CN102080830A

CN102080830A - 机械搅拌式燃油掺水装置中油品调节方法

Info

Publication number: CN102080830A
Application number: CN 201110042749
Authority: CN
Inventors: 朱益民; 李铁; 唐晓佳; 刘爽
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: CN102080830B

Abstract

一种机械搅拌式燃油掺水装置中油品调节方法，本发明包括的主要设备为机械搅拌核心部件乳化器、掺水燃油油箱、燃油计量泵、水计量泵、背压阀、安全阀、采样点、高倍显微镜。柱塞式水计量泵的精确控制保证油中含水稳定，三处油样热恒温萃取及时反馈油中含水量及变化，显微观测和乳化器装备技术保证水珠粒径调节、分散均匀，锅炉燃烧热效率测量为运行条件的优化提供可靠依据，从而保证高品质掺水燃油的生成，节油效果显著。

Description

机械搅拌式燃油掺水装置中油品调节方法

技术领域

本发明涉及一种燃油掺水节能技术，尤其涉及燃油掺水装置中油品调节方法。

背景技术

掺水燃油是目前应用最为广泛的清洁燃料之一，但在实际应用中仍存在许多尤待解决的问题，如稳定性欠佳、节油效果不明显、燃烧后污染物浓度高等。究其原因主要是对燃油掺水后的物化性质缺乏足够了解，因为液体燃料的粘度、表面张力、界面张力，以及掺水后的稳定性及分散度对油水混合液状态和应用效果有很大影响。

从节油的角度看，燃油掺水量越大越好，但随着掺水量的增大会产生一系列的负面影响：掺水量增大，粘度增加，导致加热温度升高、能耗增大；稳定性随掺水量的增大而降低，从而易出现破乳，因此掺水量不宜过多；掺水后燃油表面张力略有下降，界面张力大幅下降；随掺水量的增大，CO、NO_x与烟尘生成量是逐渐降低的，燃烧得到改善，但增大到某一特定值时，CO、NO_x和烟尘浓度反而增加，燃烧质量变差。可见，掺水量控制对燃油本身性能、燃烧性能和排放特性都具有十分重要的意义。综合考虑CO、NO_x和烟尘浓度以及掺水燃油的性能影响因素几个方面，兼顾节能和减排，认为掺水量在3-10％之间为宜。但是利用人工进行油水配制难度大，可操作性差，因此通过对燃油掺水前后的物化性质进行合理评估，设计一种优化的掺水量控制系统，按所需的油水比例将燃油和水连续地混合到一起，确保含水稳定的同时实现在线调节是很有必要的。

发明内容

为解决掺水燃油中含水的稳定，本发明提供一种自动控制掺水燃油中油品调节方法，应用在机械搅拌式燃油掺水装置中。

机械搅拌式燃油掺水装置主体与油路和水路连接通过三个快速接口，分别是掺水燃油出口、入水口和燃油入口，在实际应用中，如为燃油锅炉供燃料油，回油可通过第四个快速接口将回油传输到掺水燃油油箱中。与入水口相连的水路上设置水计量泵，与燃油入口相连的油路上设置燃油计量泵；分别采用燃油计量泵和水计量泵对注入乳化器的燃油和水进行准确计量，确定水/燃油配比在3-10％之间并进行可靠控制；

燃油经输油管传输，在燃油计量泵的作用下注入乳化器燃油入口。乳化器设有三级搅拌区，在乳化器一级区搅拌燃油入口处设有一个开孔率达70％、每一小孔孔径小于10微米的滤网，燃油经滤网作用形成微米粒径的燃油束，射入乳化器一级搅拌区，油束速度控制在0.5-1.0m/s之间。水经输水管传输，在水计量泵的作用下注入机械搅拌核心部件乳化器入水口，进入乳化器一级搅拌区。乳化器一级搅拌区中圆柱状转子以顺时针转动，因转子与定子间间隙小于5微米，带动进入的水流在其圆柱表面形成厚度小于5微米的水层，并顺时针流动，水流速度约在50-100m/s。快速流动的微米级厚度的水层与快速的微米级燃油束垂直碰撞，在对冲力、剪切力、摩擦力、以及表面张力的作用下，在燃油中形成微米级水珠。初步形成的掺水燃油在一级搅拌区转子的带动下经一级搅拌区和二级搅拌区之间入口进入二级搅拌区，依次进入三级搅拌区，最后形成掺水燃油从机械搅拌核心部件乳化器出油口排出，经输油管进入掺水燃油油箱后储存备用。二级搅拌和三级搅拌均为齿轮搅拌，其转子表面为齿轮，两者通过齿轮咬合传动，且咬合传动之处因狭缝挤压作用也起到搅拌作用，二级、三级搅拌主要起到水珠均匀分散于燃油之中的作用。机械搅拌核心部件乳化器的转动依托于与二级搅拌连接的驱动齿轮，它在上方搅拌电机驱动下逆时针转动，并带动二级搅拌同向转动，进而带动三级搅拌顺时针转动。同时，驱动齿轮与一级搅拌上方的齿轮相互咬合，驱动其顺时针转动，带动一级搅拌同向转动。通过以上三级搅拌，形成“水包油”型掺水燃油；同理，调换燃油和水入口，并适当改变运行参数，可得到“油包水”型掺水燃油，一机实现两种类型掺水燃油生产。

本发明是通过下述技术方案实现的：机械搅拌式燃油掺水装置中油品调节方法包括的主要设备为机械搅拌核心部件乳化器、掺水燃油油箱、燃油计量泵、水计量泵、背压阀、安全阀、采样点、高倍显微镜。通过燃油和水流量流速调节、掺水燃油燃烧热效率测量，优化水油配比，并依靠可靠的含水测量及相应的自动控制系统，实现计量配比相关参数信息反馈，显微观测和乳化器装备技术保证水珠粒径调节、分散均匀，制出含水稳定并具节能减排效果的掺水燃油。燃油经输油管传输，采用配带安全阀的齿轮式燃油计量泵，通过两个齿轮相互啮合过程中所产生的工作容积变化来输送燃油，燃油计量泵每转一转，燃油排出量是一样的，改变燃油计量泵转速即可调节燃油输送量，转速越快，输送量越大，然后在＜5atm的有压条件下将燃油注入机械搅拌核心部件乳化器燃油入口。纯水经输水管传输，采用柱塞式水计量泵，通过机械联杆系统带动水输送活塞实现往复运动完成吸入-排出过程。柱塞行程固定，则每周期的纯水排出量不变，改变柱塞的行程和周期即可调节水输送量，同样在＜5atm的有压条件下将水注入机械搅拌核心部件乳化器入水口。同时在柱塞式水计量泵出口处设置背压阀，以稳定水计量泵的输出流量，此外它还起到消减由于虹吸产生的流量及压力波动的作用。确定3-10％之间的水/油配比，调节燃油计量泵齿轮转速和水计量泵柱塞行程、周期定量进油和进水。当燃油和水的输送速度按要求的配比和单位时间内的输送量调整好后，计量配比输送过程就可连续不断地进行。燃油和水在机械搅拌核心部件乳化器的作用下形成掺水燃油从掺水燃油出口排出，经输油管进入掺水燃油油箱后储存备用。如为燃油锅炉供燃料油，回油可通过第四个快速接口将回油传输到掺水燃油油箱中。分别在机械搅拌核心部件乳化器掺水燃油出口、掺水燃油油箱出口、锅炉入口处设置掺水燃油采样点，采用热恒温萃取法，测定三处油样静置分离后的纯水体积即含水量，并通过对柱塞泵行程的精确控制确保油中含水稳定在设定范围值，即通过对油样含水量的实时监测，实现对纯水的准确计量，确保燃油的含水稳定。

利用高倍显微镜观测掺水燃油水珠分布及水珠粒径，并根据锅炉燃烧热效率测量确证掺水燃油节能减排效果，由燃烧指标进一步优化运行条件，通过对柱塞行程和周期的调控达到精确控制进水量；调节一级搅拌区和二级搅拌区之间的微米量级入口宽度使水珠粒径更为微细，调节二级和三级搅拌区齿轮转速使掺水燃油分布更加均匀，从而确保掺水燃油具备优良的节能减排性能。

本发明的有益效果是：柱塞式水计量泵的精确控制保证油中含水稳定，三处油样热恒温萃取及时反馈油中含水量及变化，显微观察、精密机械装备技术保证水珠细分、分散均匀，燃烧热效率的测量为运行条件的优化提供可靠的依据，从而保证高品质掺水燃油的生成，使得CO、NO_x和烟尘浓度降低，节油效果显著。

附图说明

下面结合附图和具体的实施方式对本发明做进一步的描述。

图1是本发明方法中系统管路原理图。

图2是乳化器结构原理图。

图中，1、燃油入口，2、水入口，3、掺水燃油出口，4、乳化器，5、采样点A，6、采样点B，7、采样点C，8、掺水燃油油箱，9、锅炉。

具体实施方式

下面结合实施例具体说明本发明。

在注汽锅炉进行本燃油乳化装置使用前后节能效果的热工测试。采用正、反平衡法试验相结合进行测试，以正平衡法试验测得的效率为主；测试时炉子运行负荷波动范围在±10％以内；测试在炉子热工况稳定时进行，稳定时间从冷态点火到正式测试不少于8小时，锅炉运行时燃烧品质基本保持一致。测试结果见下表。

在当时测试条件下，该注汽锅炉在没有使用燃油乳化装置时排烟处CO₂含量是8.6％，CO含量是26.6×10^-6，排烟处O₂含量是9.6％，测试热效率为84.1％。使用本燃油乳化装置，得到相同测试条件下排烟处CO₂含量是8.1％，CO含量是12.0×10^-6，排烟处O₂含量是10.1％，测试效率为88.6％。该燃油乳化装置应用注汽锅炉上，在含水量为3.49％的情况下节能率为5.1％。由此可见本燃油乳化装置具有显著的节能减排功效。

本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims

1.一种机械搅拌式燃油掺水装置中油品调节方法，其特征在于：所涉及的主要设备包括机械搅拌核心部件乳化器(4)、掺水燃油油箱(8)、燃油计量泵、水计量泵、背压阀、安全阀、采样点、高倍显微镜；燃油经输油管传输，采用配带安全阀的齿轮式燃油计量泵，在＜5atm的有压条件下将燃油注入机械搅拌核心部件乳化器燃油入口(1)；纯水经输水管传输，采用柱塞式水计量泵，同样在＜5atm的有压条件下将水注入机械搅拌核心部件乳化器入水口(2)，在柱塞式水计量泵出口处设置背压阀；确定3-10％之间的水/油配比，调节燃油计量泵齿轮转速和水计量泵柱塞行程、周期定量进油和进水；燃油和水在机械搅拌核心部件乳化器的作用下形成掺水燃油从掺水燃油出口排出，经输油管进入掺水燃油油箱后储存备用；为燃油锅炉(9)供燃料油的回油通过第四个快速接口将回油传输到掺水燃油油箱中，分别在机械搅拌核心部件乳化器掺水燃油出口(3)、掺水燃油油箱出口、锅炉入口处设置掺水燃油采样点A(5)、采样点B(6)、采样点C(7)，采用热恒温萃取法，测定三处油样静置分离后的纯水体积即含水量，并通过对柱塞泵行程的精确控制确保油中含水稳定在设定范围值；利用高倍显微镜观测掺水燃油水珠分布及水珠粒径，并根据锅炉燃烧热效率测量确证掺水燃油节能减排效果，由燃烧指标进一步优化运行条件，通过对柱塞泵行程和周期的调控达到精确控制进水量；调节一级搅拌区和二级搅拌区之间的微米量级入口宽度使水珠粒径更为微细，调节二级和三级搅拌区齿轮转速使掺水燃油分布更加均匀。