等壓式柴油燃燒器設計

范愛軍 王迎彬 李新群

作者通聯(lián)：新鄭卷煙廠制絲車間 河南新鄭市新華路1號451150

E-mail：fanaijun_001@126.com

1.概述

新鄭卷煙廠CO2煙絲膨脹線的焚燒爐用柴油作為燃料，柴油在燃燒器中經(jīng)過與壓縮空氣混合霧化后進行燃燒，霧化效果對柴油的燃燒至關重要。為了保證霧化效果，原設計在管路系統(tǒng)中專門增加了一個油氣比例調節(jié)閥，用柴油的進口壓力控制壓縮空氣的進口壓力，始終讓柴油的壓力比壓縮空氣高0.1MPa，

如圖1所示，當系統(tǒng)具備點火條件時，易于燃燒的液化氣先被點燃，燃燒后的液化氣火焰為霧化柴油的燃燒提供引火，一旦引火成功，液化氣在PLC的控制下自動關斷液化氣控制閥；經(jīng)過壓縮空氣霧化的柴油在焚燒爐中正常燃燒，為系統(tǒng)提供熱源。

圖1 柴油燃燒器控制原理簡圖

為安全起見，火焰控制系統(tǒng)在焚燒爐點火時，在液化氣引火燃燒和柴油正常燃燒環(huán)節(jié)把火焰探測探頭探測到的火焰信號發(fā)送給火焰探測器，火焰探測器發(fā)出一個信號給PLC，由PLC對火焰的變化情況進行實時監(jiān)控。

2.存在的問題及分析

由于燃燒爐爐頭部分及控制系統(tǒng)老化，經(jīng)常發(fā)生難以啟動點化問題，有時會發(fā)生2～3h難以啟動的情況，而且焚燒爐在運行中也經(jīng)常出現(xiàn)無緣無故的突然熄滅的現(xiàn)象。不僅影響產品質量，而且造成能源浪費。

燃燒器壓力為0.6MPa的壓縮空氣從Φ5mm的內腔中通過；壓力為0.4MPa～0.7MPa的柴油從Φ12mm的外腔進入，通過內腔壁上兩個Φ1mm的小孔進入內腔，和內腔中的壓縮空氣相混合，最后從燃燒器頭部Φ2mm的孔中噴射出去，進行燃燒（ 圖 2）。

圖2 改進前燃燒器結構

如果油壓變化過大，油氣比例調節(jié)閥無法及時調節(jié)，或油氣比例調節(jié)閥故障，都會影響柴油的霧化，導致柴油燃燒的火焰長度和亮度發(fā)生變化，火焰探測探頭檢測不到火焰的存在而進行保護性停機。

由于外界條件不停地變化著，柴油控制閥開度始終是變化的，使柴油的壓力也不停地變化，這是導致燃燒器不能很好霧化的主要原因。

3.燃燒器的改進設計

根據(jù)流體力學的原理，壓力管道中的某一點的壓力p=p靜+p速，即圖 3 中，pA=pA靜+pA速，pB=pB靜+pB速，pA＞pB，根據(jù)伯努利方程，pB=pA-Hj。A點處的管徑為 5mm，B點處的管徑為 18mm，A點處截面積為19.625mm2，B點處截面積為285.74mm2，B點處截面積是A點處截面積的14.56倍，即FB=14.56FA。根據(jù)流量計算公式，空氣流量Q等于風速v×截面積F，得出：vA=14.56vB，B點處的靜壓pB靜明顯降低。

按突然擴大圓管的局部阻力計算公式：

式中Hj——局部阻力，MPa

FA——A處截面積，m2

FB——B處截面積，m2

vA——A點處的風速，經(jīng)測vA=8.7m/s

γ——重度，kg/m3

g——重力加速度，m/s2

計算得Hj=0.402MPa，即B點處的壓力始終比A點處的壓力低0.402MPa，這個壓力遠比用油氣比例調節(jié)閥時的0.1MPa易于滿足，所以外腔中的柴油能順利進入內腔和壓縮空氣混合。

依據(jù)上述理論進行的燃燒器改進設計結構如圖3所示，壓力為0.6MPa的壓縮空氣從Φ5mm的內腔中通過，然后進入Φ18mm的增大內腔中；壓力為0.4～0.7MPa的柴油從Φ12mm的外腔中通過，進入Φ24mm的增大外腔中，然后從內腔上Φ1.5mm的孔（盡量靠近混合室前端位置）中進入內腔，和內腔中的壓縮空氣相混合，最后從燃燒器頭部Φ2mm孔噴射出去，進行燃燒。

4.效果

（1）燃燒器改進前焚燒爐爐溫波動很大，改進后溫波動變小，爐溫曲線近似一條直線。實際使用也證明改進后焚燒爐能夠安全、穩(wěn)定地燃燒。

圖3 改進后柴油燃燒器結構

（2）改進前柴油燃燒器上的兩個Φ1.0mm小孔用一般鉆床很難加工，改進后，Φ1.5mm孔在普通車床上就能加工。而且精細過濾后柴油中的雜質能順利通過該孔不堵塞，避免因堵塞造成的熄火現(xiàn)象。

（3）去掉了油氣比例調節(jié)閥后，用于霧化柴油的壓縮空氣量不隨油壓的變化而變化，使之更易于控制。