基于气泡雾化法的新型锅炉燃烧机优化了雾化系统结构， 大大提高了燃油雾化系统的使用效率， 提升了企业产品竞争力， 具有广泛的推广应用价值.
以下为本篇论文正文：
摘 要：通过研究分析将气泡雾化法用于新型锅炉燃烧机的设计， 通过对燃油喷嘴燃烧原理的分析， 设计出能够有利于燃烧的燃油喷嘴， 用其对现有锅炉燃烧机进行改进， 设计出了性能优良、高效节能的新型锅炉燃烧机并用于实际生产。该燃烧机具有很好的推广应用价值。
关键词：气泡雾化法； 燃油喷嘴； 锅炉燃烧机；
Abstract: Through research and analysis, a bubble atomization method is used for the design of new boiler burners, and through analysis of the combustion principle of fuel nozzles, fuel nozzles conducive to combustion are designed.The existing boiler burners have been improved and new boiler burners featuring excellent performance, high efficiency and energy conservation have been designed and manufactured and used in actual production. Such burners have a good popularization and application value.
Keyword: bubble atomization method; fuel nozzle; boiler burner;
传统的锅炉通常是利用煤炭燃烧来获得热能， 而煤炭在燃烧过程中会产生大量有害烟尘， 工人的劳动强度大， 作业环境恶劣。近年来， 环境问题越来越引起人们的重视， 对传统锅炉的改造刻不容缓， 但技术改造难度较大， 费用高且工期长， 影响企业生产[1-5].本文提出了基于气泡雾化法对锅炉燃烧机进行改进设计， 优化了锅炉燃烧机喷嘴结构， 设计出一种燃烧率高、节能环保的新型锅炉燃烧机。
1、 基于气泡雾化法的燃油喷嘴设计
气泡雾化法是在喷嘴特殊结构的通道中注入压缩空气或蒸气， 使之在燃油中形成数量巨大的气泡， 气泡经运动、变形、加速等一系列过程后至喷嘴出口处破碎， 从而形成液滴非常小且尺寸均匀度很大的液雾。研究发现， 喷嘴内部结构、气液质量流量比、工作压力等因素对喷嘴雾化特性均具有较大的影响， 即喷嘴内部结构越合理、气体和液体的混合程度越高、混合越均匀， 则雾化质量就越好。雾化效果直接决定了燃烧剂与空气的混合程度、燃烧效率、烟气排放成分及设备的使用寿命， 而火焰形状则决定了加热区域大小、加热区域受热的均匀性和空气加入效果。
利用气泡雾化的相关理论， 通过理论研究、UG_NX数字化设计及ANSYS Fluent数值模拟仿真， 设计出了基于气泡雾化法的燃油喷嘴， 如图1、图2所示。燃油喷头气泡室采用多路液气相交错冲击来形成气泡， 气泡产生效果较好。高压气体在气泡出口处形成涡流， 利用涡流中心的负压将气泡从气泡腔室内吸出， 然后在喷头的喷嘴附近发生破碎， 并高速飞离喷头进入燃烧区域， 使燃烧效果显着提高。其主要工作过程如下：燃油分别从主流道及次级流道注入喷头， 不同流道的液体经碰撞、融合形成极速旋转的涡流， 当高压空气注入涡流后， 空气和液体进行充分混合， 会在喷头内产生大量的气泡并被抛出喷头， 爆裂的气泡可使燃油变成颗粒非常微小且大小均匀的液滴， 这些液滴被射入燃烧区域参与燃烧。
图1 基于气泡雾化法的燃油喷嘴工作原理
图2 基于气泡雾化法的燃油喷嘴实物
2、 新型锅炉燃烧机的结构设计
基于气泡雾化法的燃油喷嘴大大提高了燃烧效率， 但要充分发挥燃油喷嘴的最优效果， 需要对现有的锅炉燃烧机进行改进设计。设计出的新型锅炉燃烧机外形及安装尺寸如图3所示。
新型燃烧机工作时， 燃油和空气通过不同的流道在喷嘴的腔室内进行一次混合， 形成大量的气泡后在高压气体的带动下喷出喷嘴， 在喷出的过程中气泡发生破碎， 破碎的气泡形成大量高速运动且大小均匀的细小雾化液滴进入燃烧区域， 从而得到充分燃烧。其中， 气液体混合的流道以及高压气体吹出的流道是该设计的关键。混合部分气液体流道的截面、结构、路径将直接决定气泡的大小和均匀程度；其次， 高压气体的流道不能直接作用于气泡上， 因为这样会改变腔室内的气液体流量比例， 从而影响气泡的成形， 因此需设计高压气体在气泡出口处形成涡流， 利用涡流中心的负压将气泡从气泡腔室内吸出， 然后在喷头的喷嘴附近发生破碎， 并高速飞离碰头进入燃烧区域。燃油系统工作原理如图4所示。
图3 新型锅炉燃烧机外形及安装尺寸
图4 燃油系统工作原理
3、 新型锅炉燃烧机性能分析
改进设计后的气泡雾化锅炉燃烧机雾化效果有显着提升， 达到了同类型进口产品的水平， 热效率比原有雾化系统提升10%以上， 在正常使用过程中 （设备正常运行5 min以后） 无肉眼可见的烟气排放产生， 正常连续工作500 h后油气出口无积碳、结焦、堵塞等情况， 单喷头 （不锈钢材质） 平均使用寿命≥5 000 h, 燃油雾化系统主要技术指标见表1.新型锅炉的总体性能优于传统的燃煤锅炉， 其性能对比见表2.目前新型锅炉燃烧机已经投入生产使用， 燃烧器功率与喷射火焰尺寸如图5所示， 基于气泡雾化方法的新型锅炉燃烧机如图6所示。
表1 燃油雾化系统主要技术指标
表2 新型锅炉燃烧机与传统燃煤锅炉的性能对比
图5 燃烧器功率与喷射火焰尺寸图
图6 基于气泡雾化法的新型锅炉燃烧机
基于气泡雾化法的新型锅炉燃烧机优化了雾化系统结构， 大大提高了燃油雾化系统的使用效率， 提升了企业产品竞争力， 具有广泛的推广应用价值。
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