УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ, ХРАНЕНИЯ И ПОДГОТОВКИ К СЖИГАНИЮ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию в котлоагрегатах жидкого топлива на основе мазута.
6
Известна система хранения, подготовки и подачи мазута (Заявка на изобретение №94023004, МПК B01F 3/08. Способ хранения, подготовки и подачи мазута / Б.Ю. Петров (UA), Е.И. Широков (BU). - №94023004/26; Заявлено 15.06.1994; Опубл. 27.04.1996, Бюл. №12.)
Система содержит приемные емкости, перекачивающий насос, насос рециркуляции, подающий насос, резервуары для хранения мазута, три эмульгатора и подогреватель мазута. Приемные емкости соединены с перекачивающим насосом, на напорной магистрали которого установлен первый эмульгатор, выход которого соединен с резервуарами. Резервуары соединены с насосом рециркуляции, на напорной магистрали которого установлен второй эмульгатор, выход которого соединен с подогревателем мазута. Выход подогревателя мазута соединен с резервуарами. Кроме того, резервуары соединены с подающим насосом, напорная магистраль которого соединена с третьим эмульгатором, выход которого соединен с форсунками котельных агрегатов. Всасывающие магистрали насосов и эмульгаторы соединены с внешними источниками воды.
Система работает следующим образом.
Для слива мазута из железнодорожных цистерн в приемные емкости в цистерны подают перегретый пар, который нагревает мазут. Нагретый мазут самотеком поступает в приемные емкости, из которых он забирается перекачивающим насосом и через первый эмульгатор подается в резервуары для хранения мазута. Таким образом, осуществляется эмульгирование мазута с попавшей в него водой при его загрузке в резервуары. В случае необходимости повышения влажности водомазутной топливной эмульсии вода из внешнего источника, например из приямка замазученных стоков подается во всасываюшую магистраль насоса или в эмульгаторы. Для поддержания температуры в резервуарах на уровне 40-140°C мазут из резервуаров забирается циркуляционным насосом и через второй эмульгатор и подогреватель мазута возвращается в резервуары. Таким образом, осуществляется эмульгирование водомазутной топливной эмульсии в резервуарах при поддержании температуры в них на уровне 40-140°C. Для коррекции влажности эмульсии вода из внешнего источника подается во всасывающую магистраль насоса или непосредственно во второй эмульгатор. На сжигание водомазутную топливную эмульсию подают из резервуаров подающим насосом через третий эмульгатор. Для мгновенной коррекции влажности подаваемой на сжигание эмульсии вода из внешнего источника подается во всасывающую магистраль подающего насоса или непосредственно в третий эмульгатор. Таким образом, осуществляется окончательное эмульгирование водомазутной топливной эмульсии перед ее сжиганием в котельных агрегатах.
В качестве эмульгаторов можно применять эмульгаторы проточного типа, работающие на принципе кавитационного эмульгирования, которые позволяют получать эмульсию со средним размером капель воды 1-10 мкм и для своей работы не требуют дополнительного подвода энергии.
Данная система хранения, подготовки и подачи мазута позволяет получить водомазутную топливную эмульсию, при сжигании которой снижается количество вредных выбросов и вероятность аварийной остановки котлоагрегатов.
Недостаток системы заключается в том, что она является низкопроизводительной и сравнительно сложной, так как в ней эмульгирование осуществляется в три стадии, а также дорогостоящей из-за наличия трех эмульгаторов. Кроме того, получаемая водомазутная эмульсия не обеспечивает стабильного горения факела. Это происходит потому, что в разгружаемом или хранящемся топливе имеются или возникают вследствие расслоения (коалесценции) эмульсии крупные включения, так называемые линзы воды, которые после эмульгирования в течение непродолжительного времени образуются вновь. В результате влажность полученной водомазутной топливной эмульсии, может колебаться от 0 до 100% при проскоке линз воды и тем самым не исключается возможности попадания свободной воды на форсунки котельных агрегатов, что отрицательно сказывается на процессе горения, вызывая нередко и их аварийное угасание. Это приводит к снижению производительности и эффективности работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является Устройство для подготовки и хранения жидкого топлива (Свидетельство на полезную модель №7023 РФ, МПК B01F 3/08 (2006.01). Устройство для подготовки и хранения жидкого топлива / Б.Б. Булгаков, А.Б. Булгаков; (UA). - №97110612/20; Заявлено 23.06.1997; Опубл. 16.07.1998, Бюл. №7.)
Устройство для подготовки и хранения жидкого топлива содержит выходной узел эмульгирования и последовательно соединенные входной узел гомогенизации и узел грубого диспергирования, которые связаны между собой с помощью магистралей, с расположенными на них задвижками, при этом выход узла гомогенизации соединен с входом узла диспергирования, а выход узла диспергирования соединен с входом выходного узла эмульгирования.
Узел гомогенизации включает приемную емкость, насос, гомогенизатор, которые связанны между собой с помощью магистрали, с расположенными на ней задвижками, при этом выход приемной емкости связан с входом насоса, а его выход - с входом гомогенизатора, выход которого связан с приемной емкостью.
Узел диспергирования включает резервуары, насос, диспергатор и нагревательный элемент, связанные между собой с помощью магистрали, с расположенными на ней задвижками, при этом выходы резервуаров связаны с входом насоса, а его выход связан с входом диспергатора, выход которого связан с входом нагревательного элемента, а его выход связан с входами резервуаров.
Узел эмульгирования включает насос, эмульгатор и нагревательный элемент, последовательно связанные между собой с помощью магистрали.
Устройство работает следующим образом.
Мазут из цистерн сливают в приемную емкость. После ее заполнения мазут с имеющейся в нем или добавленной в него водой, а в ряде случаев и пиролизной смолой, гомогенизируют, т.е. перемешивают, обеспечивая однородность состава по всему объему, путем циркуляции его в узле гомогенизации. Для этого открывается задвижка, расположенная на магистрали соединяющей выход гомогенизатора с приемной емкостью. Смесь из приемной емкости поступает с помощью насоса поступает в гомогенизатор а затем по магистрали в приемную емкость. Затем после гомогенизации задвижка, расположенная на магистрали, соединяющей приемную емкость с гомогенизатором закрывается и открывается задвижка, расположенная на магистрали, соединяющей выход гомогенизатора с входами резервуаров узла диспергирования и смесь закачивается в резервуары. Далее происходит процесс диспергирования с образованием грубодисперсной водомазутной топливной эмульсии. Для этого поочередно открываются задвижки на магистрали, соединяющей выходы резервуаров с насосом и водомазутная топливная эмульсия из резервуаров поступает на вход диспергатора и далее на вход нагревательного элемента и затем резервуары. Далее поочередно из резервуаров гомогенная грубодисперсная смеси с размером частиц воды более 20-25 мкм поступает по магистрали, соединяющей узел диспергирования с узлом эмульгирования с помощью насоса, расположенного в узле эмульгирования на эмульгатор, где происходит процесс эмульгирования смеси и далее на нагреватель и после нагрева смесь поступает на сжигание.
Достоинством устройства является повышение производительности и эффективности работы устройства при одновременном снижении его стоимости и достижение экологического эффекта при сжигании обводненного топлива. Это обусловлено тем, что диспергирование в устройстве производится непосредственно после гомогенизации, это исключает отрицательное влияние нестабильности смеси или грубодисперсной системы, позволяет практически полностью исключить возможность аварийной остановки котельного оборудования и неконтролируемые выбросы в атмосферу вредных продуктов горения. Кроме того однократное эмульгирование вместо трехкратного позволило существенно сократить затраты энергии и времени и тем самым снизить стоимость устройства.
Недостатком устройства является не высокое качество приготовляемой водомазутной топливной эмульсии и значительная материалоемкость. Это обусловлено тем, что в указанном устройстве используется оборудование с недостаточной производительностью и низкими эксплуатационными свойствами. Так, устанавливаемый в прототипе на выходе из приемной емкости смеситель гомогенизатор любого типа не позволяет качественно подготовить к дальнейшему использованию обводненное топливо. При рабочих просветах между кавитирующим телом и внутренней поверхностью аппарата более 1,5-2 раз превышающих размер линз воды, могущих находится в мазуте, не позволяет разорвать при перемешивании силы поверхностного натяжения линзы воды и получить при этом водомазутную топливную эмульсию с размерами частиц 50-60 мкм. Крупные включения воды свободно попадают в установленную за смесителем магистраль и существенно ухудшают работу устройства в целом и нередко вызывают аварийную остановку процесса сжигания. Плохое качество смешивания подтверждается необходимостью установки смесителя на выходе насоса перед эмульгатором. Отмечается также возможность исключения из устройства смесителя как не обеспечивающего устойчивой к расслоению грубодисперсной системы. Также неудачное расположение диспергатора и эмульгатора перед нагревателями не приводит к качественному диспергированию и эмульгированию в связи с тем, что эти процессы происходят с большим эффектом при высоких температурах.
Задача заключается в создании устройства для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию жидкого топлива, позволяющего повысить качества приготовляемой водомазутной топливной эмульсии, увеличить продолжительности ее хранения и снизить эксплуатационные расходы при ее приготовлении.
Для решения поставленной задачи в устройстве для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию жидкого топлива, содержащем входной узел гомогенизации, включающий связанные между собой с помощью магистрали приемную емкость, устройства для подачи смеси и гомогенизатор, узел грубого диспергирования, включающий связанные между собой с помощью магистрали резервуары, устройство для подачи смеси, диспергатор и нагревательный элемент и выходной узел эмульгирования, включающий последовательно связанные между собой устройство для подачи смеси, эмульгатор и нагревательный элемент, при этом выход узла гомогенизации связан с помощью магистрали с установленными на ней задвижками, с входом узла диспергирования, а выход узла диспергирования, с помощью магистрали с установленными на ней задвижками, соединен с входом выходного узла эмульгирования, в качестве устройства для подачи смеси использован роторно-пульсационный аппарат (РПА), а нагревательные элементы установлены перед диспергатором и эмульгатором.
Признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, являются, использование в качестве устройства для подачи смеси роторно-пульсационного аппарата (РПА) и установка нагревательных элементов перед диспергатором и эмульгатором.
Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков заявляемого решения свидетельствуют о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».
Благодаря отличительным признакам устройство позволяет повысить качество получаемой водомазутной топливной эмульсии за счет получения устойчивой к расслоению водомазутной топливной эмульсии с размерами частиц 50-60 мкм, обеспечить снижение эксплуатационных расходов при ее приготовлении, увеличить продолжительность ее хранения без скорого наступления процессов коалесценции и стабильный процесс сжигания без аварийных остановок и в целом получить высокий экономический и природоохранный эффект.
Это обусловлено тем, что использование роторно-пульсационного аппарата (РПА) позволяет получить достаточно однородный состав эмульсии, устойчивый к расслоению за счет многоступенчатого предварительного дробления компонентов на мелкие фазы, кроме того, эмульсия в аппарате подвергается совместному действию знакопеременного давления и развитой турбулентности, под воздействием которых и происходит окончательное тонкое диспергирование и образуется водомазутная топливная эмульсия требуемого качества. При этом наличие крыльчатки во внутренней полости ротора дает существенный насосный эффект и позволяет отказаться от применения дополнительных насосов.
Кроме того, расположение нагревательных элементов перед диспергатором и эмульгатором приводит к качественному диспергированию и эмульгированию в связи с тем, что эти процессы происходят при высоких температурах и тем самым позволяет получить водомазутную топливную эмульсию с необходимыми размерами частиц для лучшего безаварийного сжигания и экологического эффекта.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом.
На фигуре показана схема устройства для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию жидкого топлива.
Устройство содержит входной узел гомогенизации 1, узел грубого диспергирования 2, выходной узел эмульгирования 3, магистраль 4, соединяющая выход входной узел гомогенизации 1 с входом узла грубого диспергирования 2, магистраль 5, соединяющая выход узла грубого диспергирования 2 с выходным узлом эмульгирования.
Входной узел гомогенизации 1 включает приемную емкость 6, роторно-пульсационный аппарат (РПА) 7, гомогенизатор 8, магистраль 9, при этом с помощью магистрали 9 выход приемной емкости 1, соединен с входом РПА 7, а его выход с входом гомогенизатора 8, который в свою очередь соединен с входом приемной емкости 1.
Узел грубого диспергирования 2 включает резервуары 10, 11, РПА 12, нагревательный элемент 13, диспергатор 14, магистраль 15, соединяющую выходы резервуаров 10,11 с входом РПА 12, выход которого соединен с входом нагревательного элемента 13, а его выход соединен с входом диспергатора 14, выход которого соединен с входами резервуаров 10, 11.
Выходной узел эмульгирования включает РПА 16, нагревательный элемент 17, эмульгатор 18, при этом вход РПА 16 с помощью магистрали 5 соединен с выходами резервуаров 10, 11, а его выход соединен с входом нагревательного элемента 17, выход которого соединен с входом эмульгатора 18.
На магистрали 4 расположены задвижки 20, 21, 22, на магистрали 5 расположены задвижки 23, 24, на магистрали 9 расположена задвижка 19, на магистрале 15, расположены задвижки 25, 26, 27, 28.
Устройство работает следующим образом.
Мазут из цистерн сливают в приемную емкость 6. После ее заполнения мазут с имеющейся в нем или добавленной в него водой, а в ряде случаев и пиролизной смолой, поступает в роторно-пульсационный аппарат (РПА) 7, где происходит предварительное многоступенчатое предварительное дробление компонентов на мелкие фракции, которые под действием знакопеременного давления и развитой турбулентности, перемешиваются, и происходит окончательное тонкое диспергирование, позволяющее в дальнейшем отсрочить наступления процессов коалесценции. Далее под давлением водомазутная смесь поступает в гомогенизатор 8, где происходит дополнительное диспергирование, затем открывают задвижку 19 на магистрали 9 и гомогенизированная смесь поступает в приемную емкость 6 и процесс повторяется. Затем закрывают задвижку 10 и открывают задвижку 20 и 21 на магистрали 4 и смесь из гомогенизатора поступает в резервуар 10 узла грубого диспергирования 2, после заполнения резервуара 10 задвижку 21 закрывают, а задвижку 22 открывают и смесь поступает в резервуар 11, после заполнения резервуаров задвижки 20 и 22 закрывают. В узле диспергирования 2 смесь, хранящаяся в резервуарах 10, 11 должна постоянно перемешиваться и нагреваться, чтобы не происходило расслоение приготовленной смеси. Для этого поочередно открывают задвижки 25 и 26 и смесь из резервуаров 10 и 11 по магистрали 15 поочередно поступает в РПА, где она перемешивается и поступает на нагревательный элемент 13, где нагреваясь, уменьшается вязкость смеси, и нагретая смесь поступает в диспергатор 14, где происходит ее смешивание с образованием частиц размером не менее 50-60 мкм. После диспергатора смесь по магистрали 15 поступает поочередно в резервуары 10 и 11. Очередность поступления смеси в резервуары 10 и 11 регулируется открыванием и закрыванием задвижек 27 и 28, расположенных на магистрали 15. После чего процесс повторяется несколько раз. Затем смесь, хранящаяся в резервуарах, поступает по магистрали 5 в узел эмульгирования. Для этого поочередно открываются задвижки 23 и 24 и смесь поочередно из резервуаров 10 и 11 поступает в РПА 16, где она подвергается диспергированию и под давлением поступает на нагревательный элемент 17, где, нагреваясь уменьшается ее вязкость и нагретая смесь поступает на эмульгатор 18, где она доводится до необходимых параметров горелочного устройства и после чего ее отправляют на сжигание.
Полученная водомазутная топливная эмульсия позволяет увеличить продолжительность ее хранения без скорого наступления процессов коалесценции и обеспечить стабильный процесс сжигания без аварийных остановок, что в целом позволяет получить высокий экономический и природоохранный эффект.