液体燃料的燃烧

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二、油雾炬的特性参数
（4）喷雾射程
喷嘴水平喷射时，油雾液滴丧失水平方向动能的行程。 不同直径油粒的射程也不同。射程取决于轴向速度和颗 粒度。射程的大小影响火焰长度。
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二、油雾炬的特性参数
（5）雾化均匀度
积分表示法
将大于某一直径d的所有液滴的质量占全部液滴质量的百分数表示成 液滴直径的函数。
辐射和对流
液体燃料容器
着火温度
受热
液体表面 受热蒸发 一定浓度 可燃混合气 液面上方的燃料蒸汽增加 周围空气 燃烧
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第一节
未燃烧
重质燃料
液体燃料的燃烧过程
2.特点 燃烧状况不好，将导致燃料严重热分解
污染、冒黑烟 火灾
油罐火灾、海面浮油火灾等
四、灯芯燃烧
吸附
工程燃烧中不宜采用该燃烧方式
灯芯表面
燃油 燃烧
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二、强化油雾与空气的混合
2.后期混合：
着火后的油雾与空气的再混合。 液雾中的油滴： 边蒸发边燃烧 高的氧浓度
燃油的质量密度分布不均
雾化炬：
油雾的液滴大小不同 浓度较高、大液滴区易缺氧
二次风 三次风
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三、采取适当的稳焰措施
点火困难
油雾点火 有效的点火源 点火温度高 稳焰措施
喷嘴前：压力滞止区 造成一定回流区： 回流不易过大：影响早期混合
索太尔平均直径法（dSMD）
设在特定的液滴群中的滴数为N0 ，且所有液滴的直径都等于
dSMD，而这些液滴的总体积与总面积之比正好等于实际液滴群的总
体积与总面积之比。
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二、油雾炬的特性参数
（2）雾化角
出口雾化角
在喷嘴出口处作雾化炬外边界的切线 所得到的锥角。
条件雾化角
以喷嘴出口中心为圆心，以设定长度L为 半径画的圆弧与雾化炬边界相交，圆心与两交 点连线的夹角
吸入汽油
边蒸发边流动 燃 烧 室 混合良好
小雾滴
燃烧
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（3）喷嘴雾化－－难蒸发
油雾边缘易混合 难蒸发液体燃料的物理 中心难混合 性能差别很大。 通过喷嘴使油雾化， 例如轻柴油、煤油的粘 油的颗粒不均匀， 度不太大，较易雾化， 从几 到500 。 雾化装置简单。属优质 大颗粒容易产生大的 燃料，移动式发动机 烟粒与焦粒。 (例如柴油机、燃气轮 机等)油颗粒燃烬时间 。 重油和渣油是石油炼制 与颗粒直径平方成正 过程中的残余物，粘度 比。 大、杂质多，常温为固 态，先预热，雾化难，
对于气体介质雾化式，油压不宜过高，速度太高不利雾化；但油压应高 于气雾剂反压力，否则油喷不出。
4. 烧嘴结构
雾化剂 / 油的出口面积、夹角、旋转度、孔数、孔形状等等，要实际试 验，还要考虑制造、油嘴堵塞等问题。
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二、强化油雾与空气的混合
油雾与空气两股混合。 强化混合措施： 1. 加大流速 2. 两股交角喷射 3. 空气呈旋转气流 4. 空气分两次送入 5. 油雾化细而均匀 燃烧过程，稳定与强化燃烧 1. 改善雾化质量 2. 供给适量空气，强化空气与油雾的混合 3. 保证点火区和燃烧室的高温
六、雾化燃烧－－重点
燃油和空气分别进入燃烧室（类似扩散燃烧），边混合边燃烧
雾化装置复杂，用于工业窑炉和锅炉等固定式燃烧设备
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3.雾化质量
（1）雾化良好
越细 油滴越多
总面积越大
蒸发越快
（2）雾化质量差：不利于燃烧 有利于气相燃烧 点火困难－－航空发动机 热解、积炭、火焰长 浓度场不均－－不稳定燃烧 雾化质量差－－无法正常燃烧 （3）雾化不是越细越好：穿透力小－油雾密集在喷嘴附近 －局部富油－浓度场不均－雾化消耗能量大－不经济 （4）理想的雾化质量 油滴的平均直径小、分布好、有利于蒸发、也有利于形成良好的浓度 场
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第二节
液体燃料的雾化
一、雾化机理、过程和方法
雾化过程是由于液体受到的外力（气动力、惯性力）
和自身内力（粘性力、表面张力）相互作用的结果。外力
大时油颗粒破碎，平衡时液体颗粒停止雾化。
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一、雾化机理、过程和方法
雾化过程：
（1）液体从喷嘴流出形成薄膜 或股流 （2）由于液体紊流、空气对液 体薄膜的作用，液体表面发 生弯曲波动 （扰动、空气外 力） （3）在空气压力作用下，产生 薄膜 （下游越薄） （4）由于表面张力作用，薄膜 分裂成颗粒、小液滴 （5）颗粒继续破裂 （6）颗粒互相碰撞可能聚合
大——火焰张角大，火焰短粗 小——火焰张角小，火焰细长 当喷嘴直径和喷射压力增加时，喷雾炬的雾化角增加，这是由于较
大的雷诺数在紧靠喷口附近的下游处引起了较大的湍流度的缘故。
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二、油雾炬的特性参数
（3）燃料的流量密度分布
单位时间内通过与燃料喷射方向相垂直的单位截面上燃
油质量沿半径的分布规律。
如图，油通过空心轴进入一个高速旋转(3000~6000转/分)的旋转杯的内壁。 在离心力的作用下，油从旋转杯的四周甩出。由于甩出速度很高，使油雾化。 在旋转杯四周还有一股由一次风机鼓进的高速气流，同时促进雾化。
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转杯式燃烧器
适用燃料：煤油、柴油、 重油、渣油、废油、污油 输出功率：766KW－ 21825KW 适用锅炉出力：1T-30T 英国技术
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机械压力式燃烧器
适用燃料：轻柴油、重柴 油、重油
输出功率：42KW－ 5900KW
适用锅炉出力：0.25T-6.6T
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蒸汽雾化式燃烧器
适用燃料：柴油、重油、 渣油、废油、污油 输出功率：3500KW73000KW
适用锅炉出力：5T-60T
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四、除杂质
喷口直径小<1mm
堵塞
杂质、机 械杂质
磨损
滤清装置
结垢
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第四节
常用燃油烧嘴
燃油烧嘴：液体燃料的燃烧器
要求: 一定的燃烧能力(热负荷) 雾化质量好 空气与油雾混合良好 调节油量性能良好 燃烧稳定、火焰形状、长度符合要求 结构牢靠，自动调节控制，维修方便
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一、气体介质雾化式油烧嘴
灯芯
容器
蒸汽
燃烧功率小、适用于家庭、小规模燃烧器（煤油灯、煤油炉）
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五、蒸发燃烧
1.类似于气体燃料燃烧 ：燃料蒸发－－象气体燃料燃烧 2.过程
管道
液体燃料 蒸发 蒸汽 高温烟气 管道 气体 燃烧
放热
加热
3.适用燃料： 粘度不太大 沸点不太高 轻质液体燃料 在工程中有一定应用
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六、雾化燃烧－－重点
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二、机械雾化油烧嘴
油压1.5-2.5MPa，空气鼓 风，不需要雾化剂。重油在 本身压力能作用下，由喷嘴 喷出。 机械雾化油烧嘴的结构简单、 紧凑，工作噪音小，空气预 热温度不受限制。 适用于粘度校的燃油。
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（2） 可调针阀式离心烧嘴
针阀调节油量，并且负荷调节时，可保证雾化质量
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三、转杯式喷嘴－旋转机械式雾化
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一、雾化机理、过程和方法
雾化方法（能量来源）
1. 气体介质雾化：由雾化剂介质（空气、 蒸汽、氧气、煤气）
的能量提供外力。 气力雾化过程中使用高速气流来雾化相对低速的液体燃 料，当在气间形成液膜越薄，雾化效果越好。雾化介质一般 是压缩空气和蒸汽，从雾化角度，两种气体无明显区别。从 燃烧效率的角度，空气优于蒸汽。
特点： （1）结构简单，体积小 （2）雾化剂速度大，雾化质量好 （3）混合稍差，火焰长 （4）调节性能好 （5）必须强鼓风
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（1）套管式高压雾化油喷嘴
雾化好，混合差， 火焰长
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（2）旋流式高压油喷嘴
烧嘴雾化剂喷头有旋流叶片，混合好、火焰短
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（3）高压内混式油喷嘴
混合室距离较长，雾化剂以高速与油相遇，雾化良好。 喷口油雾不受热辐射，不易造成裂化而堵塞喷口。
结构：空气导管 油导管 烧嘴喷头 调节机构 喷头形式： 直流式 旋流式
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1. 低压空气雾化油烧嘴
雾化剂：鼓风机供给的空气 特点：烧嘴前的风压较低； 雾化剂的量较大；
过量空气系数较小。
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（1）直流套管式油烧嘴
结构简单， 调节较方便， 油阀不易实现微量调节， 空气与燃油混合不好， 移动套管要求加工精密。
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二、强化油雾与空气的混合
液体燃料：可燃分含量大－－空气量大
混合、良好雾化
1.早期混合：
燃油刚喷出喷嘴后，在喷嘴周围的混合。
及时燃烧－－早期混合良好（尽短、尽快） 未及时燃烧，热分解－－炭烟 控制空气流扩张角 过小：不利于油雾分散、混合 过大：空气流远离油雾流、不易混合 恰当：使空气流穿透油雾流－－开始扩张、混合良好
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（2） 比例调节式低压油烧嘴
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（3）旋流式低压油喷嘴
雾化好，有空气涡流叶片，空气与油流交角大（7090°），火焰张角大，中心负压区高温烟气回流，连 续点火热源，燃烧稳定。
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2. 高压气体雾化油烧嘴
用压缩空气（0.3-0.7MPa）、氧气、蒸汽或高压煤 气作雾化剂，但高压气体膨胀后会降温，使油粘度 变大，不利雾化。用过热蒸汽、预热压缩空气较好， 但蒸汽过多，影响加热质量。
1.过程：
破碎 雾化器 液体 小液滴 悬浮 边蒸发边燃烧
燃料的蒸发表面积增加 上千倍
燃烧速度加快
2.关键问题：－－雾化 （1）雾化方式：据液体燃料的蒸发性定 （2）易蒸发的液体－－汽化器 不易蒸发的液体－－喷嘴雾化
ຫໍສະໝຸດ Baidu汽油
柴油
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六、雾化燃烧－－重点
（3）汽化器原理图 喉 部 流速大 进气管 高速气流 冲散油股
微分表示法
将直径在d和d＋Δd之间的所有液滴的质量占全部液滴总质量的百分 数表示成液滴直径的函数。
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第三节 雾化燃烧的组织
雾化燃烧组织过程：
雾化
蒸发
混合
着火
正常燃烧
处理燃烧过程：保证充分、合理燃烧 良好的雾化状况 强化混合
稳焰措施
除杂质
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一、确保良好的雾化状况－－正常燃烧的前提
基本原则——减小燃油的内力和加大外力
第一节
液体燃料的燃烧特点
一、液体燃料的燃烧过程
燃油槽车 / 油管工厂油罐过滤油泵烧嘴炉膛或燃烧室 ————— 供油系统 ———————— —燃烧装置—— 燃油的燃烧过程：沸点低于燃点、受热后先蒸发、汽化、然后燃烧 油的雾化油滴蒸发、高温热解与裂解与空气混合着火燃烧 油的蒸发：提供反应需要的可燃物质 油的燃烧：提供油蒸发所需要的热量
蒸发与混合的速度——燃烧速度
当燃油、空气等条件一定时，控制油的燃烧过程主要控制雾化和混 合过程。
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第一节
液体燃料的燃烧特点
雾化燃烧
二、液体燃料燃烧形式分类 根据液体燃料蒸发与汽化的特点 ，分为 液面燃烧 灯芯燃烧 蒸发燃烧 三、液面燃烧 1.燃烧过程： 液面燃烧是直接在液体燃料表面上发生的燃烧。
热源或火源
2. 压力式（机械式）雾化：依靠液体的压力高速喷入空气中 或以旋流方式使液体加强搅动， 使液体雾化。
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二、油雾炬的特性参数
油雾炬——油雾化后形成颗粒群的轨迹轮廓 （1）油粒直径 直径不均匀，有直径分布，最大直径，平均直径dm
中间直径法（d50）
是一个假定液滴的直径，即液雾中大于或小于这一直径的两部分 液滴的总质量相等。
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一、确保良好的雾化状况－－正常燃烧的前提
1. 油温
提高油温可降低粘度和表面张力，改善雾化质量
2. 雾化剂压力与流量
提高压力，喷出速度增加，颗粒平均直径减小。 低压烧嘴，雾化剂流速不大，需要雾化剂多；当雾化剂量少 时，影响雾 化质量；高压时，对雾化影响不大，需雾化剂单位耗量稍小些。
3. 油压力
对于机械雾化，油压越高，油流的速度越大，雾化质量越好。