УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для приготовления, водотопливных эмульсий для котельных промышленных предприятий, судовых энергетических установок (главных двигателей, газотурбинных, вспомогательных котлов).
Известно устройство для подготовки жидкого топлива (Патент №2143312, МПК B01F 3/08. Способ подготовки жидкого топлива и устройство для его осуществления / Б.Б. Булгаков (UA), А.Б. Булгаков, (UA); патентообладатель Б.Б. Булгаков (UA), А.Б. Булгаков, (UA) Г.В Преснов, (RU). - №97110024/12; Заявлено 23.06.1997, Опубл. 27.12.1999)
Устройство для подготовки жидкого топлива содержит приемную емкость, нагреватель, выход которого соединен с входом приемной емкости, магистраль подачи в топливные резервуары, включающую последовательно установленные насос подачи в топливные резервуары, и первый гидродинамический кавитационный аппарат, топливные резервуары подключенные к магистрали рециркуляции, в которой последовательно установлены насос рециркуляции и второй гидродинамический кавитационный аппарат и нагреватель, магистраль подачи на сжигание, подключенную к топливным резервуарам, которая содержит последовательно установленные первый и второй насосы подачи топлива на сжигание, третий гидродинамический кавитационный аппарат и четвертый гидродинамическим кавитационный аппарат, второй насос и четвертый гидродинамический кавитационный аппарат, установлены на выходе третьего гидродинамического кавитационного аппарата, и нагреватель установленный на выходе четвертого гидродинамического кавитационного аппарата. Гидродинамический кавитационный аппарат в данном устройстве является эмульгатором.
Кроме того устройство может содержать резервуар хранения пиролизной смолы и насос для подачи пиролизной смолы, вход которого соединен с резервуаром хранения пиролизной смолы, а выход - со входом насоса подачи топлива в топливные резервуары. Насос подачи топлива в топливные резервуары, насос рециркуляции, насос подачи топлива на сжигание или второй насос подачи топлива на сжигание могут быть выполнены с возможностью подачи воды во входную или выходную части.
Устройство работает следующим образом
Мазут с содержащейся в нем водой из цистерны через нагреватель поступает в приемную емкость, затем насосом для подачи топлива мазут поступает на гидродинамический кавитационный аппарат, где протекает его гидродинамическая кавитационная обработка, при которой кавитационные процессы развиваются в результате пропускания жидкости под высоким давлением через сужение канала, простирающаяся от точки, где достигается наивысшая скорость течения жидкости до точки, в которой заканчивается образование и схлопывание парогазовых микропузырьков.
Далее полученное топливо поступает в топливные резервуары на хранение. В процессе его хранения топливо периодически извлекают из резервуара, пропускают через гидродинамический кавитационный аппарат, а в ряде случаев и нагреватель, расположенные на магистрали рециркуляции и возвращают в резервуар. После чего топливо поступает в магистраль подачи на сжигание, где оно с помощью первого насоса подается на третий гидродинамический кавитационный аппарат, с помощью второго насоса на четвертый гидродинамическим кавитационный аппарат, и далее на нагреватель и на сжигание.
Устройство позволяет производить эмульгирование смеси мазута с водой и подогрев до 40-140°C, причем эмульгирование топлива осуществляется путем его интенсивной (многократной) гидродинамической кавитационной обработкой методом циркуляции. Сжигание получившейся в результате обработки эмульсии, во-первых, более экономично и, во-вторых, приводит к снижению вредных выбросов в атмосферу.
Таким образом, устройство позволяет за счет снижение оптимального избытка воздуха повысить КПД котла, и кроме того существенно уменьшить выбросы оксидов азота.
К недостаткам известного устройства относятся: большое количество оборудования и, следовательно, большие энергетические затраты, а также значительное время для приготовления эмульсии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является Устройство для приготовления водотопливной эмульсии (Патент №2498846 РФ, МПК B01F 3/08. Устройство для приготовления водотопливной эмульсии / А.А. Поляков (LV), Э.А. Полякова (LV), Т.Л. Федорова (RU) - №2012129786/05; Заявлено 13.07.2012; Опубл. 20.11.2013).
Устройство для приготовления водотопливной эмульсии, содержит топливную накопительную цистерну, снабженную патрубком спуска отстоянной воды, эмульгатор, виде роторного смеситель-диспергатора, снабженный напорным патрубком и двумя приемными патрубками, два приемных трубопровода для забора топлива из накопительной цистерны, соединенных с приемными патрубками эмульгатора, трубопроводом для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть цистерны и трубопровод для подачи готовой гомогенной водотопливной эмульсии в расходную цистерну на сжигание.
На линии приемных трубопроводов перед эмульгатором установлены фильтры. Топливная накопительная цистерна соединена с эмульгатором приемными трубопроводами.
Приемные трубопроводы установлены в накопительной цистерне на переднем днище, при этом, один приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 1/3 длины цистерны, а второй - внутрь цистерны на 2/3 длины цистерны, а напорный патрубок эмульгатора соединен с трубопроводом для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть цистерны и трубопроводом для подачи готовой гомогенной водотопливной эмульсии в расходную цистерну на сжигание
Устройство работает следующим образом.
В топливную накопительную цистерну из железнодорожной цистерны подается обводненное топливо, которое предварительно нагревают от 40° до 140°C. После отстоя часть отстоявшейся воды спускается через патрубок спуска отстоянной воды, а не отстоявшаяся часть воды располагается в объеме цистерны в виде линз. Приемные трубопроводы могут располагаться один над другим или разнесены. Нижний приемный трубопровод располагается от дна на расстоянии h=100-200 мм, а верхний трубопровод располагается на расстоянии H=300-400 мм над нижним.
Наличие двух приемных трубопроводов и их расположение позволяют создать оптимальный режим перемешивания и диспергирования обводненного топлива. Если приемный патрубок один, то водяная линза поступает в эмульгатор, диспергируется в нем и как вода снова поступает в цистерну. При двух приемных патрубках, если водяная линза попадает в один, то во второй - топливо, и это существенно улучшает смешивание.
Обводненное топливо через фильтры и приемные патрубки попадает в роторный смеситель-диспергатор. После прохождения обводненного топлива через роторный смеситель-диспергатор, оно гомогенизируется и диспергируется. Далее открывается задвижка на трубопроводе для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть накопительной цистерны со стороны заднего днища и через напорный патрубок образовавшаяся гомогенная водотопливная эмульсия поступает в накопительную цистерну, затем процесс многократно повторяется.
Уже при двукратной циркуляции по замкнутому кругу образуется стабильная гомогенная водотопливная эмульсия.
После приготовления водотопливной эмульсии задвижка на трубопроводе для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть накопительной цистерны закрывается и открывается задвижка на трубопроводе для подачи готовой гомогенной водотопливной эмульсии в расходную цистерну на сжигание и гомогенная водотопливная эмульсия из диспергатора по напорному патрубку поступает в расходную цистерну на сжигание в котле.
Устройство позволяет значительно уменьшить энергозатраты и сократить время приготовления стабильной водотопливной эмульсии за счет значительного сокращения оборудования и подбора более эффективного эмульгатора.
Однако устройство обладает недостатком, заключающемся в увеличении энергозатрат и времени приготовления водотопливной эмульсии за счет увеличения циклов диспергирования топлива.
Это обусловлено тем, что при существующем расположении труб в накопительной цистерне образуется как минимум на 1/3 ее длины застойная зона. Поскольку площадь забора незначительна, так как она ограничена двумя площадями поперечного сечения труб приемных трубопроводов, это существенно увеличивает время забора объема смеси.
Кроме того из-за высокой вязкости и плотности мазута его течение осуществляется с объема, непосредственно примыкающему к торцу трубопровода, за торцами трубопровода также возникают застойные зоны. Чтобы уменьшить застойные зоны необходима многократная циркуляция топливной смеси, что приводит к увеличению времени приготовления водотопливной эмульсии.
Задача полезной модели заключается в создании устройства для приготовления водотопливной эмульсии позволяющей уменьшить время для приготовления водотопливной эмульсии и энергозатраты за счет сокращения цикла диспергирования топлива, а также снизить затраты на текущую эксплуатацию устройства путем исключения образования осадка в застойных зонах устройства.
Для решения поставленной задачи в устройстве для приготовления водотопливной эмульсии, содержащем топливную накопительную цистерну, снабженную патрубком спуска отстоянной воды, эмульгатор, снабженный напорным патрубком и двумя приемными патрубками, два приемных трубопровода для забора топлива из накопительной цистерны, соединенные с приемными патрубками эмульгатора, фильтры, установленные на линии приемных трубопроводов перед эмульгатором, трубопровод для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть топливной накопительной цистерны и трубопровод для подачи топлива в расходную цистерну, соединенные с напорным патрубком эмульгатора, два приемных трубопровода соединены между собой, образуя приемный трубопровод в виде замкнутого контура, на поверхности которого попеременно с верху и с низу выполнены приемные отверстия диаметром 6-8 мм, суммарная площадь которых составляет не менее двух площадей поперечного сечения приемного трубопровода, при этом приемный трубопровод расположен горизонтально и установлен внутрь цистерны на 3/4 ее длины и на высоте h=100-200 мм от дна цистерны.
Признаками, отличающими предлагаемое решение от прототипа являются соединение приемных трубопроводов между собой, образуя приемный трубопровод в виде замкнутого контура, выполнение на поверхности приемного трубопровода попеременно с верху и с низу приемных отверстий диаметром 6-8 мм, суммарная площадь которых составляет не менее двух площадей поперечного сечения приемного трубопровода, расположение приемного трубопровода горизонтально и установка его внутрь цистерны на 3/4 ее длины и на h=100-200 мм от дна цистерны.
Благодаря отличительным признакам сокращается время приготовления водотопливной эмульсии и энергозатраты на ее приготовление, а также снижаются затраты на текущую эксплуатацию устройства.
Это обусловлено тем, что забор топлива и находящейся в ней воды осуществляется со всей его толщи. Топливо и вода, проходя через множество перфорированных отверстий по всей длине приемного трубопровода, смешиваются в трубе в одно грубодисперсное состояние. Таким образом, перфорированная труба является первой ступенью эмульгирования, поэтому достаточно однократной циркуляции смеси топлива, что значительно сокращает время и снижает энергозатраты на диспергирование топлива и воды. Из-за малого диаметра отверстий линзы воды не смогут оказывать влияние на топочный процесс из-за отсутствия «залпового проскока».
Поступление водомазутной смеси через напорный патрубок обеспечивает постоянное гравитационное давление топлива на приемные отверстия и равномерный забор обводненной смеси через них.
Выполнение приемных отверстий диаметром 6-8 мм позволяет уже при однократной циркуляции по замкнутому кругу подготовить достаточно качественную стабильную гомогенную водотопливную эмульсию, готовую к процессу сжигания. При выполнении отверстий менее 6 мм происходит забивания этих отверстий механическими примесями, присутствующими в мазуте. Это требует постоянной прочистки отверстий и тем самым увеличивает время приготовления водотопливной эмульсии.
При выполнение приемных отверстий диаметром более 8 мм наблюдается переход от турбулентного течения топливной смеси к ламинарному, который характеризуется сравнительно небольшими скоростями движения и поэтому на стадии подачи топлива в приемный трубопровод не происходит достаточного перемешивания и диспергирования топлива, что приводит к приготовлению некачественной ВТЭ с крупными включениями воды и грубодисперсной структурой. При получении качественной водотопливной эмульсии необходимо будет увеличить количество циклов диспергирования, что приводит к увеличению времени и энергозатрат на приготовление водотопливной эмульсии.
Кроме того при диаметре приемных отверстий более 8 мм возможен «залповый проскок» линз воды, что и оказывает негативное влияние на топочный процесс.
Расположение приемного трубопровода в топливной накопительной цистерне на небольшой высоте от дна, и расположение приемных отверстий практически по всей площади низа цистерны исключает образование в ней застойных зон и выпадения в них осадка в виде примесей, что приводит к снижению затрат на текущую эксплуатацию устройства.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено устройство для приготовления водотопливной эмульсии, на фиг. 2 - расположения приемного трубопровода в цистерне.
Устройство включает топливную накопительную цистерну 1, снабженную патрубком спуска отстоянной воды 2, приемный трубопровод 3 для забора топлива из цистерны 1, выполненный в виде замкнутого контура, эмульгатор 5 снабженный напорным патрубком 6 и двумя приемными патрубками 7, фильтры 8, трубопровод для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть цистерны 9, трубопровод для подачи топлива в расходную цистерну 10.
На поверхности приемного трубопровода 3 выполнены приемные отверстия 4 диаметром 6-8 мм, суммарная площадь которых составляет не менее двух площадей поперечного сечения приемных трубопровода 3. В качестве эмульгатора 5 принят роторный смеситель-диспергатор, например DRS.
Приемный трубопровод 3 соединен с приемными патрубками 7 эмульгатора 5. Фильтры 8 установлены на линии приемного трубопровода перед эмульгатором 5. Приемный трубопровод 3 расположен горизонтально и установлен внутрь цистерны 1 на 3/4 ее длины и на высоте h=100-200 мм от дна цистерны 1.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В топливную накопительную цистерну 1 из железнодорожной цистерны подается обводненное топливо. В соответствии с заводским регламентом в зависимости от вида топлива его предварительно нагревают от 40°С до 140°С. После отстоя часть отстоявшейся воды спускается через патрубок 2, а не отстоявшаяся часть воды располагается в объеме цистерны в виде линз 11.
Из топливной накопительной цистерны 1 топливо с водой через отверстия 4 поступает в приемный трубопровод 3, где создается оптимальный режим перемешивания и диспергирования обводненного топлива уже на стадии подачи топлива по приемному трубопроводу 3 к приемным патрубкам 7 роторного смеситель-диспергатора 5. Водяная линза 11 поступает в приемный трубопровод 3 совместно с мазутом через несколько отверстий 4, диспергируется в нем и далее поступает на дальнейшее механическое перемешивание. Это существенно улучшает смешивание.
Далее обводненное топливо через фильтры 8 (для удаления механических примесей) и приемные патрубки 7 попадает в роторный смеситель-диспергатор 5, где топливо гомогенизируется и диспергируется. Затем открывается задвижка на трубопроводе для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть накопительной цистерны 9 и через напорный патрубок 6, образовавшаяся гомогенная водотопливная эмульсия поступает в накопительную цистерну 1. После чего гомогенная водотопливная эмульсия из топливной накопительной цистерны 1 через отверстия 4 поступает в приемный трубопровод 3, где она еще раз перемешивается и поступает по приемным патрубкам 7 в роторный смеситель-диспергатор 5. Далее задвижка на трубопроводе для подачи гомогенной водотопливной эмульсии в верхнюю часть накопительной цистерны 9 закрывается и открывается задвижка на трубопроводе для подачи готовой гомогенной водотопливной эмульсии в расходную цистерну 10 и гомогенная водотопливная эмульсия из роторного смеситель-диспергатора 5 по напорному патрубку 6 поступает в трубопровод 10 и далее в расходную цистерну на сжигание в котле.