Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способам подготовки водотопливной эмульсии к сжиганию и может быть использовано в топливосжигающих установках, а также для термической утилизации жидких отходов с органическими примесями. При этом обеспечивается высокое качество водотопливной эмульсии. В предлагаемом изобретении топливо предварительно очищают от механических примесей с одновременным подогревом, а затем часть топлива смешивают с водой, затем диспергируют и смешивают с оставшейся частью топлива и далее подают на форсунки в топочную камеру. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам подготовки жидкого топлива и жидких отходов, содержащих органические вещества, к сжиганию и к устройствам для осуществления этого способа.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем смешения его с водой и получения водотопливной эмульсии (а.с. СССР N 214948, кл. F 23 D 11/16, 1966 г. ). Недостатком данного способа являются невысокое качество смесеобразования и высокие энергозатраты на получение водотопливной эмульсии.

Известен способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем смешения его с водой, в котором смешивают весь объем воды при коэффициенте избытка К = 1,5-2,0 с частью топлива, а оставшуюся часть топлива добавляют в полученную эмульсию (а. с. СССР N 1273688, кл. F 23 D 11/16, 1985 г.) - ближайший аналог. Недостатком такого способа является высокая вязкость водотопливной эмульсии перед подачей ее на распыливание.

Известен фильтр (а.с. СССР N 567467, кл. B 01 D 27/00, 1972 г.), содержащий корпус с входным патрубком, фильтрующим патроном и лопастным завихрителем, закрепленным на торце последнего перед выходным патрубком, проточку, выполненную на внутренней поверхности корпуса и образующую с наружной поверхностью фильтрующего патрона спиральный канал, при этом угол наклона лопастей завихрителя составляет 5-45^o, а на другом конце фильтра установлен стакан. Недостатком этого фильтра является потребление большого количества жидкости на регенерацию фильтра.

Известен фильтр для очистки жидкостей (а.с. СССР N 1230633, кл. В 01 D 27/12, 1984 г. - ближайший аналог), содержащий корпус с установленными в нем цилиндрическим фильтрующим элементом, патрубком для подачи и отвода очищаемой жидкости и сбросным патрубком, выполненную между внутренней стенкой корпуса и фильтрующим элементом спираль, примыкающую к подающему патрубку, при этом отношение соседних шагов спирали обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента, расположенного у подающего патрубка. Недостатками данного фильтра являются засорение фильтрующего элемента, что вызывает необходимость частой его регенерации (промывки), а также необеспечение снижения вязкости очищаемой жидкости.

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества образованной смеси (эмульсии) путем ее очистки и уменьшения вязкости за счет нагрева перед поступлением на распределительный клапан.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе подготовки топлива к сжиганию, заключающемся в смешивании части топлива со всем объемом воды при коэффициенте избытка К = 1,5-2,0, диспегировании и соединении полученной эмульсии с оставшимся топливом, добавляются операции предварительной очистки и нагрева топлива перед его разделением на части (перед подачей на распределительный клапан). Операция предварительной очистки топлива с одновременным нагревом его исключает засорение форсунок и улучшает процесс гомогенизации и распыливания эмульсии в топке котла (см., например, Павленко В. И. , Пугачев Ю.П. Гомогенизация топлива для двигателей внутреннего сгорания. Обзор. Рига, ЛатНИИНТИ, 1979). Кроме того, жидкость (топливо), не прошедшая фильтрацию, поступает через сбросной патрубок фильтра в расходную емкость и т.о. снова поступает на очистку и далее.

Для реализации очистки с одновременным нагревом топлива перед его подачей на распределительный клапан предлагается устройство, состоящее из корпуса с установленным в нем фильтрующим элементом, патрубков для подачи и выхода фильтруемой жидкости и сбросного патрубка, а также размещенной между внутренней стенкой корпуса и фильтрующим элементом спирали, примыкающей к подающему патрубку и выполненной с уменьшающимся по ходу жидкости шагом с отношением соседних шагов спирали обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента, расположенного у подающего патрубка, с ребрами, выполненными из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем у материала корпуса и фильтрующего элемента, а сама спираль установлена с минимальным зазором от корпуса и фильтрующего элемента; при этом фильтрующий элемент выполнен в виде спирали из проволоки, навитой (в направлении движения жидкости) на цилиндрический каркас, имеющий продольные щели, а витки спирали "утоплены" в поверхность каркаса на 1/2 диаметра проволоки; на внешней стороне корпуса закреплен цилиндрический кожух теплообменника, снабженного патрубками для подачи и выхода теплоносителя.

Такая конструкция фильтра обеспечивает значительно меньшее засорение фильтрующего элемента, т. к. поток фильтруемой жидкости движется в том же направлении, в котором навита спираль, и смывает загрязняющие вещества (частички) на дно фильтра и далее - к сбросному патрубку.

Кроме того, использование теплообменника, размещенного вокруг корпуса фильтра, позволяет производить нагрев фильтруемого топлива, что уменьшает его вязкость, при этом ребра спирали, имеющие коэффициент линейного расширения больший, чем у материала корпуса и фильтрующего элемента, при нагреве обеспечивают исчезновение минимальных зазоров, плотно прилегая к корпусу и фильтрующему элементу, что уменьшает термическое сопротивление и т.о. улучшает теплопередачу.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать заявляемый способ, при этом осуществляются предварительная очистка топлива и его нагрев, способствующие уменьшению вязкости эмульсии, т.е. повышению ее качества, что, в свою очередь, улучшает процесс распыливания эмульсии форсунками в топке.

Из изложенного следует, что при реализации заявляемого способа и устройства для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в получении эмульсии, очищенной от механических примесей и имеющей низкую вязкость, что в конечном счете способствует более тонкому распыливанию ее в топке котла.

Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявка относится к объектам изобретения одного вида, одинакового направления, обеспечивающих получение одного и того же технического результата принципиально одним и тем же путем.

Анализ аналогов и прототипа заявляемого способа и устройства для его осуществления показал, что предлагаемое решение является новым. Новизна предлагаемого способа заключается в дополнительных операциях предварительной очистки и нагрева топлива перед подачей на распределительный клапан. Новизна предлагаемого устройства для реализации заявляемого способа заключается в применении фильтра, в котором фильтрующий элемент выполнен в виде спирали из проволоки, навитой в направлении движения жидкости на цилиндрический каркас, имеющий продольные щели, а ребра спирали, размещенной между корпусом и фильтрующим элементом, выполнены из материала с большим коэффициентом линейного расширения, чем у материала корпуса и фильтрующего элемента, спираль установлена с минимальным зазором от корпуса и фильтрующего элемента; на внешней стороне корпуса закреплен цилиндрический кожух теплообменника, снабженного патрубками для подачи и выхода теплоносителя.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью признаков, дающих дополнительный положительный эффект, а заявляемые способ и устройство - признаками соответствия критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена схема реализации заявляемого способа подготовки жидкого топлива к сжиганию. Схема содержит устройство для очистки с одновременным подогревом топлива 1, распределительный клапана 2, один из выходов которого соединен трубопроводом с последовательной цепью, состоящей из смесителя 3 и диспергатора 4, а другой выход соединен трубопроводом со смесителем 5.

Схема, приведенная на фиг. 1, работает следующим образом.

Из расходной емкости насосом (на фиг. 1 не показаны) жидкое топливо подается на фильтр 1, где одновременно с очисткой происходит его подогрев, в результате топливо не только очищается от механических примесей, но и уменьшается его вязкость за счет нагрева, при этом не прошедшее очистку топливо возвращается в расходную емкость. На смеситель 3 подается весь объем воды, которая смешивается в нем с частью топлива, поступающего от распределительного клапана 2 в соотношении от 1,5:1,0 до 2,0:1,0. Далее водотопливная эмульсия поступает на диспергатор 4, процесс диспергирования в котором улучшается за счет очистки и предварительного снижения вязкости топлива. Далее концентрированную эмульсию смешивают с остальной частью топлива, поступающего от распределительного клапана 2, в диспергаторе 5, обеспечивая лучшее смешение и нагревание всей смеси, а затем эмульсия подается к форсункам (в топку котла) на сжигание, при этом обеспечивается высокое качество образованной смеси (эмульсии) за счет предварительной очистки и нагрева топлива.

На фиг. 2 изображено устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство включает в себя корпус 1 с нижним и верхним фланцами 2, снабженный входным 3 и выходным 4 патрубками и патрубком 5 для сброса неочищенного топлива. Внутри корпуса 1 установлен фильтрующий элемент 6, представляющий собой цилиндрический каркас 7 с продольными щелями 8. На каркас 7 навита спираль 9 из проволоки с шагом, определяющимся степенью загрязнения очищаемого топлива. Витки спирали "утоплены" в каркасе 7 на 1/2 диаметра проволоки для обеспечения заданного шага и удержания спирали 9 на каркасе. Между внутренней стенкой корпуса 1 и фильтрующим элементом 6 помещена спираль 10, примыкающая к входному патрубку 3 и выполненная с уменьшающимся по ходу жидкости шагом, при этом отношение соседних шагов спирали 10 обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента 6, расположенного у подающего патрубка 3. Спираль 10 изготовлена из материала, имеющего коэффициент линейного расширения больший, чем у материала корпуса 1 и фильтрующего элемента 6. Спираль 10 установлена с минимальным зазором от стенок корпуса 1 и фильтрующего элемента 6. На внешней стороне корпуса 1 закреплен цилиндрический кожух теплообменника 11, снабженного патрубками 12 и 13 для входа и выхода теплоносителя (соответственно).

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

Топливо насосом из расходной емкости (на фиг 1 и 2 не показана) подается через входной патрубок 3 внутрь корпуса 1 на спираль 10. На вход теплообменника 11 через патрубок 12 подается теплоноситель (пар), разогревающий весь фильтр вместе с поступившим топливом, которое по спирали 10 перемещается вниз, при этом часть топлива просачивается между витками проволочной спирали 9 в щели 8 каркаса 7 фильтрующего элемента 6. За счет нагрева спираль 10 (благодаря большему, чем у корпуса и фильтрующего элемента линейному расширению) плотно примыкает к корпусу и фильтрующему элементу. На витках спирали 9 задерживаются механические примеси, содержащиеся в топливе. Эти примеси смываются потоком топлива, перемещающимся по спирали 10 в нижнюю часть корпуса 1 (таким образом происходит регенерация фильтра), а оттуда через патрубок 5 возвращаются в расходную емкость.

Очищенная от механических примесей разогретая часть топлива из фильтрующего элемента 6 через патрубок 4 поступает на распределительный клапан 2 (фиг 1). Образовавшийся в теплообменнике 11 конденсат через патрубок 13 сбрасывается в канализацию. Таким образом, в предлагаемом устройстве происходят одновременно очистка и нагрев топлива, что в конечном счете повышает качество образования эмульсии, поступающей после прохождения всей технологической схемы подготовки топлива к сжиганию (фиг. 1) на форсунки в топку котла.

Заявляемые способ и устройство являются промышленно применимыми, т.к. включают в себя применяемый способ (по а.с. СССР N 1273688), дополненный реально осуществимой операцией предварительной очистки топлива с одновременным его разогревом, а также применяемое устройство (по а.с. СССР N 1230633), снабженное работоспособными элементами, улучшающими его работу.

Предлагаемые способ и устройство по принципу действия, обеспечиваемому новой совокупностью существенных признаков, позволяют осуществить наиболее качественное образование водотопливной эмульсии, что в конечном итоге позволяет обеспечить ее лучшее сжигание.

Формула изобретения

1. Способ подготовки жидкого топлива к сжиганию путем его смешения с водой и получения водотопливной эмульсии, при котором смешивают весь объем воды при коэффициенте ее избытка К = 1,5 - 2,0 с частью топлива, полученную смесь (эмульсию) подают на диспергатор и далее на второй смеситель, на который подается также оставшееся топливо, отличающийся тем, что топливо, подаваемое на смеситель, предварительно (перед поступлением на распределительный клапан) очищают в фильтре, одновременно с этим нагревают, а ту часть топлива, которая не прошла в нем фильтрацию, возвращают в расходную емкость.

2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее корпус с установленным в нем цилиндрическим фильтрующим элементом, патрубки для подачи и выхода фильтруемой жидкости и сбросной патрубок, а также размещенную между внутренней стенкой корпуса и фильтрующим элементом спираль, примыкающую к подающему патрубку и выполненную с уменьшающимся по ходу жидкости шагом, при этом отношение соседних шагов спирали обратно пропорционально корню квадратному из их расстояния от торца фильтрующего элемента, расположенного у подающего патрубка, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде спирали из проволоки, навитой в направлении движения жидкости на цилиндрический каркас, имеющий продольные щели, при этом витки спирали "утоплены" в поверхность каркаса на 1/2 диаметра проволоки, расстояние между витками определяется степенью загрязнения фильтруемой жидкости, а ребра спирали, размещенной между корпусом и фильтрующим элементом, выполнены из материала с большим линейным расширением, чем у материала корпуса и фильтрующего элемента, спираль установлена с минимальным зазором от корпуса и фильтрующего элемента, на внешней стороне корпуса устройства закреплен цилиндрический кожух теплообменника, снабженного патрубками для подачи и выхода теплоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2