УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СЖИГАНИЮ ВОДОТОПЛИВНОЙ СМЕСИ С ОРГАНИЧЕСКИМИ КОМПОНЕНТАМИ

Полезная модель относится к устройствам для подготовки к сжиганию жидкого топлива и жидких отходов, содержащих органические вещества, в частности отходы животноводческих предприятий, таких, например, как кроличьи фермы, и при этом может быть использована для утилизации отходов животноводческих предприятий, так как проблема хранения и переработки этих отходов, особенно в масштабах крупного производственного комплекса, стоит очень остро.
Известно устройство для подготовки к сжиганию жидкого топлива и жидких отходов с органическими веществами, содержащее корпус с установленным в нем цилиндрическим фильтрующим элементом в виде спирали, патрубки для подачи и выхода фильтруемого топлива и сбросной патрубок, размещенную между внутренней стенкой корпуса и фильтрующим элементом волнообразную спираль, примыкающую к патрубку подачи фильтруемого топлива, на внешней стороне корпуса устройства закреплен цилиндрический кожух теплообменника, снабженного патрубками для подачи и выхода теплоносителя, а внутри цилиндрического фильтрующего элемента соосно с ним установлен теплообменник типа «труба в трубе», при этом в устройстве происходит снижение вязкости водотопливной смеси за счет одновременной очистки и двухступенчатого нагрева (Патент РФ №2363886 С1, дата приоритета 06.11.2007, дата публикации 10.08.2009, авторы: Пинтюшенко А.Д. и др., RU).
Недостатком известного аналога является сложность устройства, как в изготовлении, так и в обслуживании, в связи с необходимостью осуществления двухступенчатого нагрева и подверженностью спиралей загрязнению.
Известно устройство для получения многокомпонентных смесевых топлив на базе веществ растительного происхождения, продуктов жизнедеятельности живых организмов и отходов агропромышленного комплекса, используемое при реализации способа, основанного на циркуляции компонентов через гидродинамическое кавитационное устройство, за счет которой создают периодические отрицательные напряжения в зоне обработки компонентов в рабочей емкости, приводящие к периодическому засасыванию внутрь устройства компонентов в режиме автоколебаний и генерированию гидродинамических колебаний давления, при этом устройство содержит рабочую емкость, соединенную посредством трубопроводной системы с входом насоса, выход которого, в свою очередь, соединен с помощью трубопроводной системы с гидродинамическим кавитационным устройством, включающим осесимметричную вихревую камеру, ось симметрии входного канала которой расположена под углом и смещена в боковом направлении по отношению к оси симметрии вихревой камеры, а выходной канал расположен соосно с вихревой камерой (Патент РФ №2365404 С1, дата приоритета 21.12.2007, дата публикации 27.08.2009, авторы: Стребков Д.С. и др., RU).
Недостатком этого аналога является ограниченное применение, связанное с определенным расходом смеси через гидродинамическое кавитационное устройство, установленное в рабочей емкости, а также подверженность его засорению и сложность обслуживания.
В качестве прототипа принято устройство для сжигания жидкого топлива с последующей утилизацией тепла продуктов сгорания в теплоиспользующих агрегатах, в частности котлах и трубчатых печах, содержащее последовательно соединенные трубопровод подачи жидкого топлива, фильтр, насос, диспергатор, теплоиспользующий агрегат с форсункой и топкой, дымовую трубу, соединенную с теплоиспользующим агрегатом через дымоход, и участок трубопровода подачи жидкого топлива, примыкающий к теплоиспользующему агрегату, проложенный в канале дымохода (Патент РФ №31990 U1 дата приоритета 25.04.2003, дата публикации 10.09.2003, авторы: Катин В.Д. и Вольхин И.В., RU, прототип).
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность из-за одноступенчатой кавитации и ограниченное применение, так как не представляется возможным использование устройства для сжигания отходов животноводства.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание устройства для подготовки к сжиганию жидкого топлива с возможностью утилизации отходов животноводческих предприятий, обеспечивающего двухступенчатый процесс суперкавитации для смеси топлива с органикой при подготовке массы к сжиганию, улучшение при этом параметров горения водотопливной смеси с органическими компонентами, снижение потерь теплоты от недожога и, как следствие, уменьшение габаритов топки.
Для решения технической проблемы предложено устройство для подготовки к сжиганию водотопливной смеси с органическими компонентами, содержащее последовательно соединенные трубопроводами суперкавитационный реактор со средствами подвода воды и подачи угля, представляющий собой первую ступень подготовки водоугольной суспензии, смеситель со средством подвода отходов животноводства, предназначенный для перемешивания водоугольной суспензии с отходами животноводства, суперкавитационный гомогенизатор, представляющий собой вторую ступень подготовки топлива для повышения однородности состава топливной смеси, насос, один вход которого соединен с суперкавитационным гомогенизатором, второй вход соединен со средством подачи воды для транспортировки подготовленной топливной смеси с помощью потока воды, а выход соединен с теплогенератором, топка которого снабжена форсунками для распыления топлива.
Согласно полезной модели, форсунки в топке теплогенератора расположены под углом 10-45° относительно друг друга для турбулизации потока и удлинения траектории движения струй топливной смеси.
На чертеже схематично представлено устройство для подготовки к сжиганию водотопливной смеси с органическими компонентами, где 1 - суперкавитационный реактор для смешивания воды с измельченным углем и получения водоугольной суспензии; 2 - смеситель для перемешивания водоугольной суспензии с отходами животноводства; 3 - суперкавитационный гомогенизатор для повышения однородности состава топливной смеси; 4 - насос для транспортировки подготовленной топливной смеси с помощью потока воды; 5 - теплогенератор с топкой; 6 - форсунки для распыления топлива. Устройство также содержит соединительные трубопроводы для последовательной подачи топливной смеси. Суперкавитационный реактор 1 снабжен средствами подачи воды и измельченного угля, а насос - средством подачи воды для эффективной транспортировки подготовленной топливной смеси с помощью потока воды в топку теплогенератора к форсункам. При этом форсунки в топке теплогенератора расположены под углом 10-45° относительно друг друга для создания турбулизации потока и удлинения траектории движения струй топливной смеси, обеспечивающих полноту сгорания.
Выполнение функции устройства для подготовки к сжиганию водотопливной смеси с органическими компонентами осуществляется последовательно в два этапа с реализацией двухступенчатой кавитации, обеспечивающей повышение гомогенизации смеси, исключение необходимости предварительного подогрева топливной смеси за счет нагревания потока в технологических реакторах, увеличение полноты сгорания топлива и возможность уменьшения габаритов топки.
Первый этап подготовки топлива. Поток воды и масса предварительно измельченного до диаметра 10-30 мм угля направляются в суперкавитационный реактор 1, где за счет вращения лопастей происходит дополнительное измельчение угля и образование водоугольной суспензии (ВУС), а также поступление ее через соединительный трубопровод в смеситель 2, в который добавляются отходы животноводства в объеме 15-30% от объема ранее полученной смеси. После смесителя топливо проходит второй этап обработки.
Второй этап подготовки топлива. Поток топливной смеси проходит дополнительную обработку в суперкавитационном гомогенизаторе 3, в котором за счет лопаток ротора повышается однородность состава до состояния гомогенизированной смеси, полученной в устройствах 1 и 3, где из-за разницы давления в воздушных полостях образуются микровзрывы, в результате чего повышается температура смеси. В итоге не требуется предварительно подогревать топливную смесь перед сжиганием, что упрощает конструкцию теплогенератора и способствует достижению оптимальных параметров горения. Из суперкавитационного гомогенизатора 3 топливная смесь насосом 4 с помощью потока воды подается в топку теплогенератора 5. В топке поток эффективно распыляется с помощью форсунок 6, расположенных под углом 10-45° относительно друг друга, так как такое расположение повышает турбулизацию и удлиняет траекторию движения частиц топлива.
Использование предлагаемой полезной модели с реализацией двухступенчатой кавитации обеспечивает следующие преимущества:
- за счет микровзрывов пузырьков воздуха в процессе двухэтапной кавитационной подготовки топливной смеси происходит ее нагревание, что исключает необходимость предварительного нагрева и упрощает конструкцию топки, способствуя достижению оптимальных параметров горения;
- увеличение полноты сгорания топлива за счет расположения форсунок под углом 10-45° относительно друг друга, которое усиливает турбулизацию, удлиняет траекторию движения частиц топлива, снижает недожог и увеличивает производительность процесса, что позволяет сократить габаритные размеры топки;
- возможность утилизации органических отходов животноводческих производств, что весьма актуально;
- снижение расхода угольного топлива для теплогенераторов, предназначенных для горячего водотеплоснабжения, в том числе, отопления производственного помещения, что свидетельствует о снижении нагрузки на окружающую природную среду.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в расширении арсенала технологий и устройств для подготовки к сжиганию водотопливной смеси с органическими компонентами, обеспечивающих возможность утилизации отходов животноводческих предприятий, двухступенчатый процесс суперкавитации для смеси топлива с органикой при подготовке массы к сжиганию, улучшение при этом параметров горения водотопливной смеси с органическими компонентами.