CN102743986A

CN102743986A - 燃油乳化装置

Info

Publication number: CN102743986A
Application number: CN2011102247166A
Authority: CN
Inventors: 李天德
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2012-10-24
Also published as: US20120279118A1; CN202199276U; TW201243244A

Abstract

一种燃油乳化装置，包含一条燃油管路、一条供水管路、一个混合槽、一个第一乳化装置、一个第二乳化装置及一个储存槽。该混合槽连结该燃油管路与该供水管路，且混合后的燃油与水由一条引出管路送出，并接着由该第一乳化装置进行第一次乳化，由该第二乳化装置进行第二次乳化，最后乳化完成的混合油液引至该储存槽储放。借此，在不需要添加乳化剂，且乳化后的混合油液燃烧时，由于是油包水的颗粒，会产生二次雾化即微爆效应，达到良好的燃烧效果。

Description

燃油乳化装置

技术领域

本发明涉及一种燃油处理设备，特别是涉及一种提供燃烧器所使用燃油的燃油乳化装置。

背景技术

一般燃油(重油、柴油、渣油)乳化燃烧技术是以“微爆”理论为基础，该技术是在燃油中(重油、柴油、渣油)加入乳化剂，将水以很小的颗粒分散于油中，形成油包水型(W/O)乳状液(不大于5μm的颗粒占82％以上)。用高压泵将乳化油经一次雾化以雾状喷入燃烧炉时，表面的油一旦燃烧，油内的水珠即被加热气化，体积急剧膨胀，瞬间把油滴爆开(形成二次雾化)，产生“微爆效应”。由于二次雾化使油滴碎裂成更细小的雾状油滴，此时油滴比表面积大，可与空气中的氧充分接触燃烧，缩短燃烧时间，从而使重油燃烧更完全，火焰更明亮，提高了热效率，消除了黑烟，达到节油的目的。乳化水在燃烧过程中形成的水蒸气，在高温下与燃烧中的碳发生化学反应，生成水煤气，水煤气再燃烧，增加了燃烧放热量，并可消除黑烟，防止结焦，还能将原有的结焦清除，且燃烧中产生的大量水蒸气是三原子气体，可进一步加强热传导和热辐射，改善传热效果。

重质燃料油在工业炉、窑炉、船用锅炉等热能动力设备上使用广泛，但是因为其含有大量的胶质，沥青质，在与氧充分接触前受热(650℃)裂解而生成炭黑(析炭)。当空气不足或混合不好时，炭黑来不及燃烧而引起冒黑烟，妨害设备正常运行，造成能量损失和大气污染。随着世界性的能源短缺和环境污染危机的来临，国内外都在寻求和开发节约能源的各种方法和途径，城市以油代煤，以清洁燃料代替重污染燃料的发展趋势很快。因此，改善重质燃料油的燃烧质量，不但对生产企业具有很大的经济效益，而且对提高环保质量具有重大的社会意义。燃油掺水乳化技术是一项新的节能减排技术，它不但节约能源，而且能减少环境污染，降低烟气中硫化物、氮氧化合物和烟尘的含量。

高的燃烧效率是高热效率的前提，全自动比例燃烧装置能使加热炉的燃烧效率达到99％以上，但是这种燃烧器结构复杂，造价较高，因而并未得到广泛的运用。乳化燃油可以提高燃油的燃烧效率，节省燃料，乳化油的微爆效应产生的超雾化作用是在燃烧过程中实现的，并不需要好的雾化设备，这就为普通燃油燃烧器燃烧效率的提高提供了良好的条件。实际上也为普通燃烧器找到了使用市场，使得加热炉在燃烧系统的投资上可以达到节资增效的目的。

随着技术的发展和进步，各国都不但对燃烧炉的热效率设计提出了严格的规定，而且要求其在燃烧上达到三废排放标准，同时在满足热负荷的前提下，尽量占用较少的空间。乳化油的燃烧不但能利用其微爆效应强化炉内燃烧，而且微爆效应产生的炉内较强的搅动和扰流增强了炉内的对流换热效果。过热水蒸气能够增大辐射室内烟气的浓度，强化了辐射换热，使得炉膛单位体积的热流密度增大，提高了单位钢材的热负荷能力，这样就可以减少炉体的换热面积，从而减少辐射室和对流室的钢材耗量，从结构上带动燃烧炉的革新与改进，降低炉子的造价。另外，在燃烧过程中掺入的水在炉内气化吸热，使火焰中心局部温度下降且趋于均匀，实现低温燃烧，有利于减少氮氧化物和硫氧化物的生成，达到环保的要求。高温下，水蒸气与未完全燃烧的炭粒发生水煤气反应。水煤气反应虽不增加燃料的可燃成分，但是能提高可燃成分的燃烬率，使实际发热量增加。油雾中水蒸气的存在，产生大量的氢氧离子，可以加快CO的燃烧，从而减小过剩空气系数。这样，空气加热和由烟道气带走的热量都相应减少。另外，水变成蒸汽后会产生一种汽提效应，能除去CO₂、N₂等惰性气体在油滴表面形成的气膜，加快燃烧过程和热的传导，提高传热效率。同时，上述反应减少了火焰中的炭粒，提高了进料的燃烧效率，从而达到了节能的目的。

目前，虽然国内外对燃油掺水乳化技术的应用研究较多，但是对乳化后的燃油物性变化影响因素的系统研究却很少。因此，对乳化燃油的实际应用缺少理论性指导，乳状液的物性不但与连续相有关，而且与分散相、分散相的加入量以及分散相的分散性和微粒粒径有关。

在工业生产和科学研究中，必须用一定的方式来制备乳状液，因为不同的混合方式或分散手段常常直接影响乳状液的稳定性。

乳化油常用的乳化方式主要有以下几种方式：

1.多层滤网式乳化：该方法在实际应用中较为常见，但是由于对油质、油温要求较高，所以在实际生产中运行并不理想。

2.机械搅拌乳化：该方法通过在一定温度下将油水搅拌而使其混合均匀，达到乳化之效果，但是因为频率不高(不高于500Hz)搅拌器转速一般不超过3000r/min，而导致乳化颗粒大小不一，分散不均匀，易于分层，有待进一步加强改进。

3.超声波乳化：该方法具有较高的稳定性，且在高频(20000Hz左右)震荡下能产生强制压缩乳化颗粒细小均匀，不易分层。但是该法需要高频振荡源，所以实践中不常用。

4.簧片哨超声乳化：油和水按一定比例通过喷嘴高速喷出，迎面冲击固定在支座上的簧片，使之产生振动发射出超声波，以迫使油水激烈分散。其频率大约5000Hz，乳化效果较机械搅拌好，但是簧片寿命短，实践中采用也较少。

5.静态乳化器：乳化器内有特殊的乳化单元，且结构简单无任何运动部件，因此被广泛运用于各种工业装置中。

6.射流高剪切乳化器：高剪切分散乳化就是高效、快速、均匀地将一个相或多个相(液体、固体、气体)进入到另一互不相溶的连续相(通常液体)的过程。而在通常情况下各个相是互不相溶的。当外部能量输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，形成悬浮液(固/液)，乳液(液体/液体)和泡沫(气体/液体)，从而使不相溶的固相、液相、气相在相应成熟工艺和适量添加剂的共同作用下，瞬间均匀精细地分散乳化，经过高频的循环往复，最终得到稳定的高品质产品。因此，也广泛地被运用。

以上几种乳化方式，在实践中均有运用，但是由于装置结构的复杂性及运行维护的高要求性，致使其应用都受到一定的限制，而无法大量的推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要添加乳化剂且能达到良好的燃烧效果的燃油乳化装置。

本发明的燃油乳化装置，包含一条燃油管路、一条供水管路、一个混合槽、一个第一乳化装置、一个第二乳化装置及一个储存槽。该混合槽连结该燃油管路与该供水管路，并具有一条能将混合后的燃油与水送出的引出管路，该第一乳化装置能将该燃油与水进行第一次乳化，并具有一个与该引出管路相连通的第一入口端及一个第一出口端，该第二乳化装置能将该燃油与水进行第二次乳化，并具一个与该第一出口端相连通的第二入口端及一个能排出混合油液的第二出口端，该储存槽与该第二出口端相连通，用于储放混合油液。

本发明的燃油乳化装置，还包含一个预乳化装置及一个设置在该第一乳化装置与该第二乳化装置之间的调节阀，该引出管路设有一条第一流道与一条第二流道，该第一流道连通至该预乳化装置，该第二流道连通至该第一乳化装置，该预乳化装置的出口端与该混合槽连通。

本发明的燃油乳化装置，该第二流道又设有一条第一分流管与一条第二分流管，该调节阀能通过该第一分流管连通至该第二乳化装置，该第二分流管连通至该混合槽。

本发明的燃油乳化装置，该预乳化装置具有一个前乳化器及两个后乳化器，所述后乳化器呈并联设置且分别与该前乳化器呈串联设置，所述后乳化器的出口端与该混合槽连通。

本发明的燃油乳化装置，该第二乳化装置具有两个乳化器，所述乳化器设置的方式采并联或串联。

本发明的燃油乳化装置，该第一乳化装置、该第二乳化装置及该预乳化装置选自于多层滤网式乳化器、机械搅拌乳化器、超声波乳化器、超声波射流乳化器、簧片哨型超声波乳化器、静态乳化器或射流高剪切乳化器，或所述的组合。

本发明的有益效果在于：利用该混合槽先将燃油与水混合后，再利用该第一乳化装置、该第二乳化装置依序进行第一次乳化、第二次乳化，则能使燃油与水充分乳化，并达到良好燃烧效果。

附图说明

图1是本发明的燃油乳化装置一个较佳实施例的一个管路控制图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明燃油乳化装置的较佳实施例，包含一条燃油管路10、一条供水管路20、一个混合槽30、一个调节阀40、一个预乳化装置50、一个第一乳化装置60、一个第二乳化装置70及一个储存槽80。

该燃油管路10用于导送燃油(重油、柴油、渣油)，且依导送方向在该燃油管路10上安装有一个油过滤器11、一个电磁调节阀12及一个流量计13。

该供水管路20用于导送水，且依导送方向在该供水管路20上安装有一个电加热器24、一个球阀21、一个电磁调节阀22及一个流量计23。

该混合槽30连结于该燃油管路10与该供水管路20，且相邻于该流量计13、23，并具有一条能将混合后的燃油与水送出的引出管路31。该引出管路31末端分设有一条第一流道311及一条第二流道312，该第一流道311连通至该预乳化装置50，该第二流道312连通至该第一乳化装置60。该第二流道312又设有一条第一分流管313、一条第二分流管314、两条分别接通至该第一分流管313、该第二分流管314的歧管315，及数个分别设置在该第一分流管313、该第二分流管314与所述歧管315的手动阀316。该第二分流管314还具有一个能连通至该混合槽30的超声波射流乳化器317。另外，该引出管路31上安装有一个加压泵32及二个并联设置的过滤器33。

该预乳化装置50具有一个与该第一流道311相连通的射流前乳化器51及两个超声波后乳化器52，所述后乳化器52呈并联设置且分别与该前乳化器51呈串联设置，所述后乳化器52的出口端与该混合槽30连通。

该第一乳化装置60具有一个与该引出管路31的第二流道312相连通的第一入口端61及一个与该第一入口端61相反的第一出口端62。本实施例的第一乳化装置60具有一支射流乳化器63。

该第二乳化装置70具一个与该第一出口端62相连通的第二入口端71及一个能排出混合油液的第二出口端72。本实施例的第二乳化装置70具有一个超声波乳化器73、一个射流高剪切乳化器74及一个流量计75，该超声波乳化器73与该射流高剪切乳化器74可为串联或并联设置。

该调节阀40设置在该第一乳化装置60与该第二乳化装置70之间，该调节阀40能通过该第一分流管313连通至该第二乳化装置70。

上述该第一乳化装置60、该第二乳化装置70及该预乳化装置50能采用多层滤网式乳化器、机械搅拌乳化器、超声波乳化器、簧片哨超声波乳化器、静态乳化器、射流高剪切乳化器或任两种以上的组合。

再如图1所示，本发明的乳化作业流程为：燃油自该燃油管路10导入以前已预先加热且达到预期的流动性，且自该燃油管路10导入后，会依序经过该油过滤器11、电磁调节阀12、流量计13进入该混合槽30中，同时，水自该供水管路20导入后，经该电加热器24加热至燃油同等温度后依次经过该球阀21、该电磁调节阀22、该流量计23进入该混合槽30，且通过该电磁调节阀12、22和流量计13、23，可按照一可编程逻辑控制器(PLC)(图未示)中所设定之油水混合比例值分别调节进油量与进水量。

接着，当燃油经由该燃油管路10、水经由该供水管路20导送至该混合槽30混合后，燃油与水混合物能自该引出管路31排出，且利用该加压泵32循环加压及该过滤器33过滤后，会再分成两路。一路经过该第一流道311及该预乳化装置50的前乳化器51及所述后乳化器52进行预乳化后进入该混合槽30中，如此循环，能达到油水预混合、初步乳化效果。另一路则经过该第二流道312进入该第一乳化装置60进行乳化，随后，再通过该调节阀40的开度来调节燃油与水混合物的流量，且燃油与水混合物会再进入该第二乳化装置70的超声波乳化器73进一步乳化，能直接输导至该储存槽80或供现场使用。或者，燃油与水混合物能依序经过该超声波乳化器73及该射流高剪切乳化器74乳化后进入储存槽80或经该燃油出口81供现场使用。

当该调节阀40发生故障或检修时，能通过所述手动阀316调节来实现手动控制。

另外，在该预乳化装置50的前乳化器51、该第一乳化装置60、该超声波乳化器73后分别设置一个声强检测装置90，可以了解燃油乳化效果。

设备停机后，排尽设备及管路内余油后关闭一个设于该燃油管路10的控制阀103，再由一个设于该控制阀103与该油过滤器11之间的蒸汽吹扫口101接入蒸汽，并利用蒸汽对设备及管路进行清洗吹扫至该储存槽80内，再将储存槽80内积水经一个排污口82排出，使得设备及管路内无残留燃油。

且设备进出口之间设置一条旁路102，也就是在该燃油管路10与该第二出口端72之间设置该旁路102，则能在该燃油乳化装置检修或更换时，不影响燃烧设备正常的运作。

本发明的功效为：

一、利用该预乳化装置50、该第一乳化装置60、该第二乳化装置70的设置，以及流体本身的射流动力，产生高强度的声波和超声波在流体中传播，声强达到一定强度时，在流体中产生空化效应，令重油的分子链发生裂解和重组，与水产生乳化作用，形成水为分散相、油为连续相的油包水型W/O的悬浮而不分离的乳化油。乳化油中水颗粒分布均匀、粒度细、性能稳定。广泛用于重油、渣油及煤焦油的掺水乳化，不需添加任何添加剂。亦即，经过三合一高效燃油乳化技术处理的燃油乳化颗粒细度低于5μm的可达95％以上。颗粒细度越小比例越高，燃烧的效果就越好，在高的燃烧效率就是高的热效率的前提下，三合一的乳化燃油能使加热炉的燃尽效率达到99％以上。

二、乳化后的燃油燃烧时，由于是油包水的颗粒，会产生二次雾化即微爆效应，达到良好的燃烧效果。火焰温度升高、火焰变短、燃烧完全，调整参数更宽。提高了燃烧器(例如锅炉)的整体热效率，节油率提高，更降低了烟气中有害气体的排放，完全达到环境排放标准。

三、适用于燃烧重油、渣油或煤焦油的大多数工业锅炉、工业炉窑、柴油发电机组，能在线乳化及制备。

四、燃油粘度越高，掺水率越高，节油降污效果越大。最大掺水率达30％，最大节油率达25％，明显降低一氧化碳(CO)，硫氧化物(SO_x)，氮氧化物(NO_x)排放，降低了有害残留物，减少对机体的腐蚀。乳化燃油的燃烧状态与重油相比，火焰短而强度大，呈白炽状态，燃烧速度加快，炉体内无混浊烟尘现象，燃烧充分并且稳定，炉尾积灰大大减少。

五、乳化燃油所具有的充分燃烧特性，使积碳和结焦现象明显下降，能保护炉体、延长炉子使用的寿命，降低维护保养工作的劳动强度，并且不会造成机械设备的任何腐蚀。

六、使用乳化燃油不需改变原有供油系统和燃烧装置，只需对个别工艺温度及配风条件进行适当调整即可，且能根据使用环境和油品情况随时调节处理量及加水量，适用于不同油品。

七、该第二乳化装置70的超声波乳化器73及该射流高剪切乳化器74能通过阀门实现串联或各自单独工作，从而实现不停机检修或更换零件。

八、处理量大，可达1T/H-50T/H。

九、按照外燃条件，180#燃料油在掺水率为15％-20％时，可降低燃油成本10％以上，配风量可下调10％左右。

十、全程以可编程逻辑控制器控制，操作方便。

Claims

1.一种燃油乳化装置，包含一条燃油管路、一条供水管路、一个混合槽、一个第一乳化装置、一个第二乳化装置及一个储存槽；该燃油乳化装置的特征在于：

该混合槽，连结该燃油管路与该供水管路，并具有一条能将混合后的燃油与水送出的引出管路；

该第一乳化装置，能将该燃油与水进行第一次乳化，并具有一个与该引出管路相连通的第一入口端及一个第一出口端；

该第二乳化装置，能将该燃油与水进行第二次乳化，并具一个与该第一出口端相连通的第二入口端及一个能排出混合油液的第二出口端；

该储存槽，与该第二出口端相连通，用于储放混合油液。

2.根据权利要求1所述的燃油乳化装置，其特征在于：还包含一个预乳化装置及一个设置在该第一乳化装置与该第二乳化装置之间的调节阀，该引出管路设有一条第一流道与一条第二流道，该第一流道连通至该预乳化装置，该第二流道连通至该第一乳化装置，该预乳化装置的出口端与该混合槽连通。

3.根据权利要求2所述的燃油乳化装置，其特征在于：该第二流道又设有一条第一分流管与一条第二分流管，该调节阀能通过该第一分流管连通至该第二乳化装置，该第二分流管连通至该混合槽。

4.根据权利要求3所述的燃油乳化装置，其特征在于：该预乳化装置具有一个前乳化器及两个后乳化器，所述后乳化器呈并联设置且分别与该前乳化器呈串联设置，所述后乳化器的出口端与该混合槽连通。

5.根据权利要求4所述的燃油乳化装置，其特征在于：该第二乳化装置具有两个乳化器，所述乳化器设置的方式采并联或串联。

6.根据权利要求2至5任一项所述的燃油乳化装置，其特征在于：该第一乳化装置、该第二乳化装置及该预乳化装置选自于多层滤网式乳化器、机械搅拌乳化器、超声波乳化器、超声波射流乳化器、簧片哨型超声波乳化器、静态乳化器或射流高剪切乳化器，或所述的组合。