NO812376L - Avvanningssystem for brenselolje. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et lavtrykks brennersystem for tungolje og en fremgangsmåte for å fjerne forurensende væske-bestanddeler fra tungolje før denne mates til en brenner.

Helt fra den tid da man begynte å brenne olje for oppvarming av kjeler har det vært erkjent at det er ønskelig å fjerne vann som måtte være blitt blandet med brenseloljen, eller som kondenserer i brenseloljen, før denne mates til kjelaggregatet. I to patentskrifter fra århundreskiftet,

US patentskrifter nr. 744 373 og 758 224, omtales et tidlig ønske om å forvarme tungolje og å fraskille væske, såsom vann, fra oljen.

Det har ofte vist seg at brenselolje nr. 6 normalt vil

ha et vanninnhold på 1 - 2%, og i enkelte tilfeller er det blitt funnet et så høyt vanninnhold som 6%. Som kjent vil et brenselreguleringssystem for en brenner, f.eks. av den typen som benyttes i en kjel, ofte bli drevet syklisk. Når brenneren under syklusdriften blir slått av, vil trykket i brenseloljerørsystemet falle til atsmosfæretrykket, og eventuelt vann som måtte forefinnes ved forhøyet temperatur over 100°C vil fordampes når det nærmer seg atmosfæretrykket. Den volumetriske utvidelse som overføringen av vann til damp medfører, vil fortrenge oljen i brenselrørledningene og vil ha tendens til å tvinge oljen ut av dysespissen i brennerens dyseaggregat. Denne drypping av brenseloljen vil tilsmusse brenneraggregatet og vil også forårsake forurensningsproblemer, fordi det er nødvendig med et egnet utsprøytnings-mønster for tilfredsstillende forbrenning. Under en automatisk oppstarting vil dessuten den delvis tømte brenselsrør-ledning kreve en viss tid for opprettelse av den ønskede olje-strømning og for oppbygging av det normale trykk. Den resulterende langsomt oppbygde oljesprut vil ikke antennes på den ønskede måte og vil forårsake dannelse av røk og sot og skape forurensningsproblemer.

Disse problemer er blitt erkjent i industrien, og for-søk er blitt gjort for å tilveiebringe forskjellige former av brennerdyseaggregater somløser problemet både for ett-trinns-brennere og dobbelttrinnsbrennere. I ett slikt dyseaggregat, som produseres av Weishaupt Company, Forbundsrepublikken Tyskland, funksjonerer en kuleventil montert på et dysestempel i brenseloljeledningen som en tilbakeslagsventil som gjør det mulig for oljen å passere kun etter at oljetrykket er blitt bygget opp til en forhåndsbestemt verdi. I et annet oljebrennerdyseaggregat, som produseres av det samme firma,

er en fjærregulert nålventil anordnet i brenseloljeledningen, og også denne funksjonerer som en tilbakeslagsventil for å sikre at brenseloljen ikke slippes, ut før et trykk på ca. 12,7 kg/cm 2 er blitt nådd. Således er det i faget blitt gjort forsøk på å kompensere for det høye prosentvise innhold av vann i tung brenselolje ved å sikre at forhøyede trykk hindrer vannet i å fordampe i en brenseloljerørledning.

Av interesse er også US patentskrift nr. 2 753 928,

som beskriver et tungdljebrennersystem beregnet for forvarming av tyngre oljekvaliteter for å redusere deres viskositet før de avleveres til forbrenningskammeret.

I US patentskrift nr. 3 177 919, som' tilhører den foreliggende patentinnehaver, beskrives en fremgangsmåte og et apparat for å fjerne gass, damper og skum fra brenseloljer ved forvarming av disse. Også US patentskrifter nr. 1 623 074 og 3 009 537 skal nevnes,hva forvarming av olje angår.

Med de økende energikostnader er industrien fortsatt

på leting etter muligheter for på økonomisk måte å maksimere anvendelsen av oljeprodukter som er mindre kostbare og av dårligere kvalitet, såsom tung fyringsolje.

Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes der nu et forbedret lavtrykks oljebrennersystem for brenning av tung fyringsolje som kan være forurenset med vann. Den tunge fyringsolje kan enten være forurenset som følge av kondensasjon under driften, eller den kan opprinnelig være blitt levert med et relativt høyt vanninnhold. Et pumpesystem er tilkoblet en lagringstank hvor den tunge fyringsolje oppbevares, og pumper den til et kjelaggregat. En regulerings-apparatur er tilkoblet kjelaggregatet og regulerer leveringen av den tunge fyringsolje til en avvanningsbeholder. Regu-leringsapparaturen overvåker den tunge fyringsolje inntil den er forvarmet til en temperatur over 100°C ved eller over atmosfæretrykket. Etter oppvarmning til denne høye temperatur leveres så den tunge fyringsolje til avvanningsbeholderen, som luftes for å muliggjøre eventuelt væskeformig vann som måtte inneholdes i den tunge fyringsolje å fordampe og å fjernes. Den avvannede tunge fyringsolje av temperatur over 100°C lar seg da levere til én eller flere brennere ved hjelp av et lavtrykks pumpesystem.

De trekk ved den foreliggende oppfinnelse som ansees

å være nye, er angitt i karakteristikken i de vedføyede krav. Oppfinnelsen skal nu beskrives mer detaljert under henvis-ning til den védføyede tegning som skjematisk illustrerer en foretrukken anvendelse av tungoljebrennersystemet for fjerning av vann.

Tegningen viser skjematisk et.tungoljesystem med vann-'fjerning i tilknytning til et dampgeneratoranlegg med flere generatorer. Den tunge fyringsolje refererer seg til en blanding av tung oppvarmningsolje, såsom brenselolje av kvalitet bunker C, vann og/eller lette hydrocarboiie<r.>Ganske ofte vil tyngre oppvarmningsoljer inneholde vann som følge av ufullstendige separasjonsprosesser og som følge av lagring, hvorunder vannet kan være tilkommet ved kondensasjon. En primær hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forenklet avvanning, av denne tunge brenselolje,

slik at det kan oppnåes stabil drift av brennerne, samtidig som brenseloljen kan leveres ved lavt trykk og ved en temperatur over vannets kokepunkt. Ved å tilveiebringe en høyere oljetemperatur er det også mulig å opprettholde en god brennerydelse og å tilfredsstille de stadig strengere standarder med hensyn til forurensning og effektivitet.

Skjønt hovedanvendelsen av den foreliggende oppfinnelse skjer i forbindelse med dampgenerator- og kjelanlegg, vil det forståes at oppfinnelsen også har annen anvendelse, f i eks. i forbindelse med kraftgeneratorer for maritim anvendelse.

På det maritime område har det vist seg at brenseloljekvali-teten er blitt dårligere med tiden, og at det har vært en økning i tettheten av brenseloljene. For tiden anvendes separasjon i sentrifuger for å rense den maritime brenselolje for sedimenter og vann. Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse er det derfor mulig å løse vannproblemet i marine anlegg.

Høye arbeidskostnader og brenselenergikostnader har gjort det mer påkrevet med automatisk dampkjeldrift og mer effektiv utnyttelse av de tilgjengelige energikilder. En av de lettest tilgjengelige og billige brenseoljekilder er restolje nr. 6 eller bunker C. Denne olje er vanligvis blitt benyttet i større kjelsystemer og krever en forvarmning til en viskositet på ca. 68 SSU, som ligger nokså nært opptil viskositeten av dieselolje. For å oppnå denne viskositet må brenselolje nr. 6 oppvarmes til ca. 150°C. En brenselolje nr. 5 må oppvarmes til ca. 100°C. Vanligvis må de tyngre oljer oppvarmes til en temperatur i området mellom 65° og 150°C.

De tidligere benyttede metoder med anvendelse av et høytrykks brenselrørledningssystem for å holde eventuelt forurensende vann i væsketilstand elimineres eller forbedres vesentlig ved hjelp av. den foreliggende oppfinnelse ved at vannet overføres til damp i en avvanningsbeholder før oljen leveres til dampgeneratorenes brennerdyser.

Skjønt det ved de tidligere kjente metoder er blitt benyttet tung fyringsolje av forhøyet temperatur, har anvendelsen av en slik høyttemperaturolje vært avhengig av opprettholdelsen av et høyt trykk for å løse de problemer som forårsakes av vann i brenseloljen. Den foreliggende oppfinnelse er rettet på et brenseloljereguleringssystem hvor oljen oppvarmes til en temperatur av ca. 150°C, men kan

2 leveres til brennerdysene ved et trykk lavere enn 3,5 kg/cm ved fjerning av vannet i tungoljeoppløsningen. Ved hjelp av oppfinnelsen elimineres utilsiktet levering av brenselolje gjennom brennerdysen som ville resultere i at brenneren tøffer eller pulserer hurtig. Som det er kjent i faget, kan en slik pulsering av brenneren resultere i dårlig brennerydelse og høye vedlikeholdskostnader. I henhold til oppfinnelsen skilles vannet fra brenseloljen før den slippes inn i brennerpumpen og brennerens oljeleveringssystem og reguleringssystem. Resultatet blir en jevnere og renere brenning av brenseloljen, med forbedret varmevirkningsgrad i brennerne, fordi brennerne da kan drives med et mindre luftoverskudd og fortsatt tilfredsstille fordringene vedrørende dannelse av røk og andre forbrenningsprodukter.

Oppfinnelsen er særlig fordelaktig i forbindelse med brennere med forbrenningskammere som krever høy brennhastig-het pr. volumenhet (liten oppholdstid for brenseloljen), og brenseloljetemperaturer som må være høyére enn 100°C. Den resulterende levering av brenseloljen til brenneren er regu-lerbar og muliggjør en fin innstilling av mengdeforholdet luftrbrenselolje for å oppnå en maksimal varmevirkningsgrad som er forlikelig med hensynet til forurensningskontroll som er aktuelt for brennersystemet. Ved hjelp, av oppfinnelsen reduseres dessuten driftskostnadene ved at behovet for dis-pergeringsmiddel- og emulgeringsmiddeladditiver for brenseloljen elimineres.

Oppfinnelsen er særlig fordelaktig i forbindelse med brennersystemer hvor det anvendes luft- eller dampforstøv-ning og lavere brenseloljetrykk, f.eks. trykk i området

fira 1,76 til 3,52 kg/cm^. Da vann av ca. 150°C vil fordampe ved trykk under 3,52 kg/cm 2, vil avvanningen av brenseloljen ikke bare forhindre pulsering i pumpen men også forhindre ustabilitet i det øvrige brenseloljesystem når dette anvendes ved lavere trykk og høyere temperaturer enn de som vanlig-

vis anvendes i de kjente kjelsysterner.

Idet det nu henvises til tegningen, er en oljelagrings-tank 2 forbundet med en brenseloljepumpe 4, som leverer brenselolje via en tilførselsrørledning 5, i hvilken det er innsatt en tilbakeslagsventil 6. Tilførselsrørledningen er forbundet med en damp-olje-varmeveksler 8, såsom en typisk rørvarmeveksler. En returrørledning 10 er forbundet med oljelagringstanken 2 og reguleres ved hjelp aven trykkbe-grensende reguleringsventil 12. Under normal drift vil den tunge brenselolje bli oppvarmet, f.eks. ved hjelp av en varmeveksler som tilføres damp (ikke vist), i oljelagringstanken 2 til ca. 30 - 65°C, og den vil bli kontinuerlig resirkulert.

Den damptilførte varmeveksler 8' reguleres ved hjelp av en temperaturreguleringsventil 14 i damptilførselsrørled-ningen. Varmeveksleren 8 er også forbundet med en dampfelle 16, som funksjonerer på normal måte.Damptemperaturregulerings-ventilen 14 innstilles slik at den tunge fyringsolje oppvarmes under trykk til ca. 150°C, nærmere bestemt til en temperatur i området mellom 100° og 163°C. Ved en temperatur i dette temperaturområde leveres den oppvarmede tungolje til en avvanningsenhet eller - beholder 18.

01jeavvanningsenheten 18 holdes ved et trykk som er

tilstrekkelig lavt til å muliggjøre fordampning av eventuelt vann som inneholdes som væske i tungoljen, og fjerning av dampen fra den oppvarmede tungolje. Damputslipningsrør-ledningen 2 0 kan åpnes til atmosfæren eller, alternativt,

som vist på tegningen, være forbundet med en kondensator 22 for å kondensere oljedampen og vanndampen til væskeform. Kondensatorenheten 2 2 kan, selv om den er valgfri, være påkrevet i enkelte anlegg for å tilfredsstille lokale miljø-vernfordringer.

01jeavvannihgsenheten eller -beholderen 18 reguleres ved hjelp av et flottørventilaggregat 24 som sikrer at det holdes en tilstrekkelig mengde olje i beholderen 18. Både utslippsrørledningen 20 og beholderen 18 kan dessuten være isolert, om så ønskes. Alternativt kunne varmeveksleren 8 gjøres større og ventileres til atmosfæretrykk for å elimi-nere behovet for avvanningsbeholderen 18.

Det på figuren viste dampgeneratorsystem er et typisk dampgeneratoranlegg med flere generatorer. Det er imidlertid å merke at oppfinnelsen er like anvendelig for én enkelt dampgenerator- eller kjelenhet. En lavtrykkspumpe, såsom en tannhjulspumpe, vil kunne besørge tilførsel av oppvarmet brenselolje som er vannfri i et trykkområde av fra 1,76 til 3,52 kg/cm . Pumper 26 og 28 er vist forbundet med henholds-vis kjelforbrenningskammer 34 og kjelforbrenningskammer 36. Hver av de respektive pumper er i stand til å pumpe omtrent 200% av den normale levering til en brenner, og vanligvis forbiføres 100% av pumpens kapasitet gjennom de respektive uavhengige trykkreguleringsventiler 42 og 44 til en lav-trykksreturrørledning 50. Tilbakestrømningsventiler 46 og 48 kan som en sikkerhetsforanstaltning forhindre tilbakestrømning. Et elektrisk varmeapparat 52, som eventuelt kan være supplert med et damptilført varmeapparat (ikke vist), kan anvendes for kald oppstartning og for temperaturtrimming for å kompensere for eventuelle strålingstap ved lav belastning. Dette elek-triske varmeapparat reguleres ved hjelp av en temperaturreguleringsventil 54 som overvåker høytrykksrørledhingen 56.

En luftkompressor 32 er forbundet med brenseloljedysen (ikke vist). Som følge av lavtrykkspumpesystemet kan man oppnå en energibesparelse ved at luftkompressoren krever mindre

energi, på grunn av det lavere lufttrykk som kreves.

Det vil forståes at de enkelte elementer som inngår i oppfinnelsen, .kan velges blant i faget kjente elementer, og det ansees følgelig ikke påkrevet å beskrive disse i detalj for å gjøre det mulig for en fagmann på dette område å ut-føre oppfinnelsen.

En fagmann på dampproduksjonsområdet vil være i stand til å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for å oppnå ren og effektiv brenning av tung fyringsolje som er blitt forurenset med vanndamp, med støtte i den ovenstående beskri-velse. Den primære hensikt med utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er å varme opp den tunge fyringsolje, som i gjennnomsnitt kan være forurenset med så mye som 2% vann, til en temperatur i området fra 100° til 16 3°C. Denne oppvarmede tungoljeoppløsning av vann og olje underkastes så et tilstrekkelig lavt trykk til å muliggjøre fordampning av eventuelt vann i den tunge fyringsolje. Den store diffe-ranse i tetthet mellom den flytende olje og vanndampen og lette oljedamper (gasser) muliggjør en effektiv og full-stendig separasjon i avvanningsbeholderen 18. I de tidligere anvendte separatorer forsøkte man å separere oijen og vannet i væskeform, skjønt ved en høy temperatur. Denne måte å løse problemet på krevde lang separasjonstid og store beholdere. Dessuten er denne metode ikke lett å tilpasse et lavtrykkspumpesystem.

Det fordampede vann fjernes fråden tunge fyringsolje. Da den tunge fyringsolje nu har en høy temperatur, er dens viskositet tilstrekkelig lva til at oljen lar seg pumpe ved hjelp av et lavtrykkspumpesystem, slik at den tunge fyringsolje kan leveres til brenneren ved et trykk i området fra 1,76 til 3,52 kg/cm 2. Som en følge av denne metode oppnåes en jevnere og renere brenning av brenseloljen uten at der oppstår pulseringer i brenneren som kan føre til dårlig brennerydelse og høye vedlikeholdskostnader. Dessuten reduseres forurensningsproblemene til et minimum, samtidig som der oppnåes en forbedret varmevirkningsgrad, fordi kjelene kan drives ved et lavere mengdeforhold luft:brenselolje og fortsatt tilfredsstille fordringene med hensyn til dannelse av røk og andre forbrenningsprodukter. Oppfinnelsen medfører den spesielle fordel at den kan anvendes i forbindelse med forbrenningskammere som krever forbrenningshastighet pr. volumenhet og brenseloljetemperaturer som overskrider 100°C.

Claims (1)

1.. 01jetilførselssystem for forbrenning av en tungolje-oppløsning som kan være forurenset med vann, omfattende en lagringstank for tungoljeoppløsningen, et pumpesystem for å ta ut tungoljeoppløsningen fra lagringstanken, et oppvarmningssystem for oppvarmning av tungoljeoppløsningen fra lagringstanken og innretninger for levering av tungoljen til forbrenningsstedet, karakterisert véd: et ' hjelpeutstyr for oppvarming av tungoljeoppløsningen i oppvarmningssystemet inntil dén er forvarmet til en tem-, peratur over vannets metningstemperatur og en avvanningsbeholder forbundet med hjelpeutstyret og tilpasset for mottagning av den forvarmede tung-ol jeoppløsning, idet beholderen holdes ved et trykk som er tilstrekkelig til å muliggjøre fordampning av eventuelt væskeformig vann som inneholdes i tungoljeoppløsningen, og fjerning fra tungoljen, hvorved tungoljen av temperatur over 100°C kan leveres til forbrenningsstedet.

2. 01jetilførselssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningen for levering av tungoljen til forbrenningsstedet er en lavtrykkspumpe som drives ved et leveringstrykk i området opp til 3,52 kg/cm 2.

3. 01jetilførselssystem ifølge krav 2, karakterisert ved at hjelpeutstyret for oppvarmning av tungoljen avstedkommer oppvarmning av oljen til 163°C.

4. 01jetilførselssystem ifølge krav 3, karakterisert ved at det innbefatter en kondensatorinnretning forbundet med den avluftede avvanningsbeholder for å kondensere eventuell vann- og oljedamp.

5. Lavtrykksoljebrennersystem, særlig egnet for forbrenning av tungolje som kan være forurenset med vann, karakterisert ved at det omfatter: en lagringsinnrétning for tungolje, innretninger for oppvarmning av tungoljen fra lagringstanken, innretninger for å fjerne eventuelt vann som måtte være blandet med tungoljen i lagringstanken, innretninger for å regulere leveringen av oppvarmet olje og vann til vannutskillelsesinnretningen, slik at den oppvarmede olje og eventuelt tilstedeværende vann forvarmes til en temperatur over 10 0°C ved atmosfæretrykk, hvorved eventuelt vann vil fordampes og skilles fra oljen, og lavtrykkspumpeinnretninger for levering av den sepa-rerte olje ved en temperatur over 100°C til en brenner.

6. 01jebrennersystem ifølge krav 5, karakterisert ved at innretningen for regulering av leveringen av oppvarmet olje besørger oppvarmning av oljen til en temperatur i området i 10 0° til 163°C. 01jebrennersystem ifølge krav 5, karakterisert ved at lavtrykkspumpeinnretningen drives ved et trykk i området fra 1,76 til 3,52 kg/cm 2.

8.. Fremgangsmåte ved forbrenning av tunge fyringsoljer som er forurenset med vann, i et kjelsystem med en lagringstank for lagring av den tunge fyringsolje, et pumpesystem for å ta ut tungoljen fra lagringstanken, et oppvarmningssystem for oppvarmning av tungoljen fra lagringstanken og innretninger for levering av tungoljen til et forbrennings-kairaner,. karakterisert ved de følgende trinn: den tunge fyringsolje oppvarmes til en temperatur i området fra 100° til 163°C, den tunge fyringsolje underkastes et trykk som er tilstrekkelig lavt til at eventuelt tilstedeværende vann i den tunge fyringsolje fordamper, det fordampede vann fjernes fra den tunge fyringsolje, og den vannfrie tunge fyringsolje leveres til brenneren ved et trykk i området fra 1,76 til 3,52 kg/cm 2.