等壓式柴油燃燒器設計

范愛軍 王迎彬 李新群

作者通聯：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，原設計在管路系統中專門增加了一個油氣比例調節閥，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；經過壓縮空氣霧化的柴油在焚燒爐中正常燃燒，為系統提供熱源。

圖1 柴油燃燒器控制原理簡圖

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

2.存在的問題及分析

由于燃燒爐爐頭部分及控制系統老化，經常發生難以啟動點化問題，有時會發生2～3h難以啟動的情況，而且焚燒爐在運行中也經常出現無緣無故的突然熄滅的現象。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，油氣比例調節閥無法及時調節，或油氣比例調節閥故障，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象。

（3）去掉了油氣比例調節閥后，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。