一种液体燃料的静电雾化燃烧方法及装置.pdf

本发明公开一种液体燃料的静电雾化燃烧方法及装置，燃烧室正上方设置压力室，压力室内部设有充电电极板，充电电极板连接高压静电发生器，若干个阵列分布的雾化喷嘴的上端均连接压力室的底部且与压力室内部相通，每个雾化喷嘴的下段均从燃烧室顶壁垂直伸入燃烧室内部上方；每个雾化喷嘴内同轴设有一个针状电极，针状电极的上端均与充电电极板相连，液体燃料箱通过输送管路连接压力室，空气或氧气压力灌通过连接管路连接雾化喷嘴；将针状电极对液体燃料进行静电雾化，在喷嘴出口利用空气或者氧气气体介质进一步对液体燃料进行冲击式辅助雾化，使液体燃料破碎成粒径更小的带电雾滴群，增大了燃料与空气或氧气的接触面积，提高了燃烧效率。

1.  一种液体燃料的静电雾化燃烧装置，具有一个燃烧室（14），燃烧室（14）内装有电子点火装置（15），其特征是：燃烧室（14）正上方设置压力室（2），压力室（2）内部设有充电电极板（7），充电电极板（7）通过绝缘导线连接位于压力室（2）外部的高压静电发生器（1），若干个阵列分布的雾化喷嘴（13）的上端均连接压力室（2）的底部且与压力室（2）内部相通，每个雾化喷嘴（13）的下段均从燃烧室（14）顶壁垂直伸入燃烧室（14）内部上方；每个雾化喷嘴（13）内同轴设有一个针状电极（8），针状电极（8）的上端均与充电电极板（7）相连，针状电极（8）下端伸入雾化喷嘴（13）中；装有液体燃料的液体燃料箱（6）通过输送管路连接压力室（2），所述输送管路上设置压力泵（5）、液体控制阀（4）和液体压力表（3）；空气或氧气压力灌（11）通过连接管路连接雾化喷嘴（13），所述连接管路上设置压力表（9）和气体控制阀（10）。

2.  根据权利要求1所述液体燃料的静电雾化燃烧装置，其特征是：燃烧室（14）内侧壁上设有用于拍摄燃烧产生的火焰图像的摄像头（16），摄像头（16）通过信号线连接位于燃烧室（14）外部的计算机（17），计算机（17）通过信号线连接高压静电发生器（1）。

3.  根据权利要求1所述液体燃料的静电雾化燃烧装置，其特征是：相邻两个雾化喷嘴（13）之间的距离相等，燃烧室（14）为矩形或圆柱形，当燃烧室（14）为矩形时，若干个雾化喷嘴（13）呈矩形阵列布置；当燃烧室（14）为圆柱形时，若干个雾化喷嘴（13）呈圆形阵列布置。

4.  根据权利要求1所述液体燃料的静电雾化燃烧装置，其特征是：针状电极（8）下端与雾化喷嘴（13）的喷嘴出口之间不接触。

5.  一种如权利要求1所述静电雾化燃烧装置的静电雾化燃烧方法，其特征是包括以下步骤：
A、打开液体控制阀（4），开启压力泵（5），将液体燃料通过压力泵（5）输送至压力室（2），再进入的雾化喷嘴（13）内；
B、同时开启高压静电发生器（1）对充电电极板（7）充电，使每个针状电极（8）均带上高压静电，对雾化喷嘴（13）内的液态燃料进行电晕放电；
C、同时开启空气或氧气压力灌（11），打开气体控制阀（10）使气体介质到达雾化喷雾（13）内，气体介质在雾化喷嘴（13）出口处对经电晕放电的液态燃料进行雾化并混合均匀；
D、用电子点火装置（15）点火，使液态燃料在燃烧室（14）内燃烧。

6.  根据权利要求5所述的静电雾化燃烧方法，其特征是：在步骤D过程中，用设在燃烧室（14）内侧壁上的摄像头（16）拍摄燃烧火焰，将拍摄的图片输入计算机（17）中，经过计算机（17）分析确定雾化及燃烧效果，通过分析反馈的结果调节气体控制阀（10）以控制气体的流量或调节高压静电发生器（1）的电压。

一种液体燃料的静电雾化燃烧方法及装置
技术领域
本发明涉及了一种液体燃料的静电雾化技术，实现不同液体燃料的充分燃烧。
背景技术
静电雾化是一种依赖于静电力的液体雾化方法，雾化产生的液滴具有粒径细小、单分散均匀分布、状态稳定、液滴尺寸分布范围窄等诸多优点，在微/纳米薄膜与颗粒制备、雾化燃烧、喷墨打印和生物工程等各种领域都具有广阔的应用前景。对液体燃料采用静电雾化技术，可以使液体燃料破碎成细小的液滴，增加了燃料液滴的总表面积，即与空气的接触面积，这样可以使液体燃料燃烧更加充分，提高燃烧效率。
目前采用雾化技术提供液态燃料效率的技术方法主要有两种不同的途径，一种是通过改善液态燃料的雾化效果来提高燃烧效率；另一种是将液态燃料进行气化来提高液态燃料的燃烧效果。
中国专利申请号：2011102885716、名称为“一种液体燃料气化燃烧器”提出的液体燃料气化燃烧器能将液体燃料快速地由液体变为气体燃烧，实现了液体燃料由雾化燃烧变为气化燃烧，解决了液体燃料只能雾化燃烧的缺陷，主要用于宾馆、酒楼、工业炉等行业，能耗低，节能达40％以上，火焰温度高达1300度以上，火力猛，加热速度快，变相提高了热值。但该液体燃料气化燃烧器存在的问题是：在燃烧初始不能将液体气化，在燃烧的过程中由于汽油、柴油的气化所需的热量较高，气化效果往往不能获得预期的效果。中国专利申请号为：200610141087X、名称为“一种醇基液体燃料雾化、气化燃烧器”，将醇基液态燃料迅速地转变成气体状态，实现雾化燃烧与气化燃烧的平稳过渡，不会产生一氧化碳和甲醛废气外排，具有节能环保、燃烧效率高等优点。但是由于其气化结构的设计仅能适用于醇基类液态燃料的气化燃烧。中国专利申请号为：2014100853625、名称为“一种等离子和气体辅助雾化燃烧的双燃料喷嘴”提出的喷嘴，将液态燃料通过油过滤组件后沿径向进入到等离子放电组件的环形放电间隙中，通过介质阻挡放电，燃料发生部分裂解，形成等离子微团掺混于燃料内部，利用等离子微团在喷嘴出口处的瞬间爆破及其易燃性，加强雾化；气态燃料由入口经包围于外电极外部的环形气腔一部分进入到气体辅助旋流喷嘴组件对液态燃料进行冲击辅助雾化，另一部分经由气体导流板旋流而出对液态燃料产生剪切作用，使液滴深度雾化。可以很好地实现燃料深度雾化和稳定旋流，提高了燃烧稳定、完全性，降低了污染物排放。但是由于喷嘴结构的复杂性，制造较为复杂，成本较高；并且喷嘴内部绝缘的陶瓷管不利于离子团的形成。
因此，上述各种液体燃料的静电雾化技术在液体雾化燃烧以及液体燃料气化燃烧等方面存在技术的局限性，本领域亟需一种有效的液体燃料的雾化或气化燃烧方式来提供液体燃料的燃烧效率。
发明内容
本发明目的是为解决现有液体燃料的静电雾化技术存在的问题，提供一种液体燃料的静电雾化燃烧方法及装置，采用氧化剂气体进行同轴喷射，达到辅助雾化与混合的双重目的，实现液体类燃料的充分燃烧。
  本发明液体燃料的静电雾化燃烧装置所采用的技术方案是：具有一个燃烧室，燃烧室内装有电子点火装置，燃烧室正上方设置压力室，压力室内部设有充电电极板，充电电极板通过绝缘导线连接位于压力室外部的高压静电发生器，若干个阵列分布的雾化喷嘴的上端均连接压力室的底部且与压力室内部相通，每个雾化喷嘴的下段均从燃烧室顶壁垂直伸入燃烧室内部上方；每个雾化喷嘴内同轴设有一个针状电极，针状电极的上端均与充电电极板相连，针状电极的下端伸入雾化喷嘴中；装有液体燃料的液体燃料箱通过输送管路连接压力室，所述输送管路上设置压力泵、液体控制阀和液体压力表；空气或氧气压力灌通过连接管路连接雾化喷嘴，所述连接管路上设置压力表和气体控制阀。
燃烧室内侧壁上设有用于拍摄燃烧产生的火焰图像的摄像头，摄像头通过信号线连接位于燃烧室外部的计算机，计算机通过信号线连接高压静电发生器。
本发明液体燃料的静电雾化燃烧方法所采用的技术方案是包括以下步骤：
A、打开液体控制阀，开启压力泵，将液体燃料通过压力泵输送至压力室，再进入的雾化喷嘴内；
B、同时开启高压静电发生器对充电电极板充电，使每个针状电极均带上高压静电，对雾化喷嘴内的液态燃料进行电晕放电；
C、同时开启空气或氧气压力灌，打开气体控制阀，使气体介质到达雾化喷雾内，气体介质在雾化喷嘴出口处对经电晕放电的液态燃料进行雾化并混合均匀；
D、用电子点火装置点火，使液态燃料在燃烧室内燃烧。
本发明采用上述技术方案后具有的优点是：
1、本发明通过将针状尖端电极对液体类燃料进行静电雾化，然后在喷嘴出口利用空气或者氧气等气体介质进一步对液体燃料进行冲击式辅助雾化，能够使液体燃料破碎成粒径更小的带电雾滴群，有助于提高雾滴总体表面积，增大了燃料与空气或者氧气的接触面积，从而提高了燃烧效率，达到充分燃烧的目的，有效减小污染物的排放，特别是控制PM2.5的排放。
2、本发明采用多种阵列组合方式组成多毛细管喷嘴系统，在静电场的作用下实现液体燃料的静电雾化，解决了单毛细管静电喷雾流量不足的缺点。
3、本发明运用摄像头拍摄燃烧室火焰图像，通过计算机分析，通过反馈调节，不断调整高压静电发生器电压，以适应不同液体燃料，从而使液体燃料达到最佳雾化状态，提高了燃料的燃烧效率，并适用于多种液体燃料。
4、本发明采用空气或者氧气实现燃料与空气或氧气的同轴喷射，并使空气或氧气与燃料雾滴均匀混合，实现雾滴与气体介质的均匀混合，有助于燃料的燃烧效率。
5、本发明对液体燃料采用静电雾化技术，可以明显改善液体燃料的喷雾流场和射流雾化效果，减少了碳氢化合物的排放，降低了污染排放的作用。
附图说明
图1是本发明一种液体燃料的静电雾化燃烧装置结构图；
图2是矩形燃烧室内雾化喷嘴的布置方式图；
图3是圆柱形燃烧室内雾化喷嘴的布置方式图；
图中：1.高压静电发生器；2.液体燃料压力室；3.液体压力表；4.液体控制阀；5.压力泵；6.液体燃料箱；7.高压充电电极板；8.针状电极；9.气体压力表；10.气体控制阀；11.空气或氧气压力罐；12.废气排出孔；13.雾化喷嘴；14.燃烧室；15.电子点火装置；16.摄像头；17.计算机。
具体实施方式
参见图1，本发明一种液体燃料的静电雾化燃烧装置设有一个燃烧室14，燃烧室14为矩形或者圆柱形筒状，燃烧室14内部上方装有垂直向下的若干个阵列分布的雾化喷嘴13，雾化喷嘴13为气液同轴喷射装置，实现气体介质与液态燃料的共同喷射。燃烧室14侧壁上装有电子点火装置15，可实现燃料的点火。燃烧室14的下方侧壁上有两个废气排出孔12，两个废气排出孔12分别设置在燃烧室14的下方左右侧壁上，燃烧后产生水蒸气、二氧化碳等其他气体或者液体由此排出。每个雾化喷嘴13内设有一个针状电极8，针状电极8与雾化喷嘴13二者同轴布置。针状电极8的上端均与充电电极板7相连，针状电极8的下端均是尖端，下端尖端伸入雾化喷嘴13中，针状电极8尖端与雾化喷嘴13的喷嘴出口之间不接触，存在一定距离，此距离可以进行调节以适应不同的液体燃料介质。针状电极8通过尖端实现电晕放电，完成对液体燃料的充电。充电电极板7起到均匀电场的目的，以实现在每个针状电极8能够获得相同的荷电电压。
燃烧室14正上方设置压力室2，压力室2内部安装充电电极板7，雾化喷嘴13的下段从燃烧室14顶壁伸入燃烧室14内部，每个雾化喷嘴13的上端均连接压力室2的底部，与压力室2内部相通。雾化喷嘴13内的液体燃料由压力室2供给，具有一定的压力。充电电极板7通过绝缘导线连接位于压力室2外部的高压静电发生器1。
液体燃料通过液体燃料箱6提供，液体燃料箱6通过输送管路连接压力室2，由压力泵5输送到压力室2，在输送管路上安装压力泵5、压力表3和液体控制阀4。压力表3保证雾化压力维持在一定的数值，液体控制阀4为液体燃料输送开关。雾化喷嘴13的气体介质由空气或者氧气压力灌11提供，空气或者氧气压力灌11通过连接管路连接雾化喷嘴13，在连接管路上安装压力表9和气体控制阀10，压力表9测量气体压力，保证气他介质的及时供给，气体控制阀10是气他介质的控制开关，可以调节管路中气体的流量，能够调节液态燃料与气体的比例，有利于达到最优配比，提高氧化剂的供给量，达到充分燃烧的目的。
在雾化喷嘴13出口处，液态燃料经过静电雾化后产生雾化射流，在雾化喷嘴13内的气体介质的冲击辅助雾化作用下，雾滴粒径进一步降低。同时气体介质与雾滴能够均匀混合，形成气带液的状态。当电子点火装置15对气液混合液进行点火后，可实现燃料的燃烧。
在燃烧室14内侧壁上安装有摄像头16，摄像头16通过信号线连接位于燃烧室14外部的计算机17，计算机17同时通过信号线连接高压静电发生器1。摄像头16用于拍摄燃料燃烧产生的火焰的图像并输入计算机17，经过计算机17分析，自动调节高压静电发生器1电压，以达到液体燃料的最佳雾化状态，提高燃烧效率。或者通过控制阀10调节气体流量，达到气体与燃料液滴的最优配比和最佳混合状态，达到提高燃烧效率和减少污染物排放的目的。
参见图1和图2，当燃烧室14为矩形时，若干个雾化喷嘴13呈矩形阵列布置，相邻两个雾化喷嘴13之间的距离相等，每个雾化喷嘴13之间的距离适中，所形成喷雾之间有少许交叉，但不能重叠过多。
参见图1和图3，当燃烧室14为圆柱形筒状时，若干个雾化喷嘴13呈圆形阵列布置，相邻两个雾化喷嘴13之间的距离相等，每个雾化喷嘴13之间的距离适中，所形成喷雾之间有少许交叉，但不能重叠过多。
参见1-3所示，本发明一种液体燃料的静电雾化燃烧装置进行雾化燃烧时，首先打开液体控制阀4，开启压力泵5，将液体燃料通过压力泵5输送至液体燃料压力室2，在液体燃料在压力室2内聚集，进入与液体燃料压力室2底部连接的若干个阵列分布的雾化喷嘴13内。同时，开启高压静电发生器1，高压静电发生器1产生高压静电对充电电极板7进行充电，与充电电极板7相连的针状电极8带上了高压静电，对雾化喷嘴13内的液态燃料进行电晕放电，实现液态燃料的静电雾化。液体燃料在压力室2内压力的作用下进入雾化喷嘴13，在雾化喷嘴13内被针状电极8充电，液体燃料在压力与静电的共同作用下发生雾化。
在开启压力泵2与高压静电发生器1的同时，开启气体介质即空气或氧气压力灌11，打开气体控制阀10，此时气体介质经过管路达到雾化喷雾13内，气体介质在雾化喷嘴13出口处对液态雾化射流进行冲击式辅助雾化，雾化状态进一步改善和提高，细小的带电液滴与气体介质混合均匀。此时利用电子点火装置15实现燃料的点火，液态燃料在燃烧室14内充分燃烧。燃烧产生的废气及水等物质由废气排出孔12排出。
在液态燃料燃烧的同时，摄像头16对燃料的静电雾化状态和燃烧火焰状态进行拍摄，在计算机17中进行分析，经过计算机17分析确定雾化效果以及燃烧效果，通过分析反馈的结果调节气体控制阀10以控制气体的流量，改变燃料雾滴与气体的混合状态，使气体与液态雾滴混合均匀，且能够实现最优化配比。或者通过调节高压静电发生器1的电压，通过改变电压来改变静电雾化的效果，达到良好的燃烧状态。
本发明装置中雾化喷嘴13为向下喷射，同时可以改为竖直向上喷射或者水平喷射，具体喷射方向可以根据使用环境或条件的改变而选择。
本发明装置中的液态燃料介质为燃油类、烃类等液态燃料介质或者各种液态介质的混合物。