установка для подготовки мазута к сжиганию

Формула изобретения

1. Установка для подготовки товарного мазута к сжиганию, содержащая емкость с мазутом, последовательно соединенные фильтр грубой очистки, нагнетательный насос, фильтр тонкой очистки, устройства диспергирования воды в мазуте с трубопроводом рециркуляции на одном из них, отличающаяся тем, что в качестве емкости с мазутом установлена приемная емкость с паровым подогревателем, связанная с цистерной с товарным мазутом, а в качестве устройств диспергирования воды в мазуте в ней установлены гомогенизатор для грубого диспергирования с трубопроводом рециркуляции и эмульгирующий аппарат для тонкого диспергирования воды в мазуте, причем гомогенизатор установлен на выходе фильтра тонкой очистки, а эмульгирующий аппарат - на выходе гомогенизатора.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве гомогенизатора для грубого диспергирования воды в мазуте, в ней установлен турбулизатор, а в качестве эмульгирующего аппарата для тонкого диспергирования воды в мазуте - роторно-пульсационный аппарат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике подготовки товарного мазута к сжиганию в топках котлов.

Мазут доставляют на энергетические объекты в основном железнодорожным транспортом. Для выгрузки мазута из железнодорожных цистерн наиболее широко распространен слив с подогревом “открытым паром” (Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. Л., Недра, 1989, 250 с.).

В известных установках пар подается в цистерну по перфорированным штангам, опускаемым через горловину цистерны, соединенным с паропроводом. Разогрев и перемешивание мазута осуществляются за счет теплоты конденсации пара. Поэтому мазут значительно обводняется, так как на его разогрев расходуется большое количество пара - до 100 кг на тонну (Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Парогенераторы промышленных предприятий. М., Энергия, 1978, 336 с.). При хранении слитого таким образом мазута происходит коалесценция частиц воды, приводящая к образованию локальных линз большого объема. Их попадание в линию подачи мазута в котел ведет к замещению топлива водой, что приводит к аварийной ситуации, связанной со срывом пламени. Поэтому перед использованием мазута проводят его подготовку к сжиганию, заключающуюся в удалении воды или ее тонком диспергировании с целью ликвидации водяных линз.

Известно техническое решение подготовки жидкого топлива к сжиганию (Патент РФ №2083924, кл. F 23 К 5/00, 1997), в котором устройство для подготовки жидкого топлива к сжиганию содержит топливный резервуар, из которого топливо подают по магистральному трубопроводу, на котором установлен влагомер с системой управления и контроля исходной влажности топлива. По параллельным трубопроводам разной длины топливо направляют в смеситель гомогенизатора. Воду подают отдельным потоком из емкости в смеситель, из которого смесь топлива и воды поступает в гомогенизатор для получения водотопливной эмульсии. На водопроводе установлен расходомер, связанный с системой управления. Из гомогенизатора осуществляется отбор водотопливной эмульсии по параллельным трубопроводам разной длины и направление ее по магистральному трубопроводу через переключающий клапан в промежуточную емкость и далее на энергетическую установку. На магистральном трубопроводе установлен влагомер для определения влажности водотопливной эмульсии, связанный с системой управления. Через переключающий клапан водотопливная эмульсия может быть направлена по трубопроводу на возврат в смеситель или на возврат в топливную емкость.

Жидкое топливо отбирают из топливного резервуара, измеряют его влажность и направляют на гомогенизацию несколькими потоками. Отдельным потоком на гомогенизацию подают воду. После гомогенизации выравнивают концентрацию полученной водотопливной эмульсии по объему путем направления потоков эмульсии по нескольким трубопроводам. После смешивания потоков измеряют влажность водотопливной эмульсии и устанавливают расход воды в соответствии с влажностью исходного топлива. Подачу топлива на смешение несколькими потоками осуществляют для более равномерного распределения локальных включений воды по всему объему исходного топлива. Выравнивание концентрации водотопливной эмульсии по объему обеспечивают за счет прохождения отдельными потоками водотопливной эмульсии различного пути, определяемого длинами трубопроводов.

Однако это решение не всегда может обеспечить необходимую степень диспергирования воды в мазуте в силу того, что при большом объеме водяных линз разделение потоков оказывается не эффективным, поскольку прекращается подвод топлива к гомогенизатору для получения эмульсии. В результате весь поток возвращается в резервуар с обводненным топливом. При этом прекращается подача топлива в промежуточную емкость, которая должна быть значительного объема для бесперебойной работы энергетической установки при продолжительном возврате потока.

Кроме того, такое решение подготовки жидкого топлива к сжиганию технологически неудобно, так как устройство, в котором может быть реализовано данное решение, не может быть встроено в существующие типовые системы топливоподачи, например мазута, в которых отсутствуют промежуточные расходные емкости, предполагаемые данным патентом. Поэтому реализация известного изобретения требует сооружения дополнительного узла, сопряженного с основной схемой подачи топлива к энергетической установке.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленному изобретению является установка для подготовки к сжиганию водомазутной эмульсии (Патент РФ №2105930, кл. F 23 К 5/12, 1998) (Прототип).

Эта установка содержит расходную емкость с мазутом, к которой последовательно подсоединены фильтр грубой очистки, подогреватель, фильтр тонкой очистки, по меньшей мере, один шестеренчатый нагнетательный насос, по меньшей мере, одну форсунку, снабженную трубопроводом рециркуляции мазута, выход которого подсоединен к снабженному сопловыми наконечниками коллектору, размещенному в расходной емкости.

Отличительной особенностью установки является то, что выпускной патрубок насоса связан с впускным патрубком трубопроводом, на котором размешена регулирующая задвижка, каждый последующий нагнетательный насос установлен меньшей производительности, чем предыдущий, и к выпускному патрубку последнего насоса дополнительно подсоединено через регулирующую задвижку сопло, размещенное в камере смешения эжектора, выход которого подсоединен через регулирующую задвижку к выпускному патрубку первого насоса, а камера смешения связана трубопроводом с дополнительной расходной емкостью.

Указанное техническое решение имеет следующие недостатки:

1. Установка, оснащенная нагнетательными шестеренчатыми насосами, которые не в состоянии обеспечить высокую степень диспергирования воды в мазуте, а следовательно, и ее стабильность, в силу того, что при прохождении обводненного мазута через насос топливо перемещается по периферии рабочей камеры в межзубном пространстве шестерен, не подвергаясь при этом никакому механическому воздействию;

2. Установка сложна в управлении и настройке при изменении входных параметров.

Технической целью заявляемого изобретения является устранение отмеченных недостатков и упрощение установки для подготовки мазута к сжиганию.

Техническая цель достигается тем, что в установке для подготовки товарного мазута к сжиганию, содержащей емкость с мазутом, последовательно соединенные фильтр грубой очистки, нагнетательный насос, фильтр тонкой очистки, устройства диспергирования воды в мазуте с трубопроводом рециркуляции на одном из них, в отличие от прототипа в качестве емкости с мазутом установлена приемная емкость с паровым подогревателем, связанная с цистерной с товарным мазутом, а в качестве устройств диспергирования воды в мазуте в ней установлены гомогенизатор для грубого диспергирования с трубопроводом рециркуляции и эмульгирующий аппарат для тонкого диспергирования воды в мазуте, причем гомогенизатор установлен на выходе фильтра тонкой очистки, а эмульгирующий аппарат - на выходе гомогенизатора.

Отличается также тем, что в качестве гомогенизатора для грубого диспергирования воды в мазуте в ней установлен турбулизатор, а в качестве эмульгирующего аппарата для тонкого диспергирования воды в мазуте - роторно-пульсационный аппарат.

Отличительные признаки заявляемой установки от прототипа для достижения поставленной цели позволяют следующее.

Осуществлять получение водомазутной эмульсии на стадии приема товарного мазута, поступившего на объект в ж/д цистернах, что исключает необходимость проведения операций по гравитационному или химическому отделению воды от мазута и, следовательно, решить проблему утилизации замазученных вод. Мазут на вход установки подавать не из расходной емкости (резервуара), как в прототипе, а непосредственно из приемной, в которую мазут сливают из железнодорожных цистерн, что препятствует образованию водяных линз и позволяет встраивать установку в типовые схемы мазутонасосных станций. Диспергирование воды в мазуте вести сначала в гомогенизаторе (грубое диспергирование), а затем в эмульгирующем аппарате (тонкое диспергирование), что существенно улучшает качество диспергирования воды и стабильность водомазутной эмульсии. Для повышения эффективности грубого диспергирования воды в мазуте часть потока с гомогенизатора возвращать в приемную емкость для выравнивания в ней концентрации воды по объему мазута. Для тонкого диспергирования воды в мазуте использовать эмульгирующий аппарат, а именно, роторно-пульсационный, обладающий очень высокой эффективностью диспергирования воды в мазуте при минимальных энергозатратах. Для улучшения свойств водомазутной эмульсии путем доведения содержания воды в мазуте до оптимума (определяется экспериментально для конкретного котла) непосредственно на вход эмульгирующего аппарата можно вводить дополнительное количество воды. Гомогенизатор и эмульгирующий аппарат устанавливать не на линии подачи мазута в котел, а непосредственно за приемной емкостью, что обеспечивает, в случае необходимости, легкий переход на работу по штатной схеме в обход установки. Фильтр тонкой очистки использовать для дополнительного дробления глобул воды размером более 1 мм, повышая эффективность диспергирования воды в мазуте. Избежать реконструкции существующих схем топливоподачи при реализации предлагаемого решения.

Принципиальная схема предлагаемой установки приведена на чертеже.

Установка для подготовки товарного мазута к сжиганию содержит приемную емкость 1, оборудованную паровым подогревателем 2, которая посредством межрельсового сливного лотка 3 соединена с цистерной с товарным мазутом 4. К приемной емкости 1 последовательно через участки трубопровода 5 присоединены фильтр грубой очистки 6, нагнетательный насос 7, фильтр тонкой очистки 8, гомогенизатор (турбулизатор) 9 с трубопроводом рециркуляции 10 на его выходе и эмульгирующий аппарат 11 (роторно-пульсационный аппарат) для тонкого диспергирования воды в мазуте. На участке между гомогенизатором 9 и эмульгирующим аппаратом 11 и на трубопроводе рециркуляции 10 установлены расходомеры мазута 12 и 13. На трубопроводе 14 подачи воды в эмульгирующий аппарат 11 установлен расходомер воды 15 и регулятор расхода воды 16. На трубопроводах установлена запорная арматура (на схеме не обозначена). На выходе эмульгирующего аппарата 11 установлен влагомер 17, управляющий сигнал с которого подается на регулятор расхода воды 16 по линии обратной связи 18.

Установка для подготовки товарного мазута к сжиганию работает следующим образом. Товарный мазут разогревают “открытым паром” в цистерне 4, сливают в межрельсовый лоток 3, откуда он поступает в обогреваемую паровым подогревателем 2 приемную емкость 1. Водяной конденсат вместе с мазутом попадает в приемную емкость 1.

Из приемной емкости 1 по трубопроводу 5 через фильтр грубой очистки 6 мазут с водой подают насосом 7 на фильтр тонкой очистки 8, гомогенизатор 9, эмульгирующий аппарат 11 и далее в мазутохранилище.

В фильтре тонкой очистки 8 задерживаются механические примеси, способные нарушить нормальную работу эмульгирующего аппарата 11, и происходит первичное дробление глобул воды размером более 1 мм. В гомогенизаторе 9 производят грубое диспергирование частиц воды и выравнивание их концентрации по объему. Часть мазута (30-80%) возвращают по трубопроводу рециркуляции 10 в приемную емкость 1 для осреднения в ней распределения воды по объему. Расходомеры мазута 12 и 13 служат для контроля над соотношением расходов по трубопроводу 5 и трубопроводу рециркуляции 10, определяемым экспериментально и регулируемым запорной арматурой. Далее мазут подают на вход эмульгирующего аппарата 11 (роторно-пульсационного аппарата), куда одновременно по трубопроводу 14 можно подать нагретую до температуры мазута воду с целью улучшения свойств водо-мазутной эмульсии. Расход воды контролируется расходомером 15. Влажность водо-мазутной эмульсии контролируют влагомером 17 и поддерживают постоянной изменением подачи воды по трубопроводу 14, управляя регулятором расхода воды 16 по линии обратной связи 18 электрическим сигналом с влагомера 17. В эмульгирующем аппарате 11 вода диспергируется до размера глобул порядка 1-10 мкм и равномерно распределяется в массе мазута. В результате на выходе эмульгирующего аппарата 11 получают устойчивую к расслоению (не менее 30 суток) водомазутную эмульсию, которую закачивают в мазутохранилище.

Технологические параметры процесса подготовки мазута к сжиганию определяют расчетным путем по результатам анализа свойств товарного мазута на стадии проектирования установки.

Таким образом, предлагаемая установка легко встраивается в существующие схемы мазутного хозяйства, снижает эксплуатационные издержки на отделение воды от мазута, упрощает процесс подготовки мазута к сжиганию и обеспечивает получение высокостабильной водомазутной эмульсии, превосходящей по своим теплотехническим показателям обезвоженный мазут.

Предлагаемую установку для подготовки мазута к сжиганию предполагается использовать на теплоэнергетических объектах, потребляющих мазут.