6和油管1，其结构特征是拉伐尔喷管6内套装油管1，油管1中心轴线和拉伐尔喷管6中心轴线共线，拉伐尔喷管6出口端面、油管1出口端面和炉腔内壁面在同一平面上。这些结构特征导致油雾化和燃烧全部在拉伐尔喷管6出口端面附近区域完成。油流出烧嘴后，在拉伐尔喷管6喷出的高速气流湍流作用下，在拉伐尔喷管6出口端面附近区域完成油雾化过程。拉伐尔喷管6喷出的高速气流湍流作用有限，雾化后油雾粒径较大，在相同炉膛内腔空间条件下油雾不完全燃烧热损失较多。在炉膛内油雾边与空气混合边发生燃烧，油所有燃烧反应均集中在喷管出口附近一小区域内完成，该区域为高温区域，火焰温度最高。该烧嘴出现火焰峰值温度，氮氧化物排放浓度高；油雾在该高温区域行程和停留时间短，燃烧不完全热损失大，单位产品燃油消耗高，甚至能看到黑色排烟，烟气中碳粒和一氧化碳排放浓度高，不能满足当今工业生产节能减排形势需要。
[0004]开发结构简单、安装方便、性能可靠、燃烧效率高和能效高的新型旋流雾化预燃型重油燃烧器，可以降低烟尘、炭黑、一氧化碳和氮氧化物等大气污染物排放，从而促进我国两型社会建设和可持续发展。
【实用新型内容】
[0005]为了克服传统套管式高压烧嘴仅靠拉伐尔喷管喷出的高速气流湍流作用完成所有雾化过程，在拉伐尔喷管出口附近区域完成所有油雾化和燃烧反应，烟气中炭黑、一氧化碳和氮氧化物浓度高等问题，本实用新型设计一种有“渐缩喷管内套装油管，渐缩喷管和呈圆台筒状的烧嘴砖相连接、使用多根补风管”等结构特征，“油旋流二次雾化，油雾旋流预先燃烧”等技术特点，“结构简单、安装方便、性能可靠、氮氧化物排放浓度低、燃烧效率高和能效高”等多重技术优势的旋流雾化预燃型重油燃烧器。
[0006]旋流雾化预燃型重油燃烧器，主要包括油管、渐缩喷管、垫圈、烧嘴砖和众多补风管，烧嘴砖侧壁设置点火孔，烧嘴砖、垫圈、渐缩喷管和油管四者中心轴线共线，油管外套装渐缩喷管，渐缩喷管出口端面与油管出口端面共面，垫圈布置在渐缩喷管出口端面与烧嘴砖入口端面之间，烧嘴砖入口端面、垫圈和渐缩喷管出口端面三者内径相等，渐缩喷管气流通道与烧嘴砖内腔相连通，油流出油管出口端面后即流入烧嘴砖内腔，烧嘴砖呈圆台筒状，烧嘴砖出口端面内径大于烧嘴砖入口端面内径，补风管中心轴线相互平行且在同一平面上，补风管中心轴线所在平面和通过烧嘴砖中心轴线的垂直截面相互垂直，通过烧嘴砖中心轴线的水平截面和补风管中心轴线所在平面倾斜相交，补风管气流通道与烧嘴砖内腔相连通，补风管补入的压缩空气使烧嘴砖内腔油气混合物自烧嘴砖入口端面螺旋流向烧嘴砖出口端面，最终离开烧嘴砖内腔流入炉膛内腔。
[0007]燃用重油、煤焦油或生物柴油等难雾化液体燃料的燃油工业炉窑(含锅炉)新建、节能减排技术升级改造或扩建等场所，可使用本实用新型。
[0008]实用新型经济性好，节能环保效益显著。应用表明:实用新型结构简单，投资少，安装方便，布置紧凑;无油高温结焦堵塞故障，燃烧效率高达99%以上，相对节能率5%?10%及以上，烟气中烟尘、一氧化碳、氮氧化物及碳氢化合物等污染物排放达到大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)要求。
【附图说明】
[0009]图1为旋流雾化预燃型重油燃烧器通过中心轴线的竖直剖视图。
[0010]图2为旋流雾化预燃型重油燃烧器垂直于中心轴线的A-A剖视图
[0011]图3为传统套管式高压烧嘴通过中心轴线的竖直剖视图。
[0012]图1，图2和图3中，1为油管，2为渐缩喷管，3为垫圈，4为烧嘴砖，41为点火孔，5为补风管，6为拉伐尔喷管。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对实用新型作进一步的说明。
[0014]如附图1和附图2所示，旋流雾化预燃型重油燃烧器，主要包括油管1、渐缩喷管2、垫圈3、烧嘴砖4和众多补风管5。补风管5气流通道和油管1油通道均为等面积圆形通道，油管1管材和补风管5管材均为金属材料。烧嘴砖4侧壁设置点火孔41。烧嘴砖4、垫圈3、渐缩喷管2和油管1四者中心轴线共线，油管1外套装渐缩喷管2，渐缩喷管2出口端面与油管1出口端面共面。垫圈3布置在渐缩喷管2出口端面与烧嘴砖4入口端面之间，渐缩喷管2出口端面内径、垫圈3内径和烧嘴砖4入口端面内径三者相等，烧嘴砖4内腔、垫圈3内腔与渐缩喷管2气流通道相连通，油流出油管1出口端面后即流入烧嘴砖4内腔。烧嘴砖4入口端面和垫圈3连接处不漏风，垫圈3和渐缩喷管2出口端面连接处不漏风。垫圈3使得渐缩喷管2出口端面和烧嘴砖4入口端面之间的空间不漏风，阻止烧嘴砖4侧壁高温传热到渐缩喷管2侧壁。烧嘴砖4呈圆台筒状，烧嘴砖4出口端面内径大于烧嘴砖4入口端面内径。烧嘴砖4壁面为酸性耐火材料，正常工作可承受1400°C?1600°C高温作用。补风管5中心轴线相互平行且在同一平面上，补风管5呈一排布置，相邻补风管5中心轴线间距可以相等，也可以不相等。补风管5中心轴线所在平面和通过烧嘴砖4中心轴线的垂直截面相互垂直，补风管5中心轴线所在平面和通过烧嘴砖4中心轴线的水平截面倾斜相交。补风管5中心轴线所在平面和通过烧嘴砖4中心轴线的水平截面不能相互平行，也不能相互垂直。烧嘴砖4内腔壁面和通过烧嘴砖4中心轴线的竖直截面相交得到通过烧嘴砖4内腔最高点的上母线和通过烧嘴砖4内腔最低点的下母线，上下两母线位于烧嘴砖4中心轴线两侧且关于烧嘴砖4中心轴线对称，补风管5内壁面在通过烧嘴砖4中心轴线的垂直截面上的投影在上下两母线之间，补风管5内壁面在通过烧嘴砖4中心轴线的垂直截面上投影的外公切线可以是上母线，也可以是下母线。补风管5内壁面在通过烧嘴砖4中心轴线的垂直截面上投影的外公切线，可以是通过烧嘴砖4内腔最高点的烧嘴砖4内腔上母线，也可以是通过烧嘴砖4内腔最低点的烧嘴砖4内腔下母线。补风管5气流通道与烧嘴砖4内腔相连通。补风管5补入的压缩空气使烧嘴砖4内腔油气混合物自烧嘴砖4入口端面螺旋流向烧嘴砖4出口端面，最终离开烧嘴砖4内腔流入炉膛内腔。沿烧嘴砖4中心轴线自烧嘴砖4入口端面指向烧嘴砖4出口端面方向，油、空气及烟气混合物气流可以沿顺时针方向高速螺旋流出烧嘴砖4内腔，也可以沿逆时针方向高速螺旋流出烧嘴砖4内腔。
[0015]油管1通入油，渐缩喷管2通入空气，空气可由鼓风机或压缩机鼓入。渐缩喷管2空气流向渐缩喷管2出口端面过程中，空气压力势能逐渐转化为动能，流动到渐缩喷管2出口端面时空气速度达到最大值。油离开油管1出口端面即在空气高速湍流扰动作用迅速完成油第一次雾化，油变成油雾，形成油雾空气混合物。油气混合物经烧嘴砖4入口端面流进烧嘴砖4内腔。在烧嘴砖4内腔里，油气混合物受到众多补风管5切向补风形成的高强度旋流扰动作用，迅速完成粗油粒第二次雾化，油雾粒径变得更细，并使得油雾和空气进一步均匀混合。在烧嘴砖4内腔里，油气混合物接触到从烧嘴砖4侧壁点火孔41送来的固定点火源而着火，迅速完成油雾预先燃烧过程。控制渐缩喷管2空气流量和补风管5补风量，使得油雾预燃消耗掉燃油量不超过燃烧器全部燃油量的25%。油雾预燃形成的高温烟气和剩余油气混合物经烧嘴砖4出口端面高速旋流喷入炉膛内腔，最终在烧嘴砖4出口附近的炉膛内腔区域里完成剩余燃油燃烧过程。
[0016]空气从渐缩喷管2出口端面高速湍流喷出，与从油管1出口端面流出油流股在渐缩喷管2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油雾，油雾形成使油总表面积增大，油气混合作用得到强化。油气混合物沿烧嘴砖4中心轴线方向流入烧嘴砖4内腔，与烧嘴砖4连通的补风管5将压缩空气沿垂直于烧嘴砖4中心轴线方向送入烧嘴砖4内腔。压缩空气与油气混合物气流垂直相遇，补风管5补入的压缩空气给烧嘴砖4内油气混合物提供旋转流动驱动力，最终在烧嘴砖4内腔里形成高强度旋转油气混合物气流。油气混合物形成高强度旋转形成的离心力作用，使油气混合物中油雾进一步破裂，从而得到更小粒径油雾，为油完全燃烧创造良好条件。
[0017]稳定点火源从烧嘴砖4侧壁点火孔41伸入烧嘴砖4内腔，油气混合物