超声波在高粘性重油喷嘴雾化中的应用

　　1超声波降稠的机理

　　高强度超声波作用于稠油时,可使稠油的粘度降低,超声波降粘的机理比较复杂,下面主要论述两种作用。

　　1.1超声波空化作用

　　空化是液体的一种物理作用,在液体中由于超声波的作用,液体的某一区域会形成局部的暂时负压区,于是在液体中产生空穴或气泡。这些充有蒸气或空气的气泡处于非稳定状态。当突然闭合时,会产生激波,因而在局部微小的区域产生很大的压强(几千至几万个大气压)和很高的温度(几千度)。

　　在高温、高压以及空化时产生的冲击波作用下,可破坏重油分子中C-C键,使原油分子降解,导致原油组分发生变化,降低重油粘度。

　　1.2超声波乳化作用

　　目前各炼油厂出的重油含水都比较高。这可能是在加工过程中,受机械力的作用,形成乳状液,在相浓度小于一定值时重油是以W/O型为主的乳状液。当高强度超声波作用于该重油时,由于重油内具有一定数量的空泡,超声波可使空泡产生振动,在空泡界面上会产生很大的剪切应力。在剪切应力作用下,重油与水充分混合,使重油乳化,并在相浓度达到一定值时,改变重油的乳状液类型,使其粘度降低。

　　2超声波降粘效果

　　在高强度超声波作用下,重油的粘度降低,其效果如图1所示。图1中的试验过程如下:取50g的冻重油样两份。一份用JC-3型超声波处理机的变幅杆插入冻凝重油内,加150W的声功率处理1～3min,超声波迅速熔化冻凝重油并升温至80℃,然后自然冷却降温,用NCG-2型超声波粘度计测量各温度下对应的粘度;另一份冻油样品用热水溶化并将油液升温至80℃。用同样的方法测出它的粘温曲线。

　　从图1中可以看出:经超声波处理过的重油明显地降低了对应温度下的粘度,且这一效果具有不可逆性。这说明用超声波降低重油粘度的输送方法是可行的。

　　3超声波雾化机理

　　有关研究认为,超声波雾化原理是在振动的液体表面产生超声波,由振动振幅所构成的振峰把液滴从表面经分离破碎。随着超声波频率增加,雾化液滴越来越细,一般超声波的振动频率作用下可获得几微米级的燃油液滴。此外,超声波振动频率场还能消除或减薄传热面附近的温度附面层,从而促进传热。超声波燃烧器的雾化性能一般要优于其他类型燃烧器。其雾化粒径较小(在100μm以下),雾化液滴的均匀性较好,其均匀性指数N大于2,而普通燃烧器的N指数值在1.1～1.7之间(N为R-R分布函数指数)。因此,采用超声波雾化器,易实现低燃烧,从而减少烟气中的烟尘中氮氧污染物的排放量。超生波雾化喷嘴有以下几种结构: