Способ и установка для приготовления композиционного топлива
Изобретение относится к технологии производства композиционного топлива на основе углеводородной жидкости и воды и предназначено для использования в теплоэнергетической, топливной, транспортной и смежных отраслях промышленности. Способ основан на гидроакустической обработке смеси углеводородной жидкости и воды и включает их подачу на вход роторного гидродинамического устройства и отвод из него смеси жидкостей в циркуляционную емкость конической формы, из которой часть жидкости возвращается для дополнительной обработки, а другая ее часть отводится в качестве композиционного топлива. Подача в циркуляционную емкость осуществляется через циркуляционный коллектор тороидальной формы, в котором установлен струйный кавитатор. Установка содержит циркуляционный насос, роторное гидродинамическое устройство, циркуляционную емкость конической формы с тангенциальными входным и выходным, а также выпускным патрубками, контур рециркуляции, питательный насос и трубопроводы подачи углеводородной жидкости и воды. Дополнительно предусмотрен циркуляционный коллектор тороидальной формы с тангенциальными входными и выходным патрубками. В циркуляционном коллекторе установлен струйный кавитатор. Изобретение позволяет существенно повысить производительность процесса при одновременном достижении высокого качества композиционного топлива. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к технологии производства композиционного топлива на основе углеводородной жидкости и воды и непосредственно касается способа и установки для приготовления такого топлива, используемого на разнообразных энергетических объектах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники, в частности из патента RU 2211856, известен способ приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды, включающий их совместную подачу на вход роторного гидродинамического устройства и отвод из него обработанной смеси жидкостей в сообщающуюся с атмосферой циркуляционную емкость с контролируемым уровнем заполнения, из которой часть обработанной смеси жидкостей возвращается по контуру рециркуляции на вход роторного гидродинамического устройства для дополнительной обработки, а другая ее часть отводится на использование в качестве композиционного топлива в количестве 5...50% от количества поступающей в циркуляционную емкость обработанной смеси жидкостей.
Качество композиционного топлива, получаемого описанным способом, обратно пропорционально его количеству, отводимому на использование. Поэтому достижение достаточно высокого качества композиционного топлива приводит к соответствующему снижению производительности его приготовления. Кроме того, качество композиционного топлива здесь может эпизодически резко падать при возможном содержании в подаваемой углеводородной жидкости неожиданных крупных включений воды.
Из того же источника известна также установка для приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды, содержащая циркуляционный контур с последовательно включенными циркуляционным насосом, роторным гидродинамическим устройством и сообщенной с атмосферой циркуляционной емкостью с контролируемым уровнем заполнения, снабженной входным и выходным, а также выпускным патрубками, контур рециркуляции части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства, питательный насос для отвода из циркуляционной емкости обработанной смеси жидкостей на использование в качестве композиционного топлива, трубопроводы подачи углеводородной жидкости и воды на вход роторного гидродинамического устройства, запорно-регулирующие органы и соединительные трубопроводы.
Недостатки описанной установки предопределены вышеописанным способом и соответствуют ему.
Кроме того, из того же источника известно роторное гидродинамическое устройство для приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды, содержащее два соосных ротора, каждый из которых содержит рабочее колесо, выполненное в виде диска с периферийной кольцевой стенкой, имеющей ряд щелевидных отверстий, статор, вмещающий рабочие колеса, а также средства для раздельного встречного привода роторов с заданной частотой вращения. При этом рабочие колеса расположены оппозитно и образуют собой закрытую полость, а статор снабжен приемной полостью, которая сообщена с закрытой полостью рабочих колес через ряд впускных отверстий, выполненных в дисках рабочих колес.
Описанное роторное гидродинамическое устройство может быть успешно использовано в иных способах и установках, чем описанные выше.
ЗАДАЧА И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача настоящего изобретения состоит в создании таких способа и установки для приготовления композиционного топлива, которые позволяют повысить эффективность процесса гидроакустической обработки жидкости и тем самым существенно повысить производительность процесса при одновременном достижении высокого качества композиционного топлива, определяемого его теплотехническими свойствами.
Поставленная задача решается предлагаемым способом приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды, включающим, как и упомянутый известный, их совместную подачу на вход роторного гидродинамического устройства и отвод из него обработанной смеси жидкостей в сообщающуюся с атмосферой циркуляционную емкость с контролируемым уровнем заполнения, из которой часть обработанной смеси жидкостей возвращается по контуру рециркуляции на вход роторного гидродинамического устройства для дополнительной обработки, а другая ее часть отводится на использование в качестве композиционного топлива.
Согласно изобретению, подача углеводородной жидкости и возврат части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства осуществляются через циркуляционную емкость конической или близкой формы, при этом подача углеводородной жидкости и возвращаемой части обработанной смеси жидкостей в циркуляционную емкость осуществляется тангенциально в ее верхнюю часть с большим диаметром, а отвод из циркуляционной емкости на вход роторного гидродинамического устройства осуществляется тангенциально из ее нижней части с меньшим диаметром.
Описанное осуществление способа приготовления композиционного топлива позволяет в принципе решить поставленную задачу, описанную выше.
Другие особенности предлагаемого способа приготовления композиционного топлива представлены ниже в подробном описании изобретения.
Описанный способ приготовления композиционного топлива реализуется установкой для его осуществления, представляющей неотъемлемую составную часть общего изобретательского замысла. Она содержит, как и упомянутая выше известная установка, циркуляционный контур с последовательно включенными циркуляционным насосом, по крайней мере одним роторным гидродинамическим устройством и сообщенной с атмосферой циркуляционной емкостью с контролируемым уровнем заполнения, снабженной входным и выходным, а также выпускным патрубками, контур рециркуляции части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства, питательный насос для отвода из циркуляционной емкости обработанной смеси жидкостей на использование в качестве композиционного топлива, трубопроводы подачи углеводородной жидкости и воды на вход роторного гидродинамического устройства, запорно-регулирующие органы и соединительные трубопроводы. При этом, согласно изобретению, циркуляционная емкость выполнена в виде тела вращения конической или близкой формы с обращенным вверх большим основанием, при этом входной патрубок расположен тангенциально вверху, а выходной патрубок - тангенциально внизу циркуляционной емкости.
Другие особенности предлагаемой установки для приготовления композиционного топлива представлены ниже в подробном описании изобретения.
Подробности изобретения будут ясны из нижеследующего детального описания примеров его осуществления со ссылками на схематические чертежи.
ЧЕРТЕЖИ
На прилагаемых схематических чертежах, иллюстрирующих наиболее предпочтительное воплощение изобретения, представлены
фиг.1 - схема установки согласно изобретению, вид сбоку;
фиг.2 - то же, вид сверху.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды включает их совместную подачу с помощью циркуляционного насоса 1 (Фиг.1, 2) на вход по крайней мере одного роторного гидродинамического устройства 2 и отвод из него обработанной смеси жидкостей в сообщающуюся с атмосферой циркуляционную емкость 3 с контролируемым уровнем заполнения. Из циркуляционной емкости 3 часть обработанной смеси жидкостей возвращается по контуру рециркуляции на вход роторного гидродинамического устройства 2 для дополнительной обработки, а другая ее часть отводится питательным насосом 4 на использование в качестве композиционного топлива.
Согласно изобретению, подача углеводородной жидкости и возврат части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства 2 осуществляются через циркуляционную емкость 3 конической или близкой формы. При этом подача углеводородной жидкости и возвращаемой части обработанной смеси жидкостей в циркуляционную емкость 3 осуществляется тангенциально в ее верхнюю часть с большим диаметром, а отвод из циркуляционной емкости 3 на вход роторного гидродинамического устройства 2 осуществляется тангенциально из ее нижней части с меньшим диаметром. Отвод питательным насосом 4 обработанной смеси жидкостей на использование в качестве композиционного топлива осуществляется из донной части циркуляционной емкости 3. Отбор возвращаемой в циркуляционную емкость 3 части обработанной смеси жидкостей осуществляется с выхода питательного насоса 4. Такая организация потоков обеспечивает вихревое движение жидкости в конической циркуляционной емкости 3, характеризующееся увеличением скорости вращения по мере уменьшения ее радиуса. При этом осуществляется интенсивное перемешивание содержимого циркуляционной емкости 3 перед его поступлением на вход циркуляционного насоса 1. Это позволяет повысить эффективность гидродинамической обработки смеси углеводородной жидкости и воды и делает некритичным возможное содержание в подаваемой углеводородной жидкости неожиданных крупных включений воды.
Согласно предпочтительному воплощению изобретения, углеводородная жидкость, возвращаемая часть обработанной смеси жидкостей и отводимая из роторного гидродинамического устройства обработанная смесь жидкостей подаются в циркуляционную емкость 3 через циркуляционный коллектор 5 тороидальной или близкой формы в тангенциальном к его периферийной окружности направлении. Отвод содержимого циркуляционного коллектора 5 в циркуляционную емкость 3 также осуществляется в тангенциальном направлении. При этом в циркуляционном коллекторе 5 формируется кольцевой поток со спиралеобразными линиями тока и осуществляется интенсивное перемешивание содержимого перед его поступлением в циркуляционную емкость 3. Это позволяет дополнительно повысить эффективность гидродинамической обработки смеси углеводородной жидкости и воды.
Согласно наиболее предпочтительному воплощению изобретения, жидкость в циркуляционном коллекторе 5 подвергается дополнительной навигационной обработке с помощью установленного в нем по крайней мере одного струйного кавитатора 6 любого известного типа. Это позволяет еще более повысить эффективность гидродинамической обработки смеси углеводородной жидкости и воды и значительно увеличить относительное количество композиционного топлива, отводимого из циркуляционной емкости 3 на использование. Так, при достижении наиболее высокого качества композиционного топлива это количество повышается в несколько раз и составляет до 25% (вместо 5% в описанном выше аналоге) от количества поступающей в циркуляционную емкость 3 обработанной смеси жидкостей. Соответственно повышается производительность процесса.
В любом из воплощений изобретения часть смеси жидкостей, поступающей на вход роторного гидродинамического устройства 2, может возвращаться в циркуляционную емкость 3 для усиления эффекта гомогенизации и для целей регулирования процесса.
В результате такого комбинированного воздействия обрабатываемая смесь углеводородной жидкости и воды подвергаются не только высокодисперсному эмульгированию, но и, как установлено исследованиями, определенной физико-химической трансформации с образованием дополнительных горючих компонентов и кислорода в результате химических реакций углеводородов с водой. Благодаря этому при сжигании подобного композиционного топлива, например с 25%-ным замещением углеводородной жидкости водой, его низшая теплота сгорания, как установлено экспериментально, может оставаться практически неизменной или даже возрастать по сравнению с низшей теплотой сгорания исходной углеводородной жидкости, при этом одновременно достигается более полное сгорание с соответственно меньшей токсичностью продуктов горения.
Установка для приготовления композиционного топлива (Фиг.1, 2) путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды содержит циркуляционный контур с последовательно включенными циркуляционным насосом 1, по крайней мере одним роторным гидродинамическим устройством 2 и сообщенной с атмосферой или эксгаустером циркуляционной емкостью 3 с контролируемым, например, датчиком 7 уровнем заполнения. Циркуляционная емкость 3 снабжена входным и выходным, а также выпускным патрубками 8, 9 и 10 соответственно. Установка содержит также контур рециркуляции 11 части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства 2, питательный насос 4 для отвода из циркуляционной емкости 3 обработанной смеси жидкостей на использование в качестве композиционного топлива, трубопроводы подачи углеводородной жидкости 12 и воды 13 на вход роторного гидродинамического устройства 2, а также запорно-регулирующие органы и соединительные трубопроводы. В качестве роторного гидродинамического устройства 2 может использоваться практически любое подходящее устройство подобного типа, в частности описанное выше.
Согласно изобретению, циркуляционная емкость 3 выполнена в виде тела вращения конической или близкой формы с обращенным вверх большим основанием, при этом входной патрубок 8 расположен тангенциально вверху, а выходной патрубок 9 - тангенциально внизу циркуляционной емкости 3.
Согласно предпочтительному воплощению изобретения, установка дополнительно содержит циркуляционный коллектор 5 тороидальной или близкой формы, снабженный тангенциальными к его периферийной поверхности входными патрубками 14...17 и выходным патрубком 18, при этом к входным патрубкам 14...17 подведены соответственно трубопроводы подачи углеводородной жидкости 12, отвода обработанной смеси жидкостей из роторного гидродинамического устройства 19 и возврата части обработанной смеси жидкостей 20, а выходной патрубок 18 соединен трубопроводом 21 с входным патрубком 8 циркуляционной емкости 3.
Согласно наиболее предпочтительному воплощению изобретения, в циркуляционном коллекторе 5 установлен по крайней мере один струйный кавитатор 6 любого известного типа, в простейшем случае, например, дроссельная шайба. Предпочтительно выполнение струйного навигатора 6 в виде сопла Лаваля.
В любом из воплощений изобретения установка содержит дополнительный контур 22 рециркуляции части смеси жидкостей с выхода циркуляционного насоса 1 в циркуляционную емкость 3, служащий для усиления эффекта гомогенизации и для целей регулирования процесса.
Описанная установка в наиболее предпочтительном воплощении работает следующим образом.
Циркуляционным насосом 1 поддерживается постоянная циркуляция обрабатываемой смеси углеводородной жидкости и воды в циркуляционном контуре: циркуляционная емкость 3 - циркуляционный насос 1 - роторное гидродинамическое устройство 2 - циркуляционный коллектор 5 - циркуляционная емкость 3. Этот циркуляционный контур постоянно подпитывается углеводородной жидкостью по трубопроводу 12 и водой по трубопроводу 13. Готовое композиционное топливо отбирается из циркуляционной емкости 3 питательным насосом 4 и направляется по трубопроводу 23 в емкость для хранения или непосредственно к горелочным устройствам теплоэнергетического объекта. Часть обработанной смеси жидкостей отбирается с выхода питательного насоса 4 и возвращается на вход роторного гидродинамического устройства 2 по контуру рециркуляции 11, включающему циркуляционный коллектор 5, циркуляционную емкость 3 и циркуляционный насос 1. Часть смеси жидкостей отбирается с выхода циркуляционного насоса 1 и через циркуляционный коллектор 5 возвращается в циркуляционную емкость 3, образуя дополнительный контур рециркуляции 22. Оба контура рециркуляции 11 и 22 в сочетании с запорно-регулирующими органами обеспечивают возможность управления рабочими параметрами установки.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Область эффективного промышленного применения изобретения охватывает теплоэнергетическую, топливную, транспортную отрасли промышленности, а также смежные и другие отрасли, связанные с производством и/или применением жидкого топлива.
Обработке согласно изобретению могут быть успешно подвергнуты практически любые углеводородные жидкости, такие как нефть, мазут, дизельное топливо, бензин, а также всевозможные растворы, эмульсии, суспензии и т.п. в широком диапазоне вязкости и других физико-химических свойств. Одним из компонентов жидкой обрабатываемой смеси с успехом может быть твердое вещество, вводимое как в сухом измельченном виде, так и в виде суспензии.
Ниже приведен конкретный пример практической реализации способа и установки для приготовления композиционного топлива согласно изобретению применительно к приготовлению водомазутного композиционного топлива для котельной установки.
| Таблица. Пример осуществления изобретения. | ||
| Наименование | Единица измерения | Величина |
| Производительность циркуляционного насоса | м3/час | 100 |
| Давление жидкости на входе в роторное гидродинамическое устройство | кгс/см2 | 2,5 |
| Производительность питательного насоса | м3/час | 60 |
| Давление, развиваемое питательным насосом | кгс/см2 | 10...18 |
| Давление подаваемой в установку воды | кгс/см2 | 2...4 |
| Производительность установки для приготовления композиционного топлива | м3/час | 30...50 |
| Объем циркуляционной емкости | м3 | 1 |
| Наружный диаметр циркуляционного коллектора | мм | 1300 |
| Диаметр сечения циркуляционного коллектора | мм | 200 |
| Относительная низшая теплота сгорания композиционного топлива по сравнению с исходным топливом (90% мазут, 10% вода) | % | 100 |
| То же (70% мазут, 30% вода) | % | 96 |
1. Способ приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды, включающий их совместную подачу на вход по крайней мере одного роторного гидродинамического устройства и отвод из него обработанной смеси жидкостей в сообщающуюся с атмосферой циркуляционную емкость с контролируемым уровнем заполнения, из которой часть обработанной смеси жидкостей возвращается по контуру рециркуляции на вход роторного гидродинамического устройства для дополнительной обработки, а другая ее часть отводится на использование в качестве композиционного топлива, отличающийся тем, что подача углеводородной жидкости и возврат части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства осуществляются через циркуляционную емкость конической или близкой формы, при этом подача углеводородной жидкости и возвращаемой части обработанной смеси жидкостей в циркуляционную емкость осуществляется тангенциально в ее верхнюю часть с большим диаметром, а отвод из циркуляционной емкости на вход роторного гидродинамического устройства осуществляется тангенциально из ее нижней части с меньшим диаметром.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводородная жидкость, возвращаемая часть обработанной смеси жидкостей и отводимая из роторного гидродинамического устройства обработанная смесь жидкостей подаются в циркуляционную емкость через циркуляционный коллектор тороидальной формы в тангенциальном к его периферийной окружности направлении.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что жидкость в циркуляционном коллекторе подвергается дополнительной навигационной обработке с помощью установленного в нем по крайней мере одного струйного кавитатора.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что часть смеси жидкостей, поступающей на вход роторного гидродинамического устройства, возвращается в циркуляционную емкость.
5. Установка для приготовления композиционного топлива путем гидроакустической обработки смеси углеводородной жидкости и воды, содержащая циркуляционный контур с последовательно включенными циркуляционным насосом, по крайней мере одним роторным гидродинамическим устройством и сообщенной с атмосферой циркуляционной емкостью с контролируемым уровнем заполнения, снабженной входным и выходным, а также выпускным патрубками, контур рециркуляции части обработанной смеси жидкостей на вход роторного гидродинамического устройства, питательный насос для отвода из циркуляционной емкости обработанной смеси жидкостей на использование в качестве композиционного топлива, трубопроводы подачи углеводородной жидкости и воды на вход роторного гидродинамического устройства, запорно-регулирующие органы и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что циркуляционная емкость выполнена в виде тела вращения конической или близкой формы с обращенным вверх большим основанием, при этом входной патрубок расположен тангенциально вверху, а выходной патрубок - тангенциально внизу циркуляционной емкости.
6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит циркуляционный коллектор тороидальной формы, снабженный тангенциальными к его периферийной поверхности входными патрубками и выходным патрубком, при этом к входным патрубкам подведены трубопроводы подачи углеводородной жидкости, отвода обработанной смеси жидкостей из роторного гидродинамического устройства и возврата части обработанной смеси жидкостей, а выходной патрубок соединен трубопроводом с входным патрубком циркуляционной емкости.
7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что в циркуляционном коллекторе установлен по крайней мере один струйный кавитатор.
8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что струйный кавитатор выполнен в виде сопла Лаваля.
9. Установка по любому из пп.5-8, отличающаяся тем, что она содержит дополнительный контур рециркуляции части смеси жидкостей с выхода циркуляционного насоса в циркуляционную емкость.
