СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ Российский патент 1995 года по МПК F23K5/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых станциях, вырабатывающих тепло, пар, электроэнергию.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию в топке теплового агрегата, включающий приготовление водно-топливной эмульсии в стационарной емкости, из которой водно-топливную эмульсию забирают и подают под избыточным давлением для сжигания [1]
Недостатками данного способа являются большие энергетические затраты на приготовление эмульсии и поддержание ее седиментометрической и коагуляционной устойчивости, сложность регулирования состава водно-топливной эмульсии в зависимости от режимов работы топки теплового агрегата.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по совокупности существенных признаков к предлагаемому объекту способ подготовки жидкого топлива к сжиганию, включающий забор топлива и воды, их дозирование, смешивание, эмульгирование и подачу к форсунке [2] Недостатками известного способа являются большие энергетические затраты на приготовление и поддержание заданной дисперсности эмульсии, невозможность поддержания постоянства температуры топливной эмульсии, подводимой к форсунке. Способ не исключает возможности получения эмульсии типа Т/В (топливо/вода) вместо (В/Т) (вода/топливо), что приводит к низким результатам топливной экономичности и снижению токсичных выбросов при сгорании топлива в топке, т.е. конечная цель эмульгирования и сжигание эмульгирования топлива не достигается.

Изобретение позволяет снизить энергетические затраты на приготовление топливной эмульсии, задавать ее оптимальное качество по дисперсности, обеспечить необходимый тепловой режим топливной эмульсии, поступающей к форсунке, достичь высокой топливной экономичности теплового агрегата и снижения токсичных выбросов.

Для достижения указанного технического результата в способе подготовки жидкого топлива к сжиганию, включающем забор топлива и воды, их дозирование, смешивание, эмульгирование и подачу к форсунке теплового агрегата, дозирование, смешивание и эмульгирование ведут в отводе топливной магистрали, примыкающей к форсунке теплового агрегата, причем напор воды, подведенной в отвод топливной магистрали, устанавливают выше давления топлива, при этом величину перепада давлений воды и топлива задают в зависимости от величины межфазного натяжения жидкостей, заданной дисперсности воды, равной 5-15 мкм, в топливе и определяют по формуле
ΔP 6·10^-3 где ΔP пеpепад давлений воды и топлива, МПа;
σ межфазное натяжение жидкостей, (мН/м);
d_ср средний диаметр частиц воды в топливе, мкм.

Благодаря тому, что дозирование, смешивание и эмульгирование ведут в отводе топливной магистрали, примыкающей к форсунке теплового агрегата, исключается какая-либо рециркуляция эмульгированного топлива и все приготовленное топливо к сжиганию сразу же поступает к форсунке. Этим исключают как седиментометрическое, так и агрегативное разрушение приготовленной эмульсии, а следовательно, исключают энергетические затраты на поддержание эмульсии заданной дисперсности. Отсутствие рециркуляции эмульсии обеспечивает необходимый тепловой режим топливной эмульсии, поступающей к форсунке, чем достигается улучшение полноты сгорания топлива и получение большой экономичности.

Благодаря тому, что напор воды, подведенный в отвод топливной магистрали, для эмульгирования устанавливают выше давления топлива в топливной магистрали, исключается возможность получения эмульсии типа Т/В, а получают эмульсию исключительно типа В/Т, чем обеспечивается высокая топливная экономичность и снижается токсичность выбросов.

Благодаря тому, что величину перепада давлений воды и топлива задают в зависимости от величины межфазного натяжения и заданной дисперсности воды в топливе, равной 5-15 мкм, достигают оптимального давления подачи воды в отвод топливной магистрали, чем обеспечивается еще большее снижение энергетических затрат на приготовление эмульсии наперед заданного оптимального дисперсного качества.

На чертеже показана схема устройства, на котором реализуют предлагаемый способ, общий вид.

Устройство содержит резервуар 1 с нагревателем 2 топлива, рециркуляционную топливную магистраль 3 с устройствами нагнетания топлива, фильтрации и регулирования его давления, отвод 4 топливной магистрали к форсунке 5 топки 6, водную магистраль 7 с отводом 8 воды, регулятором 9 давления воды, датчиком 10 расхода воды, запорным вентилем 11. Эмульсорная часть 12 расположена на отводе 4.

Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию осуществляют следующим образом.

Топливо из резервуара 1, доведенное до необходимой температуры нагревателем 2, забирают насосом и подают в рециркуляционную магистраль 3 под заданным давлением.

Из рециркуляционной магистрали 3 топливо забирают и подают в отвод 4 топливной магистрали и далее к форсунке 5 топки 6. Одновременно воду из магистрали 7 через отвод 8 воды, регулятор 9 давления воды, датчик 10 расхода воды, запорный вентиль 11 подают в эмульсорную часть 12 отвода 4, превышают над давлением потока топлива в отводе топливной магистрали 4 на величину определяемую зависимостью
ΔP 6·10^-3 чем достигают получение эмульсии типа В/Т заданного дисперсного состава при минимальном расходе энергии. Всю полученную эмульсию топлива и воды, не подвергая рециркуляции, подают к форсунке 5, чем исключают нарушение теплового режима эмульсии и седиментометрическое и агрегативное разрушение ее.

П р и м е р. Испытание предлагаемого способа проводят на мазуте марки М100 сжигаемого в котле ЛКВР 10/13, оборудованном центробежными паромеханическими форсунками. Котлоагрегаты снабжены системой подготовки топлива к сжиганию по предлагаемому способу и по способу, принятому за прототип.

Давление подачи топлива к форсунке задавалось равным 1,3 МПа в том и другом случае.

Перепад давления воды над давлением топлива в отводе 4 определяют по
ΔP 6·10^-3
Дисперсность эмульсии 5 мкм.

Установлено, что межфазное натяжение мазута марки М100 и воды 28 мН/м.

Следовательно, перепад давления, необходимый для получения эмульсии заданной дисперсности
ΔP 10^-3·6 0,94 МПа
Сравнение предлагаемого способа с прототипом и с работой топки по общепринятой схеме (без эмульгирования топлива) производят по следующим показателям:
энергетические затраты на приготовление эмульсии;
топливная экономичность;
получение токсичных выбросов.

Результаты испытаний приведены в таблице. Результатами испытаний установлено, что затраты энергии на приготовление эмульсии независимо от режима работы топки в предлагаемом способе снижаются в 12,5 раза. При этом получена экономия топлива в 1,65 раза выше чем в прототипе. Независимой государственной экологической службой установлено, что предлагаемый способ позволяет снизить токсичные выбросы по саже (С) и окиси углерода (СО) в 2 раза, а при работе по известному способу только в 1,4 раза.

Предлагаемый способ подготовки жидкого топлива к сжиганию позволяет не только снизить энергетические затраты на приготовление топливной эмульсии, обеспечить необходимый тепловой режим топливной эмульсии, поступающей к форсунке, исключив получение эмульсии типа ТВ, чем обеспечиваются высокая топливная экономичность теплового агрегата и низкие токсичные выбросы. Кроме того, значительно снижаются затраты на осуществление предлагаемого способа.

Использование: на тепловых станциях, вырабатывающих тепло, пар, электроэнергию. Сущность изобретения: в способе, включающем забор топлива и воды, их дозирование, смешивание, эмульгирование и подачу к форсунке теплового агрегата, дозирование, смешивание и эмульгирование ведут в отводе топливной магистрали, примыкающей к форсунке теплового агрегата, причем напор воды, подведенной к отводу топливной магистрали, устанавливают выше давления топлива, при этом величину перепада давлений воды и топлива задают в зависимости от величины межфазного натяжения жидкостей и дисперсности воды, равной 5 15 мкм. 1 ил. 1 табл.

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ, включающий забор топлива и воды, их дозирование, смешивание, эмульгирование и подачу к форсунке теплового агрегата, отличающийся тем, что дозирование, смешивание и эмульгирование ведут в отводе топливной магистрали, примыкающей к форсунке теплового агрегата, причем напор воды, подаваемой в отвод топливной магистрали, устанавливают выше давления топлива в топливной магистрали на величину ΔP, определяемую по формуле

где ΔP перепад давлений воды и топлива, МПа;
σ межфазное натяжение жидкостей, мН/м;
d_ср средний диаметр частиц воды в топливе, равный 5 15 мкм (дисперсность воды в топливе).