СПОСОБ ПОДГОТОВКИ И СЖИГАНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F23K5/12 

Изобретение относится к котельным установкам, работающим на жидком топливе, а именно жидком углеводородном топливе типа мазут, дизельное топливо и т.п., и предназначено для использования в теплоэнергетике и сжигания жидкого топлива. Известна энергетическая установка, содержащая топливную емкость, форсунку, камеру сгорания, насосы и трубопроводы (см., например, Пчелкин Ю.М. Камера сгорания газотурбинных двигателей. Москва, Машиностроение, 1984, с.197) [1]. Эта установка выбрана в качестве аналога. Здесь подача топлива к форсунке для последующего сжигания осуществляется принудительно по трубопроводам с помощью насоса.

Такая установка отличается компактностью и простотой управления.

К недостаткам следует отнести необходимость для обеспечения экономичной и надежной работы содержания в топливной емкости сухого (обезвоженного) топлива, так как при его обводнении вода, находящаяся в топливе, и соответственно, поступая вместе с топливом через форсунки горелочных устройств в топку котла на сжигание, приводит к ухудшению процесса сжигания топлива и соответственно работы котельной установки, проявляющемуся в снижении экономичности и надежности работы оборудования вплоть до аварийного останова, а также повышенному выбросу вредных веществ с продуктами сгорания топлива в атмосферу вследствие недожога топлива.

Известна котельная установка, которая дополнительно снабжена гидродинамическими кавитационными аппаратами для обработки эмульсии, соединенными трубопроводами между собой и с форсунками котлов (см., например, Корягин В.А. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбросов на промышленно-отопительных котельных. Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук. С.-Пб., 1998, с.26) [2]. Это решение приводит к улучшению процесса сжигания топлива, которое подготавливается к сжиганию в виде водотопливной эмульсии и оно также принято в качестве аналога.

Недостатком аналога являются низкая экономичность и надежность котельной установки, сжигающей мазут с неконтролируемым его обводнением.

Известно техническое решение, когда при эмульгировании водомазутного топлива в гидродинамическом кавитационном аппарате производят контроль и управление влажностью (см., например, Булгаков А.Б., Галицин В.В. и др. Результаты разработки и внедрения контроля и управления влажностью эмульгированного водомазутного топлива. Известия Академии промышленной экологии. 2000, №1, с.33-35) [3]. Здесь приготовление водомазутной топливной эмульсии осуществляется при помощи насосов и кавитационных аппаратов с оперативным контролем влажности мазута и водомазутной эмульсии непосредственно в потоке, протекающем по трубопроводу топлива с регистрацией показаний влажности на вторичном приборе.

Данное решение по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к изобретению и принято за прототип.

Недостатком прототипа является низкая экономичность и надежность котельной установки при его применении из-за нерациональной обработки исходной смеси топлива с водой и водомазутной эмульсии.

Задачей изобретения является разработка способа подготовки и сжигания жидкого топлива и устройства для его осуществления при подаче топлива насосами к энергетической установке с достижением технического результата - повышения экономичности и надежности котельной установки, а также охраны окружающей природной среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе подготовки и сжигания жидкого топлива путем принудительной подачи его насосами первого подъема из топливной емкости с предварительной дозировкой составных частей водотопливной эмульсии в устройство для приготовления эмульсии и подачи ее через форсунку(и) горелки(ок) в топку котла на сжигание, согласно изобретению, поток водотопливной эмульсии формируют из двух потоков, из которых первый, состоящий из грубой смеси топлива и воды или сбросной воды, загрязненной нефтепродуктами, подают на вход в гидродинамический волновой генератор эжекционно-волнового смесителя, на выходе из волнового генератора водотопливную эмульсию смешивают со вторым, рециркуляционным, потоком тонкодисперсной водотопливной эмульсии, подаваемым рециркуляционным трубопроводом на форсунку(и) горелки(ок) в периферийный кольцевой коллектор эжекционно-волнового смесителя, и далее через эжекционную камеру и выходной топливоэмульсионный трубопровод вводят через форсунку (и) горелки(ок) в топку котла.

Кроме того, в топливоэмульсионном трубопроводе после эжекционно-волнового смесителя поток водотопливной эмульсии, подаваемой насосами второго подъема, дополнительно обрабатывают в гидродинамическом волновом генераторе и в установленной последовательно за ним резонансной расширительной камере, в которой организуют «стоячую» волну и режим нелинейного резонанса с получением тонкодисперсной водотопливной эмульсии высокой гомогенности.

Кроме того, поток тонкодисперсной водотопливной эмульсии перед подачей на форсунку(и) горелки(ок) разделяют на две составляющие части, и подают одну непосредственно через форсунку(и) горелки(ок) в топку для сжигания, а другую - по рециркуляционному трубопроводу на смешение с основным потоком тонкодисперсной водотопливной эмульсии в эжекционно-волновом смесителе.

Данный способ реализуется в устройстве подготовки и сжигания жидкого топлива, содержащем топливную емкость, емкость воды или сбросной воды, загрязненной нефтепродуктами, устройство для приготовления водотопливной эмульсии, насосы первого подъема для подачи жидкого топлива из топливной емкости в устройство для приготовления водотопливной эмульсии, топливные трубопроводы, форсунку(и) горелки(ок) и топку котла, в котором согласно изобретению технический результат достигается тем, что в топливных трубопроводах после насосов первого подъема установлен эжекционно-волновой смеситель, содержащий последовательно установленные гидродинамический волновой генератор с входными тангенциальными отверстиями и эжекторную камеру, снаружи которой размещен кольцевой коллектор, гидравлически соединенный с упомянутым волновым генератором через отверстия в общей поверхности эжекторной камеры, причем вход эжекционно-волнового смесителя соединен с трубопроводом грубой смеси топлива с водой или со сбросной водой, загрязненной нефтепродуктами, а кольцевой коллектор - с рециркуляционным трубопроводом тонкодисперсной водотопливной эмульсии, вход которого подключен к регулируемому тройнику трубопровода тонкодисперсной водотопливной эмульсии, подаваемой на форсунку(и) горелки(ок) в топку котла.

Кроме того, указанный технический результат в данном устройстве достигается тем, что в трубопроводе тонкодисперсной водотопливной эмульсии перед подачей топлива на форсунку(и) дополнительно установлены гидродинамический волновой генератор, последовательно совмещенный с расширительной резонансной камерой, выход которой трубопроводом соединен с форсункой(ами) горелки(ок), и насосы второго подъема для подачи водотопливной эмульсии в дополнительно установленный гидродинамический волновой генератор.

Предложенное решение позволяет снизить затраты, так как здесь исключаются повторные затраты энергии на подготовку водотопливной эмульсии вследствие исключения из обрабатываемого потока водотопливной смеси части уже подготовленной тонкодисперсной водотопливной эмульсии, повышенное обводнение исходного топлива, поступающего на топливоподготовку его к сжиганию, упрощается процесс регулирования влагосодержания в водомазутной эмульсии. Кроме этого, поток тонкодисперсной водотопливной эмульсии в трубопроводе после гидродинамического волнового генератора эжекционно-волнового смесителя обрабатывают в дополнительно установленном гидродинамическом волновом генераторе и следующей за ним резонансной расширительной камере, в которой организуют «стоячую» волну и режимы нелинейного резонанса.

На фиг.1 приведена схема принудительной подачи насосами жидкого топлива на устройства для приготовления водотопливной эмульсии с дозированным содержанием в ней воды и на форсунки для последующего сжигания в топке котла.

На фиг.2 приведен эжекционно-волновой смеситель с предвключенным входным участком гидродинамического волнового генератора проточного типа.

На фиг.3 приведен поперечный разрез А-А фиг.2.

На фиг.4 приведен вариант эжекционно-волнового смесителя с входным участком гидродинамического волнового генератора вихревого типа.

На фиг.5 приведен поперечный разрез Б-Б фиг.4.

На Фиг.6 приведено двухступенчатое устройство для приготовления тонкодисперсной водотопливной эмульсии с гидродинамическим волновым генератором на входе и с резонансной расширительной камерой на выходе (продольный разрез).

Котельная установка, в которой осуществляется подготовка к сжиганию и сжигание жидкого топлива по данному изобретению, содержит емкости 1 для жидкого топлива, емкость 2 воды или сбросных вод, загрязненных нефтепродуктами, насосы 3 для подачи топлива из топливных емкостей 1 (насосы первого подъема) в эжекционно-волновой смеситель 7 для приготовления водотопливной эмульсии, далее по тракту насосы 4 подачи водотопливной эмульсии (насосы второго подъема) на дополнительно установленный волновой генератор 8 с входными тангенциальными отверстиями 26 и резонансную расширительную камеру 23, соединенную через регулируемый тройник 9 одной линией трубопроводов 24 с форсунками 10 котла 11, а другой с промежуточной ступенью эжекционно-волнового смесителя 7, в котором поддерживается состав топлива с дозированным количеством воды при помощи датчиков 5 влажности и регулирующим прибором 6. Заполнение емкости 1 топлива осуществляется из емкости 18 сливного отделения топливного хозяйства насосами 19. Перемешивание топлива в емкости 1, распределение топлива в них и поддержание температурного режима осуществляется рециркуляционным контуром, включающим в себя перекачивающие насосы 12, устройства 16 предварительной кавитационной обработки (диспергирования), датчик 5 влажности, подогреватель 15 и контур топливопроводов 17 с задвижками (на фиг.1 не нумерованы).

Способ осуществляется следующим образом.

Исходное топливо из емкости 18 сливного отделения перекачивающими насосами 19 по трубопроводу 20 распределяется по емкостям 1 и доводится в них до состояния без водяных мешков и линз до водотопливной эмульсии, но без оптимальной влажности с заданным температурным режимом при помощи рециркуляционного контура, содержащего перекачивающие насосы 12, устройства 16 диспергирования и подогреватель 15.

Из топливных емкостей 1 водомазутная эмульсия подается насосами 3 на обработку в эжекционно-волновой смеситель 7, на выходе из которого определяется содержание воды и доводится ее содержание до заданного (оптимального) значения при помощи датчиков 5 влажности и регулирующих приборов 6, подавая дополнительное количество воды из емкости 2 через трубопровод 13 для воды на всас насосов 3, образуя, таким образом, поток гомогенной тонкодисперсной водотопливной эмульсии, подаваемой через форсунки 10 на сжигание в топку котла 11. Но, в отличие от известных решений, этот поток водотопливной эмульсии, разделенный на два потока в регулируемом тройнике 9, через рециркуляционный трубопровод 14 от котла(ов) 11 подается не в емкости хранения топлива или на всас топливных насосов, а в кольцевой коллектор 21 эжекторной камеры 22 волнового смесителя 7, вследствие чего сокращаются энергозатраты на приготовление водотопливной эмульсии и предотвращается накопление влаги в топливных емкостях 1. Далее водотопливная эмульсия из эжекционно-волнового смесителя 7 насосами 4 второго подъема подается в дополнительно установленный в трубопровод 24 перед форсунками 10 гидродинамический волновой генератор 8 (фиг.6) и следующую за ним резонансную расширительную камеру 23, в которой организуют «стоячую» волну и режимы нелинейного резонанса, повышающие эффективность сжигания топлива.

Для обеспечения подачи тонкодисперсной водотопливной эмульсии по трубопроводу 24 к форсункам 10, минуя дополнительно установленный гидродинамический волновой генератор 8, предусмотрена обводная байпасная линия 25 с задвижками (на чертеже не показаны).

Таким образом, разделение потока топлива на две части, из которых одну, состоящую из грубой смеси топлива, воды и других компонент (например, сбросных вод загрязненных нефтепродуктами и сопутствующими газо-добыче горючими веществами), подают на вход в гидродинамический волновой генератор эжекционно-волнового смесителя с образованием из них гомогенной высокодисперсной эмульсии, и смешение ее со вторым, рециркуляционным, потоком тонкодисперсной водотопливной эмульсии от форсунок горелок, подаваемым непосредственно через периферийный кольцевой коллектор эжекционно-волнового смесителя, с последующей обработкой объединенного потока топлива в дополнительно установленных в тракте подачи топлива на форсунки гидродинамическом волновом генераторе и резонансной расширительной камере, позволяет достигнуть повышения экономичности, надежности и снижения вредного воздействия на окружающую природную среду при подготовке и сжигании жидкого топлива по предлагаемому способу и устройству для его осуществления.

Изобретение относится к области сжигания топлива и может быть использовано в котельных и на тепловых электростанциях с целью повышения экономичности, надежности и снижения вредного воздействия на окружающую среду. Указанный технический результат достигается тем, что водотопливную эмульсию подготавливают к сжиганию в топке котла с учетом ее качества в технологических топливных контурах, для этого поток исходного топлива, состоящий из грубой смеси топлива, воды и других компонентов, в виде первоначальной крупнодисперсной неоднородной эмульсии обрабатывают в гидродинамическом волновом генераторе эжекционно-волнового смесителя, в котором полученную тонкодисперсную эмульсию смешивают с потоком тонкодисперсной водотопливной эмульсии рециркуляционного потока после горелочных устройств, поступающей за счет эффекта эжекции в периферийный кольцевой коллектор эжекционно-волнового смесителя, и далее через эжекционную камеру и выходной топливоэмульсионный трубопровод подают на горелки котла, а на участке топливопровода после эжекционно-волнового смесителя топливо, подаваемое насосами второго подъема, обрабатывают в гидродинамическом генераторе и во включенной за ним резонансной расширительной камере с установлением в ней резонансного режима с получением тонкодисперсной водотопливной эмульсии, подаваемой двумя потоками: один на форсунки, второй на смешение с основным потоком водотопливной эмульсии в волновом генераторе. 2 н. и 3 з.п. ф., 6 ил.

1. Способ подготовки и сжигания жидкого топлива путем принудительной подачи его насосами первого подъема из топливной емкости с предварительной дозировкой составных частей водотопливной эмульсии в устройство для приготовления эмульсии и подачи ее через форсунку(и) горелки(ок) в топку котла на сжигание, отличающийся тем, что поток водотопливной эмульсии формируют из двух потоков, из которых первый, состоящий из грубой смеси топлива и воды или сбросной воды, загрязненной нефтепродуктами, подают на вход в гидродинамический волновой генератор эжекционно-волнового смесителя, на выходе из волнового генератора водотопливную эмульсию смешивают со вторым, рециркуляционным, потоком тонкодисперсной водотопливной эмульсии, подаваемым рециркуляционным трубопроводом на форсунку(и) горелки(ок) в периферийный кольцевой коллектор эжекционно-волнового смесителя, и далее через эжекционную камеру и выходной топливоэмульсионный трубопровод вводят через форсунку(и) горелки(ок) в топку котла.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в топливоэмульсионном трубопроводе после эжекционно-волнового смесителя поток водотопливной эмульсии, подаваемый насосами второго подъема, дополнительно обрабатывают в гидродинамическом волновом генераторе и в установленной последовательно за ним резонансной расширительной камере, в которой организуют «стоячую» волну и режим нелинейного резонанса с получением тонкодисперсной водотопливной эмульсии высокой гомогенности.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток тонкодисперсной водотопливной эмульсии перед подачей на форсунку(и) горелки(ок) разделяют на две составляющие части и подают одну непосредственно через форсунку(и) горелки(ок) в топку для сжигания, а другую - по рециркуляционному трубопроводу на смешение с основным потоком тонкодисперсной водотопливной эмульсии в эжекционно-волновом генераторе.4. Устройство подготовки и сжигания жидкого топлива, содержащее топливную емкость, емкость воды или сбросной воды, загрязненной нефтепродуктами, устройство для приготовления водотопливной эмульсии, насосы первого подъема для подачи жидкого топлива из топливной емкости в устройство для приготовления водотопливной эмульсии, топливные трубопроводы, форсунку(и) горелки(ок) и топку котла, отличающееся тем, что в топливных трубопроводах после насосов первого подъема установлен эжекционно-волновой смеситель, содержащий последовательно установленные гидродинамический волновой генератор с входными тангенциальными отверстиями и эжекторную камеру, снаружи которой размещен кольцевой коллектор, гидравлически соединенный с упомянутым волновым генератором через отверстия в общей поверхности эжекторной камеры, причем вход эжекционно-волнового смесителя соединен с трубопроводом грубой смеси топлива с водой или со сбросной водой, загрязненной нефтепродуктами, а кольцевой коллектор - с рециркуляционным трубопроводом тонкодисперсной водотопливной эмульсии, вход которого подключен к регулируемому тройнику трубопровода тонкодисперсной водотопливной эмульсии, подаваемой на форсунку(и) горелки(ок) в топку котла.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в трубопроводе тонкодисперсной водотопливной эмульсии перед подачей топлива на форсунки дополнительно установлены гидродинамический волновой генератор, последовательно совмещенный с расширительной резонансной камерой, выход которой трубопроводом соединен с форсункой(ами) горелки(ок), и насосы второго подъема для подачи водотопливной эмульсии в дополнительно установленный гидродинамический волновой генератор.