[科普中国]-雾化空气

雾化空气简介

雾化空气压力很大程度上决定了喷涂粒子的雾化程度和飞行速度，并影响涂层的性能。同样的雾化空气压力，对不同的喷枪设计有不同的雾化效果，好的喷枪设计应当使雾化气流集中在熔化金属丝的尖端部位，使高速气流以剪切方式将金属熔滴变成细片状脱离电弧区，并进一步将其加速和雾化。对具体的喷涂枪来说，当喷涂某种线材时，在其它工艺参数不变的情况下，高的雾化空气压力将得到高致密的涂层。

在喷涂自结合材料做粘结底层时，往往不希望使用很大的雾化空气压力去获得细密的涂层，相反的，稍粗大一些的喷涂粒子可携带较多的热量，更有利于与基体之间发生冶金结合。

有时对某些低熔点材料也不希望有过高的雾化空气压力，因为，材料的熔点较低，高的雾化压力将使熔滴更细小，加剧熔滴氧化和冷却，在喷涂粒子流到达工件表面之前，许多比较细小或严重氧化的熔滴已经凝固和硬化，当撞击到工件表面时就会被反弹掉，降低喷涂的沉积率。例如，在喷涂锌涂层时，可明显地观察到这种现象。

压缩空气是最经济的雾化气源，在钢铁结构大面积防腐蚀的喷涂施工中，主要是采用压缩空气作为雾化气体。为了避免某些材料的过分氧化，有时，使用氮气作为雾化气源可得到非常致密，且氧化物含量很少的涂层，涂层的力学性能也有明显改善。由于电弧喷涂时气体消耗量很大，大量使用瓶装氮气会造成经济上和运输上的困难，因此限制了它的应用。

雾化空气系统在使用液体燃料的燃气轮机发电机组中，为了使液体燃料更好的雾化，提高燃烧效率，需要配备加压的雾化空气系统。

雾化空气系统的作用雾化空气系统向燃料喷嘴的雾化空气腔内提供具有足够压力的空气，在全部运行范围内，雾化空气的压力与压气机排气压力的比值应保持在一定的范围内。在点火升转速时，因机组转速比较低，因而由辅助齿轮箱驱动的主雾化空气压缩机的流量与压力也较小，故需要一个启动雾化空气压缩机（也称辅助雾化空气压缩机），以便在点火、暖机及升速阶段，向燃油喷嘴提供和雾化空气压力与压气机排气压力的比值相同的雾化空气。

雾化空气系统包括的设备雾化空气系统主要包括：主雾化空气压缩机，启动（辅助）雾化空气压缩机，雾化空气预冷器，以及一些相关的保护测量设备。

雾化空气系统的工作雾化空气由在燃油喷嘴上的内部管路和喷口按照一定的方式喷人燃烧室，撞击由喷油嘴喷射出来的燃油，使燃油液滴破碎成油雾，显著地增加了点火的成功率，提高了燃烧效率。在点火、暖机、升速及机组的整个运行期间，雾化空气系统自始至终都在工作。

雾化空气预冷器为多根铜管式冷却器，管内走冷却水，管外走压气机排气。该预冷器用于降低进入辅助雾化泵、主雾化泵的空气温度，防止泵高温损坏。

热空气不易压缩，冷空气较易压缩，降低温度后，可减低辅泵或主泵的功耗损失。1

雾化空气系统的问题因该处温度过高会导致雾化空气质量流量不足和雾化空气泵的损坏，因此燃气轮机会自动停机。

导致雾化空气温度高的原因有：热偶故障或雾化空气冷却水不足，雾化空气预冷器排气不完全、汽化等。

液体燃料从燃油喷嘴喷入燃烧室时，往往会形成比较且还会有一部分燃油液滴被燃气携带经过透平的高温燃气通道和烟囱排人大气，不仅降低了燃烧效率，加大了机组的油耗，还可能出现油滴在高温燃气通道地部件上燃烧，造成此部件局部超温被烧坏的情况。

雾化空气的应用在使用液体燃料的燃气轮机中，为了使液体燃料更好地雾化，提高燃烧效率，需配备雾化空气系统。雾化空气系统的功能是将一股压气机排气引入轴驱动的雾化空气压缩机，提高其压力，然后注人燃料喷嘴，使液体燃料雾化。由于压气机排气温度高于雾化空气压缩机允许的工作温度，因此在进入雾化空气压缩机之前要对其进行冷却。在点火时，由于机组转速较低。不足以达到雾化所要求的压力，所以，需要有一套电驱动的启动雾化空气压缩机。

雾化空气系统有低压雾化空气系统和高压雾化空气系统之分。前者是用于燃烧轻油的机组中，后者则用于可以燃烧重油/原油的机组中。

高压的雾化空气被用来雾化重油和原油，它是保证这两种燃料实现无烟燃烧所必需的。从本质上说，高压雾化空气系统应该是机组中液体燃料系统的一个组成部分。但是在雾化空气进入燃料喷嘴之前，它是与燃料系统分开的。因而也能算是一个独立的工作系统。

从机组的压气机排气缸中输送来的压缩空气，首先进到水冷式冷却器中去进行冷却降温。冷却器出口的空气温度一般控制在（107.2±1.7）℃范围内，它是用一个装在排水管上的温度调节阀来进行调节控制的。倘若主雾化空气压缩机入口的空气温度升高到了（135±2.78）℃，雾化空气温度开关就会发出警报信号，运行人员必须迅速采取措施．否则主雾化空气压缩机将会损坏。

主雾化空气压缩机由辅助齿轮箱轴驱动，当燃气轮机的转速达到60%的时候，压缩机就能向整台机组供应为保证燃烧情况良好所必需的雾化空气量。

为了保证主雾化空气压缩机能够提供符合质量要求的雾化空气，在这个压缩机的进口和出口之间，专门安装了一个差压开关。倘若由于压缩机发生故障而不能保证雾化空气的压力升高．机组将自动停机，否则燃烧室的火焰管以及透平的第一级静叶组件就有被火焰烧坏的危险。2

为了使燃气轮机既能烧液体燃料又能烧气体燃料，一般还需配备雾化空气旁路系统和液体燃料喷嘴的吹扫系统。因为，当机组改烧气体燃料时，需要利用这套系统来向液体燃料喷嘴的燃油流道供应吹扫空气。否则，燃料喷嘴的工作元件就有被烧坏的可能，甚至还会由于残存在其中的液体燃料因受热发生积炭，使燃油流道被逐渐堵塞。

在机组启动过程中，如使用轴驱动的主雾化空气压缩机，为了保证机组能够顺利地点火和启动，需配置启动雾化空气系统。启动雾化空气压缩机是由启动柴油机或电动机驱动的，这样，在主轴转速较低时也可以提供足够的雾化空气供点火升速用。