油噴嘴霧化效果的試驗研究

油噴嘴霧化效果的試驗研究

撫順石油三廠的動力車間現(xiàn)有三個中壓汽油機，負責將3.5mpa蒸汽提供給透平機，并向整個工廠的煉油廠提供噴泉和回波機。在鍋爐運行過程中由于負荷的波動,燃油噴嘴的霧化效果降低,導致鍋爐爐膛內(nèi)的燃料燃燒不充分,煙囪冒黑煙,油頭和受熱面發(fā)生結(jié)焦,油噴嘴堵塞。油噴嘴由于受到高溫的影響,產(chǎn)生變形和裂紋,墊片密封不嚴導致油槍漏油,影響燃油的霧化質(zhì)量。嚴重時鍋爐的油噴嘴幾天就要拆卸清透,甚至需要更換油頭,否則會造成爐膛后部受熱面及煙道內(nèi)大量結(jié)焦,導致尾部二次燃燒,曾經(jīng)出現(xiàn)過因二次燃燒導致排煙溫度高達270℃的嚴重后果。因此,對油噴嘴霧化效果進行分析和對運行參數(shù)進行改進,是保證燃油鍋爐安全和經(jīng)濟運行的迫切任務。1霧化特性試驗3臺鍋爐的油霧化器均采用內(nèi)混式Y(jié)型蒸汽機械霧化器,結(jié)構(gòu)如圖1。蒸汽通過內(nèi)管分流至各個蒸汽孔,并在混合孔內(nèi)膨脹加速。油經(jīng)過內(nèi)外管之間的環(huán)型通道進入油孔,再在混合孔內(nèi)被高速蒸汽流沖擊,在混合孔表面上形成油膜,油膜在蒸汽高速流動和蒸汽在噴口外再膨脹過程中被破碎成細油滴。在實際燃燒過程中,配風器一般是固定不變的,因此燃油能否完全燃燒關(guān)鍵在于霧化器出口的油滴的大小,即霧化程度。油霧化程度與油霧化器結(jié)構(gòu)、油壓力及蒸汽壓力等參數(shù)有關(guān)。影響油噴嘴霧化效果的主要因素有:霧化蒸汽壓力、燃油壓力、蒸汽與油壓力之比、油黏度、油噴嘴的結(jié)構(gòu)以及噴嘴的進油和進汽方式等。噴嘴霧化特性試驗表明:當霧化蒸汽壓力較低,或燃油壓力較高時,霧化粒子的平均直徑隨著燃油壓力增大而增大。但是在適當?shù)暮愣ǖ恼羝麎毫ο?燃油壓力在一定范圍內(nèi)變化霧化粒子的平均直徑基本保持不變。在燃油壓力一定時,霧化粒子的直徑隨著蒸汽壓力的增加而減小。試驗表明在霧化蒸汽壓力與油壓力之比大于0.9且蒸汽壓力和燃油壓力均大于0.4MPa時,燃油壓力和蒸汽壓力在一定范圍內(nèi)變化,噴嘴出口和仍然可以得到較好的霧化效果。試驗獲得的霧化粒子的平均直徑與霧化蒸汽壓力和燃油壓力之比的關(guān)系可以表示為:d=5.831(pv/p0)-2.515+9.3969μm(1)由式1以及試驗結(jié)果可以知道,改變蒸汽和燃油的進入方式,燃油經(jīng)過噴嘴中間,蒸汽在周圍流動時噴嘴霧化效果有所改進。2改進的計劃2.1保持蒸汽壓力在燃油調(diào)節(jié)閥和蒸汽調(diào)節(jié)閥DCS控制回路中增加一個壓差調(diào)節(jié)回路,如圖2。因為燃油壓力和蒸汽壓力在一定壓力范圍內(nèi)變化時,噴嘴都可以得到良好的霧化效果,所以通過差壓調(diào)節(jié)信號保持蒸汽壓力=油壓+(0.05～0.12)MPa。根據(jù)燃油壓力信號和霧化蒸汽壓力信號,壓差調(diào)節(jié)回路經(jīng)過比較后輸出一個調(diào)節(jié)信號控制霧化蒸汽調(diào)節(jié)閥,調(diào)節(jié)霧化蒸汽和燃油的壓力差值,保證燃油在最佳的霧化狀態(tài)下在鍋爐內(nèi)燃燒。2.2鍋爐項目為了使燃油壓力和霧化蒸汽壓力能夠在一定的范圍內(nèi)變化,使燃油達到最佳的霧化效果并且有最合適的火焰長度,在鍋爐負荷變化時,根據(jù)鍋爐負荷大小,及時調(diào)整投用的噴嘴數(shù)量。當鍋爐負荷升高時,增加鍋爐噴嘴,以降低燃油壓力,保證良好的霧化效果。實際運行中,燃油壓力保持在0.5～0.8MPa時,燃油霧化效果最好。2.3霧化粒子直徑的變化噴嘴霧化特性試驗表明,改變?nèi)加秃挽F化蒸汽的進入方式,采用如圖3所示的流動路線,即燃油自內(nèi)管進入,霧化蒸汽自環(huán)型外管進入,在相同的燃油壓力和霧化蒸汽壓力的情況下,霧化粒子的直徑有所減小。原來的流動方式下,蒸汽壓力不變時,霧化粒子直徑隨著燃油壓力增加而急劇增大,霧化效果惡化。因此,改變?nèi)加秃挽F化蒸汽的進入方式,不僅可以獲得較好的霧化效果,而且可以減少由于燃油壓力波動對霧化效果的影響,運行操作更加可靠。2.4回收油對鍋爐口掛焦的影響Y型油嘴在燃用較好的燃油時,燃燒良好穩(wěn)定,不會產(chǎn)生結(jié)焦和堵塞現(xiàn)象。但是在煉廠中燃油中有時要摻入一些回收油甚至雜質(zhì)很多的劣質(zhì)燃料油,就極容易造成堵塞和油噴嘴結(jié)焦以及鍋爐碹口掛焦的情況。為適應燃料的變化,對油噴嘴的噴射角度進行了改進,以適應不同的燃油,運行中根據(jù)實際更換不同噴射角度的油嘴,同時配合一、二次風的調(diào)整保證了燃燒的穩(wěn)定安全。2.5墊片厚度不適宜油槍長期在高溫下運行,其內(nèi)外管套結(jié)合部位容易發(fā)生變形,在清理油槍時經(jīng)常發(fā)生墊片安裝不合適的時候。因為廠家提供的墊片一般是統(tǒng)一規(guī)格的,所以經(jīng)常出現(xiàn)墊片厚度不合適、或者墊片直徑不適宜的問題,并導致油槍漏油,影響燃油霧化效果。為此,特意加工制作了一些不同規(guī)格的墊片以適應油槍變形后的需要,這樣就可以保證油槍頭不漏油,減少油槍結(jié)焦和堵塞等問題的產(chǎn)生,保證鍋爐運行。2.6油噴嘴質(zhì)對硬度的影響燃油噴嘴的破口裂紋除了因為油槍漏油,油槍結(jié)焦,油槍堵塞等原因引起外,還跟油噴嘴的質(zhì)量差,主要是硬度較低有關(guān)。當燃油中雜質(zhì)增加后,對油噴嘴的高速沖刷作用加劇,導致噴口出現(xiàn)變形甚至裂紋。采用優(yōu)質(zhì)合格的高性能燃油噴嘴可以減少油霧化器噴口裂紋,降低油槍維修次數(shù),保證鍋爐正常運行。2.7燃油溫度對霧化效果的影響燃油黏度過大或者過小都不利于燃油的霧化,而燃料油的黏度主要受溫度影響,所以在鍋爐運行中,應根據(jù)燃料品質(zhì)控制燃油的溫度,合理的調(diào)整燃油的溫度才能保證霧化效果。經(jīng)過試驗對比,在目前燃用減壓重油時,應控制燃油溫度在120～130℃范圍之間效果最好。3增加了油槍進行油槍的運行,延長了鍋爐運行周期,保證了鍋爐運行綜合效率,提高了鍋爐運行綜合效率通過對蒸汽霧化油噴嘴的特性進行分析,采取一