КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к судовым техническим средствам по предотвращению загрязнения нефтью окружающей среды, и предназначена для повышения эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Известна полезная модель судового устройства для очистки нефтесодержащих вод, содержащего отстойные танки, фильтры грубой, тонкой очистки и систему контроля (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. - Л: Судостроение, 1987, - 480 с.: ил. стр. 412-413). Нефтесодержащие воды из сборного танка выдаются в отстойные танки. В процессе отстоя происходит отделение нефтепродуктов от воды, они поднимаются вверх, а вода опускается в нижнюю часть танка, откуда подается на фильтры грубой и тонкой очистки и далее на систему контроля. При допустимой концентрации нефтепродуктов в очищенной воде она может сбрасываться за борт, а в противном случае происходит ее дальнейшая обработка.
Данная полезная модель обладает следующими недостатками.
Процесс очистки нефтесодержащих вод протекает достаточно медленно, и трудно добиться низкой концентрации нефтепродуктов в воде. Поэтому подобная система очистки нефтесодержащих вод применяется в основном для выделения из их состава основной массы нефтепродуктов, с целью их дальнейшего использования, а вода с остатками нефтепродуктов обычно сдается на берег или специальные суда. А это требует определенных материальных и временных затрат.
Известна полезная модель устройства для очистки нефтесодержащих вод в виде нефтеводяных сепараторов типа СК, СКМ, УСКГ, сепараторы типа ОВ и др. (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике /И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. - Л: Судостроение, 1987, - 480 с.: стр. 414-419, см также уч. пособие «Судовые установки очистки нефтесодержащих вод»/ Ермошин Н.Г., Калугин В.Н., Корнилов Э.В., Кулешов И.Н. - Одесса: Фенiкс, 2004 г. - 44 с., стр. 13-37). Подобные сепарационные установки дорогие, занимают значительное место в машинном отделении, требуют квалифицированного обслуживания и ремонта. Поэтому их установка не всегда целесообразна.
Известна полезная модель котельной установки (см патент на полезную модель №148625 по заявке №2014127763 от 08 июля 2014 г., авторы Чичурин А.Г., Садеков М.Х., Шураев О.П., Борисов Н.Н.), а также полезная модель дизельной установки (см. патент на полезную модель №151927 по заявке №2014121199 от 26 мая 2014 г, авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Садеков М.Х., Власов В.Н.), в которых утилизация нефтесодержащих вод обеспечивается путем их испарения и дожигания продуктами сгорания в газоходах.
Указанные полезные модели обладают следующими недостатками.
Во-первых, они могут выполнять возложенные на них функции по утилизации нефтесодержащих вод только при работе котла в составе котельной установки и дизеля в дизельной установке.
Во-вторых, утилизация нефтесодержащих вод в газоходах может привести к повышению концентрации вредных веществ в продуктах сгорания..
В-третьих, теплота продуктов сгорания котельной и дизельной установок может использоваться и для других целей (например, в утилизационном котле). В этом случае утилизация нефтесодержащих вод невозможна.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель котельной установки, которая включает котел с топливной форсункой и газоходом, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки соединен с входом топливной форсунки, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков и систему приготовления водотопливной эмульсии, расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, котел также содержит форсунку нефтесодержащих вод, а топливная система котла систему нефтесодержащих вод, включающую последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла (см. патент на полезную модель №138869 «Котельная установка» по заявке №2013136000 от 30 июля 2013 г., авторы Чичурин А.Г., Садеков М.Х.).
Данная полезная модель обеспечивает повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод, путем их сжигания в топке котла. Для этого нефтесодержащие воды подаются в топку котла в определенной пропорции к топливу на форсунку нефтесодержащих вод, распыливаются в топке котла и испаряются. При этом нефтепродукты в составе нефтесодержащих вод сгорают, а вода из их состава, превращается в пар и вместе с продуктами сгорания уходит в газоход и далее в трубу. Причем в данной модели на топливную форсунку подается топливо из расходной цистерны или водотопливная эмульсия, приготовленная из нефтеостатков, выделяемых из состава нефтесодержащих вод, с низким содержанием воды -до 30%. На форсунку нефтесодержащих вод подаются нефтесодержащие воды с гораздо большим содержанием воды, а таких вод, как правило, гораздо больше.
Данная полезная модель обладает следующими недостатками.
Поскольку часть теплоты, выделяемой в топке котла при сгорании топлива, идет на испарение воды, входящей в состав нефтесодержащих вод, то это может привести к увеличению расхода топлива котлом. При этом вода, входящая в состав нефтесодержащих вод, при большой ее концентрации может привести к обрыву пламени в топке котла. Кроме того, утилизация нефтесодержащих вод в котельной установке может привести к повышению концентрации вредных веществ в продуктах сгорания.
Задачей полезной модели является повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод путем их нагрева до температуры кипения воды и, после ее испарения, выдачи в топку котла обезвоженных нефтеостатков.
Задача полезной модели достигается тем, что в известную котельную установку, включающую котел с топливной форсункой и газоходом, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки соединен с входом топливной форсунки, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков и систему приготовления водотопливной эмульсии, расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, котел также включает форсунку нефтесодержащих вод, а топливная система котла содержит систему нефтесодержащих вод, включающую последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, кроме того система нефтесодержащих вод содержит фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла, дополнительно введены в систему нефтесодержащих вод выходной клапан, вход которого соединен с выходом насоса, а выход с входом фильтра тонкой очистки, а также последовательно соединенные входной клапан, испарительная цистерна и насос нефтеостатков, причем вход входного клапана соединен с выходом насоса, а выход насоса нефтеостатков соединен с входом фильтра тонкой очистки, при этом испарительная цистерна содержит дыхательную трубку, нагревательный элемент и термометр.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем. Судовые нефтесодержащие воды активно перемешиваются в процессе их накопления, сбора, а также могут подвергаться нагреванию в цистерне нефтесодержащих вод. Причем, указанные выше процессы происходят достаточно длительное время. В результате этих процессов происходит испарение легких фракций нефтесодержащих остатков из состава нефтесодержащих вод и в них преимущественно остаются фракции с температурой кипения выше 100°C (см., например, учебник «Общая химия», Коровин Н.В.; рек. Мин-вом общ. и проф. образования РФ по техн. спец., М.: Высш. школа, 1998. - 559 с., стр. 425-426 и стр. 443-444, а также книгу «Эксплуатация судовых котельных установок»: Учебн. для высш. инж. мор. уч-щ / В.М. Федоренко, В.М. Залетов, Р.И. Руденко, И.Г. Беляев. - М.: Транспорт, 1991-272 с., стр. 43-44). Данные нефтесодержащие воды поступают в испарительную цистерну, где подвергаются нагреванию. При этом температура нефтесодержащих вод повышается и при достижении температуры порядка 100°C наступает процесс кипения воды, входящей в их состав. В результате данного процесса вода из состава нефтесодержащих вод превращается в пар и уходит в атмосферу. При этом нефтесодержащие остатки, практически, не испаряются, так как температура их кипения выше 100°C, а их концентрация в составе нефтесодержащих вод повышается. Все это время температура содержимого данной цистерны остается практически неизменной, так как почти вся подводимая к испарительной цистерне теплота идет на испарение воды из состава нефтесодержащих вод. После полного испарения воды в испарительной цистерне останутся только нефтесодержащие остатки, и подводимая теплота будет расходоваться для их разогрева. В результате температура содержимого испарительной цистерны начнет повышаться. Постепенное повышение температуры выше 100°C и является признаком практически полного испарения воды из состава нефтесодержащих вод. После того как температура содержимого испарительной цистерны превысит 100°C и отмечается дальнейший рост, ее содержимое выдается на форсунку нефтесодержащих вод. При этом в нефтесодержащих водах присутствуют практически одни нефтеостатки, то есть вода отсутствует (в известной полезной модели в нефтесодержащих водах вода всегда имеется). Далее производится распыл нефтеостатков в топке котла и их сгорание.
При этом, поскольку в нефтеостатках отсутствует вода, то нет затрат теплоты в топке котла на испарение воды (в известной полезной модели такие затраты имеются) и снижается вероятность обрыва пламени в топке котла (в известной полезной модели пламя может гаситься водой, входящей в состав нефтесодержащих вод). Кроме того, вследствие высокого содержания горючих элементов во впрыскиваемых нефтеостатках, до 95-99% (см. например, книгу «Предотвращение загрязнения моря судами», Нунупаров СМ., «Транспорт», 1979. 336 с., стр. 181), при их сгорании выделяется дополнительная теплота, что ведет к снижению затрат топлива котлом
Итак, в результате всех перечисленных выше операций, вода из состава нефтесодержащих вод испаряется, а ее нефтесодержащие остатки сгорают в топке котла, то есть обеспечивается практически полная утилизация нефтесодержащих вод.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в прогреве нефтесодержащих вод до температуры кипения воды, последующем подогреве до повышения температуры содержимого испарительной цистерны и выдаче обезвоженных нефтеостатков на форсунку нефтесодержащих вод котла, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Краткое описание чертежей
На фиг. приведена схема котельной установки.
Котельная установка, включает котел 1 с топливной форсункой 2 и газоходом 3, а также топливную система котла 4, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива 9, топливный насос 8, фильтр грубой очистки 7, подогреватель топлива 6, фильтр тонкой очистки 5, причем выход фильтра тонкой очистки 5 соединен с входом топливной форсунки 2, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков 12 и систему приготовления водотопливной эмульсии 11, расходную цистерну 10, при этом один вход переключателя вида топлива 9 подключен к расходной цистерне 10, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии 11, котел 1 также включает форсунку нефтесодержащих вод 13, а топливная система котла 4 содержит систему нефтесодержащих вод 14, включающую последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод 18,, фильтр грубой очистки 17, насос 16, кроме того система нефтесодержащих вод 14 содержит фильтр тонкой очистки 15, причем выход фильтра тонкой очистки 15 подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод 13 котла 1, а также выходной клапан 19, вход которого соединен с выходом насоса 16, а выход с входом фильтра тонкой очистки 15, а также последовательно соединенные входной клапан 20, испарительная цистерна 21 и насос нефтеостатков 22, причем вход входного клапана 20 соединен с выходом насоса 16, а выход насоса нефтеостатков 22 соединен с входом фильтра тонкой очистки 15, при этом испарительная цистерна 21 содержит дыхательную трубку 24, нагревательный элемент 25 и термометр 23.
Осуществление полезной модели
В штатном режиме работы котельной установки (прототип) нефтесодержащие воды подаются в топку котла 1 из цистерны нефтесодержащих вод 18 через фильтр грубой очистки 17, насос 16, выходной клапан 19, фильтр тонкой очистки 15, форсунку нефтесодержащих вод 13. Они подаются в определенной пропорции к топливу, распыливаются в топке котла 1 форсункой нефтесодержащих вод 13 и испаряются. При этом нефтепродукты в составе нефтесодержащих вод сгорают, а вода из их состава, превращается в пар и вместе с продуктами сгорания уходит в газоход 3 и далее в трубу. Причем на топливную форсунку 2 подается топливо из расходной цистерны 10 или водотопливная эмульсия из системы приготовления водотопливной эмульсии 11.
Поскольку часть теплоты, выделяемого в топке котла 1 при сгорании топлива, идет на испарение воды, входящей в состав нефтесодержащих вод, то это неизбежно приведет к увеличению расхода топлива котлом 1. При этом вода, входящая в состав нефтесодержащих вод, при большой ее концентрации может привести к обрыву пламени в топке котла. Кроме того, утилизация нефтесодержащих вод в котле может привести к повышению концентрации вредных веществ в продуктах сгорания.
При работе заявляемой полезной модели выходной клапан 19 закрывается, а входной клапан 20 открывается и нефтесодержащие воды из цистерны нефтесодержащих вод 18 через фильтр грубой очистки 17 насосом 16 через входной клапан 20 выдаются в испарительную цистерну 21. В результате происходит наполнение испарительной цистерны 21. В течение всего времени наполнения испарительной цистерны 21 нефтесодержащие воды не поступают на форсунку нефтесодержащих вод, то есть их утилизация не осуществляется. После наполнения испарительной цистерны 21 закрывается входной клапан 20 и открывается выходной клапан 19 и тем самым обеспечивается подача нефтесодержащих вод из цистерны нефтесодержащих вод 18 на форсунку нефтесодержащих вод 13 котла 1 и утилизация нефтесодержащих вод продолжается в штатном режиме.
Особенностью поступающих в испарительную цистерну 21 нефтесодержащих вод является практически полное отсутствие в них легких фракций нефти. Это обусловлено тем, что судовые нефтесодержащие воды активно перемешиваются в процессе их накопления, сбора, а также обычно подвергаются нагреванию. Причем указанные выше процессы происходят достаточно длительное время. В результате этих процессов происходит испарение легких фракций нефтесодержащих остатков из состава нефтесодержащих вод и в них преимущественно остаются фракции с температурой кипения выше 100°C.
При нагревании содержания испарительной цистерны 21 с помощью нагревательного элемента 25 температура нефтесодержащих вод повышается и при достижении температуры порядка 100°C наступает процесс кипения воды, входящей в их состав. В результате данного процесса вода из состава нефтесодержащих вод превращается в пар и уходит через дыхатедьную трубку 24 в атмосферу. При этом нефтесодержащие остатки, практически, не испаряются, так как температура их кипения выше 100°C. По мере выкипания воды их концентрация в составе нефтесодержащих вод повышается. Все это время температура содержимого данной цистерны остается практически неизменной, так как вся подводимая к цистерне теплота идет на испарение воды из состава нефтесодержащих вод. После полного испарения воды в испарительной цистерне 21 останутся только нефтесодержащие остатки и температура ее содержимого начнет повышаться, так как тепло, подводимое нагревательным элементом 25, будет идти на нагрев нефтеостатков. Постепенное повышение температуры содержимого испарительной цистерны 21, измеряемое термометром 23, выше 100°C и является признаком практически полного испарения воды из состава нефтесодержащих вод. После этого подогрев испарительной цистерны 21 отключается и ее содержимое может выдаваться на форсунку нефтесодержащих вод 13 котла 1. Для этого выключается выходной клапан 19 и включается насос нефтеостатков 22. В результате разогретые и обезвоженные нефтеостатки из испарительной цистерны 21 насосом нефтеостатков 22 выдаются через фильтр тонкой очистки 15 в котел 1 на форсунку нефтесодержащих вод 13, где и происходит их сгорание в топке котла 1.
Итак, в результате всех перечисленных выше операций, вода из состава нефтесодержащих вод испаряется в испарительной цистерне 21, а нефтесодержащие остатки, бывшие в ее составе сгорают в топке котла, то есть обеспечивается практически полная утилизация нефтесодержащих вод.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в подогреве нефтесодержащих вод до температуры кипения воды и последующем подогреве до повышения температуры содержимого испарительной цистерны и выдаче обезводненных нефтеостатков на форсунку нефтесодержащих вод котла, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод.