A液体燃料的燃烧技术.ppt

第4章 液体燃料的燃烧技术 《燃烧与污染控制技术》 林其钊 2012年9月 §4-1 液体燃料的雾化 由于液体燃料的运输、贮存方便，发热量高，操作控制方便，污染较少等，因而广泛用于交通运输、化工、冶金和动力等工业部门 液体燃料的燃烧方法通常有蒸发燃烧和雾化燃烧两种 对于容易蒸发的液体燃料，例如汽油，在燃烧前燃料先气化，与空气混合后着火燃烧，这种燃烧接近于均相燃烧 对于难于蒸发的液体燃料，例如柴油和重油，一般采用雾化燃烧，在燃烧室中边雾化、边蒸发、边着火燃烧，这种燃烧属于非均相燃烧 我们主要讨论雾化燃烧 液体燃料雾化燃烧过程经历雾化、蒸发、混合、着火和燃烧几个阶段 由于液体燃料的沸点比着火温度低得多，在着火前燃料已经蒸发气化，因此液体燃料的燃烧速率决定于蒸发速率 然而，提高蒸发速率的关键又在于扩大单位质量燃料的蒸发表面积 雾化颗粒越细，单位质量燃料的蒸发表面积越大，燃烧速率也越大，因而雾化好坏，对燃烧过程起着决定性作用 液体燃料雾化是为了增加单位质量燃料的表面积，以加快蒸发速率 使雾化流朝适当的方向分散，加速与周围空气的混合，从而提高燃烧室的容积热强度和燃烧的完全程度 使液体燃料雾化的装置称喷嘴或雾化器 §4-1-1 雾化方法 根据雾化原理，工程上常见的雾化方法有三种，即：压力式、气动式和旋转式 1 压力式（又称机械式） 它利用油压以高速从喷孔中喷出 油压一般为(14.7~19.6) ? 105 Pa，有的高达78.5 ? 105 Pa ，甚至更高 如图4-1所示。有直流式和离心式两种 图4-1雾化方法示意图 2 气动式（又称介质式） 它利用空气或蒸汽作雾化介质，将喷出的油流雾化 见图4-1b。有高压和低压两种 高压：用(2.94~11.77) ? 10 5 Pa蒸汽或(2.94~6.86) ? 10 5 Pa的压缩空气作雾化介质 低压：用300~1000 mmH2O柱的空气作雾化介质 3 旋转式（又称转杯式） 它利用转杯高速旋转产生的离心力将油流雾化 见图4-1c 转杯转速一般为 3000~6000rpm 液体燃料雾化的其它方法： 对冲式： 它利用两股高速液体射流互相冲击或一股高速射流与金属板冲击进行雾化 振动式： 它利用声波、超声波等作用，使液体振动、分裂而雾化 §4-1-2 雾化机理 液体燃料的雾化机理是非常复杂的 当流油或油滴在气体介质中高速运动时，会受到外界空气动力（包括阻力、拉伸力）和液体燃料内力（表面张力和粘性力）的相互作用 空气动力使流油或油滴扭曲变形，在紊流作用下，油流回油滴表面的突出部分会脱离油滴主体，并分裂成小油滴 液体燃料的内力则力图抵抗扭曲变形，并保持油流或油滴表面的完整性，以阻止分裂 不难理解，当空气动力超过油流或油滴内力的作用时，油流或油滴就会分裂，一直分裂到各油滴的内力与外力达到平衡时为止 离心式机械喷嘴，由喷嘴喷出的油膜边界面近似呈双曲线形 用闪光照相发现，喷嘴出口处，有一段很短、尚未雾化和扰动比较弱的射流初始段 初始段后，油膜会出现振幅越来越大的扰动波 如图2所示 油膜上存在两组扰动波 第一组波是沿着射流运动方向发展的 在射流边界上能够清楚地看到这种波齿的轮廓，这组波力图把油膜分裂成为贯穿于喷嘴轴线上的一系列环圈 第二组波则是沿着切线方向发展的 它与第一组波相互垂直，具有横向运动的特点 这组波力图把油膜分裂成为由喷嘴轴线向外分散的扇形射流 图2可以看到这两组波的走向和出现环圈状的分裂现象 显然这种环圈是一种不稳定的运动形式，在外力作用下，它将分裂成为液滴 并且随着相对速度的增大，不稳定扰动的波长将会缩短，环圈的厚度变薄，从而可以获得较细的油滴 由环圈分裂出来的油滴，以一定的速度运动，由于空气动力的作用，将进一步破碎成更细的油滴，直到油滴内力与外力达到平衡，油滴不再破碎为止 §4-1-3 雾化质量指标 液体燃料雾化质量的好坏对燃烧性能有很大影响 一般有下面几项质量指标： 1 喷雾锥角 把喷嘴出口到喷雾炬外包络线的两条切线之间的夹角定义为喷雾锥角，或称雾化角，以? 表示 喷雾炬离开喷口后，都有一定程度的收缩，对一个喷雾质量好的喷嘴，不宜过分收缩 工程上常用条件喷雾锥角来补充表示喷雾炬喷雾锥角的大小 条件喷雾锥角系指以喷口为中心， l为半径的圆弧，和外包络线相交点与喷口中心联线的夹角，以 ?tj表示，如图3所示 对于大流量喷嘴：取 l =100 ~150mm 对于小流量喷嘴：取 l = 40 ~ 80mm 如果取 l =100 ~150mm，则条件喷雾锥角用?100表示 4-3 喷雾锥角的大小对燃烧的影响，一般应根据燃烧室尺寸和燃料与空气的混合条件来选择 大型燃烧室： 燃料与空气不容易均匀混合，所以喷雾锥角取的大一些（例如90°~120°），以便吸入较多的空气，改善