КАВИТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ПОДОГРЕВА МАЗУТА И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ
CAVITATION FUEL OIL HEATING DEVICE AND METHOD OF ITS OPERATION

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к котельной технике, в которой используют вязкое топливное сырье, в частности мазут, в качестве топлива и предназначено для мелкодисперсионного эмульгирования обводненного мазута и приготовления водомазутной эмульсии, направляемой на сжигание в топочных устройствах.
Известен кавитационный смеситель, содержащий проточный прямоугольный канал, установленные перпендикулярно каналу цилиндрические полые обтекатели с возможностью подвода через них подмешиваемого компонента (см. авторское свидетельство SU №1754194, кл. В01F 5/00, опубл. 15.08.1992).
Данный кавитационный смеситель обеспечивает подготовку высококачественной мелкодисперсионной эмульсии из обводненного мазута, однако не позволяют, увеличивая сечение проточного канала, построить кавитаторы большой номинальной производительности, необходимые, например, в мазутном хозяйстве мощной теплоэлектростанции. Увеличение сечения проточного канала для повышения производительности конструкции приводит к потере дисперсионности подготавливаемой эмульсии из-за нарушения условий формирования кавитационных каверн за цилиндрическими обтекателями.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кавитационное устройство подогрева мазута, содержащее корпус с установленными в нем поперек потока стержнями и подключенными к корпусу трубопроводами подвода обводненного мазута и теплоносителя, в частности водяного пара, и отвода водомазутной смеси (см. патент RU №2044960, кл. F23K 5/00, опубл. 27.09.1995).
Из этого патента известен наиболее близкий к изобретению способ подогрева мазута с помощью описанного выше устройства, заключающийся в том, что в корпус подают обводненный мазут и теплоноситель с формированием при обтекании стержней зон кавитации и турбулизацией потоков мазута и теплоносителя с одновременным смешением потоков и нагревом обводненного мазута.
Однако данное устройство и способ его работы обеспечивают недостаточную эффективность эмульгирования, что может проявиться особенно при повышении мощности установки, а устройство имеет значительные габариты.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение количества кавитационных зон и увеличение поверхности контакта обводненного мазута и теплоносителя при увеличении интенсивности турбулизации потоков сред, подаваемых в устройство.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности эмульгирования, уменьшении габаритов и обеспечении возможности регулирования температуры, дисперсности и влажности получаемой водомазутной эмульсии.
В части устройства, как объекта изобретения, указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что кавитационное устройство подогрева мазута содержит корпус с установленными в нем поперек потока стержнями и подключенными к корпусу трубопроводами подвода обводненного мазута и теплоносителя, в частности водяного пара, и отвода водомазутной смеси, при этом стержни выполнены полыми, а корпус выполнен с крышками, в которых выполнены каналы для распределения водяного пара, при этом одна из крышек подключена к трубопроводу подвода теплоносителя для подачи последнего через выполненные в крышке каналы в выполненные полыми стержни, а другая - к трубопроводу для отвода из стержней охлажденного теплоносителя, причем в случае использования водяного пара в качестве теплоносителя для отвода из стержней водяного пара и/или его конденсата, при этом стержни установлены поперек рядами, а на наружной и внутренней поверхности стержней выполнены кольцевые поперечные или выполненные по винтовой линии чередующиеся выступы и канавки, причем последние выполнены с образованием ими между соседними стержнями проходов для подаваемых в корпус мазута и водяного пара.
Предпочтительно стержни в корпусе установлены параллельными рядами, причем выступы на наружной поверхностей соседних стержней сопряжены между собой.
В части способа, как объекта изобретения, указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ подогрева мазута с помощью описанного выше устройства заключается в том, что в корпус подают обводненный мазут и теплоноситель с формированием при обтекании стержней зон кавитации и турбулизацией потоков мазута и теплоносителя с одновременным смешением потоков и нагревом обводненного мазута, при этом одновременно теплоноситель пропускают через выполненные полыми стержни, нагревая последние.
В ходе проведенного исследования было установлено, что представляется возможность увеличить эффективность обмена энергией между теплоносителем и обводненным мазутом за счет создания большого количества микрокавитационных зон, которые постоянно возникают в объеме корпуса кавитатора. Этого удалось добиться за счет того, что стержни в корпусе установлены рядами поперек потока сред, образованного подаваемыми в корпус обводненным мазутом и теплоносителем, в качестве которого наиболее предпочтительно с экономической точки зрения использовать водяной пар, а на наружной и внутренней поверхности стержней выполнены кольцевые поперечные или выполненные по винтовой линии чередующиеся выступы и канавки, причем последние выполнены с образованием ими между соседними стержнями проходов для подаваемых в корпус мазута и водяного пара, при этом предпочтительно, чтобы стержни в корпусе были установлены параллельными рядами, а выступы на наружной поверхностей соседних стержней были сопряжены между собой. Как результат, в образованном множестве проходов между стержнями создается соответствующее количество сужений потока, в которых и формируются кавитационные пузырьки, что связано с падением статического давления в местах сужения потока сред. В свободном пространстве между рядами стержней происходит схлопывание кавитационных пузырьков, что позволяет интенсивно перемешивать обводненный мазут и теплоноситель с интенсивным тепломассобменом между ними и, как следствие, интенсивным нагревом мазута. Дополнительные возможности для интенсификации тепломассобмена между теплоносителем и обводненным мазутом представляются за счет того, что стержни выполнены полыми, а корпус выполнен с крышками, в которых выполнены каналы для распределения водяного пара, при этом одна из крышек подключена к трубопроводу подвода теплоносителя для подачи последнего через выполненные в крышке каналы в выполненные полыми стержни, а другая - для отвода из последних водяного пара и его конденсата. В результате в местах сужений представляется возможность дополнительно подогревать обводненный мазут, что еще больше интенсифицирует кавитационные явления в местах сужений и позволяет еще интенсивнее нагревать мазут с формированием на выходе из кавитационного устройства мелкодисперсионную водомазутную эмульсию.
На чертеже представлен продольный разрез кавитационного устройства для подогрева мазута.
Кавитационное устройство подогрева мазута содержит корпус 1 с установленными в нем поперек потока стержнями 2 и подключенными к корпусу 1 трубопроводами подвода обводненного мазута 3 и теплоносителя 4, в частности водяного пара, и отвода водомазутной смеси 5. Стержни 2 выполнены полыми. Корпус 1 выполнен с крышками 6 и 7, в которых выполнены каналы для распределения водяного пара, соответственно 8 и 9. Одна из крышек 6 подключена к трубопроводу 4 подвода теплоносителя для подачи последнего через выполненные в крышке 6 каналы 8 в выполненные полыми стержни 2, а другая крышка 7 - к трубопроводу 10 для отвода из каналов 9 водяного пара и его конденсата. Стержни 2 установлены поперек корпуса 1 и соответственно поперек протекающего через корпус 1 потока сред, предпочтительно параллельными рядами. На наружной и внутренней поверхности стержней 2 выполнены кольцевые поперечные или выполненные по винтовой линии чередующиеся выступы и канавки, причем последние выполнены с образованием ими между соседними стержнями 2 проходов для подаваемых в корпус 1 обводненного мазута и водяного пара. Предпочтительно выступы на наружной поверхностей соседних стержней 2 сопряжены между собой.
2
Обводненный мазут по трубопроводу 3 подают в корпус 1. Одновременно в корпус 1 подают теплоноситель по трубопроводу 4. Обводненный мазут и теплоноситель в корпусе 1, проходя через образованные канавками на наружной поверхности стержней 2 проходы, многократно разгоняется, а в пространстве между стержнями 2 тормозится, что приводит к формированию кавитационного режима течения в проходах, образованных канавками, и схлопыванию кавитационных пузырьков в пространстве между стержнями 2. В результате происходит интенсивное дробление потоков обводненного мазута и теплоносителя и интенсивное перемешивание мазута и теплоносителя, что позволяет получить на выходе из кавитационного устройства водомазутную эмульсию требуемого качества. Повышению качества получаемой водомазутной эмульсии способствует интенсивный нагрев мазута полыми стержнями 2, в которые одновременно подают теплоноситель и тем самым нагревают стержни 2 и нагрев мазута в ходе интенсивного перемешивания мазута и теплоносителя при разгоне указанных сред в проходах между стержнями 2 и в процессе схлопывания кавитационных пузырьков. Выполнение множества проходов между стержнями 2 и нагрева мазута стержнями 2 удалось добиться сравнительно низкого гидравлического сопротивления кавитационного устройства, составляющего от 3 до 4 кг/см, в зависимости от расхода обводненного мазута.
Таким образом, описанное кавитационное устройство позволяет получать высококачественную водомазутную эмульсию с регулированием ее температуры, влажности, дисперсности, вязкости, что позволяет повысить эффективность сжигания мазута и снизить выход высокотоксичных вредных газов.
Настоящее изобретение может быть использовано в теплоэнергетике на тепловых электростанциях, на котельных в коммунальном хозяйстве и в других отраслях промышленности, где требуется получение тепла за счет сжигания остатков перегонки нефти и нефтепродуктов.