Способ подготовки и хранения жидкого топлива

 

Способ предназначен для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию в котлоагрегатах жидкого топлива на основе мазута. Способ включает эмульгирование мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой непосредственно перед подачей на сжигание. При хранении мазута в резервуарах производят циклическое диспергирование частиц воды до получения в резервуарах грубодисперсной системы. До загрузки мазута в резервуары и/или в ходе его диспергирования в них производят гомогенизацию мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой. Изобретение позволяет снизить количество вредных выбросов в атмосферу и повысить стабильность горения жидкого топлива при одновременном снижении трудоемкости. 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для приготовления, хранения и подготовки к сжиганию в котлоагрегатах жидкого топлива на основе мазута.

Известен способ хранения, подготовки и подачи мазута, включающий слив мазута из цистерн в приемные резервуары, подогрев мазута в процессе слива, поддержание в резервуарах температуры 40-140oC путем циклического прокачивания мазута через подогреватели и подачу мазута на сжигание в котельные агрегаты (см. Г.С.Степанов и др. Рациональное использование мазута в паровых котлах предприятий пищевой промышленности. Легкая и пищевая промышленность.- М.:1981, с. 127).

Однако содержащаяся в мазуте вода скапливается в нижней части резервуаров и, попадая на форсунки, приводит к их аварийному останову. Кроме того, высокая вязкость сжигаемого мазута приводит к загрязнению окружающей среды оксидами азота, сажей, бензапиреном, снижению КПД котлоагрегатов.

Наиболее близким к предложенному способу является способ подготовки и хранения жидкого топлива, описанный в заявке N 94023004/26, кл. B 01 F 3/08, 1994. В известном способе жидкое топливо получают путем эмульгирования мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой, при этом эмульгирование осуществляют в процессе загрузки в резервуары, циклически при хранении в них и непосредственно перед подачей на сжигание. Кроме того, в процессе хранения температуру мазута поддерживают в диапазоне 40-140oC.

Сжигание водомазутной эмульсии позволяет снизить количество вредных выбросов и вероятность аварийного останова котлоагрегатов, однако как показали проведенные исследования и практический опыт использования, известный способ, будучи сравнительно трудоемким из-за трехступенчатого эмульгирования, тем не менее не обеспечивает стабильного горения факела. Это происходит потому, что в разгружаемом или хранящемся топливе имеются или возникают вследствие расслоения (коалесценции) эмульсии крупные включения, так называемые линзы, воды. В процессе их последующего эмульгирования вместо эмульсии воды в мазуте в лучшем случае образуется эмульсия мазута в воде. В результате сразу же после эмульгирования линзы образуются вновь, что сводит на нет все достоинства известного способа как в части непрерывности и стабильности процесса горения топлива, так и в отношении количества вредных выбросов.

Кроме того, как уже отмечалось, известный способ трудоемок, так как в нем эмульгирование осуществляется в три стадии.

Здесь следует пояснить, что под эмульгированием понимают процесс, в результате которого получается стабильная водомазутная эмульсия, пригодная к сжиганию в котлоагрегате без существенного снижения КПД и при существенно меньших выбросах вредных веществ по сравнению с чистым мазутом. Однако, как показали проведенные исследования, этими свойствами обладает лишь гомогенная эмульсия, содержащая 1-12% влаги (при больших концентрациях воды параметры горения резко ухудшаются), с размером частиц воды менее 15 мкм и находящаяся при 50-120oC. При этом решающий характер имеет именно размер частиц воды. Так, известно, что степень дисперсности эмульсий вообще лежит в диапазоне 103-105 см-1 (см. Общая химия, под ред. Е.М.Соколовской и др. - МГУ, 1980, с. 292). В частности, было установлено, что системы с дисперсностью частиц воды 300-60 мкм нестабильны и скорость коалесценции в них превышает приемлемую скорость диспергирования. В то же время коэффициент диспергирования, т.е. отношение размера частиц на выходе диспергатора к размеру частиц на его входе, ограничен конструктивными особенностями аппаратов, так что для получения эмульсии из загружаемого топлива, размер капель воды в котором превышает 200 мкм, требуется установить несколько последовательных кавитационных аппаратов или многократно прокачать мазут через один имеющийся. Иными словами, завышенные требования к дисперсности и температуре топлива приводят к неоправданному повышению трудоемкости способа, снижению производительности, перерасходу энергии.

Таким образом, техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является снижение количества вредных выбросов в атмосферу и повышение стабильности горения жидкого топлива при одновременном снижении трудоемкости способа.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе подготовки и хранения жидкого топлива, включающем эмульгирование мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой непосредственно перед подачей на сжигание, при хранении мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой в резервуарах производят циклическое диспергирование частиц воды до получения в резервуарах грубодисперсной системы, а до загрузки мазута в резервуары и/или в ходе его диспергирования в них производят гомогенизацию мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой.

Кроме того, в состав топлива до или в процессе эмульгирования и/или диспергирования вводят тяжелую пиролизную смолу в количестве 2-10 мас.%.

Допускается гомогенизацию осуществлять путем забора мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой из нижней части приемной емкости или резервуара и вброса их или их смеси по высоте емкости или резервуара.

Гомогенизация может также осуществляться путем забора мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой из приемной емкости или резервуара и перекачивания их смеси в другую емкость или резервуар.

Кроме того, одновременно с проведением гомогенизации до загрузки в резервуары может осуществляться предварительное диспергирование частиц имеющейся в мазуте или подаваемой извне воды.

Целесообразно также, чтобы скорость диспергирования при хранении в резервуарах была в 1,5-2 раза выше скорости коалесценции.

При этом содержание воды в топливе поддерживают на уровне 4-12 мас.%.

Целесообразно также проводить гомогенизацию при загрузке при температуре топлива 45-55oC.

Рекомендуется также хранить топливо при температуре 50-70oC.

При этом температуру топлива перед подачей на сжигание доводят до 90-120oC.

Кроме того, диспергирование мазута с водой при хранении в резервуарах проводят до достижения среднего размера частиц воды 20-25 мкм.

И, наконец, при эмульгировании топлива перед сжиганием средний размер частиц воды доводят до 10-15 мкм.

Таким образом, в предлагаемом способе не производят эмульгирования при загрузке мазута в резервуары хранения, как это делалось в известном способе. В этот момент вообще не производят никаких операций, кроме самой загрузки. А вот перед загрузкой и/или после нее, в процессе хранения, мазут с водой гомогенизируют, т.е. перемешивают, обеспечивая однородность состава по всему объему. Кроме того, вместо циклического эмульгирования мазута (топлива) в процессе хранения в резервуаре его подвергают диспергированию до образования грубодисперсной системы, отличающейся от эмульсии (микрогетерогенной системы) большим размером частиц воды (25-60 мкм). Таким образом вместо трех стадий эмульгирования в известном способе, в предложении всего одна стадия эмульгирования, но ей предшествует гомогенизация и диспергирование смеси, а в ряде случаев и предварительное ее диспергирование, так что на эмульгирование поступает гомогенная грубодисперсная система с размером частиц воды более 20-25 мкм.

Более того, в предлагаемом способе диспергирование производится непосредственно после гомогенизации (предварительного диспергирования), что исключает отрицательное влияние нестабильности смеси или грубодисперсной системы, а соблюдение вышеприведенных параметров топлива и введение пиролизной смолы позволяют практически полностью исключить возможность аварийной остановки котельного оборудования и неконтролируемые выбросы в атмосферу вредных продуктов горения, что особенно актуально в реальных условиях перевозки и хранения мазутного топлива, не являющегося основным источником энергии на ТЭЦ.

Иными словами в предложении водомазутная система также проходит несколько стадий обработки, но только последняя из них является эмульгированием. В частности, возможны следующие варианты: гомогенизация-диспергирование-эмульгирование, при этом размер частиц воды изменяется от начального, равного, например, 200 мкм, по закону 200-200-20(25)-15(10) мкм, т.е. при гомогенизации размер частиц практически не изменяется; диспергирование-гомогенизация-эмульгирование (200-20-20-15); гомогенизация-диспергирование-гомогенизация-эмульгирование (200-200-20-15); гомогенизация-предварительное диспергирование - гомогенизация-диспергирование-эмульгирование (200-50(60)-50-25-10).

Необходимо учесть также, что поступающий на ТЭЦ мазут практически всегда обводнен и содержание влаги в нем колеблется в пределах 1-3%. В процессе хранения и перед подачей на сжигание влажность топлива контролируют и, при необходимости, дополнительно вводят воду, если она не попала в резервуары непреднамеренно. Именно в этом смысле следует понимать выражение "с имеющейся в нем или подаваемой извне водой".

Следует учесть также, что топливом выше названа водомазутная система, мазут с имеющейся в нем или поданной извне водой, подвергнутые гомогенизации и диспергированию (эмульгированию).

Пиролизная смола является продуктом оргсинтеза и выпускается по ТУ 38. 10285-83.

Вброс по высоте означает вброс в верхней части или одновременно в нескольких точках по высоте.

Как уже отмечалось, под грубодисперсной системой понимается смесь мазута с водой, частицы которой имеют средний размер от 25 до 60 мкм.

Говоря о среднем размере частиц, предполагается, что распределение частиц по размерам является нормальным или близко к нему. Можно ввести и иной критерий: количество частиц с размером, отличающимся от среднего не более чем на 10%, составляет в системе более 80%.

Разумеется, температура хранения топлива (мазута с водой) совпадает с температурой, при которой осуществляется этап диспергирования. Поддержание вышеуказанной температуры осуществляется путем пропускания топлива через нагреватель.

На чертеже схематично показано устройство для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит приемную емкость 1 и резервуары 2,3 (их число может быть и больше двух) для хранения мазута (водомазутной эмульсии, топлива). Подача мазута или топлива осуществляется насосами 4-6. На выходе насоса 4 установлен смеситель (гомогенизатор) 7, в качестве которого могут использоваться любые известные смесители, в том числе и кавитационного типа, конструктивно аналогичные эмульгаторам, но больших размеров, с большими просветами между кавитирующим телом и внутренней поверхность аппарата. В частности, при выборе их объема исходят из того, что он должен по меньшей мере в 1,5-2 раза превышать размер линз воды, могущих находиться в мазуте. Вместо смесителя можно воспользоваться и мешалкой, вибратором.

За насосами 5 и 6 установлены диспергатор 8 и эмульгатор 9 соответственно, за которыми размещены нагреватели 10, 11. Диспергатор и эмульгатор могут быть выполнены любым известным образом, например, в виде кавитационных аппаратов, причем размеры диспергатора выше, чем у эмульгатора.

В магистрали 12 подачи топлива на сжигание установлены задвижки 13 и 14, в магистрали 15 подачи мазута на хранение - задвижки 16, 17, 18, в магистрали 19 возврата мазута в приемную емкость - задвижка 20, а в магистрали 21 рециркуляции - задвижки 22, 23, 24 и 25.

Введение дополнительной воды производят, при необходимости, на вход насосов 4-6 или аппаратов 8, 9.

Выполнение кавитационных аппаратов подробно описано в обзорной информации: Серия 1. Тепловые электростанции, теплофикация и тепловые сети. 1986, вып. 11 "Улучшение эксплуатационных свойств жидкого котельного топлива путем его гидромеханической обработки", 60 с. , а также патентах по заявкам 94042513/25, 94042798/25, 95106245/26 и других источниках.

Пиролизную смолу вводят в смеситель 7, добавляют в емкость 1 или в резервуары 2,3 непосредственно после загрузки мазута.

Способ осуществляют следующим образом. Мазут из цистерн сливают в емкость 1. После ее заполнения возможны три варианта дальнейших действий.

Вариант 1. Мазут с имеющейся в нем или добавленной в него водой, а в ряде случаев и пиролизной смолой гомогенизируют путем циркуляции по контуру 1-4-7-1 (задвижка 18 закрыта, задвижка 20 открыта), после чего закачивают в резервуар 2(3), после заполнения которого начинают процесс диспергирования путем пропускания водомазутной системы по контуру 2-24-5-8-10-22-2 или контуру 2-24-5-8-10-23-3.

Вариант 2. Мазут с имеющейся в нем или добавленной в него водой сразу закачивают в резервуар 2 (3) и одновременно с диспергированием водомазутной системы производят ее гомогенизацию дополнительным, не показанным на чертеже смесителем, установленным на выходе насоса 5 перед эмульгатором 8, или путем вброса по высоте резервуара, из которого мазут взят на рециркуляцию или путем его перекачивания в другой резервуар.

Вариант 3. Представляет комбинацию вариантов 1,2, при которой гомогенизацию производят и в емкости 1, и резервуаре 2(3).

Параметры смесителя 7 (проходное сечение, перепад давления на смесителе, скорость течения в нем и т.п.) могут быть выбраны так, что в нем происходит предварительное диспергирование водомазутной смеси до получения системы с размером частиц 50-60 мкм. Тем не менее, этот процесс не является эмульгированием по вышеназванным причинам и лишь усиливает эффект, обеспечиваемый гомогенизацией на этапе, предшествующем загрузке мазута на хранение. Этот процесс не является и диспергированием в вышеназванном смысле, так как в результате не получается и квазиустойчивая грубодисперсная система. Более того, устройство, как уже отмечалось, может и не содержать смеситель 7.

Для определения скорости диспергирования достаточно знать объем резервуаров и производительность аппаратов, через которые осуществляется циклическое прокачивание водомазутной системы при хранении. Например, если весь объем резервуаров прокачивают за 30 часов, а средний размер частиц воды при этом снижается с 60 до 25 мкм, то скорость дисперигования составит 35/30. Аналогично, если при последующем хранении в течение 90 часов средний размер частиц возрос до 40 мкм, то скорость коалесценции равна 15/90.

Сравнительные испытания известных и предложенных способа и устройства проводились на паровом котле ДКВр-6,5-13 ст. N 2, предназначенном для производства насыщенного пара.

Влажность топлива измерялась переносным влагомером. Опыты при сжигании газа проводились с номинальным давлением газа перед горелками, а при сжигании жидкого топлива - с постоянным давлением 5-6 кг/см2, что соответствует примерно нагрузке котла 0,6-0,7 Дном.

При проведении испытаний исследовались все вышеназванные диапазоны изменения концентрации пиролизной смолы, влаги, температуры и дисперсности, причем промежуточные точки не только экстраполировались, но и проверялись расчетным путем. В результате было установлено, что ожидаемый эффект достигается в указанных диапазонах и не достигается вне их. Были проведены также сравнительные испытания по сжиганию мазута, водомазутной эмульсии с пиролизной смолой и без нее и газа.

При сжигании гомогенизированной смеси мазута с пиролизной смолой (и гомогенизированной водомазутной эмульсии) резко понизился критический коэффициент избытка воздуха, причем его величина была тем ниже, чем больше температура топлива. Так, при температуре смеси 94oC оптимальный коэффициент избытка воздуха составил 1,6-1,65, (1,64-1,71) а при температуре 130oC -1,4-1,45, (1,45-1,51) в то время как при сжигании мазута с температурой 120-125oC - 1,8-1,85. Таким образом, понижение коэффициента избытка воздуха с 1,8-1,85 до 1,4-1,45 увеличило КПД котла приблизительно на 1,6-1,7%.

Минимальное значение концентрации оксидов азота при сжигании смеси мазута с пиролизной смолой составило 170-180 мг/нм3 против 260-270 мг/нм3 при сжигании мазута и 200-210 при сжигании водомазутной эмульсии без смолы, т.е. произошло снижение вредных выбросов примерно на 40%.

Для сравнения, концентрация оксидов азота при сжигании газа на нагрузке котла, близкой к номинальной, составила 125-130 мг/нм3 при оптимальном коэффициенте избытка воздуха 1,4, а концентрация оксидов азота при сжигании мазута влажностью 0,8% и оптимальном коэффициенте избытка воздуха 1,87-1,90 составила 260-270 мг/нм3.

При сжигании водомазутной эмульсии влажностью 3,2% концентрация оксидов азота уменьшилась по сравнению с NOx при сжигании мазута только на 25%.

Таким образом удалось добиться двойного положительного эффекта: во-первых, снижения оптимального избытка воздуха, что соответствует повышению КПД котла, и, во-вторых, существенного уменьшения выбросов оксидов азота.

Более того однократное эмульгирование вместо трехкратного в известном способе позволило достичь указанных параметров при существенно меньших затратах энергии и времени.

Формула изобретения

1. Способ подготовки и хранения жидкого топлива, включающий эмульгирование мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой непосредственно перед подачей на сжигание, отличающийся тем, что при хранении мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой в резервуарах производят циклическое диспергирование частиц воды до получения в резервуарах грубодисперсной системы, а до загрузки мазута в резервуары и/или в ходе его диспергирования в них производят гомогенизацию мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в состав топлива до/или в процессе эмульгирования и/или диспергирования вводят тяжелую пиролизную смолу в количестве 2-10 мас.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию осуществляют путем забора мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой из нижней части приемной емкости или резервуара и вброса их или их смеси по высоте емкости или резервуара.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию осуществляют путем забора мазута с имеющейся в нем или подаваемой извне водой из приемной емкости или резервуара и перекачивания их смеси в другую емкость или резервуар.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с проведением гомогенизации до загрузки в резервуары может осуществляться предварительное диспергирование частиц имеющейся в мазуте или подаваемой извне воды.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость диспергирования при хранении в в резервуарах выбирают в 1,5-2 раза выше скорости коалесценции.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание воды в топливе поддерживают на уровне 4-12 мас.%.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что гомогенизацию при загрузке проводят при температуре топлива 45-55oC.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что топливо хранят при 50-70oC.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру топлива перед подачей на сжигание доводят до 90-120oC.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование мазута с водой при хранении в резервуарах проводят до достижения среднего размера частиц воды 20-25 мкм.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что при эмульгировании топлива перед сжиганием средний размер частиц воды доводят до 10-15 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1

QZ4A - Регистрация изменений (дополнений) лицензионного договора на использование изобретения

Лицензиар(ы): Булгаков Алексей Борисович

Вид лицензии*: НИЛ

Лицензиат(ы): КОРПАКС ИНВЕСТМЕНТС ЛИМИТЕД (CY)

Характер внесенных изменений (дополнений):Расторжение договора РД0024451 по обоюдному согласию

Дата и номер государственной регистрации договора, в который внесены изменения: 23.07.2007 № РД0024451

Извещение опубликовано: 10.07.2009        БИ: 19/2009

* ИЛ - исключительная лицензия НИЛ - неисключительная лицензия



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области топливной энергетики и может быть использовано при создании топливных смесей для котлоагрегатов, печей, турбин и иных энергетических установок

Изобретение относится к химической технологии
Изобретение относится к процессам получения воднодисперсных систем при приготовлении водотопливной эмульсии для двигателей внутреннего сгорания в автотранспорте и судоходстве, водоэмульсионных красок в лакокрасочном производстве, смазочно-охлаждаемых жидкостей на основе эмульсолов, лекарственные препаратов на основе масляных эмульсий в фармацевтии и т.д
Изобретение относится к области получения эмульсий органических веществ (масло) в воде (эмульсии типа масло в воде М/в)

Изобретение относится к технике смешения реагентов и может быть использовано в химической технологии, в частности для приготовления водотопливных эмульсий

Изобретение относится к диспергированию вязких материалов и может найти применение в приготовлении коллоидно-дисперсионных растворов масложировых соединений с целью их широкого использования в промышленности, например, в качестве флотореагентов при обогащении руд

Изобретение относится к области производства товарных нефтепродуктов в отраслях нефтепереработки и нефтехимии и может быть использовано в товарно-сырьевых производствах, на нефтебазах и танкерах-смесителях для смешения товарных мазутов (котельных и технологических топлив, судовых мазутов) на стационарных установках и передвижных смесительных модулях

Изобретение относится к подготовке топлива

Изобретение относится к получению различных продуктов на основе тонких эмульсий и суспензий в пищевой, химической и нефтехимической промышленности

Изобретение относится к области смешения мешалками жидких веществ или твердых компонентов в жидкой среде и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где необходимо проводить соответствующую операцию.

Изобретение относится к технологии приготовления высокодисперсной длительно устойчивой эмульсии из взаимно не смешивающихся жидкостей и непосредственно касается способа и устройства для эмульгирования таких жидкостей, в частности, углеводородных жидкостей и воды, путем их совместной гидроакустической обработки

Изобретение относится к устройствам для получения гомогенных жидкостей и может быть использовано в пищевой промышленности для гомогенизации молочных продуктов

Изобретение относится к области гидравлики, реологии, гидродинамики

Изобретение относится к области нефтепереработки и теплоэнергетики и может быть использовано для приготовления котельного топлива (мазута) на основе смеси гудрона и тяжелых остаточных фракций вторичной перегонки нефти

Изобретение относится к многофазным эмульсиям и к способу их приготовления, в частности оно относится к многофазным эмульсиям, которые могут быть использованы в качестве транспортабельного топлива
Наверх