СПОСОБ ПОДГОТОВКИ И ПОДАЧИ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ В ТОПКУ КОТЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК F23D11/16 

Изобретение относится к способам подготовки и подачи жидкого топлива и жидких отходов, содержащих органические вещества, в топку котла и к устройствам для осуществления этого способа. Изобретение может быть использовано в топливосжигающих установках.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем смешивания его с водой и получения водотопливной эмульсии (а.с. СССР N 214948, кл. F D 11/16, 1966).

Недостатками такого способа являются невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение водотопливной эмульсии.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем его смешения с водой, в котором смешивают весь объем воды при коэффициенте избытка 1,5-2,0 с частью топлива, а оставшуюся часть топлива добавляют в полученную эмульсию (а.с. СССР N 1273688, кл. F 23 11/16, 1985) - ближайший аналог.

Недостатком данного способа является высокая вязкость водотопливной эмульсии перед подачей ее на распыливание.

Известно устройство для диспергирования жидкости (а.с. СССР N 1210898, кл. B 05 B 3/06, 1984), содержащее основной приводной распылительный диск, насадок для подачи на диск жидкости, привод вращения в виде сообщенной с насадком основного диска трубки с форсунками, расположенными в зазоре между дисками, при этом выходные отверстия насадков выполнены конически расходящимися по ходу движения, поперечная часть рабочей поверхности дисков выполнена с радиальными насечками.

Недостатками такого устройства являются:
- сложность регулировки скорости вращающихся дисков с насечками;
- наличие подвижных элементов (вращающихся дисков) снижает надежность устройства.

Известна форсунка (а. с. СССР N 1239456, кл. F 23 D 11/36) - ближайший аналог, содержащая корпус с топливным соплом и установленный напротив него на штанге конусный рассекатель, ориентированный вершиной в сторону сопла. При этом рассекатель имеет сквозной цилиндрический канал, подключенный через штангу к источнику воды, а также дополнительные каналы, подключенные к основному и расположенные рядами по нормали к поверхности конуса, причем штанга установлена с возможностью продольного перемещения и поворота относительно своей оси.

Недостатками данной форсунки являются:
- невозможность распыления эмульсии в одной плоскости;
- недостаточно полное диспергирование жидкого топлива;
- невозможность уменьшить вязкость топлива, подаваемого на форсунку.

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества смесеобразования за счет снижения вязкости смеси и более тонкого ее распыливания в топке котла.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе подготовки топлива к сжиганию, заключающемся в смешении части топлива со всем объемом воды при коэффициенте ее избытка K = 1,5 - 2,0 и соединении полученной эмульсии с оставшимся топливом, полученную от смешения с водой эмульсию предварительно разделяют на 2 потока, нагревают, а затем распыляют в топке котла двумя встречными соосными струями, образующими плоскость распыла, размещенную перпендикулярно потоку окислителя.

Для реализации распыления эмульсии в топке котла двумя встречными соосными струями, образующими плоскость распыла, размещенную перпендикулярно потоку окислителя, предлагается устройство, содержащее распылитель с топливным соплом и установленный напротив него на штанге конусный рассекатель, ориентированный вершиной в сторону сопла, имеющий сквозной цилиндрический канал и выполненный как второе распылительное сопло, установленное соосно и встречно относительно сопла первого распылителя, при этом оба распылителя присоединены к спиральным теплообменникам резьбовыми соединениями (муфтами) из термостойкого материала с резьбой разного направления, объединенных общими скобами, а теплообменники присоединены к общей трубе.

В заявляемом способе используют смешивание всего объема воды с коэффициентом избытка 1,5-2,0 с частью топлива, а оставшуюся часть топлива добавляют в полученную эмульсию, но при этом в заявляемом способе добавляются операции нагрева эмульсии в топке котла перед ее распыливанием, которое осуществляется двумя встречными соосными струями, образующими плоскость распыла. Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить качество смесеобразования и распыливания водотопливной эмульсии в топке котла.

Предлагаемое устройство для реализации заявляемого способа содержит распылитель с топливным соплом и установленный напротив него конусный рассекатель, ориентированный в сторону сопла, но при этом рассекатель выполнен как второе распылительное сопло и оба распылителя присоединены к спиральным теплообменникам с помощью резьбовых соединений (муфт) из термостойкого материала с резьбой разного направления (левая и правая нарезки), объединенных общей скобой, а теплообменники присоединены к общей трубе, которая имеет возможность перемещения в горизонтальном направлении и поворота вокруг своей оси и подсоединена к источнику водотопливной эмульсии. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать заявляемый способ, при этом осуществляется снижение вязкости водотопливной эмульсии, которая предварительно нагревается в теплообменниках, а затем распыливается встречными соосными соплами, обеспечивая распыливание в одной плоскости, положение которой в топке котла может регулироваться за счет перемещения питающей трубы и поворота ее вокруг своей оси.

Таким образом, при реализации заявляемого способа и устройства для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в получении оптимального соотношения компонентов водотопливной эмульсии и при этом за счет нагрева в теплообменниках снижается вязкость смеси, а следовательно обеспечивается ее более тонкое распыливание, причем направленные навстречу друг другу соосные сопла позволяют осуществить дробление направленных друг на друга струй эмульсии и распыление их в одной плоскости, расположенной перпендикулярно поднимающемуся потоку окислителя (воздуха).

Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявка относится к объектам изобретения одного вида, одинакового назначения, обеспечивающим получение одного и того же технического результата принципиально одним и тем же путем.

Анализ аналогов и прототипа заявляемого способа и устройства для его осуществления показал, что предлагаемое решение является новым. Новизна предлагаемого способа заключается в применении дополнительной операции нагрева водотопливной эмульсии перед подачей ее на распыливание, которое осуществляется встречными потоками, образующими плоскость распыла, перпендикулярную потоку окислителя. Новизна предлагаемого устройства для реализации заявляемого способа заключается в применении теплообменников, расположенных в топке и присоединенных к соосно расположенным и встречно ориентированным соплам резьбовыми соединениями разного направления нарезки и объединяемыми общей скобой, а труба, по которой подается водотопливная эмульсия, имеет возможность перемещения в горизонтальном направлении и поворота вокруг своей оси.

Таким образом, заявляемое технической решение характеризуется новой совокупностью признаков, дающих дополнительный положительный эффект, а заявляемые способ и устройство - признаками соответствия критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена схема реализации заявляемого способа подготовки и подачи водотопливной эмульсии в топку котла. Схема содержит соединенные трубопроводами клапан 1, смеситель 2, диспергатор 3, смеситель 4, теплообменники 5 и 6, распылители 7 и 8. При этом теплообменники 5 и 6 и распылители 7 и 8 располагаются в топке.

Схема, приведенная на фиг. 1, работает следующим образом. Весь объем добавляемой в топливо воды смешивают с частью топлива, поступающего после разделения всего потока топлива в клапане 1, в соотношении от 1,5:1 до 2:1 в смесителе 2. Водотопливную смесь диспергируют с помощью диспергатора 3. Полученную концентрированную эмульсию смешивают с остальной частью топлива в смесителе 4 и затем водотопливную эмульсию направляют двумя равными потоками на теплообменники 5 и 6, где за счет тепла в топке котла эмульсия нагревается, в результате чего уменьшается ее вязкость. Далее эта эмульсия поступает на распылители 7 и 8, размещенные соосно и направленные соплами навстречу друг другу, что приводит к соударению струй эмульсии, размельчению капель и рассеянию их в плоскости, перпендикулярной оси сопл. При этом расположение распылителей в топке выбирается таким, чтобы поднимающийся поток окислителя (воздуха) был направлен примерно под прямым углом к плоскости рассеяния капель. Поток воздуха, взаимодействуя с каплями водотопливной эмульсии, приводит к образованию так называемого кипящего (псевдоожиженного) слоя эмульсия, в котором, как известно, все физико-химические процессы, в том числе и процесс горения, осуществляются значительно интенсивней (см., например, книгу Н. Н. Сыромятникова и др. "Тепломассообмен в кипящем слое".- М.: Химия, 1962).

На фиг. 2 изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство включает в себя распылители (диспергаторы) 1 и 2, изготовленные из термостойкого материала, размещенные в топке соосно и направленные соплами навстречу друг другу. Распылители 1 и 2 подключены к спиральным теплообменникам 3, 4 и 5, 6 соответственно, размещенным также в топке. Распылители соединены с теплообменниками резьбовыми соединениями (муфтами) 7 и 8 разного направления (левая и правая резьба). Резьбовые соединения 7 и 8 соединены между собой скобами 9, с помощью которых осуществляются соосность сопл и регулирование расстояния между распылителями 1 и 2. Теплообменники 4 и 6 подключены к трубе 10, подающей водотопливную эмульсию. Труба 10 через съемные элементы 11 и уплотнитель 12, размещенные в стенке 13 топки, подключена к сальнику 14 с уплотнителем 15, что позволяет осуществлять перемещение трубы 10 в горизонтальном направлении (вместе со всем устройством), а также поворот устройства вокруг оси трубы 10 с помощью рукояток 16. Труба 17 служит для подключения сальника к источнику эмульсии. Труба 10 может быть изогнута для обеспечения перпендикулярности движения окислителя относительно плоскости распыла эмульсии.

Устройство для реализации заявляемого способа работает следующим образом. Перед установкой в топку устройство подвергается регулировке на стенде - устанавливается необходимое расстояние между соплами распылителей 1 и 2 с помощью вращения скоб 9 (и связанных с ними резьбовых соединений 7 и 8) в зависимости от номинального расхода.

На установленное в топке устройство подается водотопливная эмульсия от смесителя 4 (фиг. 1) по трубе 17 через сальник 14 и трубу 10. Водотопливная эмульсия поступает на спиральные теплообменники 6, 5 и 4, 3 - а далее - на распылители 1 и 2, встречные струи которых дробятся на мелкие капли и распыливаются в плоскости, перпендикулярной оси распылителей. Перемещением трубы 10 в горизонтальном направлении и поворотом ее с помощью рукояток 16 вокруг оси устройство устанавливается в оптимальное положение, при котором плоскость распыливания водотопливной эмульсии располагается под прямым углом к поднимающемуся потоку окислителя (воздуха). При взаимодействии потока окислителя с распыливаемой водотопливной эмульсией образуется так называемый кипящий (псевдоожиженный) слой, достоинства которого упомянуты выше (при описании работы схемы способа).

Производится поджог эмульсии в топке. Проходящая через спиральные теплообменники 3, 4 и 5, 6 водотопливная эмульсия нагревается, при этом значительно снижается ее вязкость, что в свою очередь способствует более тонкому ее распыливанию соплами распылителей 1 и 2.

Заявляемые способ и устройство являются промышленно применимыми, так как включают в себя применяемый способ (по авт.св. СССР N 1273688), дополненный реально осуществимыми операциями предварительного нагрева эмульсии и распыливания ее встречными струями, а также применяемое устройство (по а.с. СССР N 1239456), снабженное работоспособными элементами, улучшающими его работу.

Предлагаемые способ и устройство по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяющей осуществить наиболее качественное образование водотопливной эмульсии и ее распыливание в топке котла, что в конечном счете позволяет обеспечить ее лучшее сжигание при одновременном снижении концентрации вредных выбросов. Кроме того, оно дает возможность утилизировать жидкие стоки, содержащие органические вещества.

Изобретение относится к способам подготовки и подачи жидкого топлива в топку котла и может быть использовано в топливосжигающих установках, а также для термической утилизации жидких отходов с органическими примесями, при этом обеспечиваются высокое качество образования водотопливной эмульсии и наиболее оптимальное распыливание ее в топке. В предлагаемом изобретении часть топлива смешивают с водой, полученную эмульсию разделяют на два потока, нагревают и затем распыливают в топке встречными струями, образующими плоскость распыла, перпендикулярную потоку окислителя. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ подготовки и подачи водотопливной эмульсии в топку котла путем смешения части топлива со всем объемом воды при коэффициенте ее избытка К = 1,5 - 2,0 и соединения полученной эмульсии с оставшимся топливом, отличающийся тем, что полученную от смешения с водой эмульсию предварительно разделяют на 2 потока, каждый из которых нагревают, а затем распыляют в топке котла двумя встречными соосными струями, образующими плоскость распыла, размещенную перпендикулярно потоку окислителя (воздуха). 2. Устройство для подготовки и подачи водотопливной эмульсии, содержащее распылитель с топливным соплом и установленный напротив него на штанге конусный рассекатель, ориентированный вершиной в сторону сопла, имеющий сквозной цилиндрический канал, подключенный через штангу к источнику воды, при этом штанга установлена с возможностью продольного перемещения и поворота вокруг своей оси, отличающееся тем, что рассекатель выполнен как второе распылительное топливное сопло, установленное соосно и встречно относительно сопла первого распылителя, при этом распылители присоединены к спиральным теплообменникам резьбовыми соединениями (муфтами) из термостойкого материала с резьбой разного направления (левая и правая нарезки), объединенными общими скобами, а теплообменники присоединены к общей трубе, имеющей возможность перемещения в горизонтальном направлении и поворота вокруг своей оси и подсоединенной к источнику водотопливной эмульсии.