小油量气泡雾化喷嘴的试验研究

论文摘要

火电厂作为燃油消耗大户之一，每年要消耗大量燃油用于锅炉点火启动和低负荷稳燃。等离子点火和微油点火技术是我国现代燃煤锅炉点火的主流节油技术，其点火节油效果相当明显，但对于贫煤、无烟煤等难燃煤种，节油却相当有限。本文提出了用气泡雾化油枪（喷嘴）取代普通气化微油点火油枪应用于锅炉微油点火系统的思想，并对气泡雾化喷嘴进行了雾化和燃烧试验研究，为后期点燃煤粉提供工程应用依据。本文首先介绍了气泡雾化原理，给出了液体工质的雾化方法及雾化质量指标，指出了油雾化矩燃烧的影响因素，论述了气泡雾化喷嘴的发展及其雾化质量的影响因素，深入分析了气液比、油压和气压等操作参数及喷嘴内部结构对雾化质量的影响作用以及油雾粒径水平、速度和油雾与空气的混合对燃油燃烧状况的影响。基于气泡雾化理论并结合电站锅炉微油点火设备现状，设计了一款气泡雾化喷嘴。在雾化特性试验台上对喷嘴的流量特性、雾化角、喷雾速度及其分布进行了研究，用3D-PIV测量了喷雾的速度场。结果表明，在一定范围内，液体流量随ALR的增加逐渐减小，雾化角随雾化介质流量的增加而增加，但均在24°以下；混合室内压力的增加会增加气泡的膨胀能，使气泡爆炸更加剧烈，喷雾速度更大；雾滴速度呈现中间向边缘递减的趋势。雾化燃烧试验表明，ALR的升高可以使雾滴粒径更小，油火焰与空气的混合更好，从而使燃烧更充分，火焰更集中，温度水平更高，热力NO也相应有所增加；在低ALR下，喷雾的速度较低，喷雾与助燃空气的混合不良，烟气中CO的含量显著上升，且由于油滴颗粒粒径较大造成火焰拉伸，油颗粒在火焰高温区停留时间延长，SO2略有上升。当油量太小时，油气混合物中燃油的浓度过低，火焰无法传播造成油火焰熄火。沿着火焰长度，火焰向周围介质的累计对流换热及辐射量逐渐增大，在达到最大温度后其径向温度分布曲线更趋于平坦。研究表明，所设计的气泡雾化油枪具备较好的雾化特性和燃烧性能，适合作为微油点火系统中的油枪使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 无油、少油点火技术发展进程及现状
• 1.3 课题的意义
• 1.4 本文研究内容
• 2 燃油雾化燃烧过程及气泡雾化理论
• 2.1 燃油的燃烧过程及其影响因素
• 2.2 液态工质的雾化方法
• 2.3 喷嘴性能及液体燃料雾化质量指标
• 2.4 气泡雾化的研究结果
• 2.5 气泡雾化喷嘴设计
• 2.6 本章小结
• 3 试验系统及测量方法
• 3.1 雾化特性试验系统
• 3.2 雾化燃烧试验系统
• 3.3 气体质量流量及气液比的计算
• 3.4 燃油分析
• 3.5 本章小结
• 4 试验结果分析
• 4.1 流量特性试验结果及分析
• 4.2 雾化角
• 4.3 喷雾速度场结果分析
• 4.4 粒径分析及喷雾燃烧火焰稳定性研究
• 4.5 燃烧试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结与工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步工作的建议
• 致谢
• 参考文献