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水煤浆雾化喷嘴的特性
  水煤浆雾化喷嘴是水煤浆燃烧器的重要组成部分。它是从油喷嘴、油煤浆喷嘴技术上发展和演变而来的。为了使水煤浆燃料能有效地燃烧,关键是燃料雾化良好。根据燃料的性质以及对于雾化质量的要求不同,所采用的喷嘴形式也不同。按照的雾化方式大体可分为气力式、旋杯式、机械式、和超声波式四类。以下是我们列出在实际应用中使用较多的几种结构形式的喷嘴:

  1、涡流型喷嘴

  涡流型喷嘴主要有螺旋体等部分组成,螺旋体圆周设有螺旋槽,旋流操个数有喷嘴容量确定,螺旋角一般为18-20度。雾化喷嘴上设有切向孔,切向控的设置与螺旋槽的旋转方向一致。水煤浆分配盘经螺旋体上的螺旋槽流入,在涡流室旋转流动,由于离心力的作用,在涡流室和雾化喷嘴中形成中间空心的薄层旋转圆环,有雾化喷嘴出,喷出的水煤浆形成空心锥膜与从雾化喷嘴切向旋流引入的雾化气相遇,使用煤浆受到冲击而被破碎成大小不同的水煤浆雾滴。雾化气高速冲刷贴壁流动的水煤浆薄膜使水煤浆薄膜表面上受到一股切向应力的作用而被破碎成较细的雾滴。

  涡流型水煤浆喷嘴的优点是:

  雾化效果好,燃烧效率高,能适合高浓度水煤浆的雾化;

  工作压力较低,水煤浆和雾化气的压力一般为0.3-0.5mpa;

  喷出的雾距呈涡流型,火炬稳定、可靠。但该喷嘴存在结构复杂、不易制作和成本高等缺点。

  2、Y型喷嘴

  型喷嘴是目前应用最广泛的一种水煤浆喷嘴,它因水煤浆和雾化气成Y形相交而得名。水煤浆沿斜孔进入喷嘴的混合室,雾化气沿直线进入混合室并从斜孔进来的水煤浆,一部分水煤浆在气流的冲击下形成雾滴,另一部分水煤浆被气流冲向壁面,形成流动的薄膜并产生表面波,形成初次雾化;同时水煤浆被加速,其膜变薄,离开喷嘴后因失去壁面的支撑而变成不稳定波动,最后全部雾化。

  型喷嘴一般设计成中心进气,侧孔进浆的形成。因为雾化气的动量比水煤浆的动量要大得多,气流走直道有利于减小流动阻力,也可以减轻薄壁面的磨损。如果气流从侧孔通入,则高速气流直冲击壁面,会加剧喷嘴的磨损。

  型喷嘴的特点是出力大、雾化效果好,气耗低等,而且为提高雾化质量可设计成多级Y型,但加工起来比较复杂。

  3、T型喷嘴

  型喷嘴实际上是Y形喷嘴的一种演变形式,其结构特点是雾化气于水煤浆垂直或接近垂直相交,这样雾化气能够最大限度地与水煤浆进行动量交换,使雾化气动量以充分利用。

  这种喷嘴的有点是:

  喷嘴磨损小。雾化气与水煤浆在喷嘴出口处相交,减少了煤粒对喷嘴内部的磨损。

  雾化效果易调整,雾化质量高。通过改变水煤浆与雾化气出口缝隙的宽度可调节水煤浆雾化质量,并且还能起到调节喷嘴雾化角的作用。但是钝体直接受到水煤浆的高速冲蚀,因此磨损非常严重。为了减少磨损提高喷嘴的使用寿命,钝体材料一般采用耐磨性能好的硬质合金。

  4、撞击式多级雾化喷嘴

  撞击式多级雾化喷嘴主要由内混件、T形喷口、撞击件和雾化头的组成。水煤浆从中心浆孔进入混合室,经一级或多级对称Y形结构的雾化气冲击雾化后,在临出口处遇上一级雾化气的冲击,然后气浆正前方的撞击件,产生机械撞击雾化,最后从喷嘴雾化头上的出孔喷出。

  该喷嘴的优点是:

  雾化效果好,燃烧效率高。该喷嘴采用了多级强化雾化措施,大大提高了水煤浆的雾化质量,燃烧效率高。

  防堵性能好。该喷嘴的水煤浆通道直径较大且呈直线型,从而避免了粗粒子和杂质在浆道中的积留,杜绝了堵塞现象的发生。

  喷嘴使用寿命长。该喷嘴采取了雾化气孔对称分布、易磨部位镶嵌耐磨材料等仿佛措施,大大提高了喷嘴的使用寿命。

  喷嘴的负荷调节范围交宽、气耗力低。如设计负荷为1200kg/h的喷嘴,调节范围为600-1500kg/h。当气耗率为15-18时,就能够满足雾化要求。该喷嘴在国内电厂和大型生活锅炉上应用较多。

  5、对冲型喷嘴

  对冲型水煤浆喷嘴一单股形式喷出并受到多股对称分布的雾化气的冲击而雾化。为了提高水煤浆雾化质量,降低雾化颗粒平均直径,可采用多级对冲形式的喷嘴。

  这种贴喷嘴的有点是:

  雾化性能好。通过采用多股雾化气,增加了雾化气对煤浆冲击,使煤浆雾化充分。

  防堵性能好。由于水煤浆管路比较短,一般不会发生喷嘴堵塞现象。但这种结构喷嘴的气耗率通常比较高。

  随着水煤浆应用广泛的扩大,实际生产中对喷嘴规格的系列化、制作的简单化以及喷嘴的长寿等方面提出了更高的要求。因此,以实际需要为目的,以现有喷嘴的结构形式为基础,开发出长寿的,结构多元化、容量系列化的水煤浆喷嘴是今后科研者们努力的方向。

  水煤浆喷嘴的材料概述

  水煤浆不同于一般液体燃料,它浓度高,粘度大,雾化困难,而且煤粉中的黄铁矿、石英等许多高硬度杂质的存在(其中有的硬度高达HV2500以上)会对造成严重的冲蚀磨损。另外,水煤浆喷嘴的工作环境具有特殊性,如温度较高(最高温度可达1000℃以上)、喷嘴内部存在温度梯度,同时水煤浆的连续冲击,会使喷嘴受到温度变化的影响,这种恶劣的工作环境对于塑性金属材料来说影响不大,但对于陶瓷等脆性材料来说很容易因温度梯度、温度交变而产生热应力,并导致喷嘴产生裂纹和碎裂等破坏现象。

  因此,作为水煤浆喷嘴材料,通常应满足以下要求:

  ①耐磨性好,在水煤浆冲击下具有较低的冲蚀磨损率。

  ②良好的抗热冲击性,能承受温度骤变带来的冲击,不会因热应力的交变而产生裂纹、碎裂等。

  ③良好的加工工艺性,制造成本低。

  ④使用寿命长,性能价格比值大。

  国内外应用的水煤浆喷嘴主要有三大类:即金属材料、硬质合金材料和陶瓷材料。

  水煤浆技术是我国洁净煤发展战略的重要内容,而喷嘴是水煤浆燃烧器中的关键部件之一,喷嘴材料的耐磨和抗热冲击性能直接影响水煤浆应用的经济性和安全性。金属材料因硬度低、耐磨性差、磨损率高,导致喷嘴口径迅速增大,从而使雾化效果变差。硬质合金具有良好的综合性能,可制成环状或块状镶嵌在喷嘴磨损严重的部位,适用于各种场合的水煤浆喷嘴。而陶瓷材料由于具有很高的硬度和耐高温性能,是很有发展前途的水煤浆喷嘴材料。

  使用新型陶瓷喷嘴可提高的寿命,减小资源(水煤浆、金属材料等)的消耗,并降低成本。高强度、高韧性和高抗热震性陶瓷材料(如:氮化硅基陶瓷、晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷、纳米陶瓷等)将是今后水煤浆喷嘴材料的研究和发展方向,而陶瓷水煤浆喷嘴的冲蚀磨损特性和磨损机理等将是值得研究的重要课题。

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