CN1056102C - 借助辅助气体雾化液体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于借助于至少一种压缩辅助气体雾化一种液体，特别是雾化一种高粘度液体的装置，它包括众多的一级导管，以提供要雾化的液体，这些一级导管每个都有一个喷雾孔。在每一个一级导管上都配合有两个连在压缩辅助气体源上的二级导管，这两个二级导管在一级导管里的两个不同的位置上开口。

Description

借助辅助气体雾化液体的装置
本发明是关于借助至少一种辅助气体雾化一种液体，特别是雾化一种高粘度液体的装置。
根据本发明的装置专门是为了燃料的燃烧来雾化燃料而研究的。但是很明显该装置也可以被用来其它应用目的的液体雾化。
为了确定所提出的问题，下文中将参考从原油中精炼出的产品的燃烧，主要是燃料油的燃烧，但是由本发明提出来的解决办法可以被用来解决一些同等的问题，正如现在的描述的后面将被解释的情况那样。
原油的精炼目前生产出一些越来越粘稠的重油产品，它们来自转化装置。
为了使这些重油产品燃烧得完全，必须把它们雾化成细小的液滴，其直径是相当小的，在1/10毫米的范围内。为了获得这样大小的液滴，人们认为在雾化的温度下有必要将产品的粘度降到小于20mm2/s。对于那些在100℃下，粘度为4000mm2/s的产品，需要使用雾化温度从200℃到230℃，以便使产品的粘度降到20mm2/s左右，使得应用通常那些喷雾方法来实现良好的雾化。
如果人们不想采用从经济方面讲不怎么合算的太高的温度的话，人们就必须通过蒸液方法，将那些粘稠的重油产品部分地稀释，但炼油工业就要亏本，因此就不得不提高重燃料油的产量，重油的情炼就成多余的了。
如果人们试图在较低的温度下使用通常的喷雾方法，而不稀释燃料，人们被引到使用这种具有更高粘度的燃料，但机械的雾化需要高压，在200℃下，压强为2.10帕斯卡的范围。对于一种在200℃下，粘度为400mm2/s的产品来说，很自然，这是不利的。
在她申请的法国专利证书FR-A-2662377中，申请人已经提出雾化粘稠的燃料，其粘度比普通使用的燃料油的粘度要高，在较低的温度下，通过在喷雾的装置里制造一种粘稠液体薄膜，然后再借助于两种气体流将其雾化成细小的液滴。
先前的这个方法包括使用：
—上述液体的一种环形流，
—一种初级气体的环形流，
—一种与上述气体相同或不同的次级气体的环形流，
而这种方法在于：
a在初级气体流的流动方向上将液体流引到初级气体的上述流的内部，
b实现一种液体环状薄膜是通过把液体和初级气体的同轴流引到一环状物的周边上，使这种环状物的一个自由端外形成鱼骨状。
c通过上述初级气体流和次级气体流的联合作用将液体在上述的鱼骨状棱端雾化；次级气体流以与上述的液体流及上述的初级气体流相同的方向流进环状物的内部。
根据上述专利证书的要求，这个方法的特点在于气体的总质量与液体总质量的比低于0.5。在鱼骨状的自由端附近，初级气体流和次级气体流的速度是音速。
在这份专利申请书中，也描述了实施这种方法的一套喷雾装置，以及这种装置和这个方法在雾化液体燃料，尤其是雾化重的和粘稠的燃料，为燃烧它们的使用。在一种燃料油燃烧的情况下，所使用的气体可以是空气、水蒸汽、炼油气，或者在上述的燃料油预先雾化的情况下，可以使用水蒸汽。
在对这种类型的方法和装置继续她的研究工作中，专利申请人建立了一种简单而又方便的实施方法，以便取得液体细滴的均匀分布，而不改变由这些装置所实现的液体环状薄层这样的分散优点，这种实施方法在于安置至少一种障碍物，横在液体薄层的一部分中间，这个障碍物的作用就是把这个液体薄层局部刺破，并在薄层中制造一种突变，以改变液滴的运行轨迹。
这项技术就成了她的法国专利申请书FR-A-2692502的对象。
预先形成一种薄膜的这样的喷雾方法和装置仍然表现出不便，为了实现液体的环状流而使用的环状空间，在垂直于液体移动的方向上，通常有一个缩小的尺寸，大多数时间这个尺寸大大地小于1毫米，这有引起被悬浮在液体中的一些颗粒堵塞的严重危险。
为了能够取消或限制这些堵塞危险，最好是那些环状空间具有一个最小的横向尺寸，至少等于1毫米，在这些环状空间里，液体和那些辅助气体都很好地流动。
有了这样的一种尺寸的选择，专利申请人就确定不再使用有形成预先薄膜的喷射器，而使用导管体系是可能的，无论是对要喷雾的液体的流动，还是对一种或几种辅助气体的通过，导管的使用都使喷射器的实现容易了。
因此本发明的目的是提出一种液体的、特别是一种高粘度液体的喷雾装置。借助于至少一种辅助气体，在这种装置中，导管堵塞的危险被减少了。
为此，本发明把一种液体、特别是一种具有高粘度液体的喷雾装置作为目的，借助于至少一种压缩的辅助气体，这种装置包括多个一级导管，它们被供应要喷雾的液体，这些导管每一个都包括一个喷雾口和至少两个连接在一个压缩辅助气体源上的二级导管，两个二极导管侧向开口到一级导管里，二级导管相对于一级导管的轴线倾斜布置，且紧邻喷雾孔，在基本位于垂直于一级导管的轴线的同一平面内的一些地方通到所述一级导管内。
最好，二级导管的轴线与一级导管的轴线形成一些相等的角度，这些角度包括在0°到90°之间。
二级导管的横向尺寸基本等于或大于一级导管的横向尺寸。
正如上面所指出的，为了限制堵塞的危险，一级导管和二级导管都具有一个最好至少等于1毫米的横向尺寸。
正如人们在下面将会看到的，在该发明的两种实施方式的描述中，本发明的装置包括具有多个一级导管的喷头，其喷雾口沿着一个圆环形的冠或沿着两个同轴的圆环形的冠有规则地分布在该装置的头部。
最好是将要雾化的液体由唯一的一个进料管道供给该装置的各个不同的一级导管，而将压缩气体由唯一的一个二级进料管道供给那些各不相同的二级导管，例如此二级进料管道是成环形截面的并与一级管道成同心截面。
在下面的根据本发明装置的实施方式的详细描述中，人们将参考附图，在这些附图中：
图1是一个沿着图2的1-I线的该装置的第一种实施方式的轴向剖面图；
图2是一个沿着图1的箭头F的该装置的端视图；
图3是一个表示该装置的那些一级导管与二级导管相连接的一个例子的细节图；
图4和图5是符合本发明的一个装置的第二种实施方式的，类似图1和图2的两幅图。
我们将首先参考图1到图3。
所表现的装置包括一个喷头1，它被一个环3与一根圆筒形的管道2牢固地连起来，环3被拧紧在管道2上。在管道2里并与之同轴安置了一根能供给要雾化的高粘度液体的管道4，而为了雾化被使用的压缩辅助气体在空间5里流动，此空间把管道2和管道4分开。
为了简化的目的，喷头1被表示成用唯一的一个部件实现的。很明显，为了加工的原因，喷头必须被拆成好几个零件。这种加工很自然是技术人员所能办到的。
在喷头1与管道2接触的部分，与管道4的轴相平行的，一方面预备了一些与空间5相通的导管9，因此可以接受辅助气体的供给，另一方面预备了一些导管10，它们与引来要雾化的液体的管道1相通。
这些导管10，在它们的另一端，通过一个环形室10′与一些导管11相通，这些导管11相对于喷头的轴线是倾斜的，并沿着供给这些导管11液体的一些喷雾口12开口在这个喷头的外部。
两导管13和14获取从导管9送来的辅助气体，它们是从侧面开口在那些导管11里的就在靠近喷雾孔12的地方。导管13通过一个环形室9′与那些导管9相通，而导管14被连在一个轴向导管15上，通过相对于轴线是倾斜的一些导管16与那些导管9相通。
因此液体依次地取道管道4，导管10和导管11，而辅助气体则依次地在环形空间5，导管7和9中流动，然后通过导管13或通过导管16，15和14。
正如人们在图3中所见到的，导管13和14将与导管11形成角度在0至90°之间的角α1和角α2，α1和α2将可能是相等的或是45°左右。导管13和14将可能汇聚在导管11的轴线的同一点的方向上，或如图表示的，在一些岔开的地方与导管11相连接。
图4和图5表示符合本发明的装置的另一种实施方式。在这些图上，已经描述的机件用与在图1到图3上相同的参考数字表示的。
在这个实施例中，导管11的那些喷雾孔不是沿着在装置的头部上的一个唯一的圆环形冠上均匀地分布，而是沿着同轴的圆环形冠分布；那些喷雾孔12，在所描述的装置的情况下是四个孔，它们相对于那些喷射孔12′是岔开45°角排列的。那些喷射孔12′与导管11′，13′和14′相连接，并与导管11，13和14相类似的方式被布置的，有同样的功能。
导管11，13和14的直径和长短可能与它们对应的导管11′，13′和14′的直径和长短不同，同样地那些喷孔的轴与装置的轴形成的角度也不同。
下面的例子表明上述已描述的装置应用，在一种高粘度液体的雾化上，即油上。
例1
所使用的装置是属于图1到图3所表示的类型。它表现有下面的特点：
—导管11和喷雾孔12的数目为6，
—导管11的直径为1.7毫米，
—导管13和14的直径为1.7毫米，
—角α1和α2为45°，
—导管13和14到导管11的连接点之间的距离为0，
—这些连接点到喷雾孔12的距离为2毫米。
试验条件如下：
油
—通过每个喷雾孔油的流量为33kg/h，
—油的压强为9.5×10帕斯卡，
—油的粘度为200mm2/s，在20℃下，
—辅助气体是氮气，
—辅助气体的压强是6.5×10帕斯卡，
—相对于油，氮气的单位质量比率为30％单位质量。
用这种高粘度液体，在上述指出的条件下从装置的出口跳出的液滴的平均直径为35微米，90％的液滴其直径小于120微米，它们中的99％其直径小于290微米。
例2
所使用的装置是图3和图4表示的类型。它表示如下的特点：
—导管11和11′及喷雾孔12和12′的数目为8，
—导管11的直径为1.7毫米
—导管13和14的直径为1.7毫米
—角α1和α2为45°
—导管13和14到导管11的连接点之间的距离为0
—这些连接点到喷雾孔12的距离为2毫米
—导管12相对于喷射器的轴线的夹角γ为30°
—导管11′的直径为2.0毫米，
—导管13′和14′的直径为2.0毫米
—角α1，α2为45°，
—导管13′和14′与导管11′的连接点之间的距离为0
—这些连接点到喷雾孔12′的距离为2毫米，
—导管12′相对于喷射器的轴线的夹角σ为20°
试验条件如下：—通过喷雾孔12油的流量为33kg/h
—通过喷雾孔12′油的流量为45kg/h
—油的压强为9.5×105帕斯卡
—油的粘度为200×10-6m2/s200mm2/s在20℃下
—辅助气体为氮气
—辅助气体的压强为6.5×105帕斯卡
—氮气相对于油的单位质量比率为30％单位质量
在这样的条件下，从装置的出口处喷出的液滴的平均直径又是35微米，90％的液滴的直径小于120微米，而它们当中的99％其直径都小于290微米。
这些试验表明符合本发明的方法和装置的有效性，当人们把这些方法和装置应用到高粘度液体的雾化上时，例如那些作为燃料使用的液体。

Claims (6)

1.借助于至少一种压缩辅助气体雾化一种液体的装置，它包括多个一级导管(11)，它们被供给要雾化的液体，所述一级导管的每一个都包括一个喷雾孔(12)和至少两个连接在一个压缩辅助气体源上的二级导管(13，14)，两个二级导管侧向开口到一级导管(12)里，其特征在于，二级导管(13，14)相对于一级导管(11)的轴线倾斜布置，并且紧邻喷雾孔(12)，在基本位于垂直于一级导管(11)的轴线的同一平面内的一些地方通到所述一级导管内。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，二级导管(13，14)与一级导管(11)的轴线形成大约45°的角。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，二级导管(13，14)在距离喷雾孔(12)2毫米处通到一级导管。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，二级导管(13，14)的横向尺寸基本等于或大于一级导管(11)的横向尺寸。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，一级导管(11)和二级导管(13，14)的横向尺寸至少等于1毫米。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，它具有一个头(1)，包括至少两套一级导管(11)和(11′)，它们的喷雾孔(12)和(12′)有规则地沿着至少两个同轴的圆环设置。
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