RU2701479C1

RU2701479C1 - Method for formation of water-fuel emulsion

Info

Publication number: RU2701479C1
Application number: RU2018112959A
Authority: RU
Inventors: Олег Львович Почкалов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Аквариус-НН"
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2019-09-27

Abstract

FIELD: manufacturing technology.SUBSTANCE: method relates to method of producing water-fuel emulsions (WFE) in power plants. Method for forming a water-fuel emulsion, in which there is a periodic circulation of fuel in a fuel tank, through a pipeline recirculation loop, comprising a fuel heater and a hydrodynamic cavitation apparatus in which emulsifies fuel with water and which includes a housing with inlet and outlet nozzles, toroid-shaped cavitation chamber containing holes for water-air mixture supply, and secondary cavitation element made in the form of ring arranged in chamber cavity.EFFECT: high quality of the formed WFE and simplified method of its preparation.1 cl, 2 dwg

Description

Способ относится к топливной энергетике, конкретно к способам получения водотопливных эмульсий (ВТЭ) в энергетических установках. The method relates to fuel energy, specifically to methods for producing water-fuel emulsions (VTE) in power plants.

В настоящее время в энергетических установках используются, как правило, остаточные топлива (тяжелые мазуты). Когда такое топливо доставляется в железнодорожных цистернах на котельные промышленных предприятий, то для перекачивания в заводские емкости его необходимо разогревать. Разогрев проводится, в основном, паром, и топливо значительно обводняется, зимой до 10% и более. Частично вода после отстоя сливается, но и значительная ее часть остается в топливе (вода очень плохо разделяется с тяжелым топливом), где она располагается линзами. Если из такого обводненного топлива создать стабильную водотопливную эмульсию и довести содержание воды до 20-40 % (в зависимости от вида топлива и энергетической установки), то такое топливо сгорает более эффективно.Currently, in power plants, residual fuels (heavy fuel oils) are used, as a rule. When such fuel is delivered in railway tanks to boiler rooms of industrial enterprises, it must be heated up to be pumped to factory tanks. The heating is carried out mainly by steam, and the fuel is significantly flooded, in winter up to 10% or more. Partially, the water after sludge is discharged, but a significant part of it remains in the fuel (water is very poorly divided with heavy fuel), where it is located with lenses. If a stable water-fuel emulsion is created from such watered fuel and the water content is increased to 20-40% (depending on the type of fuel and power plant), then such fuel burns more efficiently.

Известен способ подготовки жидкого топлива и устройство для его осуществления, патент RU 2143312, B01F3/08, опубл. 27.12.1999, который принимаем за прототип. В известном способе осуществляют периодическую рециркуляцию топлива, находящегося в топливном резервуаре через трубопроводную магистраль, включающую нагреватель и гидродинамический кавитационный аппарат, в котором осуществляют эмульгирование топлива с водой. В качестве примеров используемых кавитационных аппаратов указаны устройства по заявкам на патент RU 94042513, RU 94042798, RU 95106245. Указанные устройства представляют собой статические смесители, в которых эмульгирование топлива с водой достигается пропусканием их смеси через малые отверстия под высоким давлением. Для использования данных устройств необходимо создавать высокое давление на входе, что подразумевает отношение системы приготовления ВТЭ к системам, работающим под высоким давлением, и к работе которых предъявляются такие требования как техническое освидетельствование, разрешение на эксплуатацию и др. К тому же для необходима периодическая регулировка зазоров между элементами, содержащих отверстия, с целью поддержания минимального расстояния между ними. A known method of preparing liquid fuel and a device for its implementation, patent RU 2143312, B01F3 / 08, publ. 12/27/1999, which is taken as a prototype. In the known method, periodic recirculation of the fuel in the fuel tank through the pipeline, including a heater and a hydrodynamic cavitation apparatus, in which the fuel is emulsified, is carried out. As examples of cavitation apparatuses used, devices according to patent applications RU 94042513, RU 94042798, RU 95106245 are indicated. These devices are static mixers in which emulsification of fuel with water is achieved by passing their mixture through small openings under high pressure. To use these devices, it is necessary to create a high pressure at the inlet, which implies the relationship of the VTE preparation system to systems operating under high pressure, and the requirements of which are such as technical inspection, approval for operation, etc. In addition, periodic clearance adjustment is necessary between elements containing holes in order to maintain a minimum distance between them.

Недостатком известного способа является высокая сложность приготовления ВТЭ за счет необходимости создания высокого давления на входе кавитационного аппарата.The disadvantage of this method is the high complexity of the preparation of VTE due to the need to create high pressure at the inlet of the cavitation apparatus.

Известен генератор гидродинамических колебаний (или гидродинамический кавитатор) по патенту RU 2269386, МПК B06B1/20, опубл. 10.02.2006. Известное устройство содержит корпус, в котором выполнены входное сопло, торообразная кавитационная камера, выходное сопло, проточка, в которой размещен элемент вторичной кавитации, выполненный в виде кольца. В корпусе выполнены отверстия для подсоса воздуха (газа) или жидкости.A known generator of hydrodynamic oscillations (or hydrodynamic cavitator) according to the patent RU 2269386, IPC B06B1 / 20, publ. 02/10/2006. The known device comprises a housing in which an inlet nozzle, a toroidal cavitation chamber, an outlet nozzle, a groove in which a secondary cavitation element is arranged in the form of a ring are arranged. The housing has openings for suction of air (gas) or liquid.

Технический результат направлен на повышение качества формируемой ВТЭ и упрощение способа ее приготовления. The technical result is aimed at improving the quality of the formed VTE and simplifying the method of its preparation.

Технический результат достигается тем, что предложен способ формирования водотопливной эмульсии, в котором осуществляют периодическую циркуляцию топлива, находящегося в топливном резервуаре через трубопроводный контур рециркуляции, включающий нагреватель топлива и гидродинамический кавитационный аппарат, в котором осуществляют эмульгирование топлива с водой, и который включает корпус с входным и выходным соплами, торообразную кавитационную камеру, содержащую отверстия для подачи водовоздушной смеси, и элемент вторичной кавитации, выполненный в виде кольца, размещенного в проточке камеры. The technical result is achieved by the fact that the proposed method of forming a water-fuel emulsion, in which periodically circulate the fuel in the fuel tank through a recirculation pipeline circuit, including a fuel heater and a hydrodynamic cavitation apparatus, in which the fuel is emulsified with water, and which includes a housing with an inlet and output nozzles, a toroidal cavitation chamber containing holes for supplying a water-air mixture, and a secondary cavitation element made in the form of a ring placed in the groove of the camera.

Предложенный способ поясняется следующим графическим материалом.The proposed method is illustrated by the following graphic material.

На фиг. 1 изображена система мазутного хозяйства, осуществляющей формирование и подачу ВТЭ на форсунки котельной установки.In FIG. Figure 1 shows a fuel oil system that generates and supplies VTE to the nozzles of a boiler plant.

На фиг. 2 изображен кавитационный аппарат в разрезе, в котором осуществляют эмульгирование топлива с водой.In FIG. 2 shows a cavitation apparatus in a section in which emulsification of fuel with water is carried out.

На фиг. 1 система мазутного хозяйства содержит топливные резервуары 1, трубопроводный контур рециркуляции, который включает последовательно установленные нагреватели топлива 2, фильтры грубой очистки 3, насосы рециркуляции 4, кавитационный аппарат 5; содержит магистраль подачи ВТЭ на сжигание, которая включает последовательно установленные фильтры грубой очистки 6, подающие насосы 7, нагреватели 8, фильтры тонкой очистки 9; содержит форсунки 10 котельной установки 11. In FIG. 1, the fuel oil system contains fuel tanks 1, a recirculation pipeline circuit that includes sequentially installed fuel heaters 2, coarse filters 3, recirculation pumps 4, cavitation apparatus 5; contains the main supply of VTE for combustion, which includes sequentially installed coarse filters 6, feed pumps 7, heaters 8, fine filters 9; contains nozzles 10 of the boiler installation 11.

На фиг. 2 кавитационный аппарат 5 содержит корпус 12, в котором выполнены входное сопло 13, торообразная кавитационная камера 14, выходное сопло 15, а также проточка 16, в которой размещен элемент вторичной кавитации, выполненный в виде кольца 17. В корпусе 12 выполнены отверстия 18. Кавитационный аппарат 5 снабжен дозатором воды (на фиг. не показан) для подачи через отверстия 18 водовоздушной смеси. Входное сопло 13 и выходное сопло 15 сужены в области соединения с камерой 14. Кавитационный аппарат 5 во входном сопле 13 в его сужающейся части содержит жестко установленную спиралевидную лопасть 19. При этом входное сопло 13 может быть выполнено со смещением относительно оси кавитационной камеры 14. In FIG. 2, the cavitation apparatus 5 comprises a housing 12, in which an inlet nozzle 13, a toroidal cavitation chamber 14, an outlet nozzle 15, and a groove 16, in which a secondary cavitation element is arranged, made in the form of a ring 17, are made in the housing 12. The cavities 18 are made 18. Cavitation apparatus 5 is equipped with a water dispenser (not shown in FIG.) for supplying air-water mixture through openings 18. The inlet nozzle 13 and the outlet nozzle 15 are narrowed in the area of connection with the chamber 14. The cavitation device 5 in the inlet nozzle 13 in its tapering part contains a rigidly mounted spiral blade 19. In this case, the inlet nozzle 13 can be offset from the axis of the cavitation chamber 14.

Пример реализации способа формирования ВТЭ в системе мазутного хозяйства осуществляется следующим образом.An example of the implementation of the method of forming VTE in the fuel oil system is as follows.

Осуществляют периодическую циркуляцию топлива, находящегося в топливном резервуаре 1 через трубопроводный контур рециркуляции. Для этого топливо периодически извлекают из топливных резервуаров 1 и пропускают его сначала через нагреватели 2, в которых оно подогревается и становится менее вязким, затем пропускают через фильтры грубой очистки 3, при помощи которых удаляют крупные фракции примесей, затем при помощи насосов рециркуляции 4 топливо пропускают через кавитационный аппарат 5, где происходит его эмульгирование с водой. А именно поток топлива, нагнетаемый насосами рециркуляции 4, подается во входное сопло 13 кавитационного аппарата 5, где попадает на спиралевидную лопасть 19. Стенки входного сопла 13 и спиралевидная лопасть 19 образуют спиралевидный канал, проходя через который поток закручивается. Жестко установленная спиралевидная лопасть 19 во входном сопле закручивает поток жидкости, что позволяет увеличить «факел кавитации», а именно увеличить длину контакта с водоворотными областями внутри кавитационной полости, и тем самым усилить кавитацию. В области соединения входного сопла 13 с кавитационной камерой 14 диаметр входного сопла 13 уменьшается и происходит ускорение потока топлива. Далее закрученный поток попадает в торообразную кавитационную камеру 14. В полости, образованной стенкой кольца 17 и стенкой проточки 16, формируется область пониженного давления. Через отверстия 18 в кавитационную камеру подают водовоздушную смесь. Поступивший воздух, перемешиваясь с водой и топливом, образует дополнительные завихрения внутри камеры 14, при этом кавитация усиливается. Усиление кавитации обеспечивает повышение качества смешивания топлива с водой. Смещение оси входного сопла 13 относительно оси кавитационной камеры 14 приводит к косоструйности потока внутри камеры, что увеличивает длину контакта транзитной струи с водоворотными областями. Образованная в результате кавитации ВТЭ выходит через выходное сопло 15 и ее подают обратно топливные резервуары 1.Periodically circulate the fuel in the fuel tank 1 through the recirculation pipeline circuit. To do this, the fuel is periodically removed from the fuel tanks 1 and passed first through heaters 2, in which it heats up and becomes less viscous, then passed through coarse filters 3, with which large impurity fractions are removed, then fuel is passed through recirculation pumps 4 through a cavitation apparatus 5, where it emulsifies with water. Namely, the fuel flow pumped by the recirculation pumps 4 is fed into the inlet nozzle 13 of the cavitation apparatus 5, where it enters the spiral-shaped blade 19. The walls of the inlet nozzle 13 and the spiral-shaped blade 19 form a spiral-shaped channel, through which the flow is twisted. A rigidly mounted spiral-shaped blade 19 in the inlet nozzle swirls the fluid flow, which allows to increase the “cavitation torch”, namely, to increase the length of contact with the whirlpool areas inside the cavitation cavity, and thereby enhance cavitation. In the area of connection of the inlet nozzle 13 with the cavitation chamber 14, the diameter of the inlet nozzle 13 decreases and the fuel flow accelerates. Then the swirling flow enters the toroidal cavitation chamber 14. In the cavity formed by the wall of the ring 17 and the wall of the groove 16, a region of reduced pressure is formed. Through holes 18 in the cavitation chamber serves a water-air mixture. The incoming air, mixing with water and fuel, forms additional vortices inside the chamber 14, while cavitation is enhanced. Increased cavitation provides improved mixing of fuel with water. The displacement of the axis of the inlet nozzle 13 relative to the axis of the cavitation chamber 14 leads to oblique flow within the chamber, which increases the contact length of the transit jet with the whirlpool regions. The VTE formed as a result of cavitation exits through the output nozzle 15 and is fed back to the fuel tanks 1.

Сжигание ВТЭ, образовавшейся в топливных резервуарах 1, осуществляют через магистраль подачи ВТЭ на сжигание. Для этого ВТЭ извлекают из топливных резервуаров 1, затем пропускают через фильтры грубой очистки 6, затем при помощи подающих насосов 7 пропускают через нагреватели 8, затем пропускают через фильтры тонкой очистки 9 и подают на форсунки 10 котельной установки 11. The combustion of the VTE formed in the fuel tanks 1 is carried out through the VTE supply line for combustion. For this, VTE is removed from the fuel tanks 1, then passed through coarse filters 6, then, using feed pumps 7, they are passed through heaters 8, then they are passed through fine filters 9 and fed to nozzles 10 of the boiler unit 11.

Применение в предложенном способе указанного кавитационного аппарата обеспечивает простоту приготовления ВТЭ. Это обеспечивается тем, что данный аппарат работает под давлением до 10 атмосфер. Данный кавитационный аппарат не имеет подвижных изнашивающихся элементов и его применение обеспечивает пониженный расход электроэнергии. The use of the specified cavitation apparatus in the proposed method provides ease of VTE preparation. This is ensured by the fact that this unit operates under pressure up to 10 atmospheres. This cavitation device does not have moving wearing elements and its use provides reduced power consumption.

Повышение качества формируемой ВТЭ обеспечивает в предложенном способе то, что кавитационный аппарат дополнительно содержит жестко установленную спиралевидную лопасть во входном сопле и то, что в кавитационный аппарат подают смесь воды с воздухом. Improving the quality of the formed VTE ensures in the proposed method that the cavitation apparatus additionally contains a rigidly mounted spiral-shaped blade in the inlet nozzle and that a mixture of water and air is supplied to the cavitation apparatus.

Claims

A method of forming a water-fuel emulsion, in which the fuel in the fuel tank is periodically circulated through a recirculation pipeline circuit including a fuel heater and a hydrodynamic cavitation apparatus, in which the fuel is emulsified with water, characterized in that the hydrodynamic cavitation apparatus includes a housing with an inlet and output nozzles, a toroidal cavitation chamber containing holes into which a water-air mixture is supplied, an element of the secondary cavi nations, made in the form of a ring placed in the groove of the chamber, and a spiral-shaped blade rigidly mounted in the inlet nozzle.