流体机械

污泥质量分数/%	塌落度/mm	直径/mm	结论
30	230	150	大流动性物料
35	150	300	流动性物料
40	100	280	流动性物料
45	65	230	塑性物料

污泥质量分数/%	塌落度/mm	直径/mm	结论
30	230	150	大流动性物料
35	150	300	流动性物料
40	100	280	流动性物料
45	65	230	塑性物料

污泥质量分数/%	最大黏度/（mPa·s）	屈服应力/Pa
30	60 830	32.4
35	82 580	58.8
40	224 200	219.2
45	378 800	564.0

污泥质量分数/%	最大黏度/（mPa·s）	屈服应力/Pa
30	60 830	32.4
35	82 580	58.8
40	224 200	219.2
45	378 800	564.0

污泥质量分数/%	热值/（MJ⋅kg^-1）	SO₃含量/%	碱含量/%	Cl^-含量/%
30	28.515	0.16	0.03	0.05	0.033
35	28.012	0.16	0.04	0.05	0.067
40	27.180	0.17	0.05	0.05	0.205
45	26.532	0.17	0.05	0.06	0.196

污泥质量分数/%	热值/（MJ⋅kg^-1）	SO₃含量/%	碱含量/%	Cl^-含量/%
30	28.515	0.16	0.03	0.05	0.033
35	28.012	0.16	0.04	0.05	0.067
40	27.180	0.17	0.05	0.05	0.205
45	26.532	0.17	0.05	0.06	0.196

燃烧温度/℃	开始燃烧时间/s	燃尽时间/s	燃烧时间/s	原样质量/g	剩余质量/g	燃尽率/%
800	90	577	487	15	4.10	72.6
900	58	495	437	15	4.05	73.0
1 000	30	401	371	15	4.00	73.3

燃烧温度/℃	开始燃烧时间/s	燃尽时间/s	燃烧时间/s	原样质量/g	剩余质量/g	燃尽率/%
800	90	577	487	15	4.10	72.6
900	58	495	437	15	4.05	73.0
1 000	30	401	371	15	4.00	73.3

多股气体射流冲击危险废物膏体破碎雾化特性试验研究

郭光明

流体机械 | 试验研究 2025,53(4): 9-17

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流体机械 |试验研究 2025 , 53 (4) : 9 -17

多股气体射流冲击危险废物膏体破碎雾化特性试验研究

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郭光明（1983），男，博士，正高级工程师，主要从事水泥窑协同处置危险固体废弃物管道输送相关研究，通信地址：100061北京市东城区东四块玉南街28号北京市科学技术研究院智能装备研究所，E-mail：guoguangming2005@163.com。

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郭光明

作者信息

北京市科学技术研究院智能装备研究所，北京 100061

作者简介:

Breakup and atomization characteristics of hazardous waste paste impacted by multiple gas jets

Guangming GUO

Affiliations

Intelligent Equipment Research Institute，Beijing Academy of Science and Technology，Beijing 100061，China

出版时间: 2025-04-30 doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.04.002

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摘要

收起

针对危险废物膏体在进入预分解炉后燃烧不完全，引发水泥窑一氧化碳排放量波动并超标的问题，提出了采用多股气体射流破碎雾化危险废物膏体的方法。根据塌落度与黏度试验结果，确定了配伍含污泥质量分数为40%的危险废物膏体；基于旋转剪切及结构流剪切效应证明了气体射流破碎雾化危险废物膏体的可行性；搭建了雾化特性试验平台，研究了喷嘴数量i、喷嘴离喷枪出料口边缘距离d和推料速度v对雾化角度、喷距、几何形状、颗粒大小及质量分布的影响。结果表明，含污泥质量分数为40%的危险废物膏体塌落度为100 mm，黏度为224 200 mPa·s，屈服应力为219.2 Pa，热值为27.18 MJ/kg，适宜燃烧温度为1 000 ℃，在炉内停留时间至少达到400 s以上，燃尽率最高。基于剪切速率与剪切应力的关系及剪切变稀的现象，判断该流体属于宾汉流体。雾化角度为60°~80°，与理论值70°基本相符，雾化几何形状呈子弹形状。当i值为3时，雾化效果达到最佳；i值为5时，效果次之；i值为2时，雾化效果最差。当d=160 mm时，雾化效果最优；d=240 mm时次之；d=80 mm时则表现最差。雾化效果还受到推料速度v的影响，随着v的增加，雾化效果逐渐减弱。新型喷枪采用交错分层立体冲击射流方法，采用i=3，d=160 mm作为最优设计输入参数。研究结果可为新型气体射流喷枪的研究提供参考。

关键词

危险废物 / 多股气体射流 / 流变特性 / 气体射流喷枪 / 雾化特性

Abstract

收起

In response to the problem of incomplete combustion of hazardous waste paste after it enters the pre‑decomposition furnace，which causes fluctuations in carbon monoxide emissions from cement kilns and makes the emissions exceed the standard，a method of using multiple gas jets to break up and atomize hazardous waste paste is proposed.A hazardous waste paste containing 40% sludge mass fraction is determined for compatibility based on the experimental results of slump and viscosity，The feasibility of break up and atomization of hazardous waste paste is demonstrated based on the effects of rotational shear and structural flow shear.An experimental platform for breakup and atomization characteristics is built，and the influence of nozzle number i，nozzle to spray gun discharge edge distance d，and feeding speed v on atomization angle，spray distance，geometric shape，particle size，and mass distribution was studied.The research results indicate that the slump of hazardous waste paste containing 40% sludge mass fraction is 100 mm，the viscosity is 224 200 mPa·s，the yield stress is 219.2 Pa，the calorific value is 27.18 MJ/kg，the suitable combustion temperature is 1 000 ℃，and the residence time in the furnace is at least 400 s，with the highest burnout rate.It is determined that the fluid belongs to a Bingham fluid based on the relationship between shear rate and shear stress，as well as the phenomenon of shear thinning.The research on atomization characteristics shows that the atomization angle is between 60°~80°，which is basically consistent with the theoretical value of 70°，and the atomization geometry is in the shape of a bullet.According to the study of mass distribution，the atomization effect is optimal when i=3，followed by i=5，and i=2 has the worst effect.When d=160 mm，the atomization effect is optimal，followed by d=240 mm，and d=80 mm，the effect is the worst.As the pushing speed v increases，the atomization effect gradually deteriorates.The new sprayer adopts the staggered layered three‑dimensional impact jet method，with i=3 and d=160 mm as the optimal design input parameters.The research results can provide reference for the study of new gas jet spray guns.

Key words

hazardous waste / multiple gas jets / rheological characteristics / gas jets sprayer / breakup and atomization characteristics

引用本文

郭光明. 多股气体射流冲击危险废物膏体破碎雾化特性试验研究. 流体机械, 2025 , 53 (4) : 9 -17 . DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.04.002

Guangming GUO. Breakup and atomization characteristics of hazardous waste paste impacted by multiple gas jets[J]. Fluid Machinery, 2025 , 53 (4) : 9 -17 . DOI: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.04.002

正文

收起

0　引言

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危险废物常见形态包括蒸馏后留下的残渣、各类有机溶剂及废弃的矿物油等，并且用于包装这些危险废物的编织袋、铁桶及木托盘等物品同样被视为污染物。采用水泥窑进行危险废物的协同处置，具有处理温度高、燃烧状态稳定可靠、焚烧时间长以确保彻底分解，以及能够有效固化有害元素等诸多优势^［1-3］。危险废物因其高黏性和低流动性等特性，常被储存于铁桶、塑料桶或吨袋中。目前，水泥窑协同处置危险废物采用破碎、混合、泵送及雾化工艺流程输送到水泥窑进行焚烧处理。然而，由于这些物料的黏稠性质，其在管道输送时会形成类似膏体的柱塞流动状态。当这些黏稠的物料以膏体柱塞的形态进入分解炉时，往往因燃烧不充分而导致水泥窑中的一氧化碳（CO）排放量出现大幅波动。在极端情况下，这种排放不达标的问题甚至可能迫使水泥窑停产。因此，危险废物的雾化入窑在协同处置中尤其重要。

气体自孔口、管嘴或条缝向外喷射所形成的流动称为气体射流。当出口速度较大，流动呈紊流状态时，称为自由紊动射流。气体射流雾化的工作机制是利用高压气体产生的高速气流与液体之间形成显著的速度差。这种高速气流对液体施加强烈的冲击和剪切作用，从而促使液体分散成细小的雾滴，实现雾化效果。国内外学者基于气体射流冲击物料开展了相关研究。龚曙光等^［4］研究了空气射流冲击铁粉颗粒层的过程，得到了冲击孔周围的质量分布云图，以及冲击孔深度和直径随射流压力的变化规律。李生勇等^［5］研究了圆形冲击射流穿透水层深度与射流速度、射流直径和射流高度的关系。田松涛等^［6］针对气体射流冲击颗粒物料的干燥机理及颗粒物料流态化等开展了相关研究，研究对象是食品，如杏子、葡萄、辣椒等，且气流冲击的颗粒粒径较大。刘勇等^［7］开展了不同磨料种类和不同靶距条件下，磨料气体射流冲蚀灰岩实验研究。周忠玮等^［8］研究了高压射流作用下，硬质黏土切削深度与切削速度、射流压力的关系。孙迎建等^［9］研究了气体射流紧耦合环缝喷嘴二次雾化金属粉末。范海宏等^［10］在污泥雾化试验平台基础上使用基于Fluent的模拟方法，对污泥在气体辅助式雾化器的雾化破碎进行模拟研究。林鸿亮等^［11］研究了污泥单相喷嘴、双通道外混式喷嘴、双通道内混式喷嘴、三通道外混式喷嘴的雾化特性随液体压力、气液比、轴向距离和径向距离的变化规律。张文武等^［12］研究了在不同含油污泥与煤混烧比条件下，含油污泥在煤粉锅炉雾化喷燃的特性。褚衍旭等^［13］分析对比了危废焚烧系统中喷枪在燃烧、脱硝、半干法吸收和湿法洗涤等4种不同工艺中的应用与区别。刘承婷等^［14］等基于拉瓦尔管设计了一种雾化喷管，使天然气产生超音速流动，把液流剪切破碎成小液滴，降低了气液相截面密度和流动阻力。SINGH等^［15］在实验室用几种不同结构参数喷管进行雾化实验，讨论了喷管结构对雾化效果的影响。JAKOBS等^［16］建立了高压气流床气化炉的CFD模型，发现气体速度和反应器压力对产生的喷雾的平均直径有显著影响。付淑青等^［17］为了获取低温对RP-3航空煤油雾化特性的影响，在综合试验台上完成了供油压力为300~700 kPa，燃油温度为25，-15，-35 ℃的某喷嘴雾化特性试验。

大量学者在气体射流冲击冷却、冲击破碎、食品干燥、航空煤油雾化等领域进行了试验和仿真研究，然而，针对气体射流冲击危险废物膏体的破碎雾化特性研究尚不充分。为了解决排放波动超标的问题，本文提出一种采用交错分层立体冲击射流方案，搭建喷枪雾化特性试验平台，研究不同喷嘴数量i、喷嘴离喷枪出料口边缘距离d和推料速度v对雾化角度、喷距、几何形状、颗粒大小及质量分布的影响情况，研究结果可为后续工业性试验确定新型气体射流喷枪的研发提供理论基础。

1　材料与方法

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1.1　试验物料

蒸馏过程中产生的残渣与残液是目前最为常见的危险废物类型，它们通常被密闭封装在铁桶中以保障安全。这些废物在常温下可能呈现液态或半固态，为了便于处理，经常需要与污泥混合配伍，以形成易于泵送的危险废物膏体。进行危险废物配伍主要有2个目的：（1）配伍后的废物能够作为替代燃料的最低热值要求是11 MJ/kg，最高为29.3 MJ/kg，与煤粉热值相当，从而减少热值波动对水泥窑运行的不良影响；（2）配伍后的膏体屈服应力为200~1 000 Pa，可以使泵送阻力最小。

1.2　试验装置

为了验证工程中喷枪的实际工况，搭建了喷枪雾化特性试验平台，如图1所示。该平台主要包含新型喷枪、多股气体射流系统与液压装置。新型喷枪主要包含出料口、推料活塞、喷嘴、料缸、支撑和入料口；多股气体射流系统主要包含金属气管、球阀、分配阀、压力表、流量计和空气压缩机；液压装置主要包含液压泵、调速阀、换向阀和液压油缸。

该系统工作原理如下：首先选择一组试验参数，将液压油缸后撤至末端，从入料口加入危险废物；然后利用液压油缸推动活塞，活塞推动物料沿料缸内壁滑动到喷枪出口，开始打开气源，物料在多股气体冲击射流作用下破碎雾化^［18］。主要技术参数如下：喷枪出料口直径390 mm，料缸直径340 mm，雾化气管直径14 mm（混有少量杂质不会对喷嘴造成堵塞），液压油缸行程1 425 mm，雾化气源流量1 700 Nm³/h，气体压力2 MPa，油缸前进速度调速范围0~150 mm/s，雾化气管气体出口流速96~116 m/s。

外混式气体射流喷枪示意如图2所示。在喷嘴内部，气体与物料并不直接混合；相反，物料通过出料层流出，而气体则经由专门的气体通道射出。两者在喷嘴外部相遇并进行掺混。这种设计利用了气体与物料之间显著的速度差异，通过剪切力作用实现物料的破碎与雾化。这种气体和物料在喷嘴出口外部进行混合的喷枪称作外混式气体射流喷枪。由于物料的高黏度使物料出口形成了一定的角度，说明物料都是从喷枪下部流出进入水泥窑系统，近似认为该角度为安息角α，其值取决于物料的流变特性。喷嘴离喷枪出料口边缘距离为d，是物料与气体发生冲击碰撞掺混的重要区域，d的取值取决于射流起始段长度与会聚区长度。i是布置在出料层下部的外混式喷嘴数量，基于喷枪出口是圆弧形，喷嘴i的布置也沿弧形布置。推料速度v取决于泵送的平均速度^［19］。

基于物料的流动性及安息角，只需要在管道下部150°部位安装合适的喷嘴。如图3（a）所示，在喷枪的中下部对称安装5根气管，分别标记为1~5，其中气管5采用直管，气管1~4的端头采用20°弯头并向出料口中心倾斜，有利于形成扇形分布。由气管3，4组成的喷嘴i=2，由气管3~5组成的喷嘴i=3，由气管1~5组成的喷嘴i=5。

如图3（b）所示，采用交错分层立体冲击射流方案来对危险废物进行破碎雾化。根据自由紊动射流原理得出圆形气管出口气体射流呈锥形。在底部，采用一根直管，直接对底部的物料进行冲击射流，形成单股射流区。在中部与高部分别采用2根20°弯头气管朝内倾斜进行相撞冲击射流，2股锥形气体撞击形成了自由射流区与撞击区。气体射流能够全覆盖出口处物料停留的位置。

圆形管自由紊动射流呈圆锥形，气体射流起始段核心长度S_n≈12.4r₀=86.8 mm，雾化角为30°。基于整个势流核流速相同且数值最大，因此，应使d

≥

86.8 mm。由于圆形自由射流的时均总动能在x/d=7~25范围内衰变速率较快，因此，d的取值范围为98~350 mm。同时，根据自由滞点，d应在140~210 mm范围内，因此，d取80，160，240 mm。

推料速度v是指固体泵泵送的平均流速，当固体泵排量为全排量的20%，35%，50%，65%，75%时，对应的速度分别为33，48，71，88，105 mm/s。

2　结果与讨论

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2.1　危险废物膏体物理化学特性试验研究

2.1.1　塌落度试验

表1列出塌落度试验结果。当污泥质量分数为30%时，物料流动性良好但较为稀薄，物料中的铁皮等固体成分在管道输送过程中容易沉降堵塞管道。当污泥的质量分数提升至45%时，混合物料则呈现出塑性特性，流动性较差，泵送阻力大，易于堵管。当污泥质量分数介于35%~40%之间时，混合物料具有良好的流动性，在泵送过程中，物料形成膏体柱塞流，且物料中的铁皮等固体成分不易沉降。但由于这个配伍范围相对宽泛，为了进一步优化配伍方案，开展流变特性试验，通过测定物料的黏度和屈服应力等关键参数，来确定最终的污泥质量分数配伍方案。

2.1.2　黏度与屈服应力试验

黏度与屈服应力试验结果如表2所示，随着污泥质量分数从30%增加到45%，最大黏度从60 830 mPa·s增加到378 800 mPa·s，同时屈服应力也从32.4 Pa增加到564 Pa。国际上，定义屈服应力200 Pa以下为浆体，屈服应力200~1 000 Pa为膏体^［21-27］。当含污泥质量分数在30%~35%范围内时，物料表现为浆体特性；当含污泥质量分数达到40%~45%时，则转变为膏体特性。35%污泥质量分数的物料随着污泥质量分数的增加，其性质逐渐由浆体向膏体过渡。结合表1中的塌落度试验结果，污泥质量分数为40%的物料属于具有较低屈服应力的膏体。

2.1.3　热值与化学元素测试

热值与化学元素检测结果如表3所示。

污泥质量分数从30%逐渐提高到45%，其热值呈下降趋势，但所有样本的热值均不低于危险废物作为替代燃料所规定的最低热值标准，即11 MJ/kg，且与标准煤的热值29.3 MJ/kg相差不大。此外，样本中的硫、氯和碱元素的含量均处于较低水平，完全满足入窑使用的相关要求。

2.1.4　燃烧停留时间试验

图4示出了不同温度燃烧对比。图4（a）为试验的原始样品，其质量为15 g。不同温度燃烧数据见表4，燃尽后的形态如图4（b）~（d）所示。可以看出，燃烧温度越高，燃烧停留时间越长，燃尽率越高。在预分解炉（800 ℃）进行投料，物料在此处的停留时间仅为10 s，远远不足以达到开始燃烧的条件。这一现象验证了以下假设：危险废物在还未开始燃烧的情况下，就已经进入了预分解炉的底部。

2.2　基于剪切效应的破碎雾化试验研究

2.2.1　基于旋转剪切的破碎雾化试验研究

采用哈克流变仪Viscotester iQ测量污泥质量分数为40%的物料的流变特性，结果如图5所示。

从图5（a）可看出，在低剪切速率0~2 s^-1时，随着剪切速率的升高，剪切应力从42.62 Pa逐渐升高到174.2 Pa，黏度在剪切速率0~0.25 s^-1范围内从4 264 Pa·s急剧下降到280 Pa·s，在剪切速率0.25~1.0 s^-1内变化比较平缓，在剪切速率1~2 s^-1内几乎没有变化，保持在87 Pa·s。从图5（b）可以看出，在高剪切速率10~100 s^-1时，随着剪切速率的升高，剪切应力从411.8 Pa逐渐升高到1 483 Pa，黏度从27.94 Pa·s逐渐下降到14.93 Pa·s。

如图6所示，在低剪切速率（0~10 s^-1）下，通过拟合分析发现，剪切应力与剪切速率之间呈现出一种曲线关系；而在高剪切速率（10~100 s^-1）下，拟合结果则显示剪切应力与剪切速率之间具有线性关系。根据剪切速率与剪切应力的关系及剪切变稀的现象，判断该流体属于宾汉流体。

2.2.2　基于结构流剪切过程中雾化特性研究

图7示出宾汉流体流态转变过程。当剪切速率为0时，流体处于静止状态。当泵送启动时，管道内部的物料逐渐被压缩，随着剪切速率的增大，形成了柱塞流。当剪切应力大于屈服应力τ₀时，管道内的流体开始流动。管道内的最大流速为0.15 m/s，其对应的剪切速率为3 s^-1。根据临界雷诺数为2 100，当流速达到9.52 m/s时，对应的剪切速率为255 s^-1。因此，当剪切速率在3~255 s^-1范围内时，流体保持层流状态。在管道出口处，由于喷枪气体射流的强烈剪切作用，剪切速率急剧增加，使得管道内的流体从层流转变为紊流。气体射流的速度高达约100 m/s，对应的剪切速率为2 388 s^-1。当剪切应力大于流体的黏性力时，流体将被破碎并雾化。

2.3　雾化特性

如图8所示，当i=3，d=160 mm，v=88 mm/s时，物料被完全雾化，颗粒度约为5 mm，沿射流轴线方向分布比较稠密，剪切层分布颗粒小，且比较稀疏。同时，剪切层发生了向射流轴线弯曲的现象。

2.3.1　雾化角度

基于单根圆形管自由紊动射流原理可知，单根圆形喷嘴的雾化角度为30°。喷嘴编号1~4出口向内弯曲20°，经过图解法得出，当i=2，3，5时，理论雾化角度均为70°。基于喷枪的机械结构尺寸及雾化分布来设计70°雾化角度，其主要原因如下：如果雾化角度太大，当i=5，d=240 mm时，喷嘴编号1与2将射流在喷枪内壁上。如果雾化角度太小，则会造成射流分布区域过于狭窄且分布不均匀。如图9所示，当i=3或5时，随着推料速度的增加，雾化角度均在60°~80°范围内，与理论值70°基本相符。

根据自由紊动射流边界的线性扩展原理，理论上，射流的边界线应当呈直线形态。然而，由于边界附近紊动作用的显著影响，试验结果显示，边界线并非为一条平滑且笔直的直线，而是呈现出一种锯齿状的形态，因此，雾化角度会有±10°的误差。

2.3.2　喷距

图10示出了喷距与推料速度之间的关系。

当i=3，d=80 mm时，随着推料速度的增加，喷距从13 m减少到8 m；

当i=3，d=160 mm时，随着推料速度的增加，喷距都在9~10 m之间；

当i=3，d=240 mm时，随着推料速度的增加，喷距从12 m减少到10 m。

当i=5，d=80 mm时，随着推料速度的增加，喷距从13 m减少到8 m；

当i=5，d=160 mm时，随着推料速度的增加，喷距都在9~10 m之间；

当i=5，d=240 mm时，随着推料速度的增加，喷距从13 m减少到10 m。

因此，当d=80 mm，i=3或5时，喷距随着推料速度的增加逐渐减少，且喷距波动较大。当d=240 mm，i=3或5时，喷距随着推料速度的增加也逐渐减少。当d=160 mm，i=3或5时，喷距在9~10 m之间，喷距非常稳定。

2.3.3　雾化几何形状

图11示出理论与实际雾化几何形状。当喷距小于1 m时，实际雾化角度大约为70°，与理论雾化角度相等。当喷距为1~5 m时，射流开始呈现出向内侧弯曲的趋势，导致实际雾化角度逐渐减小。当喷距大于5 m时，雾化角度减小为0，射流形态转变为矩形，最终整个射流收缩成类似子弹的形状。

2.3.4　颗粒大小

为了接近实际工况，在物料内掺混了铁皮。如图12所示，当i=2，d=80 mm，v=105 mm/s时，铁皮随着物料沿射流速度方向飞出，铁皮与物料发生了分离。在距离喷枪1 m处，有大块物料堆积，明显没有完全雾化开，在距离喷枪2 m处，部分颗粒度达到50 mm，在剪切层处分布细小颗粒。雾化颗粒分布如图13所示。

根据颗粒大小分布情况，可以分为大块区、稠密雾化区和稀疏雾化区。根据雾化机理可以分为流核区、冲击破碎区和颗粒雾化区。流核区是多股气体射流起始段，冲击破碎区包括初次破碎和二次破碎区，其中，初次破碎发生在多股气体射流的会聚区。流核区和冲击破碎区与单股气体射流表现出的特性一致。

多股气体射流冲击危险废物膏体的雾化原理如下：

（1）在大块区，危险废物在多股气体射流流核的作用下，经过初次破碎，膏体内部会受到气体射流冲击力的作用而产生应力集中，导致膏体出现裂缝和断裂，这个过程通常是一个动态的过程；

（2）随着应力的不断增加，颗粒内部的裂缝和断裂不断扩展，在多股气体射流的会聚区，从柱塞状变成了大块状，表现为膏体出现块状的膏体单元，颗粒大小通常为厘米级别；

（3）大块状经过二次破碎后体积减小，形成了稠密雾化区，最后，在稀疏雾化区形成了颗粒状。

二次破碎是初次破碎产生的大块物料在气体射流作用下减速、变形和破碎的过程，由于惯性和流体力学效应的影响，初次破碎的大块物料会相互碰撞、摩擦，加上颗粒间的相互作用，导致进一步破碎和聚合。膏体颗粒的尺寸通常为毫米级。剪切层以颗粒状为主。主要原因是轴心速度最大，剪切层速度为0，由于紊动作用在边界附近表现得很剧烈，因此，导致剪切层处分布细小的颗粒。

2.3.5　质量分布

如图14（a）~（c）所示，当i=5时，质量分布曲线随着喷距的增加逐渐下降，但当d=240 mm时，在喷距为2 m处出现了波峰，主要是由于物料在喷枪出口堆积无法被气体雾化。如图14（e）所示，当i=3，v=48 mm/s时，在喷距1 m处，d分别为80，160，240 mm时，质量分别为31.4，9.0，28.2 kg。因此，可以得出d=160 mm时，在喷枪出口处堆积量最少，远离喷枪雾化的质量最多，雾化效果最优。推料速度越快，在1 m内的质量越大，喷距越小，说明质量分布越差；相反，推料速度越慢，质量分布越好。主要原因是在气体压力与流速相同的情况下，推料速度较慢时，喷枪出口的物料质量越少，越容易被雾化，形成的出口加速度比较大，喷距比较长。

3　结论

收起

（1）配伍含污泥质量分数40%的危险废物膏体，可以包裹铁皮等固体颗粒而不使其沉降，同时屈服应力较小、黏度低，有利于气体射流对其进行有效的破碎和雾化处理。

（2）当i=3时，雾化效果达到最佳，i=5时次之，i=2时最差；当d=160 mm时，雾化效果最优，d=240 mm时次之；d=80 mm时最差。雾化效果还受到推料速度v的影响，随着v的增加，雾化效果逐渐减弱。新型喷枪采用交错分层立体冲击射流方法，采用i=3，d=160 mm作为最优设计输入参数。

（3）距离喷枪2 m以外的物料大约占50%，由于被破碎雾化后分布均匀，在飞行过程中遇到高温空气能够充分燃烧。而距离喷枪2 m之内的50%的物料，由于面密度比较大，造成物料堆积，容易产生燃烧不充分的现象，在后续研究中可采用空气炮方式进行二次破碎雾化。

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2025年第53卷第4期

132

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doi: 10.3969/j.issn.1005-0329.2025.04.002

接收时间：2024-10-03
首发时间：2026-10-20
出版时间：2025-04-30

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收稿日期：2024-10-03
修回日期：2025-01-21

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

污泥质量分数/%	塌落度/mm	直径/mm	结论
30	230	150	大流动性物料
35	150	300	流动性物料
40	100	280	流动性物料
45	65	230	塑性物料

污泥质量
分数/%

塌落度/mm

直径/mm

结论

230

150

大流动性物料

150

300

流动性物料

100

280

流动性物料

230

塑性物料

污泥质量分数/%	最大黏度/（mPa·s）	屈服应力/Pa
30	60 830	32.4
35	82 580	58.8
40	224 200	219.2
45	378 800	564.0

污泥质量分数/%

最大黏度/（mPa·s）

屈服应力/Pa

60 830

32.4

82 580

58.8

224 200

219.2

378 800

564.0

污泥质量分数/%	热值/（MJ⋅kg^-1）	SO₃含量/%	碱含量/%	Cl^-含量/%
30	28.515	0.16	0.03	0.05	0.033
35	28.012	0.16	0.04	0.05	0.067
40	27.180	0.17	0.05	0.05	0.205
45	26.532	0.17	0.05	0.06	0.196

污泥质量分数/%

热值/（MJ⋅kg^-1）

SO₃含量/%

碱含量/%

Cl^-含量/%

K₂O

Na₂O

28.515

0.16

0.03

0.05

0.033

28.012

0.16

0.04

0.05

0.067

27.180

0.17

0.05

0.205

26.532

0.17

0.05

0.06

0.196

燃烧温度/℃	开始燃烧时间/s	燃尽时间/s	燃烧时间/s	原样质量/g	剩余质量/g	燃尽率/%
800	90	577	487	15	4.10	72.6
900	58	495	437	15	4.05	73.0
1 000	30	401	371	15	4.00	73.3

燃烧
温度/℃

开始燃烧时间/s

燃尽
时间/s

燃烧
时间/s

原样
质量/g

剩余
质量/g

燃尽
率/%

800

577

487

4.10

72.6

900

495

437

4.05

73.0

1 000

401

371

4.00

73.3