УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ И ХРАНЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ и ХРАНЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА.
Полезная модель относится к области тенлоэнергетики и может быть использована для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию в котлоагрегатах жидкого топлива на основе мазута.
Наиболее близким к предложенному является устройство для подготовки и хранения жидкого топлива, описанное в заявке №94023004/26, B01F 3/08, 15.06.94г. В известном устройстве жидкое топливо получают путем эмульгирования мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой, при этом эмульгирование осуществляют в пропессе загрузки в резурвуары, циклически при хранении в них и непосредственно перед подачей на сжигание с помощью трех последовательных узлов эмульгирования, каждый из которых помимо эмульгатора включает насос, магистраль и необходимую запорную арматуру. Первые узлы эмульгирования включают также емкости для хранения мазута (смеси).
Сжигание водомазутной эмульсии позволяет снизить количество вредных выбросов и вероятность аварийного останова котлоагегатов, однако как показали проведенные исследования и практический опыт использования, известное устройство,будучисравнительносложным,
низкопроизводительным и дорогостоящим из-за наличия трех эмульгаторов, тем не менее 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. В процессе их последующего эмульгирования вместо эмульсии воды в мазуте, в лучщем случае, образуется эмульсия мазута в воде. В результате, сразу же после эмульгирования линзы образуются вновь, что сводит на нет все достоинства известного устройства как в части непрерывности и стабильности процесса горения топлива, так и в отнощении количества вредных выбросов.
3/08
Кроме того, как уже отмечалось, известное устройство сложно, низконроизводительно и дорогостояще.
Следует пояснить, что под эмульгированием понимают процесс, в результате которого получается стабильная водомазутная эмульсия, пригодная к сжиганию в котлоагрегате без существенного снижения к.п.д. и при существенно меньших выбросах вредных веществ по сравнению с чистым мазутом. Однако, как показали проведенные нами исследования, этими свойствами обладает лищь гомогенная эмульсия, содержащая 1-12% влаги (при больщих концентрациях воды параметры горения резко ухудщаются), с размером частиц воды менее 15 мкм и находящаяся при температуре 50-120 С. При этом решающий характер имеет именно размер частиц воды. Так, известно, что степень дисперсности эмульсий вообще лежит в диапазоне  см  (см. Общая химия, под ред. Е.М.Соколовской и др. МГУ, 1980, с.292). В частности, было установлено, что системы с дисперсностью частиц воды 300-60 мкм нестабильны и . скорость коалесценции в них превышает приемлемую скорость диспергирования. В то же время, коэффициент диспергирования, т.е. отнощение размера частиц на выходе диспергатора к размеру частиц на его входе, ограничен конструктивными особенностями апнаратов, так что для получения эмульсии из загружаемого топлива, размер капель воды в котором превыщает 200 мкм, требуется установить несколько последовательных кавитационных аппаратов или мнокогратно прокачать мазут через один имеющийся. Иными словами, завышенные требования к дисперсности и температуре топлива приводят к неоправданному повышению стоимости устройства, снижению эффективности работы и производительности, перерасходу энергии.
Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования полезной модели, является иовышение производительности и эффективности работы устройства при одновременном снижении его стоимости.
Указанный результат достигается тем, что известное устройство для подготовки и хранения жидкого топлива, содержащем выходной узел эмульгирования, снабжено последовательно соединенными входным узлом гомогенизации
II узлом грубого диспергирования, выход которого подключен ко входу выходного узла эмульгирования.
Кроме того, входной узел гомогенизации может быть выполнен с возможностью осуществления предварительного диспергирования.
При этом узел грубого диспергирования может быть выполнен с возможностью осуществления дополнительной гомогенизации.
Кроме того узел грубого диспергирования может быть выполнен циркуляционным.
Таким образом, в предлагаемом устройстве не производят эмульгирования при загрузке мазута в резервуары хранения, как это делалось в известном способе. В этот момент вообще не производят никаких операций, кроме самой загрузки. А вот перед загрузкой и/или после нее, в процессе хранения, мазут с водой гомогенизируют, т.е. перемещивают, обеспечивая однородность состава по всему объему. Кроме того, вместо циклического эмульгирования мазута (топлива) в процессе хранения в резервуаре, его подвергают диспергированию до образования грубо дисперсной системы, отличающейся от эмульсии (микрогетерогенной системы) большим размером частиц воды (25-60 мкм). Таким образом вместо трех стадий эмульгирования в известном устройстве, в предложении всего одна стадия эмульгирования, но ей предшествует гомогенизация и диспергирование смеси, а в ряде случаев и предварительное ее дисиергирование, так что на эмульгирование поступает гомогенная грубодисперсная система с размером частиц воды более 20-25 мкм.
Более того, в предлагаемом устройстве диспергирование производится непосредственно после гомогенизации (иредварительного диспергирования), что исключает отрицательное влияние нестабильности смеси пли грубодисперсной системы, позволяют практически полностью исключить возможность аварийной остановки котельного оборудования и неконтролируемые выбросы в атмосферу вредных продуктов горения. Это особенно актуально в реат:ьных условиях перевозки и хранения мазутного топлива, не являющегося основным источником энергии на ТЭЦ.
Иными словами в предложении водомазутная система также ироходит несколько стадий обработки, но только
последняя из них является эмульгированием. В частности, возможны следующие варианты:
гомогенизадия-диспергирование-эмульгирование, ири этом размер частиц воды изменяется от нача /тьного, равного, например, 200 мкм, по закону 200-200-20(25)-15(10) мкм, т.е. при гомогенизации размер чатиц практически не изменяется;
диспергирование-гомогенизация-эмульгирование (200-2020-15);
гомогенизация-диспергирование-гомогенизацияэмульгирование (200-200-20-15);
гомогенизация-предварительное диспергирование гомогенизация-диспергирование-эмульгирование (200-50(60)50-25-10).
Как уже отмечалось, под грубодисперсной системой понимается смесь мазута с водой, частицы которой имеют средний размер от 25 до 60 мкм.
Говоря о среднем размере частиц, мы предполагаем, что распределение частиц по размерам является нормальным или близко к нему. Можно ввести и иной критерий: количество частиц с размером, отличающимся от среднего не более, чем на 10% составляет в системе более 80%.
На чертеже схематично показано устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит приемную емкость 1 и резервуары 2,3 (их число может быть и больще 2-х) для хранения мазута (водомазутной эмульсии, топлива). Подача мазута или топлива осуществляется насосами 4-6. На выходе насоса 4 установлен смеситель (гомогенизатор) 7, в качестве которого могут использоваться любые известные смесители, в том числе и кавитационного типа, конструктивно ана-чогичные эмульгаторам, но больщих размеров, с больщими просветами между кавитирующим телом и внутренней поверхность аппарата. В частности, при выборе их объема исходят из того, что он должен, по меньщей мере, в 1,5-2 раза превыщать размер линз воды, могущих находиться в мазуте. Вместо смесителя можно воспользоваться и мещалкой, вибратором.
За насосами 5 и 6 установлены диспергатор 8 и эмульгатор 9 соответственно, за которыми размещены нагреватели 10,11. Диспергатор и  эмульгатор могут быть
выполнены любым известным образом, например, в виде кавитационных аппаратов, причем размеры диспергатора выше, чем у эмульгатора.
В магистрали 12 подачи топлива на сжигание установлены задвижки 13 и 14, в магистрали 15 подачи мазута на храпение - задвижки 16,17,18, в магистра ли 19 возврата мазута в приемную емкость - задвижка 20, а в магистра ли 21 рециркуляиии - задвижки 22,23,24 и 25.
Введение дополнительной воды производят, при необходимости, на вход насосов 4-6 или аппаратов 8,9.
Выполнение кавитапионных аппаратов подробно описано в обзорной информации: Серия 1. Тепловые электростанции, теплофикация и тепловые сети. 1986, вып. 11 Улучшение эксплуатационных свойств жидкого котельного топлива путем его гидромехапической обработки, 60с., а также патентах по заявкам 94042513/25, 94042798/25, 95106245/26 и других источниках.
В простейшем случае предлагаемое устройство может быть выполнено в виде последовательно установленных насоса 4, смесителя 7, диспергатора. 8 и эмульгатора 9. В показанном же на фиг.1 варианте выполнения устройства входной узел гомогенизации образован э.яементами 1,4,7,19,20, 15-17. Узел грубого диспергирования выполнен циркуляционным, т.е. в нем осушествляется циркуляция смеси через состалзляющие ею элементы 2,3,5,8,10,21,22,23,24,25. И, пшюпец, выходной узел эмульгирования выполнен в виде элементов 12-14,6,9,11.
Показапное на фиг.1 устройство работает следуюшим образом. Мазут из цистерн слпвают в емкость 1. После ее заполнения возможны три варианта дальнейших действий.
Вариант 1. Мазут с имеющейся в нем или добавленной в него водой, а в ряде случаев и пиролизной смолой, гомогенизируют путем циркуляции по контуру 1-4-7-1 (задвижка 18 закрыта, задвижка 20 открыта), после чего закачивают в резервуар 2(3), после заполнения которого начинают процессгрубого диспергирования путем
пропусканпя водомазутной системы по контуру 2-24-5-8-10-222 или контуру 2-24-5-8-10-23-3.
Вариант 2. Мазут с имеющейся в нем или добавленной в него водой сразу закачивают в резервуар 2 (3) и одновременно с диспергированием водомазутной системы производят ее гомогенизацию доцолнительньм, не показанным на чертеже
смесителем, установленным на выходе насоса 5 перед эмульгатором 8, или иутем вброса по высоте резервуара, из которого мазут взят на рециркуляцию или иутем его перекачивания в другой резервуар.
Вариант 3. Представляет комбинацию вариантов 1,2, при которой гомогенизацию производят и в емкости 1 и резервуаре 2(3).
Параметры смесителя 7 (проходное сечение, перепад давления на смесителе, скорость течения в нем и т.п.) могут быть выбраны так, что в нем происходит предварительное дисиергирование водомазутной смеси до получения системы с размером частиц 50-60 мкм. Тем не менее, этот нроцесс не является эмульгированием по вышеназванным причинам и лишь усиливает эффект, обеспечиваемый гомогенизацией на этапе, предшествуюшем загрузке мазута на хранение. Этот процесс не является и диспергированием в вышеназванном смысле, так как в результате не получается и квазиустойчивая грубодисперсная система. Более того, устройство, как уже отмечалось, может и не содержать смесителя 7.
Проведенные испытания показали, что в предложении уда,тось добиться двойного положительного эффекта: вопервых, снижения оптимального избытка воздуха, что соответствует повышению к.п.д. котла, и, во-вторых, сушественного уменьшения вредных выбросов.
Более того, однократное эмульгирование вместо трехкратного позволило достичь указанных параметров ири сушественно меньших затратах энергии и времени.
Заявитель;