F型油压自动比例调节燃油喷咀的研制

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1980.03.003 北京钢铁学院学报 1980年第3期 F型油压自动比例调节燃油喷咀的研制 冶金炉教研室张先橘 摘 要 本文简要介绍F型喷咀的研制情况，针对目前各喷咀在使用中燃料清耗高，热 工自动化困难等问题，采用利用燃油压力的控制来自动地、按比例地配比空气量， 达到自动比例调节的目的，为降低燃耗，实现热工自动化制选有利条件，同时采用 波纹管作为动密封，紫铜环作为静密封，提高了密封的可靠性，使核喷咀得以采用 热送风，为进一步节约燃耗制造条件。 由一机部设计总院主持，北京钢铁学院负责，与上海机电设计院和常熟喷咀厂协作，共同 研制的F型油压自动比例调节燃油喷咀，经过三年多的设计、制造、冷态试验、热态试验和 在工业炉上试用，性能完全达到预期的要求。经过不断改进，无论在使用性能上，结构原理 上，操作维修上以及加工制造上，均较引进日本的最佳的R型喷咀为优，受到各试用单位的 欢迎。1979年7月一机部设计总院于苏州主持召开鉴定会给予充分的肯定，並正式定型。 一种适合我国国情的新型燃油喷咀研制成功了。这种喷咀已大批量生产，在上海、北京、天 津等地推广使用，取得了良好的效果。连续式加热炉上平均节油率在10%以上。与R型喷咀 比较，炉温自控系统的主要仪器设备投资减少46.8%，烧咀的生产成本下降27%，这就可以 用同样的资金使更多的炉子实现炉温自控。此外，由于油压自动比调烧咀较好地解决了风、 油的比例燃烧，从而为减少金属的氧化烧损创造了条件。 (一) 如何提高炉子的生产率，降低燃料消耗，消除烟尘污染，减轻工人高温操作，以及实现 生产过程自动化，是摆在炉子热工人员面前的迫切任务。烧好这些工业炉的措施是很多的， 其中主要措施之一就是需要一种燃烧性能良好，结构简单，维修方便，便于生产操作和白动 化的燃油烧咀，具体地说，这种喷咀必须达到下述要求： 1,喷咀在工作时能自动地将油量和空气量始终保持合适的比例。 节约工业炉的燃料消耗量，主要的方法之一就是控制燃烧时合理的空气过剩系数。 每公斤重油燃烧时所需的理论空气量一般为10~11立方米。在燃烧时，供给的空气量如 果比理论值过大或过小，都给炉子热工带来不利的影响，主要表现在： (1)降低燃烧温度使炉子产量降低： 重油燃烧时的燃烧温度对炉子热工起着重要的作用。燃烧温度越高，其他条件相同的情 19

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年第 期 型油压 自动比例调节燃油喷咀的研制 冶金炉教研 室 张 先很 摘 要 本文 简要介 绍 型 喷咀 的研 制情况 ， 升对 目前各喷咀 在使用 中燃料 清耗 高 ， 热 工 自动化 田 难 等问题 ， 采 用利用燃油 压 力 的控制来 自动地 、 按 比例地配 比 空气 ， 达 到 自动 比例调 节的 目的 ， 为 降低 燃耗 ， 实现 热工 自动化 浏选有利 条件 ， 同时采 用 波纹 管作为动 密封 ， 紫铜环 作为静 密封 ， 提 高 了密封的可亦 性 ， 使核喷咀得 以采用 孩 热送风 ， 为进 一 步节约燃耗 到造 条件 。 由一 机部设 计总院主 持 ， 北京钢 铁 学院负责 ， 与上 海机 电设计院和 常熟喷咀厂 协作 ， 共同 研制的 型油压 自动 比例 调节燃油喷咀 ， 经 过 三年多的设计 、 制 造 、 冷态 试验 、 热态 试验 和 在工业炉上试用 ， 性能完全达到预 期 的要求 。 经过不断 改进 ， 无论在使用性能上 ， 结构原 理 上 ， 操作维修上 以 及加工制 造上 ， 均较引进 日本的最佳 的 型喷 咀 为优 ， 受到 各试用单位的 欢 迎 。 年 月一机部设计 总 院于苏州主持 召开鉴定会给予 充分的肯定 ， 业正式定型 。 一 种 适合 我 国国情 的新 型燃 油喷咀研制 成 功了 。 这种喷 咀 巳大批 里生产 ， 在 上海 、 北京 、 天 津 等地推广 使用 ， 取得 了 良好的效果 。 连续式加热炉上平均节油率在 以 上 。 与 型喷 咀 比 较 ， 炉温 自控 系统 的主要仪 器设 备投 资减少 ， 烧 咀的生产成 本下降 ， 这就可 以 用 同样 的资金使更 多的炉子实现炉温 自控 。 此外 ， 由于油压 自动 比调 烧咀 较好地解决了风 、 油的 比例 燃烧 ， 从而 为减少金属的氧 化烧损 创造了 条件 。 一 如何提高炉 子的生产 率 ， 降低燃 料 消耗 ， 消除烟尘 污染 ， 减轻工 人高温操作 ， 以 及实现 生产过 程 自动 化 ， 是摆 在炉子热工 人 员面 前的迫切 任务 。 烧好这些工业 炉的措施是很 多的 ， 其中主要措施之一 就 是需要一 种燃烧性能 良好 ， 结 构简单 ， 维修方便 ， 便 于生产 操作和 自动 化的燃油烧咀 ， 具 体地说 ， 这种喷咀 必 须达 到下述 要求 喷咀在工 作时能 自动地将油量 和 空气量 始终保持 合 适的比例 。 节 约工 业炉的燃 料 消耗量 ， 主 要的方 法之一 就 是控 制燃烧 时合理 的空 气过 剩 系数 。 每 公斤重 油燃 烧 时所需的理论 空 气 量一 般 为 立方米 。 在燃烧 时 ， 供给 的空气量 如 果 比理论 值过 大或过 小 ， 都给 炉子热工 带 来不 利 的影 响 ， 主 要 表现在 降低燃烧 温 度使炉子产 量 降低 重油燃烧 时的燃 烧温 度对 炉子热工 起着 重要 的作用 。 燃烧温 度越 高 ， 其他 条件相 同的情 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1980．03．003

况下，·火焰传给加热工件的热量就越多，而且与温度成4次方的关系。 燃烧温度在空气不预热的情况下可用下式计算： t燃= Q低一Q细℃ V,C烟 式中：Q低一重油的低发热值大卡/公斤， Q一重柚燃烧时烟气中化学热，大卡/公斤事 V。一重油燃烧时生成的烟气量，标米/公斤； C烟一重油燃烧产物的比热大卡/℃标米。 过大的空气量使烟气量V增加，显著地降低了燃烧温度，而过小的空气量使分解吸热 部分Q烟增加，更加剧烈地降低了燃烧温度，两者都使炉子的传热条件变坏，降低加热速 度，减少产量。其关系可由图1明显看出。 (2)增加烟气量或不完全燃烧量，使燃耗量增加。烟气带走的物理热量损失可由下式 计算： q2=t烟：C烟V% Q旺 式中：t烟一烟气出炉温度影 C幅一重油燃烧产物的比热，大卡/℃标米3， V。-一重油燃烧时生成的烟气量，标米3/公斤影 Q低一重油的低发热值，大卡/公斤。 空气过剩系数增加与烟气带走物理热损失的关系如图2所示。 减少必需的空气量，使燃烧不完全，也会增加烟气带走的化学热损失，亦见图2。 由于不完全燃烧，烟气带走的化学热损失可由下式计算： e NH/ 61 29 烟气温度 1900 e上 7初 吴 8 10 a90N123 空气过测系数a 空气过剩系数n 图1 图2 20

况下 ， ， 火焰 传给加热工 件的热量 就越 多 ， 而且 与温 度成 次方 的关系 。 燃烧温 度在空 气不 预热 的情况 下 可用下式计 算 ‘ 。 · 锹 ，℃ 式 中 乒一重油 的低发热谭 大卡 公斤 ， 侧－ 重油燃烧时烟气中化学热 ， 大卡 公斤 ， － 重油燃烧时生成的烟 气量 ， 标米 公斤， 烟 － 重油 燃烧产 物的比热 大卡 ℃标米 。 过 大的空气量 使烟 气量 。 增加 ， 显著地降低了燃烧温 度 ， 而 过 小的空 气 量使分解 吸热 部分 烟增加 ， 更加剧烈地降低 了 燃烧温度 ， 两者 都使炉子 的传热 条 件变坏 ， 降低 加 热 速 度 ， 减 少产 量 。 其关系可 由图 明显看 出 。 增加烟 气量或不完全燃 烧量 ， 使燃耗量增加 。 烟 气带走的物理热量损 失可 由下式 计 算 烟 · 烟 。 任 恶 一 一一一万叹，二 一 一 只业 式中 烟 － 烟 气出炉温度， 烟－ 重油然烧产物 的 比热 ， 大卡 ℃ 标 米 “ 。 一 一重油燃烧时生成的烟 气量 ， 标米 公斤， 低 － 重油 的低发热 值 ， 大卡 公斤 。 空 气过 剩系数增加 与烟气带走物理热损失的关系 如图 所 示 。 减少必需的空 气量 ， 使燃烧不完 全 ， 也会增加烟 气带走的 化学热 损 失 ， 亦见 图 。 由于不完全嫩烧 ， 烟 气带走的 化学热损 失可 由下 式计算 次考汾思阔成亲济诌 几 、 、 」 ， 效 林飞踩 尸产 诀从 、议、 户 洲 州 尹嗜 次决二 袱 产洲尸 尸沪 户尸产 ， 、 一 决 洲少 产 尹 汤尸尸 沼卜 丫 监，， 尸洲尸 “ 尸口 州 次 二 姗海茹醉 犷票侧乍宕裸妞却城脚非藕粉 哥划如续丫城平﹃。龙、长工 即 叩 呼 阿 ， ， 砂 空 气过别 系数 空气过刹系数 图 ， 图

q,=30.2C0′+25.8HVm% Q低 式中：CO',H'一一烟气中一氧化碳和氢的含量%。 其他各项同前。 目前，在我国燃油加热炉的燃烧操作上，存在着不注意及时调整撚油量与供风量的合理 配比问题。例如，在热负荷变化时经常采用减油不减风和增油不增风的操作，造成大量的空 气过剩或者空气不足，这是形成燃料消耗量普遍较高的一个重要原因。因此，严格控制空气 过剩系数，保证空气量与燃油量之间的配合，是合理组织然料燃烧的重要内容，也是大量节 约燃油的一条重要途径。 降低空气过剩系数对节约燃料的效果，可由表1看出： 表1 烟气排出 原来的空气 减少后的空气过剩系数 温度℃ 过剩系数n 1.30 1.20 1.10 1.00 1.40 3.76 7.26 10.5 13.5 700 1.30 3.65 7.01 10.1 1.20 3.48 6.74 1.10 3.38 1.40 5.94 11.27 16.0 20.2 900 1.30 5.66 10.7 15.2 1.20 5.9 10.1 1.10 5.06 1.40 94.3 17.3 23.8 29.4 1100 1.30 8.67 15.9 22.1 12.0 7.91 14.7 1.00 7.36 1.40 15.7 27.2 35.9 42.7 1300 1.30 13.7 23.9 32.1 1.20 11.9 21.3 1.10 10.7 注：表内数据为燃烧重油时的燃烧节约率%。 2.喷咀必须便于操作和热工自动化，使生产过程在最佳状态下运行。 在手工操作的条件下，要及时地进行燃烧操作，控制合理的风、油配比是比较困难的。 一方面在产量变化，供热量增减时，要及时调整许多烧咀的油量与风量的比例，劳动强度是很 大的，另一方面由于监测燃烧情况的手段缺乏，不容易观察空气过剩的程度，也不能很好地 加以控制，这就要求实现生产过程的自动化。 目前先进的工业炉都采用自动调节仪表或计算机来控制。在我国，大多采州自动调节仪 表来控制。对于非比例调节喷咀（如C、K、Z型）的自动控制一般用下列控制系统： 21

， ， 丝卫旦二业 。 一 ‘ 式 中 了 ， 尹 － 烟 气中一 氧化碳和 氢的 含量 。 其他 各项同前 。 目前 ， 在我国燃 油加热 炉的燃烧操作上 ， 存在 着不注 意及 时调 整燃 油 量 与供风量 的合理 配 比问题 。 例 如 ， 在 热负荷变化时经常采用减油不减风和 增油不增风的操作 ， 造成 大盈的空 气过 剩或者空 气不足 ， 这是形成嫩料消耗量普遍 较高的一 个重要原 因 。 因此 ， 严 格控 制空 气 过 剩系数 ， 保证 空 气量 与燃油量之 间的配 合 ， 是合理组织燃料燃烧的 重 要内容 ， 也是 大量节 约燃油 的一 条重要途径 。 降低空 气过 剩 系数对节 约燃料的效果 ， 可 由表 看出 表 黔 …默洲一咒缪 垦黑竿一 一 一一日 一一万丽 不二元一 一 ‘ 。 · … ‘ · “ ， 八 。 ‘ ‘ · … … ” · ‘ “ · 一兰望一 … 卫 匕一生竺一一 。 … …… 一 ‘ … ‘ … · 。 。 … 。 ‘ · ‘ ’ ‘ · ， · ’ · ， … ‘ · ， ‘ · … ’ · “ · · ‘ ‘ · ， 一 “ · · “ ， · · ， ， · 注 表 内数据为燃 烧重油 时的燃 烧节 约率 。 喷 咀 必 须便 于操作和 热工 自动 化 ， 使 生 产过 程 在最佳状态 下运 行 。 在 手工操 作的 条件下 ， 要及 时地进 行燃 烧操作 ， 控 制 合理 的风 、 油配 比是比较困难的 。 一 方面 在产 量变 化 ， 供热 量增减 时 ， 要 及 时调 整许 多烧 咀 的油量 与风量 的比例 ， 劳 动强 度是很 大的， 另一方 面 由于监 测燃烧 情况 的手段 缺乏 ， 不 容易观 察空 气过 剩的程度 ， 也不 能很 好 地 加 以 控 制 ， 这 就要求实现生产 过 程 的 自动 化 。 目前先进 的工 业 炉都采 用 自动调节 仪 表或计 算机来控 制 。 在 我 国 ， 大 多采 用 自动调 节 仪 表来控 制 。 对 于非 比例调节喷 咀 如 、 、 型 的 自动控 制一 般用 下 列 控 制系统

压力记泳计 压力变送器 压力调节路 温度调节器 温度变送器 温度记录器 执行机构 执行机构 温度控出 西 2a00 流量检出 工业炉 压力记录计 喷咀 流量变送器 压力变送器 生 流盘比例 压力网节猴 调节器 把 执行机构 流昼变送器 粥 流景检出 图3 温度调节磷 温度变达器 温变记求器 1力式 执行机构 益度控出 压力指示 E力洲节器 重油 正力记冰计 压力变送器 北力网节器 执行机的 图4 对于比例调节喷咀，例如使用引进日本的R型喷咀，采用图4控制系统： 对于图3所示系统，由于重油流量检出困难，与空气的配比也就无法实现。即使将来重 油流量检出问题解决，也仅适用于高压雾化喷咀，由于这种系统风量的调节是在空气管道内 进行，因此在喷咀前的风压随风量减少而减少，这对低压空气雾化喷咀来说，就会影响到雾 化质量，在低负荷生产时，油的雾化不良，因此这种方案在根本上不适宜低压雾化喷咀。 对于图4所示系统，由于采用R型比例调节喷咀，调节系统大为简化，这是因为在改变 袖量阀开度的时候，连锁地改变了风量开度，因此，保证了风的出口速度不变，也就保证了 22

压 力 己又计 温度调 节 器 ’ 压 力调 节 器 执 行机构 压力记录 计 七 解 囚 流见比例 玉力调 节器 叫 调 节器 瑞 尽 苏 执 行机构 乏蔡匕 抓 图 温度 调 节器 力 式 执行机构 温度 检出 压 力调 节 器 压 力记录 计 压 力变送 器 压 力调节 器 执 行机 构 图 对 于 比例 调 节喷咀 ， 例 如使用 引进 日本 的 型喷 咀 ， 采用 图 控 制 系统 对 于 图 所 示系统 ， 由于重油流 量检 出困难 ， 与空 气的配 比也就无 法实现 。 即使将来 重 油流量检出问题解决 ， 也仅适用 于高压雾化喷 咀 ， 由于这种系统风量 的调节是在空气管道 内 进行 ， 因此在 喷 咀前的风压随风量减 少而减少 ， 这对低压空 气雾化喷咀来说 ， 就会影 响到雾 化质量 ， 在低负荷生产时 ， 油 的雾化不 良 ， 因此这种方案在根本上不 适宜低压雾化喷咀 。 对于 图 所示 系统 ， 由于采用 型 比例调节喷 咀 ， 调节系统大为简化 ， 这是因 为在 改变 油 量 阀开度的时候 ， 连锁地 改变了风量开度 ， 因此 ， 保证 了风的出 口 速 度不 变 ， 也 就 保 证 了

雾化质量。但这种系统设计的出发点是一个执行机构控制一个喷咀，是非自动比例调节的。 对于多喷咀的工业炉来说，调节系统很繁杂，不适宜集中控制和统一操作。同时将执行机构 放在喷咀附近，环境条件也不好，经常损坏，实行起来仍有许多困难。北京市冶金局所属各 厂的加热炉，在1976年前后，就上了十多套自动控制系统，没有达到预期的效果。为此必须 研制一种能够自动比例调节的燃油喷咀，使燃油工业炉的自动控制尽快地发展。 3.一个性能良好的燃油喷咀还必须保证雾化好，与空气充分混合，有良好的着火条 件，並具有结构简单，操作方便，维修容易，价格低廉等优点。 (二) 目前我国常用的喷咀，大多系国外引进，主要有：从苏联引进的K型和C型喷咀，从日 本引进的R型和它的变型B型喷咀，以及经过我国改造后的RK型和RC型喷咀。近几年来我 国自己也研制了新的Z型喷咀。 以K型为代表的喷咀，结构简单，火焰张角大而短，点火容易，燃烧稳定，不易堵塞。 但风的出口断面不能随风量改变而改变，故风量减少时，风压减小，雾化效果变差，因此调 节比较小。 Z型喷咀吸取了K型喷咀的优点，同时使风的出口断面可随风量改变而改变，效果较 好。 以R型为代表的以及RC型和RK型喷咀，雾化较好，风与油雾混合均匀，点火容易，然 烧稳定，风的出口断面能够随风量改变而改变，故风量小时雾化效果不变。 一般认为，R型喷咀是比较好的低压雾化喷咀，它具有如下的优点： 1.油的雾化好。 当风压超过500毫米水柱，油的粘度低于5°E,这种喷咀可以得到良好的雾化。雾化粒 度在50μ左右，其原因主要在于这种喷咀采用了三次雾化，並且在风量变化时因风速保持不 变而使雾化效果不变。 2.燃烧性能好。 表现在点火容易，燃烧稳定，最大负荷与最小负荷之比，也就是调整范围（调节比）较 大 3.风量和油量可按比例供给。 手柄做转角 于柄成转角空 图5 图6 23

雾化质量 。 但这种系统设计的出发点是一 个执行机构控制一个喷咀 ， 是非 自动比例调节的 。 对 于多喷 咀 的工 业炉来说 ， 调节 系统很繁杂 ， 不适宜 集中控 制和 统， 操作 。 同时将执行机构 放在喷咀 附近 ， 环境 条件也不 好 ， 经常损坏 ， 实行起来仍有许多困难 。 北京市冶金局所属 各 厂的加热炉 ， 在 年前后 ， 就 上了十多套 自动控制系统 ， 没有达到预 期 的效果 。 为此 必 须 研制一种能够 自动 比例调节 的燃油 喷咀 ， 使燃油工 业 炉的 自动控 制尽快地发展 。 一 个性能 良好 的燃油 喷咀还必 须 保证 雾 化好 ， 与空 气 充分混合 ， 有 良好的着火条 件 ， 业 具有结构简单 ， 操作方 便 ， 维 修容易 ， 价格低廉等优点 。 二 目前我 国常用 的喷咀 ， 大多系国外 引进 ， 主要有 从苏联 引进 的 型和 型喷 咀 ， 从 日 本引进 的 型和 它的变型 型喷咀 ， 以 及经过我国改造后 的 型和 型喷咀 。 近 几年来我 国 自己也研制 了新 的 型喷咀 。 以 型 为代表的喷 咀 ， 结构简单 ， 火焰 张角大而 短 ， 点火容易 ， 燃烧稳定 ， 不 易堵塞 。 但 风 的出 口 断 面不 能 随风量 改变而改变 ， 故风童减 少 时 ， 风压减小 ， 雾化效果变差 ， 因此调 节 比 较小 。 型 喷 咀吸取 了 型喷 咀的优点 ， 同时使风 的 出 口 断面可 随风盘改变 而改变 ， 效果 较 好 。 ， 二 以 型 为代表的 以及 型 和 型 喷 咀 ， 雾化较好 ， 风与油雾混合均匀 ， 点 火容易 ， 赫 烧稳定 ， 风的出 口 断面 能够随风量改变而 改变 ， 故风量 小时雾化效果不变 。 一 般认 为 ， 型 喷 咀是比较好 的低压雾化喷 咀 ， 它具有如下的优点 油 的雾化好 。 当风 压超过 毫米水柱 ， 油的粘度低 于 ， 这 种喷咀可 以得到良好 的雾化 。 雾化粒 度在 卜 左右 ， 其原 因主 要在 于这种喷 咀采用 了三次雾化 ， 业且 在风量变化时 因风速 保持不 变而使雾化效果不 变 。 燃烧性能好 。 表现在点 火容易 ， 燃 烧稳定 ， 最 大负荷 与最 小负荷 之 比 ， 也就是调 整范围 调节 比 较 大 。 风量和 油 量可按比例 供给 。 、谕澳众喇含 兴训、 。试岔 · 手柄旋转角 度 几有与旋 车凡了 图 图