СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА Российский патент 2006 года по МПК F23K5/02 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к топливосжигающим устройствам для сжигания жидкого, вязкого, сероводосодержащего топлива, и может найти применение в энергетике, металлургии, нефтехимии и двигателях внутреннего сгорания.

Известна система подачи топлива, содержащая емкость с линией подачи мазута с фильтром, насосом, нагревателями и линией возврата мазута в емкость (см. Теплотехнический справочник, т.1, М., Энергия, 1975, с.547, аналог).

Недостатком известной системы является отравление окружающей среды серосодержащими парами и газами, выделяющимися из линии возврата компонентов топлива, обладающих низкой температурой кипения. При этом увеличиваются затраты на зачистку емкости и на подогрев топлива из-за увеличивающейся вязкости топлива. Взаимная растворимость содержащейся в топливе воды и топлива является причиной потери топлива со сливной водой при зачистках емкости.

Эти недостатки уменьшены в известной системе подачи топлива, содержащей емкость с линией подачи, сообщенной с тягодутьевым устройством, нейтрализатор окислов серы и линию возврата топлива в емкость, имеющую охладитель (см. а.с. СССР №1041807, F 23 К 5/00). Это устройство принято в качестве прототипа.

Недостатком известной системы подачи топлива является то, что водо- и серосодержащее топливо из линии подачи при горении образует высокотемпературные агрессивные окислы серы в виде SO₂ и SO₃, которые, смешиваясь с продуктами сгорания топлива, образуют раствор серной кислоты и являются причиной коррозии металла. В результате в котлоагрегатах на поверхностях нагрева образуется нарост, препятствующий процессу теплообмена и вызывающий прогорание теплообменных трубок; в печах при взаимодействии с шихтой образуются примеси, ухудшающие качество продукции; в двигателях внутреннего сгорания серная кислота вызывает коррозию стенок цилиндров. Охлаждение топлива линии возврата в охладителе перед емкостью вынуждает дополнительно затрачивать пар на обогрев топлива в емкости. При зачистках емкости теряется топливо, растворенное в воде. Нейтрализатор серосодержащих продуктов сгорания имеет большой вес, что обусловлено необходимостью нейтрализации больших объемных масс - продуктов сгорания топлива.

Задача предлагаемого изобретения сводилась к усовершенствованию конструкции системы подачи топлива для получения технического результата, обеспечивающего значительное снижение содержания серы, сероводорода, воды в топливе и веса нейтрализатора.

Сущность изобретения заключается в усовершенствовании конструкции системы подачи топлива, содержащей топливную емкость с линией подачи, сообщенную с тягодутьевым средством и нейтрализатором серосодержащих газов, а также линию возврата топлива в емкость с охладителем, где согласно изобретению линия возврата топлива в емкость оснащена дополнительным расширителем, имеющим газоход с каплеуловителем, причем охладитель установлен на газоходе расширителя по ходу газов перед каплеуловителем, жидкостный трубопровод которого сообщен с расширителем и отстойником, а газоход через нейтрализатор сообщен с тягодутьевым средством.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в предлагаемой конструкции системы подачи топлива, согласно изобретению, линия возврата топлива в емкость оснащена дополнительным расширителем, имеющим газоход с каплеуловителем, причем охладитель установлен по ходу газов на газоходе перед каплеуловителем, имеющим жидкостный трубопровод, сообщенный с расширителем, а газоход каплеуловителя сообщен через нейтрализатор серосодержащих газов с тягодутьевым средством.

Оснащение линии возврата расширителем позволяет испарить компоненты топлива, имеющие низкую температуру кипения, и подать их в газоход расширителя, охладить в охладителе, уловить в каплеуловителе. По жидкостному трубопроводу жидкость направляется в отстойник, где после отстаивания вода сливается, а углеводороды направляются в расширитель и смешиваются там с углеводородами, стекающими в емкость. Обезвоженные углеводороды смешивают с продувочной водой сепараторов непрерывной продувки паровых котлов, при этом сероводород углеводородов реагирует с щелочью и образует слой водного раствора гидрокарбонатов и гидросульфидов под слоем топлива в емкости, затем водный раствор в линии подачи очищают в фильтре от механических частиц и нагревают до 50-55°С для того, чтобы обеспечить термическое разложение гидросульфидов под вакуумом в расширителе с выделением сероводорода в газоход расширителя и переработки его в серную кислоту или ее соли по известным технологиям, а водный раствор регенерированного раствора щелочи поступает через слой топлива в емкость.

Сероводородные газы перед нейтрализатором не смешаны с продуктами сгорания топлива, поэтому общий объем газов оказывается в 10-15 раз меньшим по сравнению с объемом серосодержащих продуктов сгорания топлива перед нейтрализаторами в известных системах подачи топлива, что определяет значительное уменьшение веса нейтрализатора.

Наличие в системе отстойника, соединенного через каплеуловитель, охладитель с газоходом расширителя, позволяет удалять воду из фракций топлива, кипящих при низких температурах, например 120°С, без потерь топлива, так как низкокипящее топливо нерастворимо в воде. Поэтому потери топлива со сливной водой отсутствуют.

На чертеже изображена, в качестве примера, принципиальная схема предложенной системы подачи мазута.

Система подачи топлива содержит топливную емкость 1, линию 2 подачи, сообщенную с тягодутьевым средством 3, нейтрализатор 4 серосодержащих газов, охладитель 5, линию 6 возврата топлива в емкость 1, причем линия 6 возврата оснащена дополнительным расширителем 7, имеющим газоход 8 с каплеуловителем 9, охладитель 5 установлен по ходу газов на газоходе 8, жидкостный трубопровод 10 каплеуловителя 9 сообщен с расширителем 7, а газоход 8 каплеуловителя 9 сообщен через нейтрализатор 4 серосодержащих газов с тягодутьевым средством 3.

Предложенная система подачи топлива работает следующим образом.

В топливную емкость 1, например резервуар хранения мазута, загружают серо- и влагосодержащий мазут, который нагревают в линии 2 подачи, очищают от механических примесей и направляют по линии 6 возврата в расширитель 7, поддерживая в линии 2 подачи температуру выше температуры кипения воды, например 120°С. При этом из мазута в газоход 8 расширителя 7 испаряются пары воды, углеводороды и неконденсирующиеся газы, которые охлаждают в охладителе 5, и в виде конденсата по жидкостному трубопроводу 10 каплеуловителя 9 поступают в отстойник 11, а несконденсировавшиеся газы под действием разрежения поступают через нейтрализатор 4 и тягодутьевое средство 3 в атмосферу.

Поскольку компоненты топлива, имеющие низкую температуру кипения, не смешиваются и взаимно не растворяются друг в друге (меркаптаны, бензины и др.) с водой, из отстойника 11 сливают воду, а углеводороды попадают в нижнюю часть расширителя 7, где смешиваются с остальными компонентами топлива и направляются в емкость 1.

После удаления воды из мазута в емкость 1 подают щелочесодержащую воду и смешивают ее с топливом в линии 2 подачи и направляют по линии возврата 6 в расширитель 7. Щелочь, реагируя с сероводородом, превращается в гидрокарбонаты и гидросульфиды, которые образуют водный раствор под мазутом.

На следующем этапе включается линия подачи 2 через линию возврата 6 в расширитель 7, где поддерживают температуру 50-55°С, обеспечивая термическое разложение гидросульфидов под вакуумом, с выделением сероводорода в газоход 8 расширителя 7 и переработки его в серную кислоту или ее соли по известным технологиям (охлаждение сероводорода в охладителе, сжигание его в горелке, нейтрализация серосодержащих окислов в нейтрализаторе, например, циркуляционным щелочным потоком продувочной воды котлов) и отвод газов, не содержащих в составе серы, через тягодутьевое средство 3 в атмосферу.

На завершающем этапе удаления сероводорода щелочную воду сливают в отдельную емкость, где хранят для повторного использования.

Конечный продукт - мазут, не содержащий сероводорода и воды, при сжигании не образует в продуктах сгорания серной кислоты, а в конденсате продуктов сгорания отсутствуют соли серной кислоты, что позволяет использовать конденсат для получения химочищеной воды и на 15-20% снизить удельный расход топлива за счет использования тепла конденсации паров продуктов сгорания топлива.

Использование предлагаемого изобретения позволяет резко снизить урон, наносимый сельскому хозяйству оксидами серы, например, «кислотными дождями». Только в США этот урон составляет 100 млн долл./год (см. В.Н.Волков, «Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности», Недра, Л., 1989, с.135).

Внедрение предлагаемого изобретения наиболее целесообразно осуществлять в мазутном хозяйстве котельных, использующих мазут в качестве резервного топлива, имеющих температуру отходящих газов 180-220°С, и использовать утилизированное вторичное тепло для нагрева мазута в линии подачи.

Перерабатываемый мазут, не содержащий сероводорода и воды, может продаваться по цене дизельного топлива.

Предварительный расчет ожидаемого годового экономического эффекта от переработки мазута теплом отходящих газов, полученных при сжигании 70 млн м³ природного газа, имеющих за экономайзерами температуру 180°С и α=1,5, при использовании предлагаемого изобретения со снижением температуры уходящих газов со 180°С до 100°С для нагрева мазута с 60° до 150°С:

1. Цена дизельного серо- и водосодержащего топлива 8100 руб./т

2. Цена серо- и водосодержащего мазута 3000 руб./т

3. Использование тепла вторичных энергоресурсов 3000 Гкал./год

4. Производительность по переработанному мазуту 61510 т/год

5. Полученная прибыль от продажи топлива составит 32 млн руб.

6. Затраты, связанные с внедрением 8,7 млн руб.

7. Срок окупаемости затрат 0,27 года

Изобретение относится к топливосжигающим устройствам. Система подачи топлива содержит топливную емкость, линию подачи, сообщенную с тягодутьевым средством, нейтрализатор серосодержащих газов, охладитель, линию возврата топлива в емкость. Линия возврата топлива в емкость оснащена дополнительным расширителем, имеющим газоход с каплеуловителем, при этом охладитель установлен по ходу газов на газоходе, жидкостный трубопровод каплеуловителя сообщен с расширителем, а газоход каплеуловителя сообщен через нейтрализатор с тягодутьевым средством. Изобретение позволяет снизить содержание серы, сероводорода, воды в топливе, а также вес нейтрализатора. 1 ил.

Система подачи топлива, содержащая топливную емкость, линию подачи, сообщенную с тягодутьевым средством, нейтрализатор серосодержащих газов, охладитель, линию возврата топлива в емкость, отличающаяся тем, что линия возврата топлива в емкость оснащена дополнительным расширителем, имеющим газоход с каплеуловителем, при этом охладитель установлен по ходу газов на газоходе, жидкостный трубопровод каплеуловителя сообщен с расширителем, а газоход каплеуловителя сообщен через нейтрализатор с тягодутьевым средством.