高压雾化喷嘴主要特点及应用方式

高压气流雾化喷嘴的雾化介质通常是0.2～1.0Mpa压力的压缩空气或蒸汽，利用高压气流的能量将高粘度液体雾化。高压气流能量大，用高压雾化比低压雾化消耗的雾化介质量少，约占燃用空气量的l0％左右。采用压缩空气雾化的喷嘴的燃烧装置的燃油雾化质量好，火焰温度高，火焰稍短，但是压缩空气成本比采用蒸汽的高，比采用低压气雾化的成本更高。例如用l0％的高压空气(0.3MPa)雾化的l00kg／h的重油，空气压缩机需要功率约为用30％的低压气(10000Pa)雾化同样油量的鼓风机功率的6倍。当然采用高压气的雾化质量高，燃烧速度快。
    采用蒸汽雾化约消耗锅炉蒸汽量的2％左右(若采用内混式或Y型喷嘴，则耗汽量仅0．3％～0．5％)，并且送人燃烧器前，必须排掉水质较好的凝结水，也有一定消耗，但比压缩空气的低。因此能提供蒸汽的单位尽量使用蒸汽雾化方式。一也般也可先用压缩空气启动燃烧装置，待产生蒸汽后切换为蒸汽雾化。
    人们为了降低雾化气成本和提高雾化质量，研究开发了不同结构型式的高压空气(蒸汽)雾化喷嘴。  
(1)外混式高压气流雾化喷嘴
    下面给出的是几种外混式气流雾化喷嘴的方案示意图，液体和雾化剂在喷口外部混合、雾化，仅是一级雾化。但是，如果喷嘴结构参数合理，运行参数适当，高速气流剧烈冲击液体，仍可获得优于机械雾化的质量。为早期炉窑中使用的导管式高压气流雾化喷嘴，雾化刺与燃油以25°的夹角相撞击雾化。该种简单的斜交外混型油嘴，已在工业炉上有近百年的使用历史。它的喷油嘴可用手轮前后调节，以改变雾化剂流量。也可采用阀门调节油、气量，其调节比可达l：5。雾化剂喷出速度低于声速，当雾化剂压力低于0．3MPa以下(相应油压为0.2～0.25MPa)。该种喷嘴气耗高，采用蒸汽为0.4～0.6kg／kg，空气为0.5～0.8kg／kg，并且火焰细长，约为2.5-7m。同时由于气耗大而造成烟气中水蒸气含量提高，造成锅炉尾部低温腐蚀或堵灰。
    下图为国外引进的外混式喷嘴，采用多孔式油喷头，也是与燃油斜交撞击雾化方式。由于多而细的油孔，在燃用国产重油时易于堵塞。且当气油比下降时，雾滴尺寸急剧增大，因此使用效果不太满意。
    所示的方案的雾化剂经过旋流器，又称为涡流式高压烧嘴，它已形成HB型系列产品，雾化剂用量约为燃烧所需理论守气最的2．8％．蒸汽耗量为0．22kg／kg，空气耗量为0.28kg／kg，火焰较短，且尺寸可调(改变雾化剂旋流度)，比简单套管式的性能优越。
    也有的外混式燃嘴采用雾化剂经中心拉伐尔管，燃油经环道在喉道处喷人气流中．经扩张管喷出的油气混合物速度可超过声速，但是扩张管外混式喷嘴的雾化剂密度会减小，雾化效果不一定会改善，凶此多采用收敛喷口。
    高压气流雾化外混式喷嘴的喷油量不可能太大，过大则雾化剂耗量大。
    外混式气流雾化喷嘴的雾化剂从喷口喷出后，无论采用何种形式，与燃油升始瞬间接触时间短(在距喷口一定距离内)，良好的雾化条件很快减弱，致使雾化、混合、燃烧过程长，火焰细长。
    基于以上原用而产生了内混式气流雾化喷嘴。
    (2)内混式高压气流雾化啧嘴
    我们给出几种内混武喷嘴方案，它们共同特点是有一个较大的内混室，油在混合室内与雾化剂混合后，从喷出孔喷出并膨胀、雾化。良好的预混合雾化，_仃利下减少气耗，提高燃烧速度，缩短火焰长度。内混式喷嘴的燃油喷口不受高温辐射，可防止燃油裂化而堵塞喷口。
1)混合室尺寸  试验对比了三种混合室直径(32、34、36mm)，在直径变化范围内，对雾化质量影响不大。而不同混合室长度(L=20、25、30ram)对雾化质量有明显影响，长度短的SMD最小。L过长的不利原因在于：一是第一级雾化燃油部分发生聚合，或在流动过程中凝结在内壁上；二是流动损失增加，使混合室内压力降低，不利于二次雾化。
2)气孔直径  气孔直径小，在低气液比时一级雾化效果好。而气液比增加时，大气孔的雾化效果好，这是由于压力损失小，二级雾化效果好。
3)油扎直径  在小气液比时，采用大油孔的流速低，当气流相对速度差大，一级雾化效果好；而在大气液比时，油孔大的供油压力低，混合室压力也低，二级雾化效果差。综台考虑，采用较大油孔直径，有利于改善在低气液比的雾化质量，且不易堵塞油孔。
4)二缎喷孔直径  在小气液比时，二级喷孔尺寸小，二级雾化效果好。而在大气液时，混合室压力高，一级雾化效果差，二级雾化效果好，综合效果不如采用较大二级喷于直径。
(3)Y型喷嘴
    我们示出了Y型喷嘴结构图，它是一种多单元内混式双重流体雾化器。也有人称它为中间混台式喷嘴，与单纯的一般内混或外混式的射流雾化喷嘴在结构上有些差别，已有不少试验研究报告，从中中以概括如下特点：
1)出力大(工业炉上术语，即燃油量大或功率大)，最大燃油量可达10000kg／h，在大型工业炉、电厂锅炉上广泛采用。
2)在宽广调节比(1：20)范围内，雾化质量好，结构参数匹配合理时，SMD可达到50～80um。
3)气耗低，单位燃油耗气量为0.01-0.07 kg／kg。
4)可采用单孔试骑件进行调试，再由6-30组油气孔组合(根据国外燃气轮机经验，单个喷嘴燃油繁超过1000kg／h，则必须采用多喷嘴)。
5)雾化锥角不随工况变化。该种喷嘴的油大部分沾在混合孔壁上，形成油膜，受雾化介质(空气或蒸汽)的作用而加速从喷口喷出，形成环形油膜，然后破碎为雾滴。在混合孔中，油和气充分混合，高效地将雾化介质能量传递给燃油，因此气耗很低。
    高压气流雾化喷嘴突出优点使它不仪在燃烧设备(工业炉、锅炉及燃气轮机)上作为高粘度燃油的喷雾装置，而且在非燃烧没备，如喷雾干燥器、表面清理和喷涂等也广泛采用。
    在喷雾干燥器上使用的高压气流雾化喷嘴多采用外混式，可以防止高温下喷嘴堵塞，在医药和染料生产中常采用。对于高粘度溶液和膏糊状物，如铁红、钛白粉等，则采用内外混合的三流型喷嘴，即料液先与二次气流在喷嘴内混合，然后在喷嘴出口处与一次空气混合、雾化。一般喷漆的空气雾化喷枪的空气压力为0.3—0。6MPa，而涂料可靠空气吸引(吸上式)，自重喷出(重力式)或增压(压送式压力为12～2l。6MPa，可电动或气动驱动增压系)供给。喷嘴孔径为0. 5～2.5mm。