噴嘴點火

噴嘴點火是鍋爐油燃燒器常用的點火方式。油燃燒器噴嘴的點火性能直接關係到鍋爐的安全和經濟運行，如果燃燒器噴嘴的點火性能不好，會延長點火時間，浪費燃油。多次不能點燃或不能快速過渡到良好燃燒狀態 ，鍋爐內積聚的油品爆燃會嚴重影響鍋爐和操作人員的安全。

基本介紹

• 中文名：噴嘴點火
• 外文名：ignition burner
• 適用場合：鍋爐油燃燒器點火

油霧燃燒過程

液體燃料在工業中的套用十分廣泛，液體燃料在爐內的燃燒過程首先是將油進行霧化。霧化後的油顆粒在高 溫下開始蒸發，產生油蒸汽。油蒸汽在缺氧情況下可被熱解，而在與適量氧混合時可呈氣相著火燃燒。液體狀態的油顆粒在高溫下可受熱而裂解，裂解產物與氧混合可著火燃燒。

油霧化後生成的細小的顆粒群稱為油霧。通常，它們呈噴流形式，即呈油霧炬形式進入燃燒室(或爐瞳)。所以實際上油並不是以單顆粒狀態而是以油霧炬的形式進行燃燒 。顯 然，油霧炬中的霧化、蒸發、熱解、裂解、混 合、著火燃燒等各階段之間互相關聯，沒有明顯的區域界限。顆粒、溫度、成份等分布在軸向和徑向都是不均勻的。隨著混合過程的完成，形成了油霧擴散火焰，沿軸向氧氣的平均濃度逐漸降低，火焰平均溫度逐漸升高。

霧化是提高燃燒效率的先決條件。霧化得越細，顆粒分布越均勻，便越可以加快蒸發、混合和燃燒的速度。蒸發和著火要求燃燒室有足夠高的溫度。巨觀地講，由於霧化及混合取決於流體動力學條件，因而便可以通過改變操作和結構參數來加以控制；而油的蒸發、熱解、裂解則是在燃燒 室“自發”進行的，因而只能靠控制霧化和混合對其施加影響，而不直接對其控制。霧化過程是一個複雜的物理過程。根據霧化機理的研究，我們可以把霧化過程歸結為油表面上的外力(衝擊力、摩擦力) 和內力(粘性力、表面張力)相互作用的過程。外力大於內力時，油流即碎裂成小顆粒。由於沿噴流 射程上油的流速和霧化劑的流速都是逐漸減小的，因此外力越來越小；而當油顆粒變小後，表面能是增加的。所以外力與內力會在某點達到平衡，霧化過程亦即終止。

由以上分析可知，霧化過程要消耗能量。根據霧化過程消耗能量的來源，可把霧化方法分為不同的兩大類，即：

（1）主要靠附加介質的能量使油霧化，這種附加介質稱為“霧化劑”。通稱為“介質霧化” 或 “ 兩流體霧化”。 工業爐窯常用的高、低壓蒸汽或空氣霧化即屬於此。

（2）主要靠油流本身的壓力能以高速或旋流方式噴入空氣中霧化。通稱為壓力式或機械霧化。鍋爐中用的 離心式噴嘴霧化即屬於此 。

霧化後的油霧與空氣流的混合，和煤氣與空氣的混合一樣，對燃燒過程具有重要作用。為了強化油的燃燒過程，必須特注意強化混合過程。 油 霧與空 氣的混 合基本 上 是兩 個射流的 混合 , 混合速度取 決於流體動 力學因素 。 因 此 , 可根據射流原理 , 凡是能 促進射流混合 的措施 均可用 來強 化油霧與空氣的混合 。

除了霧化與混合之外，由於有加熱、蒸發等吸熱現象，因而還要求燃燒室有足夠高的溫度水平和能力較大的 點火熱源(包括初始點火和連續點火)。

總之，霧化、混合、高溫，可認為是油燃燒過程中的三大要素。

燃燒器中噴嘴的性能

1.噴嘴的基本功能

噴嘴的基本功能是把燃油霧化成微小的液滴，並且使液滴按要求分布在一定霧化角度的橫截面上。燃油霧化需要施加能量，燃燒器中該能量一般由電機驅動的齒輪泵以壓力形式提供給噴嘴。壓力能量不能直接破碎油，必須首先經噴嘴內 的切向斜槽把燃油的壓能轉化成速度能，燃油從斜槽中高速湧出至旋流室，建立起一個旋轉流。旋流室中心設定出流孔口，孔口上將獲得一定的旋轉速度。如果旋轉速度很高，就會在渦流中心產生一個空洞。

噴嘴的另一功能是計量燃料。在噴嘴前維持一個固定壓力，那么噴嘴就會有一個固定的燃油噴射量。因此，為了適應不同負荷的加熱需要，對噴嘴按不同流量和不同的霧化角度進行設計和標定，從而實現每一種特定規格的噴嘴能在一定的壓力範圍內，提供一定量的燃料。

顯然，噴嘴的流量是由斜槽和孔口的幾何尺寸決定的。同時，噴嘴的尺寸也決定霧化質量，尺寸越小，油膜越薄，霧化越好。

2.影響噴嘴運行工況的主要因素

（1）壓力。壓力越大,霧化體內液滴的尺度就越小。

（2）相對密度，又稱比重，是指相同溫度下同體積 油樣與同體積水的密度比。對於相同壓力下同一噴嘴,使用相對密度大的燃油體積流量雖然比相對密度小的燃油的體積流量小，但由於它的能源密度大，因此燃燒器最終的功率也大。

（3）粘度。在一定的粘度範圍內，小尺寸高壓霧化噴嘴的流量係數隨粘度的增加而增加。粘度對噴嘴流量的影響對於不同類型的噴嘴和不同的壓力也有所變化，同樣類型的噴嘴，粘度對大直徑噴嘴的影響比小直徑噴嘴的影響要小。壓力越高，粘度對噴嘴的影響就越小。

（4）溫度。燃油中的膠質物和沉澱物的形成速率隨著溫度的上升而增大，而且當燃油靜止下來後噴嘴溫度才達到最高，這更加促進了膠質物和沉澱物的產生。膠質物經過數次燃燒器開閉後最終積聚在噴嘴內，這時就開始影響噴嘴的流量和霧化形狀。同時，噴嘴的斜槽里產生沉澱物也會發生堵塞，特別是在小尺寸噴嘴上。

（5）表面張力。表面張力是液體表面收縮至最小可能表面積的傾向力，表面張力抵抗任何將液體分離或改變液體形狀的外力，當液體擴展、形成霧化體時，表面張力起著收復液膜前沿液滴的作用。

（6）沸點。高沸點範圍的燃油燃燒時會產生長火焰，如果燃油的沸點非常高，則火焰中會出現碳顆粒穿過燃燒區域，不與火焰融合在一起的現象。如果這時沒有大量的過剩空氣，很難淨化火焰。

3.影響噴嘴霧化質量的因素

噴嘴是影響燃油燃燒器燃燒性能的關鍵設備之一。噴嘴設計和製造的好壞將直接決定是否能獲得理想的霧化質量，合理使用才能保證高效、低噪聲燃燒。

影響噴嘴霧化質量的主要指標是液滴尺寸。液滴尺寸越小，燃燒越容易實現高效、完全。

對於噴嘴來講，同樣壓力下，噴嘴流量越小，液滴尺寸通常也越小；燃油的粘度越低，液滴尺寸越小；霧化角越大，液滴尺寸越小。出流孔口加工精細的噴嘴比加工粗糙的噴嘴產生的液滴尺寸要小，同 時增加噴嘴前燃油壓力可降低液滴尺寸。

影響噴嘴點火性能的因素

1.助燃風量和霧化氣壓的影響

對於一特定噴油量，霧化氣壓力在一定範圍內才較易點燃，大於該範圍上限霧炬不穩定，即使偶爾點燃，也極易脫火，或者會由於油流間斷而熄火；小於此範圍下限，油霧滴很大，助燃風束流作用減小，可 以看到油滴分散角度很大，偶爾出現火花飛濺現象，但很難點燃。因此，設計燃燒器點火程式時，要仔細研究噴嘴的點火特性，使點火過程在最佳助燃風量和最佳霧化氣壓條件下進行。

2.噴油量及燃料油粘度的影響

減小燃油粘度會顯著改善噴嘴的點火特性，提高爐膛溫度對改善噴嘴點火性能有一定作用。