СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F23D11/16 F28D7/10 

Изобретение относится к способам подготовки жидкого топлива и жидких отходов, содержащих органические вещества, к сжиганию и к устройствам для осуществления этого способа.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем смешения его с водой и получения водотопливной эмульсии (а.с. СССР N 214948, кл. F 23 D 11/16, 1966 г. ). Недостатком такого способа является невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение водотопливной эмульсии.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем смешения его с водой, в котором смешивают весь объем воды при коэффициенте избытка K = 1,5 - 2,0 с частью топлива, а оставшуюся часть топлива добавляют в полученную эмульсию (а.с. СССР N 1273688, кл. F 23 D 11/16, 1985 г.) - ближайший аналог. Недостатком данного способа является высокая вязкость водотопливной эмульсии перед подачей ее на распыливание.

Известен теплообменник типа "труба в трубе" (а.с. СССР N 397737, кл. F 28 d 7/10, F 28 f 1/36, 1971 г.) для вязких жидкостей, содержащий внутреннюю трубу, снабженную наружным спиральным оребрением, труба выполнена с изменяющейся площадью поперечного сечения, уменьшающегося в направлении движения нагреваемой среды в межтрубном пространстве, а ребра имеют высоту, увеличивающуюся обратно пропорционально шагу ребер в направлении уменьшения поперечного сечения наружной трубы. Недостатком такого теплообменника является недостаточно высокие показатели коэффициентов теплоотдачи и эффективности работы, кроме того, при нагреве среды до высоких температур конструкция недостаточно надежна.

Известен нагреватель "труба в трубе" с внутренней трубой, снабженной спиральным оребрением, размещенным с зазором в наружной трубе, имеющей штуцеры для нагреваемой среды, при этом зазор выполнен постоянной величины, на 1-6 мм меньшей шага между витками оребрения, по оси внутренней трубы с зазором относительно нее установлен электронагреватель, а штуцера размещены тангенциально (а.с. СССР N 595619, кл. F 28 D 7/10, 1976 г.) - ближайший аналог. Недостатком такого нагревателя является недостаточно высокая эффективность работы, так как нагреваемая жидкость, проходящая непосредственно вдоль внутренней поверхности внешней трубы, практически не подвергается нагреву.

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества образованной смеси (эмульсии) путем уменьшения ее вязкости за счет повышения эффективности нагрева перед диспергированием.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе подготовки топлива к сжиганию, заключающемся в смешивании части топлива со всем объемом воды при коэффициенте ее избытка K = 1,5 - 2,0, диспергировании и соединении полученной эмульсии с оставшимся топливом, добавляется операция нагрева после смешения воды с топливом, и лишь после этого полученную эмульсию подают на диспергатор, а так как в образовании смеси участвует большой процент воды, то эффективность нагрева смеси повышается за счет уменьшения коэффициента теплопередачи (см., например, В.А.Адамов. Сжигание мазута в топках котлов. - Л.: Наука, 1989), а следовательно, вязкость полученной эмульсии перед диспергированием значительно уменьшается, что улучшает эффект диспергирования.

Для реализации нагрева эмульсии, полученной в результате смешения воды с топливом, предлагается устройство, представляющее собой теплообменник типа "труба в трубе", помещенный в цилиндрический корпус с зазором от его внутренней поверхности, корпус снабжен патрубком для подачи и выхода теплоносителя, спиральное оребрение теплообменника выполнено из материала с большим, чем у труб, коэффициентом линейного расширения, а сама спираль прилегает к внутренней поверхности внешней трубы теплообменника с минимальным зазором, который при нагреве исчезает за счет большего расширения материала спирали, что приводит к уменьшению термического сопротивления, а следовательно - к увеличению теплопередачи от поверхности трубы к спирали и, в конечном счете - к повышению эффективности работы теплообменника.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать заявляемый способ, при этом осуществляется снижение вязкости водотопливной эмульсии, которая предварительно нагревается перед подачей на диспергатор.

Из изложенного следует, что при реализации заявляемого способа и устройства для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в получении водотопливной эмульсии с низкой вязкостью, что в конечном счете способствует ее более тонкому распыливанию в топке котла.

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 прототипов 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 ее диспергированием. Новизна предлагаемого устройства для реализации заявляемого способа заключается в применении теплообменника типа "труба в трубе", помещенного в цилиндрический корпус и использовании спирального оребрения теплообменника, изготовленного из материала с большим, чем у труб, коэффициентом линейного расширения и примыкающего к внутренней поверхности внешней трубы с минимальным зазором.

Таким образом, заявляемое техническое 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 жидкого топлива к сжиганию. Схема содержит распределительный клапан 1, один из выходов которого соединен трубопроводом с последовательной цепью, состоящей из смесителя 2, теплообменника 3, диспергатора 4, а другой выход соединен трубопроводом со смесителем 5.

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 2,0:1 в смесителе 2. Полученную водотопливную смесь нагревают в теплообменнике 3, за счет чего уменьшается ее вязкость и улучшается последующее диспергирование с помощью диспергатора 4. Далее концентрированную эмульсию смешивают с остальной частью топлива в смесителе 5, обеспечивая лучшее смешение и нагревание всей смеси, а затем эмульсия подается к форсункам (в топку котла) на сжигание, при этом обеспечивается более эффективное диспергирование эмульсии с минимальными энергетическими затратами, т.к. непосредственному интенсивному нагреву подвергается только часть топлива.

На фиг. 2 изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство включает в себя теплообменник 1 типа "труба в трубе", помещенный в цилиндрический корпус 2 с зазором от его внутренней поверхности. Корпус снабжен патрубками для подачи 3 и выхода 4 теплоносителя. На внутренней трубе 5 навито спиральное оребрение 6, выполненное из материала с большим, чем у труб, коэффициентом линейного расширения, оно прилегает к внутренней поверхности внешней трубы теплообменника 1 с минимальным зазором. Патрубки 7,8 служат для подачи и выхода теплоносителя, а патрубки 9 и 10 - для подачи выхода нагреваемой водотопливной смеси (эмульсии). В качестве теплоносителя может быть использован пар, горячая вода, а также не исключено применение вместо теплоносителя электронагревателей. (В этом случае в полость между внутренней и внешней трубами теплообменника заливается масло.)
Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом. Нагреваемая смесь (эмульсия) подается через патрубок 9, где перемещается по каналу) образованному спиралью 6 и стенками труб 1 и 5. Нагретая смесь отводится через патрубок 10 на диспергатор 4 (фиг. 1), существенно повышая диспергирование. Нагрев трубы 5 производится подачей теплоносителя через патрубок 7 и его отводом через патрубок 8 в сборник конденсата (на фиг. 1 и 2 не показан). Нагрев теплообменника, помещенного в корпус 2, производится подачей теплоносителя через патрубок 3 и его отводом через патрубок 4 в тот же сборник конденсата.

Заявляемые способ и устройство являются промышленно применимыми, так как включают в себя применяемый способ (по а.с. СССР N 1273688), дополненный реально осуществимой операцией предварительного нагрева эмульсии перед диспергированием, а также применяемое устройство (по а.с. СССР N 595619), снабженное работоспособными элементами, улучшающими его работу.

Предлагаемые способ и устройство по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяют осуществить наиболее качественное образование водотопливной эмульсии, что в конечном итоге позволяет обеспечить ее лучшее сжигание при минимальных энергетических затратах.

Изобретение относится к способам подготовки водотопливной эмульсии к сжиганию и может быть использовано в топливосжигающих установках, а также для термической утилизации жидких отходов с органическими примесями, при этом обеспечиваются минимальные энергозатраты на подготовку топлива к сжиганию. В предлагаемом изобретении часть топлива смешивают с водой, полученную смесь нагревают, затем диспергируют и смешивают с оставшейся частью топлива, а затем подают на форсунки в топочную камеру. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем его смешения с водой и получения водотопливной эмульсии, при котором смешивают весь объем воды при коэффициенте ее избытка К = 1,5-2,0 с частью топлива, полученную смесь (эмульсию) подают на диспергатор и далее - на второй смеситель, на который подается также оставшееся топливо, отличающийся тем, что после смешения воды с топливом смесь (эмульсию) нагревают, затем подают на диспергатор. 2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее теплообменник типа труба в трубе, отличающееся тем, что теплообменник помещен в цилиндрический корпус с зазором от его внутренней поверхности, при этом корпус снабжен патрубками для подачи и выхода теплоносителя, спиральное оребрение выполнено из материала с большим, чем у труб, коэффициентом линейного расширения, а сама спираль прилегает к внутренней поверхности внешней трубы теплообменника с минимальным зазором.