本发明专利技术涉及一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器及其系统，属于能源与环境技术领域。该脉动旋流雾化器包括旋流喷嘴、燃油通道、一次空气入口、二次空气入口、二次空气旋流片、一次空气旋流腔体、一次旋流风通道、二次旋流风通道和周期性凸起。本发明专利技术一次风入口按照流量要求供应空气，经过高压气体通道后从一级气体雾化旋流腔喷出的气流形成稳定的旋转流场，然后通过二次风入口供应额定流量空气作为辅助气体，经过入口管内周期性凸起后，产生气体涡流，使得流动一直处于脉动的态势。最后逐渐开启燃油控制阀，通过燃油通道末端的燃油喷嘴喷出，使得气液两相混合及对雾化液滴的破碎效果更好。对雾化液滴的破碎效果更好。对雾化液滴的破碎效果更好。
【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器及其系统
[0001]本专利技术涉及一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器及其系统，属于能源与环境
技术介绍
[0002]生物质能是唯一的可再生碳源和可转化为液体燃料的可再生能源，无需改变现有能源基础设施和架构体系可实现无缝式能源替代。生物质液体燃料以其能量密度高、易于运输等优点在工业领域得到了广泛的应用，生物柴油作为最重要的生物质液体燃料，是世界范围内主要产业化运作的生物质能之一。生物柴油通常是由废弃的或是未加工的动植物油、动物脂肪等通过不同的化学反应所制备出来的一种典型的绿色环保能源。
[0003]现有的工业炉窑液体燃料主要以重油或轻柴油为主，存在烟尘、CO和HC等有害物质的排放高的问题。生物柴油是一种含氧燃料，具有低温性能和润滑性能良好，十六烷值高燃烧性能好，闪点高储运安全性好等特性，推广使用生物柴油，对提高工业炉窑燃料可再生能源占比，减少温室气体排放具有重要现实意义。然而，生物柴油低温流动性能较差，且相比于柴油具有更高的粘度、密度，这些特征对燃料喷射、雾化和蒸发特性有不利影响，进而造成炉内火焰燃烧不稳定和污染物排放升高。因此，工业炉窑燃烧器中替代燃料的喷雾研究至关重要。因而涉及雾化器构型及系统，探明喷雾与空气的混合过程，分析喷雾的特性，是实现最佳的燃料雾化的关键，也是减少碳排放的关键。
[0004]专利申请号为201710759777X，公开了一种基于高粘度生物质燃油的工业炉窑高效雾化燃烧器。该燃烧器中燃油通道、高压氮气通道、高压氧气通道为同心、从内至外的三层腔体，燃油通道一端设有燃油入口，另一端设有燃油喷嘴，高压氮气通道一端顶部设有氮气入口，高压氮气通道另一端端部设有一级氮气雾化旋流片，高压氧气通道一端顶部设有氧气入口，另一端上设有二级氧气雾化旋流片，高压氧气通道上设有与工业炉窑连接的安装法兰，高压氧气通道设有穿过高压氧气通道的电子点火针。本专利技术利用制氧后废弃氮气作为辅助雾化气体介质，在利用氮气一级雾化后，形成了大约5cm的非燃烧隔离区，保证油束不会在喷嘴出口燃烧，从而解决了喷嘴出口烧结和积碳问题。但是该专利申请中燃烧器一二级辅助气体为稳定的流动状态，喷嘴出口的雾化流场也为稳定流场，存在喷雾效果单一缺乏变化，喷雾的轴向和径向范围受局限，燃烧时温度场分布不均匀；最重要的是产生的雾滴容易再聚集成大液滴，恶化雾化效果，造成火焰燃烧不充分，污染物排放量高等不利影响；且要达到同等雾化效果下，稳态喷雾需消耗更多的燃油。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器及其系统。本专利技术采用两级空气雾化及压力旋流喷嘴共同雾化，两级空气管道内设有周期性凸起，能一直打断流动边界层，产生涡流，有效解决了
生物柴油雾化粒度大，分布不均的问题。本专利技术通过以下技术方案实现。
[0006]一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器，包括旋流喷嘴5、燃油通道6、一次空气入口7、二次空气入口8、二次空气旋流片9、一次空气旋流腔体10、一次旋流风通道11、二次旋流风通道12和周期性凸起13；燃油通道6、一次旋流风通道11、二次旋流风通道12为同轴且依次缩短从内至外的三层通道，燃油通道6出口端设有旋流喷嘴5，一次旋流风通道11入口上端设有一次空气入口7，二次旋流风通道12入口上端设有二次空气入口8，一次空气入口7、二次空气入口8内部均匀设有若干周期性凸起13，一次旋流风通道11末端处设有与旋流喷嘴5喷出口相通且包裹喷出口的一次空气旋流腔体10，一次空气旋流腔体10腔体均匀设有若干从外表至内部的旋流高压空气通道，二次旋流风通道12内部设有二次空气旋流片9，二次旋流风通道12出口端与工业炉窑14窑内相通，二次旋流风通道12内部设有二次空气旋流片9，一次空气旋流腔体10一次气体旋流腔出口位于二次旋流风通道12内部且位于二次空气旋流片9后端。
[0007]所述旋流喷嘴5包括旋流芯1、旋流室2、喷孔3和螺旋槽道4组成，旋流芯1外部设有螺旋槽道4，旋流芯1端部设有旋流室2，旋流室2出口端出设有喷孔3。
[0008]所述旋流室2高度为4.4mm，喷孔3孔径为0.7mm。
[0009]所述螺旋槽道4螺杆长为12mm，螺杆半径为4.75mm。
[0010]所述一次空气入口7直径为9mm，周期性凸起13高为3mm；所述二次空气入口8直径为5.1cm，周期性凸起13高为1.3cm。
[0011]所述旋流空气通道为14
‑
24个。
[0012]一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化系统，包括油罐16、过滤网17、油泵18、液体流量计19、油阀20、生物柴油流量计21、空气阀22、气体流量计23、储气罐24、脉动旋流雾化器25、激光粒度仪26、高速摄像机27和电脑28，油罐16通过过滤网17、油泵18、液体流量计19、油阀20、生物柴油流量计21连通脉动旋流雾化器25中的燃油通道6，储气罐24分别通过气阀、气泵和气体流量计23分为两个通道，一个通道连接一次空气入口7，另一个通道连接二次空气入口8；工业炉窑14窑壁上设有观察口，观察口上安装激光粒度仪26和高速摄像机27，激光粒度仪26和高速摄像机27将数据传递给电脑28。
[0013]所述油泵18控制油路压力为0.5MPa，油阀20控制燃油质量流量为198mL/min。
[0014]所述气阀控制一次空气入口7的一次风量为30L/min；另一个气阀控制二次空气入口8的二次风量为399L/min。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016](1)本专利技术一次风入口按照流量要求供应空气，经过高压气体通道后从一级气体雾化旋流腔喷出的气流形成稳定的旋转流场，然后通过二次风入口供应额定流量空气作为辅助气体，经过入口管内周期性凸起后，产生气体涡流，使得流动一直处于脉动的态势。最后逐渐开启燃油控制阀，生物柴油通过燃油通道末端的燃油喷嘴喷出，增强了雾化的湍流强度，使得气液两相混合及对雾化液滴的破碎效果更好。开启到额定流量后，利用电子点火针进行点火，对生物柴油燃烧火焰进行观察和研究，各控制条件可根据炉膛内实际火焰进行微调满足实际生产需求。为了对本燃烧器的有效性进行研究，首先研究了生物柴油的雾化特性，利用喷雾激光粒度仪(Winner319)测定该系统雾化后油束中燃油颗粒索特平均直径(D32)为109.917μm，油束雾化锥角为54
°‑
63
°
，雾化颗粒直径均匀，说明本专利技术对生物柴
油雾化效果较好。
[0017](2)本专利技术为脉动旋流雾化器，雾化器的周期性突起会引起气流脉动，脉动的不稳定性有利于打破生物柴油的表面张力，促进液膜破碎，产生更细小和更均匀的雾滴，形成更好的雾化效果。其次，脉动喷雾的喷射更密集，覆盖范围更广，可以提高喷雾的穿透性能。实验证明，脉动喷雾在低流量下也可以工作，更节能降耗。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器，其特征在于：包括旋流喷嘴(5)、燃油通道(6)、一次空气入口(7)、二次空气入口(8)、二次空气旋流片(9)、一次空气旋流腔体(10)、一次旋流风通道(11)、二次旋流风通道(12)和周期性凸起(13)；燃油通道(6)、一次旋流风通道(11)、二次旋流风通道(12)为同轴且依次缩短从内至外的三层通道，燃油通道(6)出口端设有旋流喷嘴(5)，一次旋流风通道(11)入口上端设有一次空气入口(7)，二次旋流风通道(12)入口上端设有二次空气入口(8)，一次空气入口(7)、二次空气入口(8)内部均匀设有若干周期性凸起(13)，一次旋流风通道(11)末端处设有与旋流喷嘴(5)喷出口相通且包裹喷出口的一次空气旋流腔体(10)，一次空气旋流腔体(10)腔体均匀设有若干从外表至内部的旋流空气通道，二次旋流风通道(12)内部设有二次空气旋流片(9)，二次旋流风通道(12)出口端与工业炉窑(14)窑内相通，二次旋流风通道(12)内部设有二次空气旋流片(9)，一次空气旋流腔体(10)一次气体旋流腔出口位于二次旋流风通道(12)内部且位于二次空气旋流片(9)后端。2.根据权利要求1所述的基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器，其特征在于：所述旋流喷嘴(5)包括旋流芯(1)、旋流室(2)、喷孔(3)和螺旋槽道(4)组成，旋流芯(1)外部设有螺旋槽道(4)，旋流芯(1)端部设有旋流室(2)，旋流室(2)出口端出设有喷孔(3)。3.根据权利要求2所述的基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器，其特征在于：所述旋流室(2)高度为4.4mm，喷孔(3)孔径为0.7mm。4.根据权利要求2所述的基于拓扑结构的生物柴油气液同轴工业炉窑脉动旋流雾化器，其特征在于：所述螺旋槽道(4)螺杆长为12mm，螺杆半径为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李法社，马鑫，王霜，高一程，金军伟，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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