УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ
DEVICE TO PREPARE FLUID FUEL FOR COMBUSTION

Изобретение относится к устройствам для подготовки жидкого топлива и жидких отходов, содержащих органические вещества, к сжиганию.
Известен фильтр для очистки жидкости (а.с. СССР №1230633, B01D 27/12, 1984 г.) с установленным в нем цилиндрическим фильтрующим элементом, патрубками для подачи и отвода очищаемой жидкости и сбросным патрубком, выполненную между стенкой корпуса и фильтрующим элементом, спираль, примыкающую к подающему патрубку, при этом отношение соседних шагов спирали обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента, расположенного у подающего патрубка.
Недостатками такого фильтра является засорение фильтрующего элемента, что вызывает необходимость частой его регенерации (промывки), а также необеспечение снижения вязкости очищаемой жидкости.
Известно устройство для осуществления способа подготовки жидкого топлива к сжиганию, приведенное в бюллетене №20 в июле 2007 г.(заявка RU 2002119309, F23 К5/02, п.2 формулы изобретения) - ближайший аналог, содержащее корпус с установленным в нем цилиндрическим фильтрующим элементом, патрубки для подачи и выхода фильтрующей жидкости и сбросной патрубок, размещенную между внутренней стенкой корпуса и фильтрующим элементом спираль, примыкающую к подающему патрубку и выполненную с уменьшающимся по ходу жидкости шагом, причем отношение соседних шагов спирали обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента, расположенного у подающего патрубка, а ребра спирали выполнены из материала с большим линейным расширением, чем у материала корпуса и фильтрующего элемента, сама спираль установлена с минимальным зазором от корпуса и фильтрующего элемента, при этом фильтрующий элемент выполнен в виде спирали из проволоки, навитой в направлении движения жидкости на цилиндрический каркас, имеющий продольные щели, витки спирали «утоплены» в поверхность каркаса на 1/2 диаметра проволоки, расстояние между витками определяется степенью загрязнения очищаемой жидкости, на внешней стороне корпуса закреплен цилиндрический корпус теплообменника, снабженного патрубками для подачи и выхода теплоносителя, внутри цилиндрического фильтрующего элемента по его оси установлен теплообменник типа «труба в трубе», снабженный в верхней части спиральным оребрением. Таким образом, осуществляется двухступенчатый подогрев топлива.
Недостатком такого устройства является невозможность осуществления на обеих ступенях подогрева дополнительного нагрева топлива, т.е. невозможно дополнительно уменьшить вязкость топлива, которое поступает непосредственно с выхода устройства в систему подготовки эмульсии (водотопливной смеси).
Целью заявляемого изобретения является создание устройства для подготовки жидкого топлива к сжиганию, которое позволит осуществлять дополнительный нагрев топлива на обеих ступенях, а следовательно, дополнительное снижение его вязкости, что позволит улучшить распыление топлива в топках котлов и обеспечить его более полное сгорание.
Для осуществления поставленной цели предлагается устройство, содержащее корпус с установленным в нем цилиндрическим фильтрующим элементом, патрубки для подачи и выхода фильтруемого топлива и сбросной патрубок, размещенную между внутренней стенкой корпуса и фильтрующим элементом спираль, примыкающую к патрубку подачи фильтруемого топлива и выполненную с уменьшающимся по ходу топлива шагом, отношение соседних шагов спирали обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента, расположенного у патрубка подачи фильтруемого топлива, а ребра спирали выполнены из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем у материала корпуса и фильтрующего элемента, сама спираль установлена с минимальным зазором от корпуса и фильтрующего элемента, при этом фильтрующий элемент выполнен в виде спирали из проволоки, навитой в направлении движения топлива на цилиндрический каркас, имеющий продольные щели, витки спирали «утоплены» в каркас на 1/2 диаметра проволоки, расстояние между витками определяется степенью загрязнения очищаемого топлива, на внешней стороне корпуса устройства закреплен цилиндрический корпус теплообменника, снабженного патрубками подачи и выхода теплоносителя, внутри цилиндрического фильтрующего элемента соосно с ним установлен теплообменник типа «труба в трубе», снабженный в верхней части спиральным оребрением, причем ребра этой спирали, а также спирали, размещенной между корпусом и фильтрующим элементом, имеют волнообразную форму.
Такая конструкция устройства для подготовки жидкого топлива в сжиганию обеспечивает значительно меньшее засорение фильтрующего элемента, т.к. поток фильтруемого (очищаемого) топлива движется в том же направлении, в котором навита спираль, и смывает загрязняющие вещества (частички) на дно фильтра и далее - к сбросному патрубку. Использование теплообменника типа «труба в трубе» и теплообменника, размещенного вокруг корпуса устройства, позволяет производить двухступенчатый нагрев жидкого топлива, что уменьшает его вязкость. При этом ребра спирали, имеющей больший, чем у корпуса и фильтрующего элемента коэффициент линейного расширения, при нагреве обеспечивают исчезновение минимальных зазоров, плотно прилегая к корпусу и фильтрующему элементу, что уменьшает термические сопротивления, т.е. улучшает теплопередачу, а волнообразная форма оребрения этой спирали, а также оребрение теплообменника типа «труба в трубе» увеличивает теплоотдачу от ребер к топливу за счет турбулизации потока жидкости, что способствует более интенсивному нагреванию топлива на обеих ступенях его нагрева и уменьшению его вязкости и, в конечном счете, приводит к более полному сгоранию топлива в топках котлов.
Таким образом, при реализации данного технического решения достигается технический результат, заключающийся в эффективном двухступенчатом нагреве очищаемого жидкого топлива, что способствует снижению его вязкости и в конечном итоге - к возможности получения более качественной водотопливной смеси при поступлении топлива в систему подготовки этой смеси (эмульсии) к сжиганию, а это, в свою очередь, позволяет осуществлять более тонкое распыливание эмульсии в топке котла и более полное его сгорание (система подготовки эмульсии в предмет изобретения не входит).
Анализ аналогов показал, что предлагаемое решение является новым. Новизна решения заключается в том, что ребра спирали теплообменника типа «труба в трубе», так же как и ребра спирали, размещенной между корпусом и фильтрующим элементом, имеют волнообразную форму.
Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих дополнительный технический эффект, и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».
На чертеже приведено предлагаемое устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию, включающее корпус 1 с нижним и верхним фланцами 2, снабженный патрубком подачи 3 и патрубком выхода 4 фильтруемого топлива, а также сбросным патрубком 5 для сброса неочищенного топлива. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 6, представляющий собой цилиндрический каркас 7 с продольными щелями 8. На каркасе 7 навита в направлении движения топлива спираль 9 из проволоки с шагом, определяющимся степенью загрязнения очищаемого топлива; витки спирали 9 «утоплены» в каркас 7 на 1/2 диаметра проволоки для обеспечения заданного шага и удержания спирали на каркасе. Между внутренней стенкой корпуса 1 и фильтрующим элементом 6 размещена спираль 10, примыкающая к патрубку 3 и выполненная с уменьшающимся по ходу движения топлива шагом, при этом отношение соседних шагов спирали 10 обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента 6, расположенного у патрубка 3. Спираль 10 изготовлена из материала, имеющего коэффициент линейного расширения больший, чем у материала корпуса 1 и фильтрующего элемента 6, поверхность ее ребер имеет волнообразную форму; спираль 10 установлена с минимальным зазором от стенок корпуса 1 и фильтрующего элемента 6. На внешней стороне корпуса 1 закреплен цилиндрический кожух теплообменника 11, снабженного патрубками 12 и 13 подачи и выхода теплоносителя (соответственно). Внутри фильтрующего элемента 6 соосно с ним установлен еще один теплообменник 14 типа «труба в трубе», снабженный в верхней части спиральным оребрением 15, его ребра имеют, так же как и ребра спирали 10, волнообразную форму. Внутренняя труба 16 теплообменника 14 с открытым нижним торцом служит для подачи теплоносителя через патрубок 17, патрубок 18 предназначен для выхода теплоносителя.
Устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию работает следующим образом. Топливо из расходной емкости (в предмет изобретения не входит и на чертеже не показана) подается через патрубок 3 внутрь корпуса 1 на спираль 10. На вход теплообменников 11 и 14 через патрубки 12 и 17 подается теплоноситель (пар), разогревающий все устройство вместе с поступающим в него топливом, которое по спирали перемещается вниз, при этом часть топлива просачивается между витками спирали 9 в щели 8 каркаса 7 фильтрующего элемента 6. За счет нагрева спираль 10 плотно примыкает к внутренней поверхности корпуса 1 и к фильтрующему элементу 6 (благодаря большему, чем у корпуса 1 и фильтрующего элемента 6, коэффициенту линейного расширения). Таким образом, осуществляется первая ступень подогрева топлива, причем благодаря волнистой форме ребер спирали 10 происходит турбулизация потока топлива, обеспечивающая более интенсивную теплоотдачу от нагретых ребер спирали 10 к топливу (В.П.Исаченко и др. Теплопередача. М.: Энергия, 1975, раздел 7.4, стр.192-199). На витках спирали 9 задерживаются механические примеси, содержащиеся в топливе. Эти примеси смываются потоком топлива, перемещающимся по спирали 10 в нижнюю часть корпуса 1 (таким образом, происходит регенерация устройства), а оттуда через патрубок 5 возвращаются в расходную емкость. Очищенное от механических примесей разогретое топливо просачивается внутрь фильтрующего элемента 6 через щели 8, еще подогревается теплом от теплообменника 14 (осуществляется вторая ступень подогрева топлива). Поступающий в теплообменник 14 пар (через патрубок 17) по трубе 16 попадает внутрь теплообменника, поднимается вверх и поступает к патрубку 18. В теплообменнике 14 нагрев топлива происходит более эффективно за счет наличия оребрения 15, поверхность ребер которого, так же как и у спирали 10, выполнена волнообразной, что приводит к турбулизации потока топлива, улучшая теплоотдачу от ребер к топливу. Получившее дополнительное тепло очищенное топливо поступает к патрубку 4 и далее к системе подготовки водотопливной эмульсии. Образовавшийся в теплообменнике 14 конденсат через патрубок 13 сбрасывается в канализацию.
Таким образом, в предлагаемом устройстве происходит одновременно очистка и интенсивный двухступенчатый нагрев топлива, что значительно снижает его вязкость и, в конечном счете, позволяет осуществлять более тонкое распыливание форсунками водотопливной эмульсии в топках котлов.
Заявляемое устройство является промышленно применимым, т.к. не имеет деталей, которые не могут быть изготовлены промышленностью.
Предлагаемое устройство по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяет осуществлять эффективную подготовку жидкого топлива для последующего образования качественной водотопливной эмульсии, поступающей на сжигание.