CN102175035B

CN102175035B - 机械搅拌式燃油掺水装置

Info

Publication number: CN102175035B
Application number: CN 201110045215
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: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: CN102175035A

Abstract

一种机械搅拌式燃油掺水装置，装置主要包括机械搅拌核心部件乳化器、水计量泵、燃油计量泵、掺水燃油油箱、电气系统，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，乳化器设有三级搅拌区。通过油和水流量流速调节、掺水燃油显微照片、以及乳化器精密的快速搅拌技术，并通过燃油掺水装置与油路、水路以及燃烧器等现场工况的匹配，可制备成在喷雾燃烧过程中能产生“微爆”效应的掺水燃油。且该装置不添加乳化剂也能使掺水燃油中水珠颗粒小、高度均匀稳定，装置运行维护容易，经济合理且能达到节能减排作用。

Description

机械搅拌式燃油掺水装置

技术领域

本发明涉及一种燃油掺水节能技术，尤其涉及一种机械搅拌式燃油掺水装置。

背景技术

燃油掺水技术是一项节能技术，因其高效节能、减少污染、降低烟气中硫、氮氧化物和烟尘的含量而得以广泛应用。

燃油掺水方法有添加乳化剂和不添加乳化剂两种，技术有多层滤网式、机械搅拌式、静态法、超声波法、簧片哨超声法等。多层滤网式对油质油温要求较高，运行条件苛刻，故在实际生产中运行并不理想；机械搅拌式虽制备简单，设备费用低，但制得的掺水颗粒大小不一，分散不均匀，易于分层；静态法结构简单，设备投资小，但添加剂用量大，掺水燃油质量不稳定，易出现油水分离；超声波法节油率高，掺水燃油质量好，不用任何添加剂，但该法需高频振荡源，能耗大，设备复杂，操作维修困难，故实践中不常用；簧片哨超声法不用任何乳化添加剂，即可制备出粒径小、分散性好的高质量掺水燃油，在经济效益方面较为合理，设备投资较少，操作、维护简单，工艺流程管道化程度高，适合于工业，尤其是大、中型工业应用，但簧片寿命短，簧片哨容易发生堵塞或断裂，故实践中应用也较少。

综上目前燃油掺水存在的问题:掺水比例无法控制；设器的处理量小，操作条件苛刻，寿命短；应用范围过窄；未能大面积推广，原因是乳化剂成本高，掺水燃油稳定性差。

发明内容

为解决上述现有燃油掺水技术存在的问题，本发明提供一种不添加乳化剂也能使掺水燃油中水珠颗粒小、高度均匀稳定，运行维护容易，经济合理且能达到节能减排作用的机械搅拌式燃油掺水装置。

本发明采用定量掺水、特制机械搅拌形成掺水燃油，在燃烧器内喷雾燃烧过程中发生“微爆”效应，达到节油、减排、增效的效果。

本发明是通过下述技术方案实现的：装置主要包括机械搅拌核心部件乳化器、水计量泵、燃油计量泵、掺水燃油油箱、电气系统，本发明的核心单元是机械搅拌核心部件乳化器，通过油和水流量流速调节、掺水燃油显微照片、以及精密的快速搅拌技术，并通过燃油掺水装置与油路、水路以及燃烧器等现场工况的匹配，研制而成新型燃油掺水装置，并可制备成在喷雾燃烧过程中能产生“微爆”效应的掺水燃油。

装置主体与油路和水路通过三个快速接口连接，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。

本技术不使用乳化剂，掺水燃油性能稳定。掺水燃油以高压经喷嘴进入燃烧器中，遇高温雾状燃油中微细水珠瞬间气化，二次雾化使油粒细分为小微粒，同空气中氧气充分接触，接近完全燃烧，提高燃烧效率，节省油耗，减少燃烧过程中产生碳烟。同时燃烧区域存在水蒸气，因水煤气反应，促进燃烧且抑制微观局部区域温度过高，从而降低氮氧化物产生。

本发明的有益效果是：乳化器高速搅拌技术保证油水混合均匀、水珠细分、水珠分散均匀，从而确保掺水燃油稳定性，定量进油和进水技术控制油中含水量，确保掺水燃油性质稳定，与一般乳化技术不同之处还在于不使用任何乳化用添加剂。

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为机械搅拌核心部件乳化器俯视图。

图2为机械搅拌核心部件乳化器主视图。

图3为本发明电气控制原理图。

图1-2中，1、燃油入口，2、入水口，3、燃油出口。

具体实施方式

下面结合实施例具体说明本发明。

在注汽锅炉上进行本燃油掺水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掺水装置时排烟处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%。使用本燃油掺水装置，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%。该燃油掺水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%。由此可见本燃油掺水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，其特征在于：装置主要包括机械搅拌核心部件乳化器、水计量泵、燃油计量泵、掺水燃油油箱、电气系统，装置主体与油路和水路通过三个快速接口连接，分别是掺水燃油出口、入水口和燃油入口，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；

乳化器设有三级搅拌区，在乳化器一级搅拌区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，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。