等压式柴油燃烧器设计

范爱军 王迎彬 李新群

作者通联：新郑卷烟厂制丝车间 河南新郑市新华路1号451150

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1.概述

新郑卷烟厂CO2烟丝膨胀线的焚烧炉用柴油作为燃料，柴油在燃烧器中经过与压缩空气混合雾化后进行燃烧，雾化效果对柴油的燃烧至关重要。为了保证雾化效果，原设计在管路系统中专门增加了一个油气比例调节阀，用柴油的进口压力控制压缩空气的进口压力，始终让柴油的压力比压缩空气高0.1MPa，

如图1所示，当系统具备点火条件时，易于燃烧的液化气先被点燃，燃烧后的液化气火焰为雾化柴油的燃烧提供引火，一旦引火成功，液化气在PLC的控制下自动关断液化气控制阀；经过压缩空气雾化的柴油在焚烧炉中正常燃烧，为系统提供热源。

图1 柴油燃烧器控制原理简图

为安全起见，火焰控制系统在焚烧炉点火时，在液化气引火燃烧和柴油正常燃烧环节把火焰探测探头探测到的火焰信号发送给火焰探测器，火焰探测器发出一个信号给PLC，由PLC对火焰的变化情况进行实时监控。

2.存在的问题及分析

由于燃烧炉炉头部分及控制系统老化，经常发生难以启动点化问题，有时会发生2～3h难以启动的情况，而且焚烧炉在运行中也经常出现无缘无故的突然熄灭的现象。不仅影响产品质量，而且造成能源浪费。

燃烧器压力为0.6MPa的压缩空气从Φ5mm的内腔中通过；压力为0.4MPa～0.7MPa的柴油从Φ12mm的外腔进入，通过内腔壁上两个Φ1mm的小孔进入内腔，和内腔中的压缩空气相混合，最后从燃烧器头部Φ2mm的孔中喷射出去，进行燃烧（ 图 2）。

图2 改进前燃烧器结构

如果油压变化过大，油气比例调节阀无法及时调节，或油气比例调节阀故障，都会影响柴油的雾化，导致柴油燃烧的火焰长度和亮度发生变化，火焰探测探头检测不到火焰的存在而进行保护性停机。

由于外界条件不停地变化着，柴油控制阀开度始终是变化的，使柴油的压力也不停地变化，这是导致燃烧器不能很好雾化的主要原因。

3.燃烧器的改进设计

根据流体力学的原理，压力管道中的某一点的压力p=p静+p速，即图 3 中，pA=pA静+pA速，pB=pB静+pB速，pA＞pB，根据伯努利方程，pB=pA-Hj。A点处的管径为 5mm，B点处的管径为 18mm，A点处截面积为19.625mm2，B点处截面积为285.74mm2，B点处截面积是A点处截面积的14.56倍，即FB=14.56FA。根据流量计算公式，空气流量Q等于风速v×截面积F，得出：vA=14.56vB，B点处的静压pB静明显降低。

按突然扩大圆管的局部阻力计算公式：

式中Hj——局部阻力，MPa

FA——A处截面积，m2

FB——B处截面积，m2

vA——A点处的风速，经测vA=8.7m/s

γ——重度，kg/m3

g——重力加速度，m/s2

计算得Hj=0.402MPa，即B点处的压力始终比A点处的压力低0.402MPa，这个压力远比用油气比例调节阀时的0.1MPa易于满足，所以外腔中的柴油能顺利进入内腔和压缩空气混合。

依据上述理论进行的燃烧器改进设计结构如图3所示，压力为0.6MPa的压缩空气从Φ5mm的内腔中通过，然后进入Φ18mm的增大内腔中；压力为0.4～0.7MPa的柴油从Φ12mm的外腔中通过，进入Φ24mm的增大外腔中，然后从内腔上Φ1.5mm的孔（尽量靠近混合室前端位置）中进入内腔，和内腔中的压缩空气相混合，最后从燃烧器头部Φ2mm孔喷射出去，进行燃烧。

4.效果

（1）燃烧器改进前焚烧炉炉温波动很大，改进后温波动变小，炉温曲线近似一条直线。实际使用也证明改进后焚烧炉能够安全、稳定地燃烧。

图3 改进后柴油燃烧器结构

（2）改进前柴油燃烧器上的两个Φ1.0mm小孔用一般钻床很难加工，改进后，Φ1.5mm孔在普通车床上就能加工。而且精细过滤后柴油中的杂质能顺利通过该孔不堵塞，避免因堵塞造成的熄火现象。

（3）去掉了油气比例调节阀后，用于雾化柴油的压缩空气量不随油压的变化而变化，使之更易于控制。