阅读说明：本技术 一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统及方法 (Ultrasonic atomization combustion system and method suitable for pyrolysis oil ) 是由 姚宗路 郝晓文 赵立欣 贾吉秀 霍丽丽 赵亚男 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统及方法,属于涉及生物质热解油领域,以解决目前热解油燃烧系统在运行中容易出现的燃烧不完全而冒黑烟、污染物排放量高等问题。该系统包括超声波乳化罐、伴热油路、燃烧室、超声波发生器、超声波雾化喷嘴,所述超声波乳化罐一侧为进油口,另一侧接有伴热油路,超声波乳化罐的下方设有加热器；所述超声波雾化喷嘴包括雾化空气外腔、油腔、雾化空气内腔、超声波油气混合振荡腔。本发明利用超声波乳化罐在热解油雾化之前对热解油进行超声波乳化处理,改善了热解油的性质,降低热解油粘度。同时,伴热油路和特殊的雾化喷嘴结构都适用于粘稠的热解油。(The invention discloses an ultrasonic atomization combustion system and method suitable for pyrolysis oil, belongs to the field of biomass pyrolysis oil, and aims to solve the problems that incomplete combustion, black smoke emission, high pollutant discharge amount and the like easily occur in the operation of the conventional pyrolysis oil combustion system. The system comprises an ultrasonic emulsification tank, a heat tracing oil path, a combustion chamber, an ultrasonic generator and an ultrasonic atomization nozzle, wherein one side of the ultrasonic emulsification tank is provided with an oil inlet, the other side of the ultrasonic emulsification tank is connected with the heat tracing oil path, and a heater is arranged below the ultrasonic emulsification tank; the ultrasonic atomizing nozzle comprises an atomizing air outer cavity, an oil cavity, an atomizing air inner cavity and an ultrasonic oil-gas mixing oscillation cavity. According to the invention, the ultrasonic emulsification tank is used for carrying out ultrasonic emulsification treatment on the pyrolysis oil before the pyrolysis oil is atomized, so that the property of the pyrolysis oil is improved, and the viscosity of the pyrolysis oil is reduced. Meanwhile, the heat tracing oil circuit and the special atomizing nozzle structure are both suitable for viscous pyrolysis oil.)

一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统及方法

技术领域

本发明属于涉及生物质热解油领域，具体涉及一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统及方法。

背景技术

生物质热解油具有较高的热值和含氧量，是可再生能源技术研究的重要对象之一。然而生物质热解油存在粘度较高，杂质较多等问题，阻碍了其资源化利用。目前，生物质焦油的提质改性处理方法主要有乳化法和化学法等，其中化学法存在工艺复杂、改性成本高等问题。

超声乳化法是一种工艺简单、成本低的油品改性方法。在超声波作用下，两种不相溶液体和表面活性剂因超声空化效应，破坏了溶液原有分子间的表面张力，促使两种液体相互溶解，形成稳定的乳化液，能够降低热解油粘度，提高生物焦油的燃烧性能和能源品位。

对于生物质热解油等高粘度液体燃料而言，喷嘴技术是雾化燃烧技术的核心，喷嘴性能好坏直接影响雾化效果及喷嘴自身的使用寿命，关系到燃烧过程能否正常稳定运行。由于生物质热解油黏度大、密度大、表面张力大、雾化困难等特点，目前能够应用于生物质热解油的喷嘴较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统，以解决目前热解油燃烧系统在运行中容易出现的燃烧不完全而冒黑烟、污染物排放量高等问题。

本发明技术方案如下：一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统，包括超声波乳化罐、伴热油路、燃烧室、超声波发生器、超声波雾化喷嘴，伴热油路末端连接超声波雾化喷嘴，超声波雾化喷嘴出口端插入燃烧室中，超声波雾化喷嘴还连接超声波发生器；所述超声波乳化罐一侧为进油口，另一侧接有伴热油路，超声波乳化罐的下方设有加热器；所述超声波雾化喷嘴包括雾化空气外腔、油腔、雾化空气内腔、超声波油气混合振荡腔，最外层为雾化空气外腔，中间层为油腔，最内层为雾化空气内腔，雾化空气外腔的前端设有雾化空气通孔，油腔的缩口端斜面四周均匀布置旋流喷头，超声波油气混合振荡腔的外壁设有超声波振荡器。

进一步的，所述旋流喷头为8-12个，每个喷头两侧设置旋流槽。

进一步的，所述伴热油路为两条，其上均设有篮式过滤器，伴热油路上还设有油压泵。

进一步的，所述伴热油路内部为管道，外部设有加热保温层。

用上述的一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统进行雾化燃烧的方法，其特征在于包括如下步骤：

A、选取体积含量为45-55%的生物质热解油，体积含量为10-20%助乳剂甲醇，体积含量为35-45%的柴油均匀混合加入超声波乳化罐，并设定加热器加热温度为80-100℃，连接油路; 打开超声波发生器的电源，设定超声功率密度为0.9-0.95W/mL，超声作用时间为17-23min；利用超声乳化将混合液乳化为热解油-柴油乳化液；

B、打开空压机和储气罐，将空气作为雾化剂通过伴热气路充入超声波雾化喷嘴；打开油路及油压泵，调节生物质热解油雾化压力；打开超声波发生器连接于喷嘴内超声波振荡器的开关，热解油进入三级超声波雾化喷嘴后被打碎成小于10um的液滴颗粒；

第一次雾化发生在雾化空气外腔与油腔之间，热解焦油经过油腔后由环形布置的旋流喷头喷出，

第二次雾化发生在雾化空气内腔与喷嘴外壳之间，高压空气经过雾化空气内腔后与一次雾化的液滴相混合，对液滴进行二次雾化，二次雾化后油雾进入超声波油气混合振荡腔，

在超声波振荡器的作用下，受超声波油气混合振荡腔和超声波振荡器的挤压和导向，进行第三次雾化，再经总喷头喷出；

C、液滴颗粒喷入燃烧器的燃烧室，打开点火器进行点火燃烧；开启高压风机和列管换热器，对燃烧器和烟气换热，高压风机与温度信号采用闭环控制原理，保证烟气出口温度在200℃以下。

进一步的，加入超声波乳化罐的混合油的组成为体积含量为55%的生物质热解油，体积含量为10%助乳剂甲醇，体积含量为35%的柴油。

本发明机理如下：热解油超声波雾化燃烧系统将热解油通过超声乳化降低热解油的粘度，提高热解油的雾化性质，利用超声波式三级雾化大大提高热解油乳化剂的雾化效果，将热解油乳化剂雾化为微小的液滴颗粒，在燃烧室内充分燃烧和烟气换热，能够有效实现高效燃烧、低污染排放。

本发明特点如下：

（1）利用超声波乳化罐在热解油雾化之前对热解油进行超声波乳化处理，改善了热解油的性质，降低热解油粘度。同时，伴热油路和特殊的雾化喷嘴结构都适用于粘稠的热解油。

（2）超声波雾化喷嘴具有特殊的三级雾化结构，内混式空气雾化和超声波雾化相结合的雾化方式，使热解油雾化完全、雾化颗粒小，雾化均匀。采用超声波雾化喷嘴的热解油燃烧器，点火容易，出火均匀，燃烧完全，黑烟少。

(3)超声波超声波雾化燃烧系统可连续进行热解油的超声乳化、雾化及燃烧三道工序，实现了热解油的改质燃烧过程的连续化和一体化，减少了热解油处理和运输过程中造成的污染。

附图说明

图1是一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统的结构示意图；

图2一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统中超声波雾化喷嘴的结构示意图；

图3是图2的侧视图。

附图标记含义如下：1-超声波乳化罐；2-伴热油路；3-篮式过滤器；4-油压泵；5-超声波雾化喷嘴；6-燃烧室；7-超声波发生器；8-伴热气路；9-储气罐；10-空压机；11-加热器；12-超声波换能器；21-加热保温层；50-旋流槽；51-旋流喷头；52-雾化空气外腔；53-油腔；54-喷嘴外壳；55-雾化空气内腔；56-雾化空气通孔；57-超声波振荡器；58-超声波油气混合振荡腔；59-总喷头；61-燃烧腔；62-换热空气出口器；63-列管换热器；64-烟气出口；65-火焰观察孔；66-高压风机；67-鼓风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，一种适用于热解油的超声波雾化燃烧系统，包括超声波乳化罐1、伴热油路2、燃烧室6、超声波发生器7、超声波雾化喷嘴5，伴热油路2末端连接超声波雾化喷嘴5，超声波雾化喷嘴5出口端插入燃烧室6中，超声波雾化喷嘴5还连接超声波发生器7。超声波乳化罐1左侧为进油口，右侧接有伴热油路2，加热器11安装于超声波乳化罐1的下方，为乳化罐内的乳化剂提供较高的温度环境。超声波发生器7通过超声波换能器12与超声波乳化罐1相连。伴热油路内部为管道，外部附有加热保温层21，可保持乳化剂的较高温度，提高乳化剂流动性，放止冷凝堵塞。伴热油路的两条分路上设有篮式过滤器3，对乳化剂的杂质进行过滤，防止喷嘴堵塞。伴热油路上还安装有油压泵4，控制乳化剂雾化压力。伴热油路2的末端连接有超声波雾化喷嘴5。

超声波雾化喷嘴5包括雾化空气外腔52、油腔53和雾化空气内腔55、超声波油气混合振荡腔58，最外层为雾化空气外腔52，中间层为油腔53，最内层为雾化空气内腔55，雾化空气外腔52的前端设有雾化空气通孔56，油腔53的缩口端斜面四周均匀布置旋流喷头51，超声波油气混合振荡腔58的外壁设有超声波振荡器57。

超声波雾化喷嘴5出口处插入燃烧室6中。超声波雾化喷嘴5的下方设置有点火器，点燃油雾，使油雾在燃烧室年内的燃烧腔61中充分燃烧。燃烧室6顶部装有换热空气出口器62，内部装有列管换热器63，燃烧室6的侧端设有烟气出64，热烟气流经列管换热器63的内侧，冷空气流经列管换热器63的外侧，实现烟气的高效换热。燃烧室还设有火焰观察孔65，用于观测火焰长度和查看燃烧状态; 燃烧室下方设有高压风机66和鼓风机67，既可增加氧气与雾化液滴的接触量，使之更充分燃烧，又可加速烟气换热。

超声波雾化喷嘴原理：采用内混式空气雾化和超声波振荡雾化相结合的方式，整体结构分为雾化空气外腔52、油腔53和雾化空气内腔55、超声波油气混合振荡腔58，径向来看，最外层为雾化空气外腔52，中间层为油腔53，最内层为雾化空气内腔55，其中油腔53的缩口端斜面四周均匀布置 8-12 个旋流喷头51。第一次雾化发生在雾化空气外腔52与油腔53之间，热解焦油经过油腔53后由环形布置的旋流喷头51喷出，每个喷头两侧设置旋流槽50，雾化空气外腔的高压空气经过旋流槽50与旋流喷头51喷出的热解焦油液滴相撞击，形成一次雾化; 第二次雾化发生在雾化空气内腔55与喷嘴外壳54之间，高压空气经过雾化空气内腔55后与一次雾化的液滴相混合，对液滴进行二次雾化，二次雾化后油雾进入超声波油气混合振荡腔58，在超声波振荡器57的作用下，受混合腔58和超声波振荡器57的挤压和导向，进行第三次雾化，进一步雾化为更小的颗粒，再经总喷头59喷出，该结构设计迫使热解焦油滴经历三次雾化过程，达到较好的雾化效果。

实施例1

设备工作时，选取体积含量为 55%的生物质热解油，体积含量为 10%助乳剂甲醇，体积含量为35%的柴油均匀混合加入超声波乳化罐，并设定加热器加热温度为 80℃，连接油路;打开超声波发生器7电源，设定超声功率密度为 0.9W/mL，超声作用时间为17min。利用超声乳化将混合液乳化为热解油-柴油乳化液。打开空压机10和储气罐将9空气作为雾化剂通过伴热气路8充入超声波雾化喷嘴5。打开油路及油压泵，调节生物质热解油雾化压力。打开超声波发生器连接于喷嘴内超声波振荡器57的开关，热解油进入三级超声波雾化喷嘴后被打碎成小于10um的液滴颗粒。之后喷入燃烧器的燃烧室，打开点火器进行点火燃烧；开启高压风机66和列管换热器63，对燃烧器和烟气换热，高压风机与温度信号采用闭环控制原理，保证烟气出口温度在 200℃以下。布置12 个旋流喷头

实施例2-超声波乳化罐内的超声乳化处理：

布置 8个旋流喷头；选取生物质热解油体积含量为45%， 助乳剂甲醇体积含量为10%，柴油体积含量为45%。将混合液注入超声波乳化罐1内。超声波发生器设定超声功率密度为0.95W/mL， 超声作用时间为23min，加热器温度设定为100℃，当高强度超声波作用于热解油时，由于热解油内具有一定切应力。在剪切应力作用下，热解油、助乳剂与柴油充分混合，使热解油乳化，并在相浓度达到一定值时，改变热解油的乳状液类型，使其粘度降低。