CN202927869U - 一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置，包括乳化器、磁化处理装置、掺水燃油油箱和监控系统；所述的乳化器有三个快速接口，分别是掺水燃油出口、入水口和燃油入口；所述的磁化处理装置为永磁材料非接触式装置，包括永久磁铁、支撑架、可调螺杆和连接固定部件，所述的永久磁铁有两块，位于输油管道的两侧，所述的磁化处理装置固定在输油管道处。本实用新型的乳化器高速搅拌技术结合磁化处理技术，不但能保证各自技术现有的优势，而且可把其优势有机结合达到更佳的节油减污效果。两种技术结合制备掺水燃油，不使用任何乳化用添加剂，相比单纯的机械搅拌技术和其他制备工艺，油水混合更均匀、水珠微细化程度更高、水珠分散更均匀。

Description

一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置

技术领域

本实用新型涉及一种燃油掺水节能技术，尤其涉及一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置。

背景技术

燃油掺水技术是一项节能技术，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。燃油掺水方法有添加乳化剂和不添加乳化剂两种，乳化剂成本高，还易造成二次污染。

综上，掺水燃油作为目前应用最为广泛的清洁燃料之一，在实际应用中仍存在许多尤待解决的问题：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。

燃油磁化处理技术是一项行之有效的节能技术。燃油经磁化处理后，粘度降低，表面张力减小，雾化质量提高，燃烧充分，从而提高燃烧效率，还有防止烧嘴结焦和降低环境污染的效果。磁化装置在结构、安装、操作维修、投入等方面也具有多方面综合优势。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种能使掺水燃油中水珠微细化程度高、分散均匀稳定，运行维护容易，投入成本低且能达到明显节油减污作用的机械搅拌结合磁化处理制备掺水燃油装置。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置，包括乳化器、磁化处理装置、掺水燃油油箱和监控系统；所述的乳化器有三个快速接口，分别是掺水燃油出口、入水口和燃油入口；所述的的监控系统包括PLC、PLC模拟输入模块、PLC模拟输出模块、水计量泵、燃油计量泵、搅拌电机、温度计、液位计、电磁阀A和电机变频器；

所述的燃油入口通过输油管道经磁化处理装置后分别与油箱和燃油计量泵连接，在油箱和乳化器之间的输油管道安装有电磁阀A；所述的油箱内安装有加热器；

所述的入水口通过水管分别与水计量泵和水箱连接，所述的入水口与水箱之间还安装有电磁阀B，所述的电磁阀B与PLC连接，所述的PLC还分别与温度计和电机变频器连接，所述的电机变频器经过搅拌电机与乳化器连接；

所述的掺水燃油出口通过油路与掺水燃油油箱连接；所述的掺水燃油油箱通过主管路与锅炉连接；

所述的磁化处理装置为永磁材料非接触式装置，包括永久磁铁、支撑架、可调螺杆和连接固定部件，所述的永久磁铁有两块，位于输油管道的两侧，其中：一块永久磁铁固定在支撑架上，另一块永久磁铁固定在可调螺杆的一端，通过旋动连接固定部件来调节可调螺杆的长度；

所述的磁化处理装置固定在输油管道处，设置在燃油计量泵之后，使非磁性的输油管道正好处于两块永久磁铁之间的中心位置，磁力线与燃油流动方向垂直，通过调节可调螺杆的长度来改变两磁极间的距离，从而实现两磁极间磁感应强度的调整，所述的磁感应强度为500~3000GS。

本实用新型所述的掺水燃油油箱通过辅助管路与主管路连接，所述的辅助管路根据锅炉燃油喷嘴的压力大小，将一部分掺水燃油返回到掺水燃油油箱中。

本实用新型所述的燃油计量泵和水计量泵分别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。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型工作时，油箱内的加热器将燃油加热，经过水计量泵计量的清水与经过燃油计量泵计量的燃油同时加到乳化器中，通过调节各自的变频器频率，使掺水燃油生成量能满足锅炉燃烧的要求。监控系统首先测量清水、入口燃油的流量，转化为4-20mA信号送人PLC模拟输入模块，经PID(比例积分微分)计算后，将生成的0-20mA的控制信号经PLC模拟输出模块送入各自变频器，来实现水计量泵、燃油计量泵频率的闭环控制，使掺水燃油生成量满足锅炉燃烧的要求。

本实用新型的核心单元是机械搅拌核心部件乳化器和磁化处理装置，通过油和水流量流速调节、磁感应强度的改变、掺水燃油显微照片、以及乳化器精密的快速搅拌技术，可制备成在喷雾燃烧过程中能产生“微爆”效应的掺水燃油。

磁化燃油经输油管道传输，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。（专利号：2011100452151）

本实用新型以PLC作为监控系统的控制器，其中的控制程序包括以下内容：

根据现场所使用的燃油特性、以及现场环境，通过改变掺水燃油中的水与油的混合比例并调整燃油掺水装置搅拌电机变频器的频率，来对掺水燃油的燃烧特性进行优化的程序；

根据水流量计调整进水量，根据油流量计调整装置入口进油量的程序；

根据掺水燃油油箱的液面调整掺水燃油的生成量的程序。（专利号：2011100416704）

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型不使用乳化剂，有效结合了两种技术的优势，发挥其最大节能效果。制备的掺水燃油性能稳定，水珠粒径小，分散均匀，从而提高雾化质量。雾状燃油遇高温，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，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。

2、本实用新型的乳化器高速搅拌技术结合磁化处理技术，不但能保证各自技术现有的优势，而且可把其优势有机结合达到更佳的节油减污效果。两种技术结合制备掺水燃油，不使用任何乳化用添加剂，相比单纯的机械搅拌技术和其他制备工艺，油水混合更均匀、水珠微细化程度更高、水珠分散更均匀，进一步确保了掺水燃油稳定性和燃烧时的二次雾化效果，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。

3、本实用新型采用先磁化燃油后定量掺水的方式，通过特制机械搅拌形成掺水燃油，在燃烧器内喷雾燃烧过程中可发生“微爆”效应，达到节油、减污、增效的效果。

附图说明

本实用新型共有附图6张，其中：

图1为本实用新型整个装置组成示意图。

图2为磁化装置俯视图。

图3为磁化装置主视图。

图4是未磁化的掺水燃油水珠粒径示意图。

图5是燃油先掺水后磁化水珠粒径示意图。

图6是燃油先磁化后掺水水珠粒径示意图。

图中：1、燃油入口，2、入水口，3、燃油出口，4、乳化器，5、掺水燃油油箱，6、PLC，7、电磁阀A，8、燃油计量泵，9、水流量泵，10、油温度计，11、电机变频器，12、油箱，13、水箱，14、加热器，15、磁化装置、16、永久磁铁，17、输油管道，18、可调螺杆，19、支撑架，20、连接固定部件，21、电磁阀B，22，搅拌电机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步地描述。

如图1-3所示，一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置，包括乳化器4、磁化处理装置15、掺水燃油油箱5和监控系统；所述的乳化器4有三个快速接口，分别是掺水燃油出口3、入水口2和燃油入口1；所述的的监控系统包括PLC6、PLC模拟输入模块、PLC模拟输出模块、水计量泵9、燃油计量泵8、搅拌电机22、温度计10、液位计、电磁阀A7和电机变频器11；

所述的燃油入口1通过输油管道17经磁化处理装置15后分别与油箱12和燃油计量泵8连接，在油箱12和乳化器4之间的输油管道17安装有电磁阀A7；所述的油箱12内安装有加热器14；

所述的入水口2通过水管分别与水计量泵9和水箱13连接，所述的入水口2与水箱13之间还安装有电磁阀B21，所述的电磁阀B21与PLC6连接，所述的PLC6还分别与温度计10和电机变频器11连接，所述的电机变频器11经过搅拌电机22与乳化器4连接；

所述的掺水燃油出口3通过油路与掺水燃油油箱5连接；所述的掺水燃油油箱5通过主管路与锅炉连接；

所述的磁化处理装置15为永磁材料非接触式装置，包括永久磁铁16、支撑架19、可调螺杆18和连接固定部件20，所述的永久磁铁16有两块，位于输油管道17的两侧，其中：一块永久磁铁16固定在支撑架19上，另一块永久磁铁16固定在可调螺杆18的一端，通过旋动连接固定部件20来调节可调螺杆18的长度；

所述的磁化处理装置15固定在输油管道17处，设置在燃油计量泵8之后，使非磁性的输油管道17正好处于两块永久磁铁16之间的中心位置，磁力线与燃油流动方向垂直，通过调节可调螺杆18的长度来改变两磁极间的距离，从而实现两磁极间磁感应强度的调整，所述的磁感应强度为500~3000GS。

本实用新型所述的掺水燃油油箱5通过辅助管路与主管路连接，所述的辅助管路根据锅炉燃油喷嘴的压力大小，将一部分掺水燃油返回到掺水燃油油箱5中。

本实用新型所述的燃油计量泵8和水计量泵9分别对注入乳化器4的燃油和水进行准确计量，确定水/燃油配比在3%-10%之间。

以下通过试验对本实用新型的有益效果进行进一步地说明：

表1为不同温度下，未磁化与磁化后的燃油，以及不同磁化方式的掺水燃油的粘度值。

表1  不同处理方式下的燃油粘度值

粘度（cP）

由表1可知，磁化后燃油粘度比原始燃油粘度低，且两种磁化方式所得掺水燃油粘度均较未磁化的掺水燃油粘度低。

用机械搅拌结合磁化处理技术制备掺水燃油，采用两种磁化方式制成“油包水”型掺水燃油：燃油先磁化后定量掺水、燃油先掺水后磁化。图4-6为未磁化与磁化后的燃油，以及不同磁化方式的掺水燃油的显微照片。

磁感应强度1800GS，温度70℃，搅拌速度1400r/min，油流量0.12m³/h，掺水量3%-5%时，未经磁化处理的掺水燃油水珠粒径为13.7μm；燃油先掺水后磁化水珠粒径与未磁化的并没有差别，但是大水珠比例下降，小水珠有所增加；燃油先磁化后再掺水的水珠粒径明显减小，最大水珠粒径小于10μm，且分散均匀。由此可见，采用本实用新型的机械搅拌结合磁化处理技术制备掺水燃油，降低了燃油粘度，提高了掺水燃油中水珠的微细化程度，有助于提高雾化质量；本装置能达到显著的节油减污效果。

本实用新型不局限于上述实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置，其特征在于：包括乳化器（4）、磁化处理装置（15）、掺水燃油油箱（5）和监控系统；所述的乳化器（4）有三个快速接口，分别是掺水燃油出口（3）、入水口（2）和燃油入口（1）；所述的的监控系统包括PLC（6）、PLC模拟输入模块、PLC模拟输出模块、水计量泵（9）、燃油计量泵（8）、搅拌电机（22）、温度计（10）、液位计、电磁阀A（7）和电机变频器（11）；

所述的燃油入口（1）通过输油管道（17）经磁化处理装置（15）后分别与油箱（12）和燃油计量泵（8）连接，在油箱（12）和乳化器（4）之间的输油管道（17）安装有电磁阀A（7）；所述的油箱（12）内安装有加热器（14）；

所述的入水口（2）通过水管分别与水计量泵（9）和水箱（13）连接，所述的入水口（2）与水箱（13）之间还安装有电磁阀B（21），所述的电磁阀B（21）与PLC（6）连接，所述的PLC（6）还分别与温度计（10）和电机变频器（11）连接，所述的电机变频器（11）经过搅拌电机（22）与乳化器（4）连接；

所述的掺水燃油出口（3）通过油路与掺水燃油油箱（5）连接；所述的掺水燃油油箱（5）通过主管路与锅炉连接；

所述的磁化处理装置（15）为永磁材料非接触式装置，包括永久磁铁（16）、支撑架（19）、可调螺杆（18）和连接固定部件（20），所述的永久磁铁（16）有两块，位于输油管道（17）的两侧，其中：一块永久磁铁（16）固定在支撑架（19）上，另一块永久磁铁（16）固定在可调螺杆（18）的一端，通过旋动连接固定部件（20）来调节可调螺杆（18）的长度；

所述的磁化处理装置（15）固定在输油管道（17）处，设置在燃油计量泵（8）之后，使非磁性的输油管道（17）正好处于两块永久磁铁（16）之间的中心位置，磁力线与燃油流动方向垂直，通过调节可调螺杆（18）的长度来改变两磁极间的距离，从而实现两磁极间磁感应强度的调整，所述的磁感应强度为500~3000GS。

2.根据权利要求1所述的一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置，其特征在于：所述的掺水燃油油箱（5）通过辅助管路与主管路连接，所述的辅助管路根据锅炉燃油喷嘴的压力大小，将一部分掺水燃油返回到掺水燃油油箱（5）中。

3.根据权利要求1所述的一种机械搅拌式磁化燃油掺水装置，其特征在于：所述的燃油计量泵（8）和水计量泵（9）分别对注入乳化器（4）的燃油和水进行准确计量，确定水/燃油配比在3%-10%之间。

Images