高压油嘴的油压和雾化性能优化方法

1.一般特性

高压油嘴的雾化剂通常采用蒸汽或压缩空气，通过雾化剂形成的高速气流对油进行冲击而将油雾化。

雾化剂压力：蒸汽0.3～1.2MPa。压缩空气0.3～0.7MPa。

雾化剂耗量：蒸汽0.4～0.6kg/kg（油）；压缩空气0.5～0.8kg/kg（油）。

雾化剂压力高，取耗量的低限；反之，取高限。

高压油嘴雾化性能好，雾化粒度可达20～30μm，调节比达1∶6。火焰形状易控制，对油的适应性强。缺点是噪声大，使用成本高。适用于热负荷大的各类工业炉。

高压油嘴主要分两类：

（1）外混式油嘴　雾化剂与油在油嘴喷口以外相混，如GW-1型高压油嘴。

（2）内混式油嘴　雾化剂与油在油嘴内部相混，雾化质量好，如带扩压管及多喷孔内混式油嘴。

油压应根据油嘴类型而定。外混式高压油嘴一般要求30～50kPa的油压；内混式高压油嘴的油压应高于混合室内雾化介质的剩余压力，以免由于反压太大而影响油的喷出量。

使用压缩空气为雾化剂时，与使用蒸汽相比火焰温度较高且火焰较短，但压缩空气成本高，故应尽量以蒸汽作雾化剂。

2.高压油嘴计算

高压油嘴有关计算尺寸代号见图5-33。

（1）燃油进口管直径

式中 D_y——燃油进口管直径（mm）；

G_y——燃油小时流量（kg/h）；

ρ_y——实际温度下燃油密度（kg/m³）；

v_y——燃油流速，v_y=0.1～1.0m/s。

（2）燃油喷口截面面积

图5-33 高压油嘴计算尺寸代号

式中 A_y——燃油喷口截面面积（mm²）；

μ——燃油喷口流量系数，μ=0.2～0.4；

p_y——喷口前燃油压力（MPa）。

燃油喷口直径。

为防止喷油口结焦，直径d_y不应小于2.5mm。

（3）雾化剂进口管直径

式中 D_w——雾化剂进口管直径（mm）；

G_w——雾化剂流量（kg/h）；

ρ_w——雾化剂密度（kg/m³）；

v_w——雾化剂流速（m/s），对于饱和蒸汽v_w=20～30m/s；过热蒸汽v_w=30～60m/s；压缩空气v_w=15～20m/s。

（4）雾化剂喷出口截面面积

式中 A_k——雾化剂喷出口截面面积（mm²）；

p₁——雾化剂初始压力（MPa）；

υ₁——雾化剂初始比体积（m³/kg）；

μ——雾化剂喷出口流量系数，μ=0.7～0.9；

ψ——雾化剂特性系数，对于饱和蒸汽ψ=1.99；过热蒸汽ψ=2.09；压缩空气ψ=2.14。

（5）扩压管式喷头的出口截面面积

或

式中 A_s——扩压管式喷头的出口截面面积（mm²）；

p₂——雾化剂终了压力（MPa）；

v_w——雾化剂喷出速度（m/s），；i₁、i₂为雾化剂绝热膨胀前后比能（kJ/kg），μ为流量系数，μ=0.95；

K——绝热指数，对于饱和蒸汽K=1.135；过热蒸汽K=1.3；压缩空气K=1.4。

扩压管式喷头的出口直径。

（6）油滴理论雾化半径

式中 r——油滴理论雾化半径（mm）；

ρ——膨胀终了时雾化剂密度（kg/m³）；

Δi——绝热膨胀前后雾化剂比能降落（kJ/kg），Δi=i₁-i₂。

3.高压油嘴分类

（1）GW-1型高压油嘴（图5-34）属于外混式油嘴，依靠雾化剂和油的压力差进行雾化。高压雾化剂通过带有导向叶片的螺旋形旋流喷头形成强烈的旋转气流，在油嘴外部使喷出的油雾化。

图5-34　GW-1型高压油嘴(www.xing528.com)

油嘴前油压0.03～0.05MPa，雾化剂压力0.3～0.4MPa。油压增高，雾化剂压力也需增高。用压缩空气雾化时，其耗量约为燃烧所需空气量的3%～10%（蒸汽量为2%～8%），其余空气量由风机借助空气套送入，进空气套的空气压力不低于1200Pa。

油嘴性能见表5-48，安装尺寸见图5-35及表5-49，所配空气套及其尺寸见图5-36及表5-50。

表5-48　GW-1型高压油嘴性能

注：助燃空气体积为标准状态。

表5-49　GW-1型高压油嘴安装尺寸 （单位：mm）

图5-35　GW-1型高压油嘴安装图

1—油嘴　2—空气套　3—油嘴砖　4—固定板

图5-36　FRH、FRS空气套

1—壳体　2—整流叶轮　3—点火孔　4—油嘴支架　5—固定螺钉　6—窥视孔　7—蝶阀（FRH-5、FRS-3、FRS-5为螺纹连接，其余为法兰连接）

表5-50　FRH、FRS空气套尺寸　（单位：mm）

（2）带扩压管的内混式高压油嘴（图5-37）带扩压管的内混式高压油嘴是利用高压雾化剂的能量，在扩张式管嘴内进行绝热膨胀，其喷出速度可超过声速，从而提高雾化与混合质量。进油压力接近喷油口处雾化剂压力，一般取0.5MPa。

（3）GNB型多喷孔内混式高压油嘴（图5-38）该型油嘴以过热蒸汽为雾化剂，油嘴内部设混合室，使雾化剂与油进行充分混合并使出口截面上的速度均匀。改变喷孔对轴心的交角α，可调节火焰的长度与张角。

油压与气压一般为0.3～0.6MPa。表5-51所示是油压与气压均按0.6MPa等压运行条件时的性能数据，达到最大燃烧能力时的雾化剂用量约为理论空气量的3.5%。如果燃烧每升油需要的空气量为L_α，油嘴燃烧能力为G_y，则按式（5-27）计算雾化剂耗量。

V=0.035L_αG_y （5-27）

式中 V——雾化剂耗量（m³/h）；

L_α——燃烧每升油需要的空气量（标态）（m³/L）；

G_y——油嘴燃烧能力（L/h）。

（4）燃油平焰烧嘴（图5-39）该烧嘴助燃空气为常温，是内混式高压油嘴，用蒸汽或压缩空气作雾化剂，油雾化后由喷嘴径向孔喷出，然后与切向供入的高速空气相混合，借助喇叭形烧嘴砖形成盘形平火焰。

燃油量的控制是通过调节油压、汽压的差值，或采取更换喷头的办法来实现。

油嘴性能见表5-52，安装尺寸见图5-40及表5-53，烧嘴砖尺寸见图5-41及表5-54。

图5-37 带扩压管的内混式高压油嘴结构

1—油管 2—雾化剂进口管 3—扩张式管嘴 4—混合气喷头

图5-38　GNB型多喷孔内混式高压油嘴

1—油嘴座 2—外管 3—内管 4—喷油嘴 5—混合室 6—喷头 7—手把 8—手杆 9—压紧螺杆 10—压紧支架 11—底座 12—螺钉 13—安装支架 14、17—短管 15、16—密封垫圈

图5-39 燃油平焰烧嘴

1—烧嘴砖 2—喷枪 3—导风室 4—壳体 5—进油体 6—进油孔 7—进气孔

表5-51　GNB型多喷孔内混式高压油嘴性能

注：空气消耗量为标准状态。

图5-40 燃油平焰烧嘴安装图

表5-52 燃油平焰烧嘴性能

注：油粘度为（27.7～50.26）×10^-6m²/s。

表5-53 燃油平焰烧嘴安装尺寸 （单位：mm）

表5-54 燃油平焰烧嘴烧嘴砖尺寸 （单位：mm）

图5-41 燃油平焰烧嘴烧嘴砖尺寸

图5-42 旋流式调风器

1—旋风器 2—空气导向砖 3—油嘴砖 4—喷出口

4.高压油嘴使用的旋流式调风器

使用高压油嘴及机械油嘴时常需采用调风器。图5-42为常用的一种旋流式调风器。调风器将空气分为两部分：一次空气由叶片式旋风器喷出；二次空气沿空气导向砖左旋20°的12个风口旋转喷出，使风道出口截面上气流旋转强度增大，从而得到宽而短的火焰；反之，火焰窄而长。

油嘴砖出口锥角与火焰张角的关系如图5-43所示。

油嘴砖出口锥角α′应与火焰张角α相适应。α′<α，易造成油嘴砖结焦和烧损；α′>α，将有一部分空气不能与油混合；最好是火焰与油嘴砖壁之间有10～20mm的间隙。

图5-43 油嘴砖出口锥角与火焰张角的关系