УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2014 года по МПК B01F3/08 C10L1/00 

Изобретение относится к устройствам переработки вязких нефтесодержащих материалов, нефтепродуктов и иных жидких компонентов, применяемых в народном и конверсионном производстве, в эффективные топливные смеси. Установка может использоваться для переработки жировых отходов пищевой промышленности.

Известна установка для переработки нефтешлама, содержащая насос, паропроводы и трубопроводы нефтешлама и его компонентов, котельную для подготовки и подачи пара, парообогреватель и парораспылитель, узлы накопления и переработки нефтешлама, эмульсии, кека (механических примесей), воды и нефти, последний из которых с помощью насосов, емкостей и трубопроводов дискретно связан с емкостями колесного транспорта, фильтры грубой очистки и дозировочное устройство, которые непосредственно взаимодействуют с узлами накопления и переработки, при этом узел накопления воды также с помощью насосов и емкостей дискретно связан трубопроводом, снабженным краном, с емкостями колесного транспорта, а емкости с нефтешламом и разделенными на фракции компонентами дополнительно снабжены змеевиками для циркуляции в них разогретого пара, подключенными к котельной через трубопроводы с вентилями (см. RU №2293817, Е02В 15/04, C02F 1/40, C02F 11/18, B01D 43/00, F04D 13/00, 2005).

Недостатки этого решения - неудовлетворительная стабильность водотопливной смеси и невысокий уровень ее гомогенизации.

Известна установка для приготовления топливных смесей, содержащая емкости исходного материала, расходные емкости, накопители, парогенератор, вакуумный насос для отбора исходного нефтесодержащего материала, шестеренчатый насос, паропроводы и трубопроводы, узел переработки нефтесодержащего материала, выполненный с возможностью ультразвукового и кавитационного воздействия на компоненты смеси (см. RU №2276658, C02F 11/00, 2004).

Недостатки этого технического решения - невысокий уровень гомогенизации смеси и невозможность обеспечения стабильного уровня теплотворной способности получаемой эмульсии при переработке исходных материалов, не обладающих достаточной стабильностью такой характеристики.

Известна также установка для приготовления топливных смесей, содержащая емкости исходного материала, расходные емкости, парогенератор, насосы, паропроводы и трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат с модуляцией потока, накопительную емкость (см. RU №79884 C02F 11/00, 2009).

Недостаток технического решения - с позиций использования установки для использования в системах подготовки топлива котельных установок, функционал, заложенный в нее, является избыточным (обеспечивается переработка нефтепродуктов с получением водотопливной эмульсии, переработка нефтешлама, содержащего компоненты отходов природных нефтепродуктов (жидких и застарелых), утилизации вязких нефтесодержащих масс (из иловых карт, амбаров, резервуаров, мест разлива нефти), а также отходов пищевой промышленности, (меласса тростниковая - сахарная патока, рапсовое масло и др.). При этом данное расширение функционала установки влечет за собой увеличение массогабаритных параметров, рост конструктивной сложности и занимаемой площади, что приводит к удорожанию строительства - поскольку установка фактически является минизаводом.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции, уменьшение ее массогабаритных параметров и обеспечение мобильности.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении высоких эксплуатационных характеристик:

- высокой мобильности - комплекс установки легко монтируется на базе 20-футового контейнера, который можно перевозить автомобилем;

- малых габаритов - установка легко монтируется в котельной при наличии свободной площади порядка 10 м²;

- легкой "привязки" к существующим магистралям котельной без нарушения существующего производственного цикла;

- простота обслуживания установки - не требуется высокая квалификация персонала и не надо вводить дополнительную штатную единицу, для ее обслуживания (как правило, функции управления установкой выполняет штатный оператор котельной);

- автономности установки - при ее оснащении парогенератором не требуется внешний источник пара;

Кроме того, упрощена конструкция установки (вместо трех роторных аппаратов с модуляцией потока использован один).

Для решения поставленной задачи, установка для приготовления топливных смесей, содержащая источники нефтепродукта и воды, парогенератор, насосы, паропроводы и трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат с модуляцией потока, накопительную емкость, отличается тем, что установка содержит первый и второй контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования и линию выдачи готового продукта в накопительную емкость, при этом первый контур обработки нефтепродукта включает стартовый насос, вход которого сообщен с источником нефтепродуктов, а выход сообщен со входом узла грубой очистки, причем выход узла грубой очистки сообщен со входом первого подогревателя, каскада подогревателей нефтепродукта, включающего, как минимум, два последовательно установленных подогревателя, при этом выход последнего подогревателя сообщен с промежуточной демпферной емкостью, при этом второй контур обработки нефтепродукта включает финишный насос, вход которого сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости, а выход сообщен со входом первого узла тонкой очистки, кроме того, второй контур обработки нефтепродукта содержит предварительный смеситель, выход которого через второй узел тонкой очистки сообщен со входом роторного аппарата с модуляцией потока, кроме того, система подготовки дозируемых компонентов включает узел дозирования нефтепродукта, вход которого сообщен с выходом первого узла тонкой очистки и снабжена водоподогревателем, вход которого через запорный вентиль сообщен с источником воды, а выход, через узел дозирования воды, сообщен со входом водяного насоса, выход которого сообщен со входом третьего узла тонкой очистки, при этом выход третьего узла тонкой очистки и выход узла дозирования нефтепродукта сообщены со входом предварительного смесителя, кроме того, парогенератор сообщен паропроводами, снабженными запорной арматурой с теплоотдающими элементами каждого из фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателя и водоподогревателя, кроме того, полости фильтров узлов грубой очистки и первого и второго узлов тонкой очистки, подогревателя, водоподогревателя и роторного аппарата с модуляцией потока сообщены с парогенератором дополнительными паропроводами, снабженными запорной арматурой, и оснащены трубопроводами для отвода продуктов пропарки. Кроме того, узел грубой очистки содержит параллельные линии, каждая из которых содержит последовательно установленные входной шаровой кран, щелевой фильтр и выходной шаровой кран, при этом вход узла грубой очистки сообщен с выходом стартового насоса через первую цепочку, содержащую последовательно установленные шаровой кран и обратный клапан. Кроме того, выход узла грубой очистки сообщен через коммутирующий шаровой кран со входом первого подогревателя, каскада подогревателей нефтепродукта. Кроме того, первый и второй контуры обработки мазута содержат датчики температуры и давления, при этом в первом контуре обработки нефтепродукта датчики температуры установлены на входе в узел грубой очистки и на входе и выходе каскада подогревателей нефтепродукта, а датчики давления установлены на входе и выходе узла грубой очистки, причем во втором контуре обработки мазута датчик температуры установлен у выхода дозатора нефтепродуктов, а датчики давления установлены на выходах дозатора нефтепродукта и предварительного смесителя, а также на входе и выходе роторного аппарата с модуляцией потока, кроме того, датчик давления установлен на выходе водяного насоса. Кроме того, выход каскада подогревателей нефтепродукта сообщен с промежуточной демпферной емкостью через второй коммутирующий шаровой кран, а вход финишного насоса второго контура обработки нефтепродукта сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости через третий коммутирующий шаровой кран. Кроме того, первый узел тонкой очистки содержит последовательно установленные входной шаровой кран, щелевой фильтр, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,35 мм, и выходной шаровой кран, при этом его вход сообщен с выходом финишного насоса, через вторую цепочку, содержащую последовательно установленные шаровой кран и обратный клапан. Кроме того, второй узел тонкой очистки содержит последовательно установленные входной шаровой кран, щелевой фильтр, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,15 мм, и выходной шаровой кран. Кроме того, узел дозирования нефтепродукта содержит последовательно установленные входной шаровой кран, расходомер нефтепродукта и выходной шаровой кран. Кроме того, узел дозирования воды содержит последовательно установленные входной вентиль, расходомер воды и выходной вентиль. Кроме того, выход водяного насоса сообщен со входом третьего узла тонкой очистки через второй запорный вентиль, при этом третий узел тонкой очистки содержит фильтр, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,05 мм. Кроме того, стартовый насос, финишный насос, расходомер нефтепродукта, водоподогреватель, расходомер воды, второй узел тонкой очистки и узел дозирования топливной смеси снабжены обводными линиями, оснащенными запорной арматурой. Кроме того, вход стартового насоса, через цепочку последовательно установленных двух шаровых клапанов, обратного клапана и вентиля сообщен со входом узла дозирования нефтепродукта. Кроме того, второй выход промежуточной демпферной емкости снабжен предохранительным клапаном и через обратный клапан подключен перед входом обратного клапана трубопровода, соединяющего стартовый насос и узел дозирования нефтепродукта. Кроме того, выход водяного насоса дополнительно сообщен с демпфирующей водяной емкостью, выполненной с возможностью сброса воды через трубопровод, снабженный выпускным вентилем. Кроме того, выход роторного аппарата с модуляцией потока, через узел дозирования топливной смеси содержащий последовательно установленные входной шаровой кран, расходомер смеси и выходной шаровой кран, сообщен с выходом устройства и/или накопительной емкостью.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:

Признаки «установка содержит первый и второй контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования и линию выдачи готового продукта в накопительную емкость» обеспечивают реализации всего комплекса операций, необходимых для получения эффективных водотопливных смесей (прием воды и топлива от внешних источников, очистка и тепловая обработка воды и топлива, а также их перемешивание, поддержание эффективного теплового режима в узлах установки, передача водотопливной смеси потребителю, периодическая паровая очистка узлов установки).

Признаки, указывающие, что «первый контур обработки нефтепродукта включает стартовый насос, вход которого сообщен с источником нефтепродуктов, а выход сообщен со входом узла грубой очистки, причем выход узла грубой очистки сообщен со входом первого подогревателя», обеспечивают перемещение нефтепродукта (мазута) по первому контуру, с прокачкой его через узел грубой очистки, с подачей на подогреватели и далее, на второй контур обработки нефтепродукта с очисткой топлива от частиц с крупностью более 0,35 мм.

Признаки, указывающие, что первый контур обработки нефтепродукта содержит каскад подогревателей нефтепродукта, включающий «как минимум два последовательно установленных подогревателя, при этом выход последнего подогревателя сообщен с промежуточной демпферной емкостью», обеспечивают возможность увеличения продолжительности теплового воздействия на нефтепродукт, оптимизируя его вязкость. При этом сброс топлива из первого контура обработки нефтепродукта в промежуточную демпферную емкость снижает пульсации давления дозируемого компонента, подаваемого во второй контур обработки нефтепродукта.

Признаки, указывающие, что «второй контур обработки нефтепродукта включает финишный насос, вход которого сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости, а выход сообщен со входом первого узла тонкой очистки», обеспечивают подачу нефтепродукта после первого контура его подготовки по второму контуру, с прокачкой его через узел тонкой очистки.

Признаки, указывающие, что «второй контур обработки нефтепродукта содержит предварительный смеситель, выход которого, через второй узел тонкой очистки сообщен со входом роторного аппарата с модуляцией потока», обеспечивают подачу предварительно (грубо) перемешенной смеси нефтепродукта и воды, с дополнительной очисткой смеси от частиц с крупностью более 0,15 мм.

Признаки, указывающие, что «система подготовки дозируемых компонентов, включает узел дозирования нефтепродукта, вход которого сообщен с выходом первого узла тонкой очистки», обеспечивают приготовление водотопливной смеси с заданным эффективным соотношением смешиваемых компонентов.

Признаки, указывающие, что система подготовки дозируемых компонентов «снабжена водоподогревателем, вход которого через запорный вентиль сообщен с источником воды», обеспечивают подвод второго компонента для получения водотопливной смеси и тепловую подготовку воды перед ее дозированием, до уровня, не оказывающего на вязкость нефтепродукта.

Признаки, указывающие, что выход водоподогревателя «через узел дозирования воды сообщен со входом водяного насоса, выход которого сообщен со входом третьего узла тонкой очистки», обеспечивают очистку воды и ее прокачку по линии водоподготовки, с подачей на предварительный смеситель.

Признаки, указывающие, что «выход третьего узла тонкой очистки и выход узла дозирования нефтепродукта сообщены со входом предварительного смесителя», обеспечивают загрузку смешиваемых компонентов в предварительный смеситель.

Признаки, указывающие, что «парогенератор сообщен паропроводами, снабженными запорной арматурой с теплоотдающими элементами каждого из фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателя и водоподогревателя», обеспечивают тепловую обработку компонентов водотопливной смеси (нефтепродукта и воды) на всех этапах их индивидуальной обработки и в виде смеси.

Признаки, указывающие, что «полости каждого из фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателя, водоподогревателя и роторного аппарата с модуляцией потока сообщены с парогенератором дополнительными паропроводами, снабженными запорной арматурой, и оснащены трубопроводами для отвода продуктов пропарки», обеспечивают возможность паровой очистки названных узлов и отвод из них продуктов пропарки.

Признаки второго пункта формулы обеспечивают дублирование фильтров грубой очистки и необходимое коммутирование функциональных узлов, в пределах узла грубой очистки.

Признаки третьего пункта формулы обеспечивают подачу очищенного нефтепродукта на тепловую обработку в каскад подогревателей нефтепродукта.

Признаки четвертого пункта формулы обеспечивают контроль за рабочими параметрами установки в ее точках, критически важных для эффективности работы установки.

Признаки пятого пункта формулы обеспечивают возможность контролируемого коммутирования финишного насоса второго контура обработки нефтепродукта с промежуточной демпферной емкостью.

Признаки шестого пункта формулы обеспечивают возможность очистки нефтепродукта от частиц крупностью более 0,35 мм.

Признаки седьмого пункта формулы обеспечивают возможность очистки нефтепродукта от частиц крупностью более 0,15 мм.

Признаки восьмого и девятого пунктов формулы обеспечивают возможность дозирования, соответственно, нефтепродукта и воды, с возможностью выключения расходометров из работы, например при подаче на сжигание только топлива.

Признаки десятого пункта формулы обеспечивают возможность очистки воды от частиц крупностью более 0,05 мм.

Признаки одиннадцатого пункта формулы обеспечивают возможность подачи материала, минуя стартовый насос и/или финишный насос и/или расходомер нефтепродукта и/или водоподогреватель и/или расходомер воды и/или второй узел тонкой очистки и/или узел дозирования топливной смеси.

Признаки двенадцатого пункта формулы обеспечивают возможность подачи нефтепродукта сразу на вход узла дозирования нефтепродукта, без его обработки.

Признаки тринадцатого пункта формулы обеспечивают возможность подачи подогретого нефтепродукта сразу на вход узла дозирования нефтепродукта с его сбросом из промежуточной демпферной емкости.

Признак четырнадцатого пункта формулы снижает пульсации давления дозируемой воды.

Признаки пятнадцатого пункта формулы обеспечивают возможность дозированной подачи топливной смеси.

На фиг.1 показана принципиальная гидравлическая схема установки; на фиг.2 показана принципиальная паровая схема установки.

На чертежах показаны источники нефтепродукта 1 и воды 2, парогенератор 3, трубопроводы 4, паропроводы 5, подогреватели воды 6 и нефтепродукта 7, роторный аппарат с модуляцией потока 8 (далее по тексту РАМП), накопительная емкость 9, первый контур обработки нефтепродукта, включающий стартовый насос 10, его вход 11 и выход 12, узел грубой очистки 13, его вход 14 и выход 15, вход 16 первого подогревателя, каскада 17 подогревателей нефтепродукта, выход 18 последнего подогревателя, промежуточная демпферная емкость 19 с ее первым 20 и вторым 21 выходами, второй контур обработки нефтепродукта, включающий финишный насос 22 со входом 23 и выходом 24, первый узел тонкой очистки 25 со входом 26 и выходом 27, предварительный смеситель 28 со входом 29 и выходом 30, второй узел тонкой очистки 31 со входом 32 и выходом 33, система подготовки дозируемых компонентов включает узел дозирования нефтепродукта 34 со входом 35 и выходом 36, узел подогрева воды 37 со входом 38 и выходом 39, запорный вентиль 40, узел дозирования воды 41 со входом 42 и выходом 43, водяной насос 44 со входом 45 и выходом 46, третий узел тонкой очистки (фильтр тонкой очистки) 47 со входом 48 и выходом 49, теплоотдающие элементы 50, дополнительные паропроводы 51, трубопроводы 52 для отвода продуктов пропарки. Кроме того, в узле грубой очистки 13 показаны параллельные линии 53, каждая из которых содержит последовательно установленные входной шаровой кран 54, щелевой фильтр 55 и выходной шаровой кран 56, первая и вторая цепочки, конструктивно одинаковые, каждая из которых содержит последовательно установленные шаровой кран 56 и обратный клапан 57. Кроме того, показан коммутирующий шаровой кран 58, датчики температуры 59 и датчики давления 60, второй 61 и третий 62 коммутирующие шаровые краны. Кроме того, в первом узле тонкой очистки 25 показаны последовательно установленные его входной шаровой кран 63, его щелевой фильтр 64 и его выходной шаровой кран 65, а во втором узле тонкой очистки 31 показаны последовательно установленные его входной шаровой кран 66, его щелевой фильтр 67 и его выходной шаровой кран 68. Кроме того, в узле дозирования нефтепродукта 34 показаны последовательно установленные его входной шаровой кран 69, расходомер нефтепродукта 70 и выходной шаровой кран 71, а в узле дозирования воды 41 показаны последовательно установленные входной вентиль 72, расходомер воды 73 и выходной вентиль 74. Кроме того, показаны второй запорный вентиль 75, обводные линии 76, оснащенные запорной арматурой 77, цепочка, состоящая из последовательно установленных двух шаровых клапанов78 и 79, обратного клапана 80 и вентиля 81, предохранительный клапан 82, обратный клапан 83, демпфирующая водяная емкость 84, выпускной вентиль 85. Кроме того, показан узел дозирования топливной смеси 86, содержащий входной шаровой кран 87, расходомер смеси 88 и выходной шаровой кран 89.

В качестве источников нефтепродукта 1 и воды 2 используются емкости известной конструкции, выполненные с возможностью их пополнения соответствующими материалами. Они не входят в конструкцию установки, но ими обязательно оснащены котельные, для которых предназначена заявленная установка.

В качестве узлов переработки нефтесодержащего материала, выполненных с возможностью ультразвукового и кавитационного воздействия на компоненты смеси, использованы роторные аппараты с модуляцией потока 8 (РАМП) известной конструкции. Роторно-импульсные аппараты, в основу работы которых положены эти факторы воздействия, относятся к классу роторных гидродинамических излучателей, которые обычно называются роторными аппаратами с модуляцией потока или роторными импульсно-кавитационными аппаратами. Последнее название наиболее точно определяет факторы воздействия на жидкую среду. Роторные импульсные аппараты, в основу работы которых положены первые два фактора воздействия, называют, как правило, роторно-пульсационными аппаратами. Данная классификация носит условный характер, и в литературе часто встречаются названия РИА, РПА и другие названия, характеризующие вид воздействия на обрабатываемую среду, например, кавитационный генератор и т.п. РАМПы обеспечивают смешивание несмешиваемых в обычных условиях продуктов, что достигается путем гидродинамического кавитационного ударно-волнового воздействия на них в установке. Этот процесс позволяет получать высоко однородную смесь. Кроме того, после прохождения жидкости через данный аппарат происходит качественное изменение свойств обрабатываемых жидкостей (их активация), что в конечном итоге, позволяет при использовании смесей, улучшить параметры технологических процессов; это относится, например, к процессам сжигания, нефтепереработки и т.д.

В качестве стартового насоса 10 использован агрегат электронасосный ОДН 120-100-65/М.

В качестве финишного насоса 22 использован агрегат электронасосный А53 В8/25-11,5/10Б-1У3/М.

В качестве водяного насоса 44 использован агрегат электронасосный дозировочный одноплунжерный 1,0 Р2500/10К14МА.

В качестве щелевого фильтра 55 в узле грубой очистки 13 использован фильтр для мазута ФМ 30-25-240 (модернизированный щелевой, тонкость очистки - 1,5 мм).

В качестве щелевого фильтра 64 в первом узле тонкой очистки 25 использован фильтр для мазута ФЩД 12-300-1,0/М (тонкость очистки 350 мкм)

В качестве щелевого фильтра 67 во втором узле тонкой очистки 31 использован фильтр для мазута ФЩД 12-300-1,0/М (тонкость очистки 150 мкм)

В качестве третьего узла тонкой очистки (фильтра 47) использован фильтр ФМФ 32 или ФМФ 50.

Подогреватели 7 (каскада 17 подогревателей нефтепродукта) и водоподогреватель 6 выполнены по известной схеме, как теплообменники известной конструкции, в которых тепло пара, подводимого в их теплоотдающий контур (теплоотдающие элементы 50), отдается материалу, прокачиваемому через подогреватель.

В качестве предварительного смесителя 28 использован механический смеситель известной конструкции.

Промежуточная демпферная емкость 19 и демпфирующая водяная емкость 84 выполнены как герметичные корпуса, снабженные соответствующими подводящими и отводящими патрубками (на чертежах не показаны).

В качестве парогенератора может быть использован паровой котел известной конструкции, например, Е - 1/9.

Кроме того, в состав установки входит комплект запорной арматуры (шаровых кранов и вентилей) и контрольно-известные измерительные приборы (датчики давления и температуры), обеспечивающие контроль процесса приготовления водотопливной смеси и его управление.

Первый контур обработки нефтепродукта включает стартовый насос 10, вход 11 которого сообщен с источником нефтепродуктов 1, а выход 12 сообщен со входом 14 узла грубой очистки 13, причем выход 15 узла грубой очистки 13 сообщен со входом 16 первого подогревателя, каскада 17 подогревателей нефтепродукта, включающего как минимум два последовательно установленных подогревателя, при этом выход 18 последнего подогревателя сообщен с промежуточной демпферной емкостью 19, при этом вход 23 финишного насоса 22 сообщен с первым выходом 20 промежуточной демпферной емкости 19, а его выход 24 сообщен со входом 26 первого узла тонкой очистки 25. Кроме того, выход 30 предварительного смесителя 28 через второй узел тонкой очистки 31 сообщен со входом РАМП 8. Система подготовки дозируемых компонентов включает узел дозирования нефтепродукта 34, вход 35 которого сообщен с выходом 27 первого узла тонкой очистки 25, и снабжена узлом подогрева воды 37, вход 38 которого через запорный вентиль 40 сообщен с источником воды 2, а выход 39, через узел дозирования воды 41 сообщен со входом 45 водяного насоса 44, выход 46 которого сообщен со входом 48 фильтра тонкой очистки 47, при этом его выход 49 и выход 36 узла дозирования нефтепродукта 34 сообщены со входом 29 предварительного смесителя 28. Кроме того, парогенератор 3 сообщен паропроводами 5, снабженными соответствующей запорной арматурой с теплоотдающими элементами 50, размещенными в каждом из фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателях 7 и водоподогревателе 6. Кроме того, полости каждого из фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателя, водоподогревателя и роторного аппарата с модуляцией потока сообщены с парогенератором 3 дополнительными паропроводами 51, снабженными запорной арматурой, и оснащены трубопроводами 52 для отвода продуктов пропарки. Кроме того, узел грубой очистки 13 содержит параллельные линии 53, каждая из которых содержит последовательно установленные входной шаровой кран 54, щелевой фильтр 55 и выходной шаровой кран 56, при этом вход 14 узла грубой очистки 13 сообщен с выходом стартового насоса через первую цепочку, содержащую последовательно установленные шаровой кран 56 и обратный клапан 57. Кроме того, выход 15 узла грубой очистки 13 сообщен через коммутирующий шаровой кран 58 со входом первого подогревателя 7, каскада 17 подогревателей нефтепродукта. Кроме того, первый и второй контуры обработки мазута содержат датчики температуры 59 и давления 60, при этом в первом контуре обработки нефтепродукта датчики температуры 59 установлены на входе 14 в узел грубой очистки 13 и на входе 16 и выходе 18 каскада 17 подогревателей нефтепродукта, а датчики давления 60 установлены на входе 14 и выходе 15 узла грубой очистки 13, причем во втором контуре обработки мазута датчик температуры 59 установлен у выхода 36 узла дозирования нефтепродукта 34, а датчики давления установлены на выходе 36 узла дозирования нефтепродукта 34 и выходе 30 предварительного смесителя 28, а также на входе и выходе РАМП 8, кроме того, датчик давления 60 установлен на выходе 46 водяного насоса 44. Кроме того, выход 18 каскада 17 подогревателей 7 нефтепродукта сообщен с промежуточной демпферной емкостью 19 через второй коммутирующий шаровой кран 61, а вход 23 финишного насоса 22 второго контура обработки нефтепродукта сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости через третий коммутирующий шаровой кран 62. Кроме того, первый узел тонкой очистки 25 содержит последовательно установленные входной шаровой кран 63, щелевой фильтр 64, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,35 мм, и выходной шаровой кран 65. Кроме того, второй узел тонкой очистки 31 содержит последовательно установленные входной шаровой кран 66, щелевой фильтр 67, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,15 мм и выходной шаровой кран 68. Кроме того, узел дозирования нефтепродукта 34 содержит последовательно установленные входной шаровой кран 69, расходомер нефтепродукта 70 и выходной шаровой кран 71. Кроме того, узел дозирования воды 41 содержит последовательно установленные входной вентиль 72, расходомер воды 73 и выходной вентиль 74.

Кроме того, выход 46 водяного насоса 44 сообщен со входом 48 третьего узла тонкой очистки 47 (фильтра тонкой очистки) через второй запорный вентиль 75, при этом третий узел тонкой очистки 47 выполнен как фильтр, с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,05 мм.

Кроме того, стартовый насос, финишный насос, расходомер нефтепродукта, водоподогреватель, расходомер воды, второй узел тонкой очистки и узел дозирования топливной смеси снабжены обводными линиями 76, оснащенными запорной арматурой 77.

Кроме того, вход стартового насоса, через цепочку последовательно установленных двух шаровых клапанов78 и 79, обратного клапана 80 и вентиля 81 сообщен со входом 35 узла дозирования нефтепродукта 34.

Кроме того, второй выход 21 промежуточной демпферной емкости 19 снабжен предохранительным клапаном 82 и через обратный клапан 83 подключен перед входом обратного клапана 80 трубопровода, соединяющего стартовый насос 10 и узел дозирования нефтепродукта 34.

Кроме того, выход 46 водяного насоса 44 дополнительно сообщен с демпфирующей водяной емкостью 84, выполненной с возможностью сброса воды через трубопровод, снабженный выпускным вентилем 85.

Кроме того, выход РАМП 8, через узел дозирования топливной смеси 86, содержащий последовательно установленные входной шаровой кран 87, расходомер смеси 88 и выходной шаровой кран 89, сообщен с выходом устройства (и/или накопительной емкостью) 9.

В качестве основного компонента может использоваться мазут всех типов по ГОСТ 10585-99, включая печное топливо, топливо котельное маловязкое, а также другие виды тяжелых углеводородов, производимых по ТУ и пригодных к использованию (переработке) с содержанием серы до 7%.

В качестве продукта диспергирования (смешивания) используется техническая вода, в том числе льяльная, загрязненная нефтепродуктами, являющаяся продуктом утилизации, а также другие компонентные жидкие среды, пригодные к использованию.

В качестве продуктов смешивания можно также использовать растворы и суспензии веществ, препятствующих образованию окислов серы (SO₂) и азота (NO_x), использование которых обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу пыли, окислов азота, серы и циклических углеводородов.

Установка обеспечивает получение стойких мелкодисперсных топливных смесей на основе мазута с гарантированным сохранением качественных характеристик в соответствии с требованиями ГОСТ 10585-99. Смесь может использоваться как непосредственно после приготовления с прямой подачей на горелочные устройства котлов и рециркуляцией избытка в расходную емкость, так и после длительного хранения без ухудшения качественных характеристик, при этом гарантированный срок хранения смеси с сохранением ее качественных характеристик - не менее 7 месяцев.

Необходимые пропорции компонентов, в зависимости от степени обводненности исходного мазута, но не более чем 20% от общей массы (объема) смеси.

Заявленная установка работает следующим образом. Первоначально производят паровую обработку установки, для чего соответствующим образом коммутируют паропроводы 5, и дополнительные паропроводы 51, соединяющие парогенератор 3 с соответствующими ее узлами. В результате этого происходит очистка и прогрев РАМП и всех узлов установки, содержащих исходные компоненты смеси (и, соответственно, прогрев этих компонентов до рабочей температуры - порядка 80°С). Сброс продуктов пропарки, в т.ч. конденсата, осуществляют по трубопроводам 52.

Исходный мазут по трубопроводу от источника нефтепродукта 1 поступает на вход стартового насоса 10, обеспечивающего подачу мазута на вход 14 узла грубой очистки 13 и далее, на задействованную в это время одну из его параллельных линий 53 (это обеспечивается соответствующим открытием ее входного 54 и выходного 56 шаровых кранов и их закрытием на параллельной линии) и далее на вход 16 первого подогревателя 7, каскада 17 подогревателей нефтепродукта. Пройдя все подогреватели подогретый до рабочей температуры нефтепродукт с выхода 18 последнего подогревателя 7 каскада 17 попадает через открытый второй 61 коммутирующий шаровой кран в промежуточную демпферную емкость 19. Время обработки нефтепродукта (мазута) на первом контуре определяется требуемой конечной температурой (обычно достаточно 75÷80°С) и зависит от объема и температуры исходного мазута. При достижении названной температуры (отслеживаемой по показаниям датчиков температуры 59, установленных на входе узла грубой очистки 13 и выходе каскада 17 подогревателей 7 нефтепродукта) открывают третий 62 коммутирующий шаровой кран, шаровые краны первого узла тонкой очистки 25 и узла дозирования нефтепродукта 34, после чего включают в работу финишный насос 22. В результате этого обеспечивается подача предварительно очищенного и разогретого мазута на вход 29 предварительного смесителя 28.

Кроме этого осуществляют подготовку второго дозируемого компонента - воды, для этого источник воды 2 сообщают со входом 38 водоподогревателя 6, открыв запорный вентиль 40, открывают входной 72 и выходной 74 вентили узла дозирования воды 41 (при закрытом выпускном вентиле 85) и включают водяной насос 44 (на нем заблаговременно устанавливают заданный объем дозировки с помощью его штатного регулировочного устройства - штурвала установки длины хода плунжера насоса). При достижении уровня давления на выходе 46 водяного насоса 44 уровня (контролируемого по установленному здесь датчику давления 60), превышающего на 20÷30% давление подачи мазута на предварительный смеситель 28 (контролируемому по датчику давления 60, установленному на выходе 36 узла дозирования нефтепродукта 34), плавно открывают второй запорный вентиль 75 и установленный объем второго компонента (воды) пройдя через третий узел тонкой очистки (фильтр тонкой очистки) 47 поступает (вдавливается) на вход 29 предварительного смесителя 28. В предварительном смесителе 28 смесь дозируемого компонента (воды, порционно дозируемой с помощью водяного насоса 44)) и нефтепродукта, за счет турбулизации потока смешиваемых жидкостных сред превращается в грубодисперсную эмульсию с относительно равномерным распределением крупных капель (частиц) воды в исходном нефтепродукте (мазуте), диаметром до 6÷8 мм.

Грубая топливная эмульсия, образующаяся в предварительном смесителе 28, через второй узел тонкой очистки 31 (обеспечивающий более глубокую очистку смеси - до частиц, меньших 0,15 мм) поступает в полость ротора РАМП 8 и через периодически совмещающиеся отверстия ротора и статора мельчайшими порциями выходит в кавитационную камеру озвучивания РАМП. На участке: отверстия ротора - зазор - отверстия статора - камера, капли дозируемого компонента (воды) за счет турбулентных пульсаций, разрыва жидкостной фазы, срезающих напряжений и кавитационных импульсов давления, включая частично химическую реакцию, возникающую в результате совокупного физического воздействия, разбиваются на множество очень мелких микрочастиц с диаметром до 0,1÷6,0 мкм, равномерно распределенных в дисперсной среде - мазуте. В результате вышеописанных процессов получается стабильная (практически не расслаивающаяся) гомогенизированная смесь типа «вода в масле», так как мельчайшие капли (частицы) воды обволакиваются сольветным слоем природных катионных ПАВ, всегда присутствующих в тяжелых нефтепродуктах.

Это приводит к целому ряду положительных изменений, влияющих на ее калорийность и качество сгорания топливной смеси: молекулярные полимерные цепочки органического топлива рвутся, при этом образуется большое количество активных связей молекул, которые вступают в процесс окисления одновременно и значительно быстрее не активированных, кроме того, происходит разрыв связей самих молекул с образованием свободных радикалов, которые имеют гораздо большую способность к возгоранию, чем замкнутые молекулы. Молекулы воды, содержащейся в шламе, разрушаются, вода переходит в мелкодисперсное состояние с образованием свободных радикалов Н и ОН, которые участвуют в процессе горения значительно активнее и образуют нестабильные, легко окисляемые соединения со свободными радикалами органического топлива. Сера и парафин в процессе кавитационного дробления образуют поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые, как контейнер, окружают микрочастицы топлива и препятствуют их дальнейшему слипанию.

Благодаря кавитационному воздействию топливный компонент нефтешлама превращается в гомогенную суспензию, в которой полностью перемешаны находившиеся в нем топливные фракции, вода и твердые частицы. Это улучшает работу горелочных форсунок: насадки меньше закоксовываются, факел становится однородным и не пульсирует, уменьшается количество сажи. Форсунки стабильно функционируют при снижении нагрузки. Сводится к минимуму негативное влияние воды, присутствующей в мазуте. Если при сжигании заменить мазут на водомазутную эмульсию с содержанием воды до 10%, то уже удается сэкономить около 5% мазута без каких-либо ухудшений технологических характеристик котлов. Обеспечивается возможность замены дорогостоящих сортов мазута на низкосортные; при их использовании в составе водомазутных эмульсий сохраняются все основные физико-механические свойства топлива (теплота сгорания, вязкость и др).

Готовая водотопливная смесь (ГВМС) через узел дозирования топливной смеси 86 выдается в отдельную накопительную емкость без противодавления с дальнейшей подачей на горелочное устройство котлоагрегатов (на чертежах не показаны).

Технология сжигания топливной смеси не отличается от технологии сжигания мазута.

Топливная смесь после распыления в форсунке горелочного устройства представляет собой отдельные капли мазута диаметром 1÷3 мм, внутри которых равномерно распределены микрочастицы воды (или другие суспензии с серопоглощающими добавками, включая другие добавленные топливные компоненты), значительная часть которых от общего объема имеет размеры менее 6 мкм. Расчеты показывают, что в капле ГВМС, при 20% содержании связанной воды в ГВМС диаметром 1 мм, содержится не менее 10 тысяч микрочастиц воды.

При попадании капли ГВМС в топку, где температура более 1000°С, вода мгновенно закипает, разрывая каплю мазута на микронные фракции, за счет чего увеличивается площадь горения и обеспечивается быстрое воспламенение с более полным сгоранием мазута. Температура факела повышается, что сразу заметно по изменению его цвета с оранжевого на яркий бело-желтый. Мазут сгорает полностью при меньшей подаче воздуха, что увеличивает фактический КПД котельного агрегата.

Приготовленное на установке котельное топливо (ГВМС) сгорает при меньшей температуре подогрева, что в свою очередь уменьшает косвенные затраты на его подготовку перед подачей на форсунки котельного агрегата (сжиганием). Оптимальная температура ГВМС, при которой обеспечивается наиболее полное сгорание - 80÷85°С.

В процессе горения ГВМС молекулы воды частично диссоциируют (разделяются на кислород и водород) и участвуют в химических реакциях, связывая азот, серу, циклические углеводороды, окись углерода, частицы пыли и сажи, что приводит к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу до 30÷40% и более, в зависимости от режима работы котельного агрегата

Экономия исходного мазута обеспечивается за счет его более полного сгорания, уменьшения коэффициента избытка воздуха и температуры подогрева, а также увеличения его объема за счет добавленного дозируемого компонента.

Изобретение предназначено для приготовления топливных смесей. Установка содержит источники нефтепродукта и воды, парогенератор, насосы, паропроводы, трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат, накопительную емкость, контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования. Первый контур обработки нефтепродукта включает стартовый насос, вход которого сообщен с источником нефтепродуктов, а выход - с входом узла грубой очистки. Выход узла грубой очистки сообщен со входом первого подогревателя каскада подогревателей нефтепродукта. Выход последнего подогревателя сообщен с промежуточной демпферной емкостью. Второй контур обработки нефтепродукта включает финишный насос, вход которого сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости, а выход сообщен со входом первого узла тонкой очистки. Второй контур обработки нефтепродукта содержит предварительный смеситель, выход которого через второй узел тонкой очистки сообщен со входом роторного аппарата. Система подготовки дозируемых компонентов включает узел дозирования нефтепродукта, вход которого сообщен с выходом первого узла тонкой очистки и снабжена водоподогревателем, вход которого через запорный вентиль сообщен с источником воды, а выход через узел дозирования воды сообщен со входом водяного насоса, выход которого сообщен со входом третьего узла тонкой очистки. Выход третьего узла тонкой очистки и выход узла дозирования нефтепродукта сообщены со входом предварительного смесителя. Парогенератор сообщен с теплоотдающими элементами фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателем и водоподогревателем. Полости фильтров узлов грубой очистки и первого и второго узлов тонкой очистки, подогревателя, водоподогревателя и роторного аппарата с модуляцией потока сообщены с парогенератором. Технический результат: высокие эксплуатационные характеристики. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для приготовления топливных смесей, содержащая источники нефтепродукта и воды, парогенератор, насосы, паропроводы и трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат с модуляцией потока, накопительную емкость, отличающаяся тем, что она содержит первый и второй контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования и линию выдачи готового продукта в накопительную емкость, при этом первый контур обработки нефтепродукта включает стартовый насос, вход которого сообщен с источником нефтепродуктов, а выход сообщен со входом узла грубой очистки, причем выход узла грубой очистки сообщен со входом первого подогревателя каскада подогревателей нефтепродукта, включающего как минимум два последовательно установленных подогревателя, при этом выход последнего подогревателя сообщен с промежуточной демпферной емкостью, при этом второй контур обработки нефтепродукта включает финишный насос, вход которого сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости, а выход сообщен со входом первого узла тонкой очистки, кроме того второй контур обработки нефтепродукта содержит предварительный смеситель, выход которого через второй узел тонкой очистки сообщен со входом роторного аппарата с модуляцией потока, кроме того система подготовки дозируемых компонентов включает узел дозирования нефтепродукта, вход которого сообщен с выходом первого узла тонкой очистки и снабжена водоподогревателем, вход которого через запорный вентиль сообщен с источником воды, а выход через узел дозирования воды сообщен со входом водяного насоса, выход которого сообщен со входом третьего узла тонкой очистки, при этом выход третьего узла тонкой очистки и выход узла дозирования нефтепродукта сообщены со входом предварительного смесителя, кроме того парогенератор сообщен паропроводами, снабженными запорной арматурой, с теплоотдающими элементами каждого из фильтров грубой и тонкой очистки, подогревателя и водоподогревателя, кроме того полости фильтров узлов грубой очистки и первого и второго узлов тонкой очистки, подогревателя, водоподогревателя и роторного аппарата с модуляцией потока сообщены с парогенератором дополнительными паропроводами, снабженными запорной арматурой, и оснащены трубопроводами для отвода продуктов пропарки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел грубой очистки содержит параллельные линии, каждая из которых содержит последовательно установленные входной шаровой кран, щелевой фильтр и выходной шаровой кран, при этом вход узла грубой очистки сообщен с выходом стартового насоса через первую цепочку, содержащую последовательно установленные шаровой кран и обратный клапан.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход узла грубой очистки сообщен через коммутирующий шаровой кран со входом первого подогревателя каскада подогревателей нефтепродукта.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй контуры обработки мазута содержат датчики температуры и давления, при этом в первом контуре обработки нефтепродукта датчики температуры установлены на входе в узел грубой очистки и на входе и выходе каскада подогревателей нефтепродукта, а датчики давления установлены на входе и выходе узла грубой очистки, причем во втором контуре обработки мазута датчик температуры установлен у выхода дозатора нефтепродуктов, а датчики давления установлены на выходах дозатора нефтепродукта и предварительного смесителя, а также на входе и выходе роторного аппарата с модуляцией потока, кроме того датчик давления установлен на выходе водяного насоса.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход каскада подогревателей нефтепродукта сообщен с промежуточной демпферной емкостью через второй коммутирующий шаровой кран, а вход финишного насоса второго контура обработки нефтепродукта сообщен с первым выходом промежуточной демпферной емкости через третий коммутирующий шаровой кран.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что первый узел тонкой очистки содержит последовательно установленные входной шаровой кран, щелевой фильтр, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,35 мм, и выходной шаровой кран, при этом его вход сообщен с выходом финишного насоса через вторую цепочку, содержащую последовательно установленные шаровой кран и обратный клапан.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что второй узел тонкой очистки содержит последовательно установленные входной шаровой кран, щелевой фильтр, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,15 мм, и выходной шаровой кран.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел дозирования нефтепродукта содержит последовательно установленные входной шаровой кран, расходомер нефтепродукта и выходной шаровой кран.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел дозирования воды содержит последовательно установленные входной вентиль, расходомер воды и выходной вентиль.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход водяного насоса сообщен со входом третьего узла тонкой очистки через второй запорный вентиль, при этом третий узел тонкой очистки содержит фильтр, выполненный с возможностью очистки от частиц крупностью более 0,05 мм.

11. Установка по любому из пп.8 или 9, отличающаяся тем, что стартовый насос, финишный насос, расходомер нефтепродукта, водоподогреватель, расходомер воды, второй узел тонкой очистки и узел дозирования топливной смеси снабжены обводными линиями, оснащенными запорной арматурой.

12. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вход стартового насоса через цепочку последовательно установленных двух шаровых клапанов, обратного клапана и вентиля сообщен со входом узла дозирования нефтепродукта.

13. Установка по п.1, отличающаяся тем, что второй выход промежуточной демпферной емкости снабжен предохранительным клапаном и через обратный клапан подключен перед входом обратного клапана трубопровода, соединяющего стартовый насос и узел дозирования нефтепродукта.

14. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход водяного насоса дополнительно сообщен с демпфирующей водяной емкостью, выполненной с возможностью сброса воды через трубопровод, снабженный выпускным вентилем.

15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что выход роторного аппарата с модуляцией потока через узел дозирования топливной смеси, содержащий последовательно установленные входной шаровой кран, расходомер смеси и выходной шаровой кран, сообщен с выходом устройства и/или накопительной емкостью.