УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ Российский патент 2013 года по МПК B01F3/08 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для приготовления водотопливной эмульсии для котельных промышленных предприятий, судовых энергетических установок (главных двигателей, газотурбинных, вспомогательных котлов).

В настоящее время в энергетических установках используются, как правило, остаточные топлива (тяжелые мазуты). Когда такое топливо доставляется в железнодорожных цистернах на котельные промышленных предприятий, то для перекачивания в заводские емкости его необходимо разогревать. Разогрев проводится, в основном, паром, и топливо значительно обводняется, зимой до 10% и более. Частично вода после отстоя сливается, но и значительная ее часть остается в топливе (вода очень плохо разделяется с тяжелым топливом), где она располагается линзами.

Если из такого обводненного топлива создать стабильную гомогенную эмульсию, то такое топливо сгорает более эффективно.

Известно устройство для приготовления водотопливной эмульсии [1], включающее приемные накопительные емкости и соединенные с ними трубопроводами топливные резервуары, причем на линии трубопроводов установлены перекачивающий насос и эмульгатор. Резервуары снабжены линией рециркуляции, включающей насос рециркуляции, эмульгатор, установленный на напорном трубопроводе насоса, и подогреватель мазута, выход которого соединен с резервуаром. Кроме того, резервуары соединены с подающим насосом, напорная магистраль которого соединена с эмульгатором, выход которого соединен с форсунками котельных агрегатов. Таким образом, создание водотопливной эмульсии связано с эмульгированием эмульсии на линии между приемными емкостями и резервуарами, многократным эмульгированием по линии рециркуляции в резервуарах и эмульгированием на линии между резервуарами и котельными агрегатами.

Недостатком известного устройства являются большие энергетические затраты и значительные временные затраты (три этапа эмульгирования) на приготовление эмульсии.

Известно также устройство для приготовления микроэмульсии [2], включающее емкости для топлива, емкости для воды, устройства для механической кавитации и устройство для электромагнитного воздействия. Приготовление водотопливной эмульсии включает предварительную обработку воды, подачу воды и топлива на смешение и обработку в устройстве механической кавитации с получением промежуточной эмульсии; последующую гомогенизацию промежуточной эмульсии в устройстве, обеспечивающем механическую кавитацию и электромагнитное воздействие, и окончательную гомогенизацию полученной эмульсии в устройстве механической кавитации до получения топливной эмульсии с тонкой степенью диспергирования.

Это устройство отличается высокой сложностью при многостадийной кавитационной обработке эмульсии.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является устройство для приготовления водотопливной эмульсии [3], включающее приемную (накопительную) емкость, эмульгирующие устройства, соединяющие их магистрали (трубопроводы) и топливные резервуары. В этом устройстве производится эмульгирование смеси мазута с водой и подогрев до 40-140°С, причем эмульгирование топлива осуществляется путем его интенсивной (многократной) гидродинамической кавитационной обработкой методом циркуляции.

К недостаткам известного устройства относятся: большое количество оборудования (не менее 3-х эмульгаторов, насосы и т.д.) и, следовательно, большие энергетические затраты, а также значительное время для приготовления эмульсии.

Технической задачей изобретения является уменьшение энергозатрат, повышение эффективности работы устройства и упрощение аппаратурного выполнения.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном устройстве для приготовления водотопливной эмульсии, включающем топливную накопительную цистерну, соединенную трубопроводами с эмульгатором, снабженным напорным патрубком, эмульгатор выполнен с двумя приемными патрубками, в накопительной цистерне на переднем днище установлены два приемных трубопровода, соединенных с приемными патрубками эмульгатора, один приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 1/3 длины цистерны, а второй - внутрь цистерны на 2/3 длины цистерны, а напорный патрубок эмульгатора соединен с верхней частью цистерны у заднего днища; на линии приемных трубопроводов перед эмульгатором установлены фильтры, а в качестве эмульгатора установлен роторный смеситель-диспергатор, например DRS 10.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа приготовления водотопливной эмульсии, на фиг.2 - вариант расположения приемных трубопроводов в цистерне для осуществления этого же способа.

Устройство включает топливную накопительную цистерну 1, трубопроводы 2 для забора топлива из цистерны, роторный смеситель-диспергатор 3, приемные патрубки 4 диспергатора 3, напорный патрубок 5 диспергатора 3, фильтры 6, патрубок спуска отстоя 7, трубопровод 8 подачи топлива из цистерны 1 в расходную цистерну, водяные включения (линзы) 9 в топливе.

Устройство работает следующим образом.

В цистерну 1 из железнодорожной цистерны подается обводненное топливо. В соответствии с заводским регламентом в зависимости от вида топлива его нагревают от 40°С до 140°С (регистры для нагрева на чертеже не показаны). После отстоя часть отстоявшейся воды спускается через патрубок 7, а не отстоявшаяся часть воды располагается в объеме цистерны в виде линз 9. Приемные трубопроводы 2 размещены в цистерне таким образом, что один приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 1/3 L, а второй приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 2/3 L (где L - длина цистерны), причем приемные трубопроводы могут располагаться один над другим, как показано на фиг.1, или разнесены, как показано на фиг.2. Нижний приемный трубопровод располагается от дна на расстоянии h=100-200 мм, а верхний трубопровод располагается на расстоянии Н=300-400 мм над нижним.

При наличии двух приемных трубопроводов и таком их расположении создается оптимальный режим перемешивания и диспергирования обводненного топлива. Если приемный патрубок один, то водяная линза поступает в эмульгатор, диспергируется в нем и как вода снова поступает в цистерну. При двух приемных патрубках, если водяная линза попадает в один, то во второй - топливо, и это существенно улучшает смешивание.

Далее обводненное топливо через фильтры 6 (для удаления механических примесей) и приемные патрубки 4 попадает в смеситель-диспергатор 3. Предпочтительно выбирать роторный смеситель-диспергатор, например DRS 10, который обладает и насосным эффектом (что сразу уменьшает количество оборудования по сравнению с прототипом). После прохождения обводненного топлива через смеситель-диспергатор 3, где топливо гомогенизируется и диспергируется, оно через напорный патрубок 5 поступает в цистерну в верхней части со стороны заднего днища. Такое расположение приемных трубопроводов в цистерне и напорного трубопровода исключает образование в цистерне застойных зон и, таким образом, при циркуляции, ускоряется создание гомогенной топливной эмульсии. Уже при двукратной циркуляции по замкнутому кругу образуется стабильная гомогенная водотопливная эмульсия. После приготовления водотопливной эмульсии она через диспергатор 3 и трубопровод 8 направляется в расходную цистерну на сжигание в котле.

Пример. Для определения качества водотопливной эмульсии для котла Е1,6/9 использовался мазут 40 с 10% воды. Производилась циркуляция по замкнутому кругу - одно-, двух- и четырехкратная. В качестве эмульгатора использовался выпускаемый фирмой CORVUS Company SIA смеситель-диспергатор DRS 10 (производительность Q=10 куб.м в час, мощность электродвигателя N=5,5 кВт). После завершения циркуляции забирался образец водотопливной эмульсии и исследовался на микроскопе МБИ-1. Результаты испытаний представлены в таблице. Как видно из таблицы, хорошие результаты по гомогенизации и дисперсности топлива удается получить уже после двукратной циркуляции именно при таком расположении, когда нижний приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на ¹/₃ L(0,3 L), а верхний трубопровод установлен внутрь цистерны на ²/₃ L(0,7 L). По-видимому, при других расположениях трубопроводов образуются незначительные застойные зоны, которые перерабатываются более чем при двукратном диспергировании. Однако даже при таком расположении трубопроводов время создания гомогенной эмульсии значительно меньше, чем у прототипа. Также в процессе испытаний была отмечена экономия топлива при сжигании водотопливной эмульсии с содержанием воды 8-13%, а после 20% отмечался перерасход топлива.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое решение позволяет значительно уменьшить энергозатраты и сократить время приготовления водотопливной эмульсии за счет значительного сокращения оборудования и подбора более эффективного эмульгатора.

Источники информации

1. RU 94023004 A1, B01F 3/08, 27.04.1996.

2. USA Pat. 4597671, B01F 15/02, 01.07/1986.

3. RU 2143312 C1, B01F 3/08, 27.12.1999.

  Таблица Количество глобул воды, %     1 мкм и менее 1-5 мкм 5-10 мкм до 100 мкм более 100 мкм Нижний трубопро-
вод - 0,25 L Верхний трубопро-
вод - 0,8 L 1-кратная обработка 3 7 10 20 60 2-кратная обработка 5 10 20 60 5 4-кратная обработка 50 40 10 - - Нижний трубопро-
вод - 0,3 L Верхний трубопро-
вод - 0,8 L 8-кратная обработка 3 7 10 30 50 2-кратная обработка 25 40 25 7 3 4-кратная обработка 50 38 12 - - Нижний трубопро-
вод - 0,3 L(¹/₃ L) Верхний трубопро-
вод - 0,7 L(²/₃ L) 1-кратная обработка 10 20 30 15 5 2-кратная обработка 55 40 5 - - 4-кратная обработка 57 38 5 - - Нижний трубопро-
вод - 0,25 L Верхний трубопро-
вод - 0/7 L 1-кратная обработка 4 5 12 30 49 2-кратная обработка 30 30 28 9 3 4-кратная обработка 53 40 7 - -

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для приготовления водотопливных эмульсий для котельных промышленных предприятий, судовых энергетических установок (главных двигателей, газотурбинных, вспомогательных котлов). Устройство содержит топливную накопительную цистерну, эмульгатор, трубопроводы, соединяющие эмульгатор и цистерну. Эмульгатор выполнен с двумя приемными патрубками, в накопительной цистерне на переднем днище установлены два приемных трубопровода, соединенных с приемными патрубками эмульгатора, один приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 1/3 длины цистерны, а второй - внутрь цистерны на 2/3 длины цистерны. Напорный патрубок эмульгатора соединен с верхней частью цистерны у заднего днища. На линии приемных трубопроводов перед эмульгатором установлены фильтры. В качестве эмульгатора установлен роторный смеситель-диспергатор. Технический результат состоит в уменьшении энергозатрат и времени для приготовления эмульсии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Устройство для приготовления водотопливной эмульсии, включающее топливную накопительную цистерну, соединенную трубопроводами с эмульгатором, снабженным напорным патрубком, отличающееся тем, что эмульгатор снабжен дополнительно двумя приемными патрубками, в накопительной цистерне на переднем днище установлены два приемных трубопровода, соединенных с приемными патрубками эмульгатора, при этом, один приемный трубопровод установлен внутрь цистерны на 1/3 длины цистерны, а второй - внутрь цистерны на 2/3 длины цистерны, а напорный патрубок эмульгатора соединен с верхней частью цистерны у заднего днища.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на линии приемных трубопроводов перед эмульгатором установлены фильтры.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве эмульгатора установлен роторный смеситель-диспергатор.