СИСТЕМА ТЕРМИЧЕСКОЙ УТИЛИЗАЦИИ НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ СРЕД Российский патент 2001 года по МПК F23K5/12 

Изобретение относится к области эксплуатации тепловых энергетических комплексов, оборудованных паровыми и водогрейными котлами, сжигающими жидкое нефтяное топливо и природный газ.

Известна судовая топливная цистерна (А. с. СССР N 1705187, кл. B 63 H 21/38, 1992 г.), включающая топливный насос, приемный патрубок которого сообщен с расходной топливной цистерной, а напорный - с потребителем, эжектор, сопло которого соединено с напорным патрубком насоса, а выходной патрубок - с приемным патрубком, всасывающий патрубок эжектора снабжен всасывающим трубопроводом, сообщенным с емкостью сбора загрязненных нефтепродуктами вод.

Данная система является экологически опасной, не решает задачу утилизации в котлах светлых и темных нефтеотходов и отработанных моторных и промышленных масел. Технологически указанное обусловлено тем, что в составе системы отсутствуют устройства и элементы для сбора, подготовки к сжиганию и термической утилизации светлых и темных нефтяных отходов и отработанных моторных и промышленных масел.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе является система сжигания в паровых котлах загрязненных вод (Патент РФ N 2040430, кл. B 63 H 21/38, 1995 г.), включающая расходную топливную цистерну, топливный насос, эжектор, сопло которого сообщается с напорным трубопроводом насоса, выходной патрубок эжектора - с приемным трубопроводом насоса, а всасывающая полость эжектора соединяется при помощи гибкого шланга с емкостью сбора нефтесодержащих вод. В рассматриваемой системе эжектор, приготавливая путем смешения штатного котельного топлива и подлежащих утилизации нефтесодержащих вод, водотопливную эмульсию, подаваемую на горение в котел, выполняет функции диспергирующего устройства (диспергатора) струйно-кавитационного типа.

Анализируемая система, обеспечивая термическую утилизацию загрязненных вод и высоковязких нефтяных остатков в составе сжигаемой в котле водотопливной эмульсии, не решает задачу термической утилизации светлых нефтеотходов и отработанных моторных и промышленных масел, что обусловлено рядом объективных причин. Во-первых, конструкция системы не может обеспечить приготовление водотопливной эмульсии на основе светлых нефтеотходов, представленных в основном легкими бензиновыми и керосиновыми фракциями нефти, где отсутствуют асфальтеносмолистые вещества, что исключает термическую утилизацию светлых нефтеотходов в котле. Во-вторых, водобензиновая эмульсия, получаемая при использовании данной системы, быстро расслаивается с температурой вспышки ниже значения, установленного правилами пожаробезопасности для теплоэнергетических комплексов. В-третьих, в составе системы отсутствуют устройства и элементы для приема, хранения и смешения светлых, темных нефтеотходов и отработанных масел. Кроме того, практическое использование системы не предусматривает обязательного наличия в подаваемой на сжигание водотопливной эмульсии штатного котельного топлива, что не позволяет получать значительную, а в отдельных случаях и полную его экономию. И, наконец, при работе системы котлы нельзя перевести на сжигание только нефтесодержащих вод, светлых и темных нефтяных остатков и отработанных моторных и промышленных масел, полностью исключив из процесса горения дорогостоящее котельное топливо.

Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение повышения уровня, экологической безопасности теплоэнергетических комплексов, оборудованных паровыми и водогрейными котлами при наибольшей, а в отдельных случаях и максимальной экономии штатного котельного топлива путем одновременного решения следующих экологических задач, а именно:
- устранение слива загрязненных нефтепродуктами вод в водный бассейн района расположения теплоэнергетического комплекса;
- сбор, обработка и термическая утилизация нефтесодержащих вод, светлых и темных нефтяных отходов и отработанных моторных и промышленных масел непосредственно в местах их образования.

Задача решается за счет того, что система термической утилизации нефтесодержащих сред (HCC) включает расходную топливную цистерну, емкость сбора нефтесодержащих сред, выполненную в виде дополнительной емкости (цистерны), снабженной трубопроводами, один из которых соединяет дополнительную емкость с выходным патрубком эжектора (диспергатора); второй соединяет дополнительную емкость с топливным насосом, который, в свою очередь, дополнительно оборудован байпасом, а трубопровод, соединяющий всасывающую полость с емкостью нефтесодержащих сред, оборудован приемным устройством. Кроме того, между соплом эжектора и топкой введен дополнительный контур, состоящий из промежуточной топливной емкости, соединенной посредством системы трубопроводов с баком хранения реагентов (воды) через насос и эжектор.

Предлагаемая система включает два контура подготовки нефтеотходов и отработанных масел к термической утилизации:
1-й контур, включающий емкость сбора нефтеотходов и отработанных масел - топливный насос 1-го контура - диспергатор 1-го контура - емкость сбора нефтеотходов и отработанных масел - систему трубопроводов, и обеспечивающий струйно-кавитационное смешение светлых и темных нефтяных отходов и отработанных масел, первичную гомогенизацию топливных смесей путем многократной циркуляции подлежащих утилизации нефтяных отходов по замкнутому контуру;
2-й контур, включающий расходную топливную цистерну - топливный насос 2-го контура - диспергирующее устройство 2-го контура - систему трубопроводов, и обеспечивающий вторичную гомогенизацию приготовленной в 1-м контуре топливной смеси (эмульсии), дозацию к ней до 10% нефтесодержащей воды и получение высококачественной водотопливной эмульсии методом ее непрерывной струйно-кавитационной обработки и многократной циркуляции по замкнутому контуру.

Решение поставленной задачи обеспечивается применением двух контуров обработки и подготовки нефтепродуктов и отработанных масел к термической утилизации, что позволяет получить технический эффект, позволяющий термически обезвредить загрязненные нефтепродуктами воды и предотвратить слив загрязненных нефтепродуктами вод.

Новым в заявляемом изобретении является введение в систему дополнительной емкости для сбора нефтесодержащих сред, снабженной трубопроводами, посредством которых емкость соединяется с эжектором и топливным насосом, а также введение в систему дополнительного контура, состоящего из промежуточной топливной емкости, соединенной с баком хранения реагентов (воды) через насос и эжектор.

Указанная совокупность новых признаков не выявлена из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображена принципиальная схема заявляемой системы.

Система термической утилизации нефтесодержащих сред включает следующие элементы:
1-й контур:
- диспергирующее устройство 1-го контура (1);
- емкость сбора нефтеотходов и отработанных масел (2);
- резервную цистерну штатного котельного топлива (3);
- трубопровод подачи рабочей жидкости (4) на диспергатор 1-го контура с запорным органом (5);
- всасывающий трубопровод (6) диспергатора 1-го контура с запорными органами (7, 8);
- трубопровод готовой смеси (9) с запорным органом (10);
- циркуляционный трубопровод (11) с запорными органами (12, 13);
- патрубок приема нефтеотходов и отработанных масел (14) с запорным органом (15) и приемным устройством (16);
- топливный насос 1-го контура (17) с входным (a) и выходным (b) трубопроводами и запорными органами (18, 19);
- запорный орган (21);
- трубопровод подачи готовой смеси (20) в расходную топливную цистерну с запорным органом (22);
- перепускной (байпасный) трубопровод (23) с запорным органом (24);
- трубопровод подачи штатного котельного топлива (25) из резервной цистерны штатного котельного топлива (3) с запорными органами (26, 27);
- трубопровод подачи нефтеотходов и отработанных масел (28) с запорным органом (29).

2-й контур:
- диспергатор 2-го контура (30);
- топливный насос 2-го контура (31);
- всасывающий трубопровод (32) топливного насоса 2-го контура;
- емкость сбора нефтесодержащих вод (33);
- расходная топливная цистерна (34);
- трубопровод подачи рабочей жидкости (35) на диспергатор 2-го контура;
- трубопровод готовой эмульсии (36) с запорным органом (37);
- циркуляционный трубопровод (38) с запорным органом (39);
- всасывающий трубопровод (40) диспергатора 2-го контура с запорными органами (41, 42);
- трубопровод подачи топлива на потребители (43) с запорным органом (44).

Система используется при работающих или бездействующих котлоагрегатах на 4-х режимах при совместной или раздельной работе 1-го и 2-го контуров подготовки нефтеотходов и отработанных масел к термической утилизации и работает следующим образом.

1-й режим работы - прием нефтеотходов и отработанных масел
Проводится при открытом запорном органе (15) через приемное устройство (16), к которому присоединяется шланг от подвижной (автомобильной) емкости. Подача светлых, темных нефтяных отходов и отработанных масел производится топливоподающим насосом подвижной емкости или топливным насосом 1-го контура (17). В первом случае топливный насос 1-го контура (17) не работает, и подлежащие утилизации жидкости принимаются через патрубок (14) по трубопроводу (6) при открытых запорных органах (7, 8, 15) в емкость сбора нефтеотходов и отработанных масел (2). Во втором случае при открытых запорных органах (5, 12, 13, 18, 19, 26, 27 или 29) и закрытых запорных органах (7, 8) запускается топливный насос 1-го контура (17). Запорный орган (21) закрывается и выходной трубопровод (в) насоса 1-го контура (17) разделяется на напорный трубопровод (4) и трубопровод подачи готовой смеси (20). Запорный орган (24) на перепускном (байпасном) трубопроводе (23), регулирующий давление и расход рабочей жидкости на диспергатор 1-го контура (1), плавно открывается. При работе насоса (17) котельное топливо из цистерны (3) по трубопроводу (25) и трубопроводу (4) подается к соплу диспергатора 1-го контура (1), в рабочей камере которого создается разряжение, необходимое для самовсасывания светлых и темных нефтеотходов и отработанных масел. Проходя через диспергатор (1), нефтяные отходы и отработанные масла смешиваются между собой и со штатным котельным топливом, проходят грубую гомогенизацию и струйно-кавитационную обработку, образуют топливную смесь, компонентами которой являются штатное котельное топливо, светлые и темные нефтеотходы, отработанные моторные и промышленные масла. Если в емкости (2) уже есть нефтеотходы и отработанные масла, то при закрытых запорных органах (26, 27) топливный насос 1-го контура (17) забирает их из емкости (2) и топливная смесь готовится на основе подлежащих утилизации жидкостей с возможностью исключения из технологического процесса штатного котельного топлива. Готовая топливная смесь подается по циркуляционному трубопроводу (11) на хранение в емкость сбора нефтеотходов и отработанных масел (2).

2-й режим работы - струйно-кавитационная обработка и гомогенизация жидких нефтеотходов и отработанных масел
Проводится при работе топливного насоса 1-го контура (17) и диспергатора 1-го контура (1) путем непрерывной многократной циркуляции по замкнутому циклу: емкость (2) - насос (17) - диспергатор (1) - емкость (2). При этом закрытием запорного органа (21) выходной трубопровод (b) топливного насоса 1-го контура (17) разобщается на напорный трубопровод (4) и трубопровод подачи готовой смеси (20), запорные органы (10, 15, 26, 27) - закрыты, запорные органы (5, 7, 8, 12, 13, 18, 19) - открыты. Подлежащие утилизации жидкости из емкости (2) всасываются через трубопровод (28) насосом (17) и через трубопровод (6) - диспергатором (1). Проходя через диспергатор (1), нефтеотходы и масла тщательно гомогенизируются и перемешиваются и далее готовая обработанная смесь по циркуляционному трубопроводу (11) поступает в емкость (2). В условиях низких температур и при наличии воды в утилизируемых нефтяных жидкостях проводится многократная циркуляция нефтеотходов и отработанных масел по замкнутому циклу 1-го контура. После получения однородной топливной смеси запорный орган (12) закрывается, а запорный орган (10) открывается и готовая топливная смесь (эмульсия) после диспергатора 1-го контура (1) по трубопроводу (20) при открытом запорном органе (22) подается в расходную топливную цистерну (34) и при полном ее заполнении топливный насос 1-го контура (17) останавливается, запорные органы - закрываются и 1-й контур прекращает свою работу.

3-й режим работы - струйно-кавитационная обработка топливной смеси (эмульсии) с дозацией воды
Топливный насос 2-го контура (31) запускается, запорные органы (21, 44) при работе 1-го контура и котлов открыты, а в случае их бездействия закрыты. Топливная смесь из расходной топливной цистерны (34) забирается насосом (31) и по трубопроводу (35) поступает на струйный диспергатор 2-го контура (30), запорный орган (39) на трубопроводе готовой смеси (36) открывается. Давление и расход рабочей жидкости, подаваемой на диспергатор (30), регулируется плавным открытием запорного органа (37) на сливном трубопроводе. При работе насоса (31) в диспергаторе (30) создается разряжение, достаточное для самовсасывания жидкостей из цистерны (34) и емкости (33) по трубопроводу (40). Проходя через диспергирующее устройство 2-го контура (30), топливная смесь и всасываемая нефтесодержащая вода смешиваются, образуя водотопливную эмульсию, которая поступает в расходную топливную цистерну (34) и далее по трубопроводу (43) к потребителю.

4-й режим работы - гомогенизации и циркуляции водотопливной эмульсии в расходной топливной цистерне
4-й режим предусмотрен для повышения стабильности и устранения расслоения готовой водотопливной эмульсии в процессе ее хранения в расходной топливной цистерне (34). Насос 2-го контура (31) запускается и при открытых запорных органах (39, 42) по трубопроводам (32, 36, 40) водотопливная эмульсия циркулирует по замкнутому циклу 2-го контура: расходная топливная цистерна (34) - насос 2-го контура (31) - струйный диспергатор 2-го контура (30) - расходная топливная цистерна (34), в этом случае гомогенизация используемой в качестве котельного топлива водотопливной эмульсии проводится методом многократной циркуляции. Расход и давление рабочей жидкости, подаваемой на диспергатор 2-го контура (30), регулируются при помощи запорного органа (37). При работе котлов запорный орган (44) открыт и водотопливная эмульсия непрерывно поступает по трубопроводу (43) к потребителю.

Процентное соотношение компонентов водотопливной смеси (эмульсии) обеспечивается соотношением геометрических размеров всасывающих и напорных трубопроводов системы, а также степенью открытия запорных органов. При отсутствии необходимости утилизации нефтесодержащих вод, светлых и темных нефтяных отходов и отработанных масел система выводится из действия путем закрытия запорных органов (5, 7, 8, 10, 12, 13, 29, 37, 39, 41, 42) и открытия запорных органов (22, 26, 27), в этом случае топливоподающая система котельной установки теплоэнергетического комплекса обеспечивает подачу штатного котельного топлива из резервной топливной цистерны (3) в расходную топливную цистерну (34) и далее к потребителю для сжигания.

Предлагаемая система является промышленно применяемой, так как не содержит элементов, требующих для их изготовления особых технологических операций и специальных материалов. Предлагаемая система по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существующих признаков, позволяет осуществлять эффективную термическую утилизацию нефтяных остатков и огневое обезвреживание нефтесодержащих вод.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что в состав штатной топливной системы котельной установки вводятся два контура подготовки нефтеотходов и отработанных масел к термической утилизации, основным элементом которых являются струйно-кавитационные диспергирующие устройства (диспергаторы), позволяющие качественно смешивать подлежащие утилизации жидкости и готовить на их основе гомогенную топливную смесь (эмульсию) с дозацией до 10% чистой или загрязненной нефтепродуктами воды.

Система предназначена для приема, подготовки, хранения и подачи в котел для термической утилизации в составе водотопливной эмульсии нефтесодержащих сред и обеспечивает максимально возможный уровень экологической безопасности теплоэнергетических комплексов, оборудованных котельными установками при 50% или полной экономии штатного котельного топлива. Система включает топливную цистерну, емкость сбора нефтесодержащих сред, соединенный с ними топливный насос, эжектор, трубопроводы, снабженные запорной арматурой. 1 ил.

Система термической утилизации нефтесодержащих сред, включающая расходную топливную цистерну, емкость сбора нефтесодержащих сред, соединенный с ними топливный насос, эжектор (струйный диспергатор), сопло которого сообщается с напорным трубопроводом топливного насоса, а всасывающая полость соединена трубопроводом с емкостью сбора нефтесодержащих сред, причем все трубопроводы снабжены запорной арматурой, отличающаяся тем, что емкость сбора нефтесодержащих сред выполнена в виде дополнительной емкости (цистерны), которая снабжена трубопроводами, один из них соединяет дополнительную емкость с выходным патрубком эжектора (диспергатора), второй соединяет дополнительную емкость с топливным насосом, насос дополнительно оборудован байпасом, а трубопровод, соединяющий всасывающую полость с емкостью нефтесодержащих сред, дополнительно оборудован приемным устройством, кроме того, между соплом эжектора и топкой вводится дополнительный контур, состоящий из промежуточной топливной емкости, соединенной посредством системы трубопроводов с баком хранения реагентов (воды) через насос и эжектор.