第七讲液体燃烧精选文档.ppt

第七讲液体燃烧本讲稿第一页，共一百四十五页液体燃料燃烧的一般特征液体燃料燃烧的一般特征液体燃料由于运输，储存方便，热值高，易操作控制，污染少，广泛应用于交通运输、化工、冶金、动力部门。液体燃料燃烧的着火温度远高于它的沸点温度（如汽油，干点温度200C，着火温度780K）。燃料的活化能远大于气化热(如汽油，1281335 kJ/kg)因此，液体燃料总是先蒸发后着火的，即燃烧总是在气态下进行的。汽油机为准预混合的燃烧。柴油机以扩散燃烧为主。提高扩散速度是提高扩散火焰燃烧的关键。工程上采用压力喷射法。如柴油机，为200MPa，实现细化。本讲稿第二页，共一百四十五页柴油机扩散燃烧过程的几个阶段滞燃期I：混合、焰前反应急燃期II：多点着火燃烧缓燃期III：扩散速度控制后燃期IV：残余混合气燃烧，对发动机性能不利本讲稿第三页，共一百四十五页第七章 液体燃料的燃烧技术7-1 液体燃料的雾化7-2 雾化燃烧的过程7-3 燃油喷咀7-4 液体燃料燃烧装置7-5 液体燃料喷咀的设计计算本讲稿第四页，共一百四十五页第一节第一节 液体燃料的雾化液体燃料的雾化本讲稿第五页，共一百四十五页7-1 液体燃料的雾化液体燃料的雾化燃烧方法：液体燃料雾化燃烧经历雾化、蒸发、混合、着火和燃烧几个阶段。本讲稿第六页，共一百四十五页雾化目的：增大液滴的比表面积，加快蒸发速率。燃烧速率取决于蒸发速率蒸发表面积减小滴径雾化本节主要包括以下内容：一、雾化方法二、雾化机理三、雾化质量指标7-1 液体燃料的雾化液体燃料的雾化本讲稿第七页，共一百四十五页一、雾化方法常用的雾化方法有：1、机械式-压力式2、气动式-介质式3，其它方法本讲稿第八页，共一百四十五页1、机械式雾化利用油压从喷孔高速喷出，或以旋转方式使油流加强扰动而使油得到雾化。压力越高，雾化越好，油压一般为15MPa，甚至更高。分直流式、离心式、转杯式三种。利用转杯高速旋转产生的离心力将油流雾化。转杯速度一般为30006000rpm(转/分）本讲稿第九页，共一百四十五页本讲稿第十页，共一百四十五页2、气动式-介质式利用空气或蒸汽作为雾化介质，将喷出的油流雾化。分高压、中压、低压三种方式。高压：雾化介质压力在1 105 pa以上，一般使用蒸汽压力要高；中压：雾化介质压力在1 104 1 105 pa；低压：雾化介质压力在3 103 1 104 pa。本讲稿第十一页，共一百四十五页3、其它方法对冲式：利用两股高速液体射流互相冲击，或一股高速射流与金属板冲击进行雾化。震动式：利用声波、超声波等作用，使液体震动、分裂而雾化。本讲稿第十二页，共一百四十五页二、雾化过程（机理）是一物理过程，机理很复杂。主要是油滴受外界空气动力-外力(包括阻力、拉伸力)和液体燃料内力(表面张力和粘性力)相互作用的结果。外力的作用促使油滴扭曲变形，在紊流作用下，凸出部分会脱离油滴主体，分裂成小油滴。外力包括：油压形成的向前推进的力、空气阻力和油粒的重力。本讲稿第十三页，共一百四十五页内力作用是力图阻止扭曲变形，使其保持完整性。因此，当外力超过内力作用时，油滴分裂，一直分裂到各油滴内力与外力达到平衡为止。二、雾化过程（机理）本讲稿第十四页，共一百四十五页本讲稿第十五页，共一百四十五页雾化的过程实际上就是外力、内力逐渐平衡的过程本讲稿第十六页，共一百四十五页例如离心式机械喷咀喷出的油膜上存在两组扰动波。第一组沿射流方向发展，第二组沿切线方向发展，它与第一组波相垂直，具有横向运动的特点，这组波力图把油膜分裂成为由喷咀轴线向外分散的扇形射流，并出现环圈状的分裂。这种环圈是一种不稳定的运动形式。在外力作用下，分裂成液滴。随着相对运动速度的增大，不稳定扰动的波长缩短，环圈厚度变薄，获得较细的油滴。二、雾化过程（机理）本讲稿第十七页，共一百四十五页三、雾化质量指标1、喷雾锥角（雾化角）2、喷雾射程3、燃料的分布特性4、雾化颗粒细度-平均颗粒5、雾化颗粒的均匀度6、雾化颗粒尺寸分布特性本讲稿第十八页，共一百四十五页1、喷雾锥角（雾化角）喷雾锥角喷雾锥角：喷咀出口到喷雾矩外包络线的两条切线之间的夹角，称为雾化角。条件雾化锥角条件雾化锥角：以喷口为中心，L为半径的圆弧与外包络线的交点与喷口中心联线的夹角。用ij表示。本讲稿第十九页，共一百四十五页L=100mm的条件雾化锥角用100 表示。喷雾锥角对燃烧的影响：根据燃烧室大小和混合条件决定。(1)燃料与空气不易均匀混合时，取大一些 这样便于吸入空气，改善颗粒细度。1、喷雾锥角（雾化角）本讲稿第二十页，共一百四十五页问 题：过大，燃料会喷射到燃烧室壁面上，造成积灰和结焦。(2)对小型燃烧室，雾化角不宜过大(500800)(3)雾化角不宜过小，当过小时，中心易产生缺氧，形成热分解。1、喷雾锥角（雾化角）本讲稿第二十一页，共一百四十五页2、喷雾射程喷雾射程喷雾射程：是指水平方向喷射时，喷射液滴丧失动能时 所能到达的平面与喷口之间的距离。(1)雾化角大和雾化很细的喷雾矩，射程短。(2)密集的喷雾矩，射程长。本讲稿第二十二页，共一百四十五页3、燃料的分布特性燃料的分布特性是指在射流某截面上燃料流量密度沿径向的变化规律。流量密度：单位面积和单位时间内喷射的油量，g/cm2s、cm3/cm2s。燃料的分布特性与喷咀结构、喷射参数有关。本讲稿第二十三页，共一百四十五页4、雾化颗粒细度雾化颗粒细度表示喷雾液滴粗细的程度，采用平均滴径概念。常用的平均粒径有：(1)索太尔(Sauter)平均直径(SMD)(2)质量中间直径(MMD)本讲稿第二十四页，共一百四十五页(1)索太尔(Sauter)平均直径(SMD)按平均直径ds计算的液滴群的总体积与总表面积的比值，恰好和实际液滴群的总体积与总表面积的比值相等，即：本讲稿第二十五页，共一百四十五页(1)索太尔(Sauter)平均直径(SMD)本讲稿第二十六页，共一百四十五页(2)质量中间直径(MMD)质量中间直径d0：是一假定直径，即指大于该直径的所有油粒的总质量等于小于该直径的所有油粒的总质量的液滴直径。最大直径：是指R=5%所对应的液滴的尺寸。试验表明，最大滴径约为中间直径的两倍。雾化液滴的直径，不宜过粗(烧尽时间长，燃烧速度慢)，也不宜过细(穿透力小，形成燃料过浓、过稀区，燃烧不稳定)。本讲稿第二十七页，共一百四十五页(3)影响油粒平均直径的影响因素包括：喷嘴结构参数、油的性质参数和工况参数P141。油的性质参数：油温的影响，T提高可以显著降低油的粘度，表面张力也有所减少，可以改善雾化质量；雾化剂压力和流量的影响：提高雾化剂压力，雾化剂喷出速度将提高，相对速度对雾化直径影响很到，相对速度越大，雾化直径越小。油压的影响：油压决定油的流程速度。使用低压雾化剂时时，油压不宜太高，否则油流会穿过雾化剂，得不到良好的雾化。高压雾化剂时，油压不宜太低，否则会封嘴。对于采用机械式雾化，油压越大，雾化后颗粒的平均直径越小。本讲稿第二十八页，共一百四十五页(3)影响油粒平均直径的影响因素包括：喷嘴结构参数、油的性质参数和工况参数P141。喷嘴结构参数：烧嘴结构对雾化质量影响很大，主要包括：雾化剂和油的出口断面；雾化剂和油的交角；旋转角度；雾化剂和油相遇位置等。本讲稿第二十九页，共一百四十五页5、雾化颗粒的均匀度雾化颗粒的均匀度：雾化颗粒的均匀度：指雾化后液滴颗粒尺寸的均匀程度。液滴间尺寸差别越小，雾化颗粒均匀度越好。雾化颗粒越均匀越好。本讲稿第三十页，共一百四十五页6、雾化颗粒尺寸分布特性雾化颗粒尺寸分布特性描述液滴直径的分布情况。一般是指某一滴径的液滴数量或质量占总液滴数量或质量的百分比，可用数学表达式来描述。常用的有：Rosin-Rammler(罗辛-朗姆勒）公式本讲稿第三十一页，共一百四十五页6、雾化颗粒尺寸分布特性 本讲稿第三十二页，共一百四十五页6、雾化颗粒尺寸分布特性本讲稿第三十三页，共一百四十五页6、雾化颗粒尺寸分布特性(4)当 一定时，h越大，表明喷雾越均匀。(5)实际的尺寸分布与R-R关系有一定的差距：按R-R关系，但实际本讲稿第三十四页，共一百四十五页第二节第二节 雾化燃烧的过程雾化燃烧的过程本讲稿第三十五页，共一百四十五页7-2 雾化燃烧的过程雾化燃烧的过程在工程上，液体燃料的燃烧广泛采用雾化燃烧。本节主要介绍以下内容：一、雾化燃烧过程的组织二、低质燃料油(渣油，重油)的燃烧三、乳化燃烧本讲稿第三十六页，共一百四十五页雾化燃烧经过雾化，蒸发，热解和裂化、混合，着火和燃烧等几个阶段。一、雾化燃烧过程的组织一、雾化燃烧过程的组织本讲稿第三十七页，共一百四十五页一、雾化燃烧过程的组织一、雾化燃烧过程的组织本讲稿第三十八页，共一百四十五页稳定、高效雾化燃烧的条件(主要是控制雾化和混合过程)：1、保证雾化质量良好2、油雾与空气混合好 雾化应看作燃烧的先决条件，混合过程也同样重要。稳定和强化重油燃烧的三个基本途径：改善雾化质量；供给适量的空气，强化空气与油雾的混合；保证点化区域和燃烧室的高温。一、雾化燃烧过程的组织一、雾化燃烧过程的组织本讲稿第三十九页，共一百四十五页1、保证雾化质量良好要保证雾化质量，必须使雾化颗粒度小，均度好。雾化好蒸发速率燃烧速率影响雾化质量的因素：(1)、喷咀结构(2)、喷油压降(3)、油的物理性质(4)、雾化介质的物理性质本讲稿第四十页，共一百四十五页(1)、喷咀结构结构参数、型式及加工质量对雾化质量影响很大。如对离心式机械喷咀，油离开喷嘴时切向速度和径向速度的比值大小对雾化质量有决定性的影响。切向速度增大，喷雾锥角增大，射程缩短，卷吸的空气量大，雾化颗粒细度较小。本讲稿第四十一页，共一百四十五页(2)、喷油压降提高喷嘴前后压差，可以提高喷油速度，增大喷油量。对离心机械喷咀，油压越高，雾化越细。油压增加，喷雾锥角增大，但油压也不能过高，否则喷雾锥角反而略有下降。使用低压雾化剂时时，油压不宜太高，否则油流会穿过雾化剂，得不到良好的雾化。高压雾化剂时，油压不宜太低，否则会封嘴。本讲稿第四十二页，共一百四十五页(3)、油的物理性质影响雾化质量的油的物理性质主要是粘度和表面张力。粘度影响最大。提高温度，可以降低粘度和表面张力（降低不大），使雾化质量提高。对离心式机械喷嘴：雾化初始段黏度影响起决定作用；雾化中期，表面张力起主要作用；雾化后期，黏度和表面张力同时起作用。本讲稿第四十三页，共一百四十五页(4)、雾化介质的物理性质对采用雾化介质的喷嘴，雾化介质的喷出速度、温度和流量对雾化质量有影响。雾化介质的流速越高，雾化介质和油流的相对速度越大，雾化越细。增大雾化介质流量，雾化质量变好。本讲稿第四十四页，共一百四十五页2、油雾与空气混合好每千克重油燃烧需要大约10m3以上的空气，需求量大。雾化后油滴或油雾与空气的混合对雾化燃烧有非常重要的影响。合理地组织空气流动，加强油雾与空气的混合过程是强化雾化燃烧，以及提高燃烧完全度的一个关键。如果混合速度慢，则火焰拉长，且容易形成不完全燃烧产物。本讲稿第四十五页，共一百四十五页本讲稿第四十六页，共一百四十五页雾化燃烧时空气组织的基本原则(1)早期混合要强烈(2)有一个合适的回流区(3)加强后期混合(4)合理组织空气(5)燃烧空间有较高的温度水平本讲稿第四十七页，共一百四十五页(1)、早期混合要强烈由于油雾在缺氧、高温情况下，会发生热分解，生成难燃的炭黑。因此，在喷嘴出口到着火之前必须有一部分空气与油雾先混合，而且混合速度要尽可能快。同时要注意空气流和油雾流的扩散角的配合。本讲稿第四十八页，共一百四十五页(2)、有一个合适的回流区回流区的大小和位置对着火燃烧有影响，回流区过大，易烧坏喷咀，且不利早期混合，使燃烧恶化；回流区过小，或位置太后，则会推迟着火，火焰拉长，增大不完全燃烧损失。通常用旋转射流或钝体来稳定火焰。本讲稿第四十九页，共一百四十五页(3)、加强后期混合由于离开喷嘴的油雾分布不均匀，在油滴集中处易缺氧，产生不完全燃烧产物。为了使未完全燃烧产物在炉内完全燃烧，需要加强油滴和空气的混合，因此，应很好的组织空气射流，加强后期混合。一般用提高二次风速度可加强后期混合。本讲稿第五十页，共一百四十五页(4)、合理组织空气空气流的组织一般通过调风器来实现。调风器主要由稳焰器稳焰器和调风器叶片调风器叶片构成，稳焰器的作用是稳定火焰防止火焰吹脱。稳焰器有旋流器型旋流器型和稳焰板型稳焰板型两大类。调风器叶片有固定式固定式和可变式可变式两种。本讲稿第五十一页，共一百四十五页(4)、合理组织空气本讲稿第五十二页，共一百四十五页(5)、燃烧空间有较高的温度水平保持燃烧空间有较高的温度水平，以保证着火稳定和燃烧完全本讲稿第五十三页，共一百四十五页二、低质燃料油的燃烧低质燃料油燃烧的一些问题解决低质燃料油燃烧问题的措施本讲稿第五十四页，共一百四十五页低质燃料油燃烧的一些问题低质燃料油(重油、渣油)分子结构复杂，粘度大，沸点高，挥发性差，因此，其燃烧存在一些问题：1、生成不完全燃烧产物2、喷咀积炭3、结垢4、腐蚀本讲稿第五十五页，共一百四十五页1、生成不完全燃烧产物不完全燃烧产物主要是碳黑，还会产生积灰、结焦。(1)渣油属高分子碳氢化合物，在高温缺氧条件下，发生热解，生成不易燃尽的碳黑，常常冒黑烟。(2)渣油粘度大，雾化质量差，油滴大不易烧尽，并积存在壁面上，形成积炭、结焦。本讲稿第五十六页，共一百四十五页2、喷咀积炭喷咀出口处积炭，结焦使燃料和气流受阻，喷雾质量变坏，在气流冲刷作用下会造成周期性的积炭，脱落及生长。本讲稿第五十七页，共一百四十五页3、结垢渣油中含有各种金属元素，在燃烧过程它们形成金属氧化物，低熔点的灰分容易粘结在受热面上形成结垢。本讲稿第五十八页，共一百四十五页4、腐蚀由于渣油中含有较多的S，燃烧时形成SO2引起低温腐蚀。如果在金属壁面上产生结垢，能起到一种电解质的作用，造成电化学腐蚀。这种腐蚀逐渐使金属表面熔掉，这就是所谓的高温腐蚀。本讲稿第五十九页，共一百四十五页解决低质燃料油燃烧问题的措施燃烧低质油时，在燃烧技术上可采用下列措施：(1)、预热渣油或重油：降低粘度，提高雾化质量；(2)、过滤渣油中的机械杂质，防止堵塞喷咀或结垢；(3)、用软水清洗燃油或添加腐蚀阻化剂，清除Na、S、V等元素，防止结构和腐蚀；本讲稿第六十页，共一百四十五页解决低质燃料油燃烧问题的措施(4)、选用适宜于低负荷运行的烧咀a.如采用回油式机械喷咀，空气出口可调式低压喷咀。b.选择合适的雾化角。c.选用优质材料制造喷咀。d.选择合适的配风系统，控制回流区的大小。本讲稿第六十一页，共一百四十五页三、乳化燃烧乳化燃烧在燃烧机理上有以下三个特点:1、产生二次雾化2、减少碳黑的生成和NOx的排放3、防暴性好 本讲稿第六十二页，共一百四十五页1、产生二次雾化乳化油的雾化液滴大多数是油包水型。油滴直径大多是50150m，其中水珠直径约25 m，所以一个油滴内有多个水珠，并均匀分布在油滴内。在高温环境下油中的水气化，使油滴膨胀。当水蒸气压力大于油膜的表面张力时，油膜会爆破。使大油滴变成小油滴。这种现象称为二次雾化。二次雾化后的油滴更小(15 m)，易于燃尽。本讲稿第六十三页，共一百四十五页2、减少碳黑的生成和NOx的排放二次雾化使油滴细化，促进了油雾与空气的混合，强化燃烧，减少碳黑的生成。此外由于水蒸气含量的增大，有利于碳黑的水煤气反应：本讲稿第六十四页，共一百四十五页2、减少碳黑的生成和NOx的排放实验证明，掺水率为815%，乳化燃料燃烧可节约燃油6%。使用乳化燃料燃烧，可减少烃类、固体碳粒9095%，烟尘减少72%。由于二次雾化使油与空气混合均匀，避免局部高温，NOx排放量可大幅度降低(5075%)。本讲稿第六十五页，共一百四十五页3、防暴性好 乳化油的火焰上传播速度有所降低。爆炸界限下限有所提高，因而安全性提高。本讲稿第六十六页，共一百四十五页第三节第三节 雾化燃烧模型雾化燃烧模型本讲稿第六十七页，共一百四十五页液雾燃烧是受很多物理及化学因素影响的复杂的综台现象。但并不等于一些单元过程的简单相加，因为这些基元过程之间会产生相互作用。在探讨两相燃烧的综合现象时，必须弄清各基元过程间的相互作用以及在任何种条件下哪个基元过程起主导作用。我们这里只讨论简单几何条件下两相流燃烧最基本的规律。一、基本情况 本讲稿第六十八页，共一百四十五页一、基本情况 根据实验观察结果，有关文献认为液雾燃烧可能存在以下几种模型：(1)预蒸发型气体燃烧。例如当进口空气温度较高，喷嘴离稳定区距离较远，液雾较细，就接近于这种娄型的燃烧。（类似于气体湍流燃烧。蒸发类似于气体湍流燃烧。蒸发对火焰长度影响不大对火焰长度影响不大）。本讲稿第六十九页，共一百四十五页根据实验观察结果，有关文献认为液雾燃烧可能存在以下几种模型：(2)滴群扩散燃烧。当进口空气温度较低，液雾不太细(或挥发性较差)，到达燃烧区前蒸发量很少，则形成滴群扩散燃烧。如冲压发动机和火箭发动机燃烧室中就接近滴群扩散燃烧。燃烧与蒸发几乎同步，燕发是强化燃烧和控制火焰长度的关燃烧与蒸发几乎同步，燕发是强化燃烧和控制火焰长度的关键因素，而化学动力学因素不起什么作用。键因素，而化学动力学因素不起什么作用。一、基本情况 本讲稿第七十页，共一百四十五页(3)复合燃烧。液雾中较细的滴在燃烧区前方预先蒸发掉，形成一定预混程度的气体火焰，而比较粗的滴到达燃烧区时尚术蒸发完毕，继续进行滴群扩散燃烧。(4)部分预蒸发气体燃烧加上液滴蒸发。这时一部分小滴已经蒸发完毕，而有一部分液滴进入火焰区时其直径已过小而着不了火，只能蒸发，这时没有滴群扩散火焙，只有滴间空间中部分预混的气体火焰。在这两种情况，蒸发因素、湍流因素、反应动力学因在这两种情况，蒸发因素、湍流因素、反应动力学因素都将起作用。素都将起作用。一、基本情况 本讲稿第七十一页，共一百四十五页二、单个油滴的蒸发与燃烧研究单个油滴蒸发与燃烧的原因：喷雾燃烧涉及到很多油滴同时发生热量、质量、动量交换以及化学变化，过程太复杂，而单个油滴则是其基础，如果知道单个油滴的喷雾与燃烧，同时知道喷雾中油滴群的尺寸、个数、速度的时空分布，则喷雾与燃烧过程很容易得到解析解。单个油滴蒸发与燃烧的理想化：理想的扩散燃烧过程，以无限薄的燃烧火焰面为界面，将燃料与氧化剂分开。假设单个油滴的蒸发面为壁面，外界热空气中没有燃料，燃料中无空气：很明显，燃料的蒸发与燃料的类别、介质温度与成分、油滴的初试尺寸有关。本讲稿第七十二页，共一百四十五页二、单个油滴的蒸发与燃烧稳定蒸发时，液相内温度与组分分布一定：TR为常数，液相源区 YFR=1气相区无穷远处燃料的质量分数 YF=0为求解蒸发速度，必须知道液相及气相的温度与组分分布。求解原理：组分守恒 能量守恒本讲稿第七十三页，共一百四十五页二、单个油滴的蒸发与燃烧单个油滴的蒸发过程为Stefen流问题（条件：存在扩散过程及物理化学过程）温差（T TW）引起热传递（温度较低的液体进入稳定较高的空气）浓度差（YFR-YF）引起质量扩散 假设油滴为对称的旋转球体，可以得到稳定、定物性的能量方程及组分方程本讲稿第七十四页，共一百四十五页二、单个油滴的蒸发与燃烧上述两个方程、三个未知数，需要补充方程求解。求解思路：首先找出传质速度W/的表达式。求解传质数的思路是：液体燃料流出的总热量与导入表面的热通量相等。本讲稿第七十五页，共一百四十五页二、单个油滴的蒸发与燃烧在壁面处（r=R），蒸发单位质量的燃料蒸气所需吸入热量联解可得：液滴蒸发速率w，进而可计算油滴寿命等。本讲稿第七十六页，共一百四十五页(1)一维滴群扩散燃烧一维滴群扩散燃烧(Port模型模型)。Port的一维滴群扩散燃烧模型是，认为滴群燃烧是以单液滴扩散燃烧进行的但考虑滴径分布的不均匀性，忽略滴与气体的相对速度变化，并假定w=u=const及忽略液滴的预热升温过程。主要用以计算燃烧完全度(2)一维滴群扩散燃烧一维滴群扩散燃烧(Spalding、Priem模型模型)。Spalding、Priem等研究者提出了类似的模型，主要用来估算液体火箭发动机燃烧室中燃烧完全度和燃烧室的长度。这类模型可以同时考虑液滴尺寸分布的不均匀性，液滴的加速及其预热升温。模型基本假定是；(1)燃烧室中或液火焰是等温的。(2)忽略滴的扩散。(3)液滴按直径分组。(4)液滴温度是逐步升高的。三、滴群模型 本讲稿第七十七页，共一百四十五页(3)夜雾两相燃烧的多维模型。夜雾两相燃烧的多维模型。一维模型简化分析都是以单滴的运动(轨道)和蒸发为基础进行的一维分析，对流场作了简化，忽略了两相之向的耦合作用。实际燃烧室中的液雾燃烧发生于气相流动，液相流动及气相燃料浓度场都不均匀的情况下。因此，近年来发展了更为完善的液雾燃烧的理论分析方法，采用有关湍流，蒸发、滴扩散等数学模型，然后用数值法解联立偏散分方程组来计算液雾燃烧的各种特性。例如斯泊尔汀，的“无滑移”模型认为液滴与气流无相对运动但有扩散，把液滴看作连续介质中的一种成分，从而写出其与气相组份相类似的液滴滴浓度的守恒方程。三、滴群模型 本讲稿第七十八页，共一百四十五页第四节第四节 燃油喷咀燃油喷咀本讲稿第七十九页，共一百四十五页7-4 燃油喷咀喷咀俗称喷雾器或化雾器,其作用为:(1).雾化燃料油；(2).按要求的喷雾锥角和燃料分布特性送入炉内。燃油喷咀主要有以下几类：一、机械式喷咀二、气动式喷咀三、旋转式喷咀本讲稿第八十页，共一百四十五页机械式喷咀利用液体燃料的压力达到雾化的目的，又称压力式喷咀。喷油压力：工业炉、锅炉23.5MPa；燃气轮机58MPa；柴油机1530MPa；航空发动机高达100MPa。原理：压力油经分流片以速度wqx切向进入旋流片，在旋流室形成旋转运动后，以径向速度wjx和轴向速度wzx从喷口高速流出。喷出的油在离心力的作用下甩开、雾化。一、机械式喷咀本讲稿第八十一页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第八十二页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第八十三页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第八十四页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第八十五页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第八十六页，共一百四十五页1.喷咀出口的切向速度:一、机械式喷咀本讲稿第八十七页，共一百四十五页2.喷咀出口的轴向速度分布:一、机械式喷咀本讲稿第八十八页，共一百四十五页3.喷油量的确定:一、机械式喷咀本讲稿第八十九页，共一百四十五页经整理后的油流量可按下式计算：一、机械式喷咀本讲稿第九十页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第九十一页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第九十二页，共一百四十五页4.喷雾锥角的确定一、机械式喷咀本讲稿第九十三页，共一百四十五页5.修正:一、机械式喷咀本讲稿第九十四页，共一百四十五页一、机械式喷咀本讲稿第九十五页，共一百四十五页调节能力有限,适用于负荷比较稳定的场合。为了扩大喷咀的调节幅度，可以利用机械式回油喷咀。回油方式分为内回油和外回油两种。回油喷咀的结构特点是：在旋流室的后面开了一个通道，使油回流。低负荷时，在压力和总流量不变情况下，用增加回流量的方法可达到减少喷油量的目的。因此回油量喷咀调节比大。一、机械式喷咀本讲稿第九十六页，共一百四十五页缺点：1、喷咀工作特性受回油流道阻力特性变化影响。2、增大油泵能耗。3、用渣油时要预热，而回油则送回储油罐，使储油罐的温度升高。因此要防止自燃。4、不宜使用容易形成析碳的热裂化渣油，一、机械式喷咀本讲稿第九十七页，共一百四十五页否则回油通道会被析碳堵塞。5、高负荷时喷雾锥角减小，易把大量油喷到缺氧区。一、机械式喷咀本讲稿第九十八页，共一百四十五页一、机械式喷咀其它形式的机械喷咀：（1）双油路双喷咀机械离心喷咀：通过控制主、副油管的主副喷咀来控制调节比，高负荷时投入主喷咀，低负荷时投入副喷咀。（2）针形阀离心喷咀：通过移动针形阀，改变喷口有效截面来调节负荷。本讲稿第九十九页，共一百四十五页机械式离心喷咀的共同优点：1、机构简单、紧凑。2、操作方便，不需要雾化介质。3、空气预热温度不受限制。4、噪音小。缺点：1、加工精度要求高。2、小容量喷咀易积碳堵塞。一、机械式喷咀本讲稿第一百页，共一百四十五页3、雾化细度受油压影响。机械式喷咀广泛应用于柴油机、燃汽轮机燃烧室，也适用于锅炉和回转窑等大型炉子。一、机械式喷咀本讲稿第一百零一页，共一百四十五页二、气动式喷咀这种喷咀利用空气或蒸汽作为雾化介质，将其压力能转化为高速气流，使油流喷散成雾化炬。按雾化介质的压力可分为：1、低压喷咀2、高压喷咀本讲稿第一百零二页，共一百四十五页1、低压喷咀低压喷咀适用于中、小型工业窑炉或工业锅炉。以空气作为雾化介质，空气压力为300 1200mmH2O柱。由于压力低，雾化介质消耗量大，约为理论空气量的50100%。优点：(1)混合好，燃烧速度快，火焰短；(雾化介质流量大)(2)小(一般=1.101.15)，理论燃烧温度高本讲稿第一百零三页，共一百四十五页1、低压喷咀(3)燃烧噪音小，雾化费用低。缺点：(1)雾化介质压力低，单喷咀容量小(150300 Kg/h)。否则，不易保证雾化质量；(2)空气预热温度不宜太高，否则易产生热裂反应，形成碳黑堵塞油管；tk 300(3)调节比小。本讲稿第一百零四页，共一百四十五页1、低压喷咀低压喷咀的油压一般为0.020.15MPa，若油压太高，则:(1)油流速度太快,穿透雾化介质，雾化不好。(2)在喷油量不便的情况下，油喷口截面小,易堵塞。为了在低负荷时保证雾化质量,空气喷口截面做成可调的。本讲稿第一百零五页，共一百四十五页1、低压喷咀按结构低压喷咀分为直流式、旋转式；单级、多级喷咀。为了提高雾化和混合质量，可以采用多级喷咀，即把空气分为多股，与油流混合。低压喷咀雾化介质消耗量的计算：本讲稿第一百零六页，共一百四十五页1、低压喷咀本讲稿第一百零七页，共一百四十五页2、高压喷咀高压喷咀用于大型炉子。雾化介质：压缩空气（0.30.7MPa)或蒸汽(0.31.0MPa)、氧气或高压煤气。高压喷咀的优点高压喷咀的缺点高压喷咀的分类本讲稿第一百零八页，共一百四十五页高压喷咀的优点与低压喷咀相比，其优点优点为:(1)采用较高的蒸汽过热度及空气预热温度:用量小。对油管加热影响不大，不发生热裂反应。(2)单个高压喷咀容量大，可达几千公斤/小时；(3)调节比大，达45，甚至10。本讲稿第一百零九页，共一百四十五页高压喷咀的缺点(1)噪音大：雾化介质喷出速度接近音速。(2)雾化条件、混合条件差，火焰长，雾化介质用量少(210%)(3)用蒸汽作为空气介质时，会将降低理论燃烧温度。本讲稿第一百一十页，共一百四十五页高压喷咀的分类按高压喷咀结构可分为：本讲稿第一百一十一页，共一百四十五页外混式喷咀外混式喷咀的油喷口与雾化介质喷口基本上在同一横截面上。油流和雾化介质在喷口外相遇雾化。其特点是边雾化、边混合，边燃烧，火焰较长。由于喷咀暴露在高温燃烧室，因此易积碳堵塞。本讲稿第一百一十二页，共一百四十五页内混式喷咀内混式喷咀将雾化介质和油流在混合室内混合成油气乳状液。然后喷出，进一步雾化成油滴。为了改善雾化质量，可采用多喷口的喷咀(如Y形喷咀)。其特点是混合好，雾化好，油滴平均直径为50m。调节比大，可达610。雾化蒸汽量少，仅为普通蒸汽喷咀的四分之一。缺点是易堵塞、有噪音。本讲稿第一百一十三页，共一百四十五页内混式喷咀图本讲稿第一百一十四页，共一百四十五页多级喷咀为了提高雾化质量和混合质量，还可采用多级喷咀。如高压拉伐尔式双级喷咀。其一级雾化采用拉伐尔管，可以利用高压气体的能量。拉伐尔管后的扩张收缩管可使油滴分布速度均匀。本讲稿第一百一十五页，共一百四十五页三、旋转式喷咀旋转式喷咀把油供给旋转体，借助于离心力以及周围的空气动力使油雾化。旋转体型喷咀使油在旋转体表面形成油膜，进而雾化成液滴。本讲稿第一百一十六页，共一百四十五页三、旋转式喷咀旋转式喷咀的特点是：(1)结构简单：如小于250kg/h的喷咀不要风 机和风管系统，不要高压油源。(2)雾化特性良好，平均粒度4550m，均匀度好。(3)流量密度均匀，喷雾锥角大(60800)。(4)火焰短而粗，火焰是旋转的，有利于炉内传热。本讲稿第一百一十七页，共一百四十五页三、旋转式喷咀(5)燃料适应性好，对不同炉子适应性也好。(6)出油孔较大，不易堵塞。(7)调节比大，一般45。(8)缺点是噪音大、振动大。本讲稿第一百一十八页，共一百四十五页三、旋转式喷咀下面介绍两种旋转式喷咀：1、转杯式喷咀2、转板式喷咀本讲稿第一百一十九页，共一百四十五页1、转杯式喷咀如图，转杯高速旋转，油从空轴流入转杯内壁，在离心力作用下，转杯内形成油膜。由于油流运动路程长，油膜逐渐减薄，直至雾化形成细粒脱离杯口。这是第一次雾化。细油粒脱离杯口后，与油流旋转方向相反的一次风相遇，在一次风的冲击下，细小的油粒再次雾化。通常要求一次风速大于油粒的旋转速度，一般取50100m/s。本讲稿第一百二十页，共一百四十五页本讲稿第一百二十一页，共一百四十五页1、转杯式喷咀采用转杯式喷咀燃烧重油时，转杯内表面易积碳。这是因为燃烧停止后，残留在空轴内的油落入杯内，在炉内辐射烘烤下所形成的。本讲稿第一百二十二页，共一百四十五页2、转板式喷咀向转板中心喷出的油，借助油和转板之间的摩擦以及离心力作用，展延成薄的油膜，在转板上铺展开来。在转板周围开有齿形缺口，空气从转板四周的齿形缺口和转板边缘的环状缝隙以高速喷出，与具有离心力的油膜相碰撞，油膜破裂、雾化，并与空气均匀混合。本讲稿第一百二十三页，共一百四十五页第五节第五节 液体燃料燃烧装置液体燃料燃烧装置本讲稿第一百二十四页，共一百四十五页7-4 液体燃料燃烧装置液体燃料燃烧装置主要由喷咀(喷射器、油枪)和调风器组成。此外，有点火及调节装置等辅助部件。如图为燃烧重油的燃烧装置。利用简单的离心式喷咀。喷头处装有稳焰板。调风器为径向可调叶片旋流器。通过改变叶片角度可以调节空气量及其旋转强度，空气由供风箱供给。在主喷咀旁装有点火喷咀。本讲稿第一百二十五页，共一百四十五页7-4液体燃料燃烧装置在燃烧重油的大型锅炉上常使用回油式机械喷咀，在喷咀旁设有点火设备，喷咀外有冷却套管。调风器为轴向叶片式旋流器。稳焰器为轴向叶片式旋流器。改变稳焰器叶片轴向位置可以调节一次风旋流度。一次风量由风门来控制。二次风经轴向旋流器8后旋转进入炉内，二次风旋转方向与一次风的相同。二次风轴向旋流器套在一次风管外面，有操纵机构带动，沿轴向作前后运动，以改变二次风的旋流度。本讲稿第一百二十六页，共一百四十五页第五节第五节 液体燃料喷咀的设计液体燃料喷咀的设计计算计算本讲稿第一百二十七页，共一百四十五页7-5 液体燃料喷咀的设计计算喷咀的计算分设计计算和校核计算，主要的目的是确定喷咀的主要尺寸。下面介绍单级离心式机械喷咀和气动式喷咀的设计计算方法。一、机械式喷咀设计计算二、气动式喷咀设计计算本讲稿第一百二十八页，共一百四十五页一、机械式喷咀设计计算根据喷咀最大喷油量B，最大喷油压降p及喷雾锥角来确定雾化片及旋流片的主要尺寸。1、雾化片计算2、旋流片计算本讲稿第一百二十九页，共一百四十五页1、雾化片计算(1)喷咀几何特性系数A。根据试验，合理选择喷雾锥角。根据公式()和()计算充满度系数和几何特性系数A，或根据通过查图得到和A。(2)喷口直径dp。由式()可求得喷口截面积，从而求得喷口直径。即本讲稿第一百三十页，共一百四十五页1、雾化片计算 式中，为流量系数，由式()计算或查图；y为t时的油密度。(3)喷口长度l。l太长，雾化角变小，雾化质量降低；l太短，喷咀易磨损，降低喷咀寿命。一般l取(0.52.0)rp。(4)旋流室到喷孔的过渡锥角。一般取90o，对桃形旋流室，可取60o。本讲稿第一百三十一页，共一百四十五页2、旋流片计算(1)切向孔数目n。根据加工的可能性，以及使用时不堵塞为原则来选取切向孔的半径rqk和孔数n。一般取n=24。(2)切向孔直径dqk。由式()几何特性系数本讲稿第一百三十二页，共一百四十五页2、旋流片计算从而得到切向孔总截面积：式中，rp为喷口直径，mm；R为切向孔中心线到喷口中心线之间的距离，mm。本讲稿第一百三十三页，共一百四十五页2、旋流片计算单个切向孔的截面积为：式中，dqk为单个切向孔直径，mm。一般取R/rp=26。若R/rp值大，旋流度就大。本讲稿第一百三十四页，共一百四十五页2、旋流片计算(3)切向孔深度h。h太浅会使油偏离切线方向；h太深会增大阻力损失。一般取h=(1.54)dqk。(4)旋流室宽度H。稍大于dqk。(5)旋流室直径D。D=(R/rp)+dqk如果切向孔非圆形，则切向槽高取b=1.52.5 mm，槽长s=(12)b，槽面积fqk=nbs。本讲稿第一百三十五页，共一百四十五页二、气动式喷咀设计计算已知单个喷咀容量、油温、油压及雾化介质、温度和压力的情况下，确定喷咀的油喷口直径、雾化介质流通截面积、导油管及雾化介质导管直径。气动喷咀有高压和低压之分，在这两种喷咀的计算中，除雾化介质喷口截面积计算不同外，其余各部分基本相同。本讲稿第一百三十六页，共一百四十五页二、气动式喷咀设计计算计算的主要内容包括：1、油喷口直径dy2、低压雾化介质流通截面积fw3、高压雾化介质流通截面积fw4、导油管直径Dy5、雾化介质导管直径Dw本讲稿第一百三十七页，共一百四十五页1、油喷口直径dy式中，B为喷油量，kg/s；为流量系数，由实验确定，一般取0.20.4；py为喷咀前后油压差，Pa；y为油密度kg/m3。为防止油喷口堵塞，低压喷咀的油喷咀直径一般不得小于2.53.0mm本讲稿第一百三十八页，共一百四十五页2、低压雾化介质流通截面积fw 式中，G为雾化空气量；w为空气喷出前的实际密度，kg/m3；为流量系数，由实验确定，一般取0.60.8；pw为喷口前后雾化介质压差，Pa。本讲稿第一百三十九页，共一百四十五页3、高压雾化介质流通截面积fw当渐缩型喷口出口速度低于当地音速时，得：当出口速度为当地音速时，有：本讲稿第一百四十页，共一百四十五页3、高压雾化介质流通截面积fw式中，G为雾化介质流量，kg/s；为流量系数，由实验确定，一般取0.60.9；pw和p0分别为雾化介质喷口前后压力，Pa；w为雾化介质实际密度,kg/m3；K为绝热指数；为系数。本讲稿第一百四十一页，共一百四十五页4、导油管直径Dy 式中，wy为油流速，一般取0.10.8m/s。但导油管直径应在10mm以上，按计算的数值选用标准管径。雾化介质导管亦相同。本讲稿第一百四十二页，共一百四十五页5、雾化介质导管直径Dw式中，ww为雾化介质流速。一般按下表选取。本讲稿第一百四十三页，共一百四十五页复习题复习题 1、液体燃料雾化的方法。2、燃料油雾化燃烧基本过程。3、强化燃油燃烧过程的基本途径具体有哪些，说明理由。4、影响燃料油雾化颗粒平均直径有那些因素？影响方式。5、液雾燃烧存在几种形式？本讲稿第一百四十四页，共一百四十五页第七章 结束本讲稿第一百四十五页，共一百四十五页