RU201973U1

RU201973U1 - DEVICE FOR WATER-OIL FUEL PREPARATION

Info

Publication number: RU201973U1
Application number: RU2020115862U
Authority: RU
Inventors: Петр Сергеевич Васильев; Леонид Саввич Рева; Анжелика Анатольевна Шагарова; Людмила Александровна Ильина; Виталий Александрович Дрюков; Антон Анатольевич Шурак; Валерия Антоновна Гребенникова
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-01-25

Abstract

Предлагаемая конструкция относится к устройствам для мелкодисперсного эмульгирования обводнённого мазута и приготовления водо-мазутной эмульсии, и может быть использовано в химической, нефтехимической и теплоэнергетической отраслях промышленности, в частности, в котельной технике при сжигании вязкого топливного сырья.Устройство для приготовления водо-мазутного топлива, содержащее тангенциально-осевой вихревой эмульгатор, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с осевым штуцером подачи топливного мазута и тангенциальными штуцерами подачи воды, причём снаружи вертикального цилиндрического корпуса закреплена паровая рубашка со штуцерами подачи греющего водяного пара и отвода конденсата, в верхней части корпуса закреплён расширяющийся конический раструб со штуцером вывода водо-мазутного топлива, а внутри корпуса расположен слой мелкозернистого материала.Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности устройства для приготовления водо-мазутного топлива.The proposed design refers to devices for finely dispersed emulsification of watered fuel oil and preparation of water-fuel oil emulsion, and can be used in chemical, petrochemical and heat-and-power industries, in particular, in boiler technology when burning viscous fuel raw materials. A device for preparing water-fuel oil, containing a tangential-axial vortex emulsifier, consisting of a vertical cylindrical body with an axial fuel oil supply connection and tangential water supply connections, and a steam jacket with heating water vapor supply and condensate drainage connections is fixed outside the vertical cylindrical housing, an expanding conical bell is fixed in the upper part of the housing with a nozzle for the outlet of water-fuel oil, and inside the body there is a layer of fine-grained material. The technical result of the proposed design is to increase the productivity of the device for the preparation of water-fuel oil fuel.

Description

Предлагаемая конструкция относится к устройствам для мелкодисперсного эмульгирования обводнённого мазута и приготовления водо-мазутной эмульсии, и может быть использовано в химической, нефтехимической и теплоэнергетической отраслях промышленности, в частности, в котельной технике при сжигании вязкого топливного сырья.The proposed design refers to devices for finely dispersed emulsification of watered fuel oil and the preparation of a water-fuel oil emulsion, and can be used in the chemical, petrochemical and thermal power industries, in particular, in boiler technology when burning viscous fuel raw materials.

Известна конструкция кавитационного устройства подогрева мазута, состоящая из корпуса с крышками, внутри которого поперёк направлению движения обводнённого мазута рядами установлены полые стержни, на наружной и внутренней поверхности которых выполнены чередующиеся выступы и канавки. В крышках выполнены каналы для распределения мазута и теплоносителя, причём одна из них подключена к трубопроводу подачи последнего в полые стержни, а другая – к трубопроводу для его отвода из них (патент РФ № 2390693, МПК F 23 K 5/20, F 23 K 5/12, 27.05.2010 г.).Known design of a cavitation heating device for heating fuel oil, consisting of a housing with lids, inside of which, across the direction of movement of the watered fuel oil, rows of hollow rods are installed, on the outer and inner surfaces of which alternating projections and grooves are made. Channels for distribution of fuel oil and coolant are made in the covers, and one of them is connected to the pipeline for supplying the latter to the hollow rods, and the other to the pipeline for its removal from them (RF patent No. 2390693, IPC F 23 K 5/20, F 23 K 5/12, May 27, 2010).

Недостатком данной конструкции является то, что локальные кавитационные зоны, внутри которых обеспечиваются высокие локальные эффективность и интенсивность перемешивания, возникают не во всём рабочем объёме устройства при его эксплуатации, а только в пространстве сужающихся каналов между полыми стержнями, где происходит схлопывание кавитационных пузырьков. Это обстоятельство способствует уменьшению общих эффективности и интенсивности перемешивания, что, в свою очередь, приводит к уменьшению производительности устройства по получаемой мелкодисперсной водо-мазутной эмульсии. Кроме того, недостатком является сложность конструкции устройства, обусловленная необходимостью выполнения пространственно-ориентированного профиля на наружной и внутренней поверхностях полых стержней, а также распределительных каналов в крышках.The disadvantage of this design is that local cavitation zones, within which high local efficiency and mixing intensity are ensured, do not appear in the entire working volume of the device during its operation, but only in the space of narrowing channels between hollow rods, where cavitation bubbles collapse. This circumstance contributes to a decrease in the overall efficiency and intensity of mixing, which, in turn, leads to a decrease in the productivity of the device for the resulting finely dispersed water-oil emulsion. In addition, the disadvantage is the complexity of the design of the device, due to the need to make a spatially oriented profile on the outer and inner surfaces of the hollow rods, as well as distribution channels in the covers.

Известна конструкция устройства для подготовки к сжиганию обводнённого мазута, состоящая из нескольких последовательно соединённых гибами цилиндрических прямолинейных участков, внутри которых скрещенно-последовательно в поперечных сечениях по диаметру расположены изогнутые пластины в виде прямого геликоида (патент РФ №112984, МПК F 23 K 5/12, B 01 F 3/08, 27.01.2012 г.).A known design of a device for preparing for combustion of watered fuel oil, consisting of several cylindrical rectilinear sections connected in series by bends, inside which bent plates in the form of a straight helicoid are located cross-sequentially in cross-sections in diameter (RF patent No. 112984, IPC F 23 K 5/12 , B 01 F 3/08, 27.01.2012).

Недостатком данной конструкции является то, что изогнутые в виде прямого геликоида пластины являются неподвижными и не могут создавать высокую степень турбулизации потока при его кольцевом завихрении. Это обстоятельство уменьшает эффективность и интенсивность перемешивания вязких и особенно высоковязких водо-мазутных смесей и, как следствие, уменьшает производительность устройства по получаемой мелкодисперсной водо-мазутной эмульсии.The disadvantage of this design is that the plates bent in the form of a straight helicoid are stationary and cannot create a high degree of turbulence of the flow during its annular vortex. This circumstance reduces the efficiency and intensity of mixing viscous and especially highly viscous water-fuel oil mixtures and, as a consequence, reduces the productivity of the device for the resulting fine water-fuel oil emulsion.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для гидродинамического эмульгирования жидкого топлива, содержащее гидродинамический кавитационный аппарат, отличающееся тем, что он выполнен как тангенциально-осевой вихревой эмульгатор, состоящий из трубопровода обрабатываемых жидких топлив, трубопровода добавляемой жидкости – чистой, замазученной или замасленной воды, отработавших масел, горючих жидких отходов, присадок, цилиндрического корпуса эмульгатора с верхней и средней кольцевыми полостями и внутренней полостью, кавитационной зоной; верхняя и средняя кольцевые полости связаны тангенциально установленными соплами с внутренней полостью корпуса эмульгатора, обеспечивающими соответственно тангенциальный подвод в нее жидких топлив и добавляемой жидкости, трубопровод добавляемой жидкости соединен осевым патрубком с внутренней полостью корпуса эмульгатора, с возможностью подачи в его центральную осевую часть добавляемой жидкости; трубопровод добавляемой жидкости снабжен регулирующим вентилем с возможностью регулирования в эмульгированном топливе процентного соотношения обрабатываемого жидкого топлива и добавляемой жидкости (патент РФ № 2498158, МПК F 23 K 5/12, B 01 F 3/08, 10.11.2013 г.).The closest technical solution adopted as a prototype is a device for hydrodynamic emulsification of liquid fuel, containing a hydrodynamic cavitation apparatus, characterized in that it is made as a tangential-axial vortex emulsifier, consisting of a pipeline of processed liquid fuels, a pipeline of added liquid - clean, oily or oily water, waste oils, combustible liquid waste, additives, a cylindrical body of an emulsifier with upper and middle annular cavities and an internal cavity, a cavitation zone; the upper and middle annular cavities are connected by tangentially installed nozzles with the inner cavity of the emulsifier body, providing respectively tangential supply of liquid fuels and the added liquid into it, the pipeline of the added liquid is connected by an axial branch pipe with the inner cavity of the emulsifier body, with the possibility of supplying the added liquid to its central axial part; the pipeline of the added liquid is equipped with a control valve with the possibility of adjusting the percentage of the processed liquid fuel and the added liquid in the emulsified fuel (RF patent No. 2498158, IPC F 23 K 5/12, B 01 F 3/08, 10.11.2013).

Недостатком конструкции является то, что с увеличением вязкости перемешиваемых водо-мазутных смесей пропорционально уменьшается степень турбулизации совместно вращающихся потоков перемешиваемых сред внутри кольцевых полостей тангенциально-вихревого эмульгатора и его кавитационной зоне, что, в свою очередь, приводит к уменьшению эффективности и интенсивности перемешивания и, в конечном итоге, уменьшает производительность устройства по получаемой мелкодисперсной водо-мазутной эмульсии. Кроме того, к недостаткам следует отнести высокое гидравлическое сопротивление устройства, обусловленное сложной конструкцией его тангенциально-вихревого эмульгатора, состоящего из нескольких сообщающихся друг с другом полостей.The disadvantage of the design is that with an increase in the viscosity of the mixed water-fuel oil mixtures, the degree of turbulence of jointly rotating flows of mixed media inside the annular cavities of the tangential-vortex emulsifier and its cavitation zone decreases proportionally, which, in turn, leads to a decrease in the efficiency and intensity of mixing, and, ultimately, it reduces the productivity of the device for the resulting fine water-oil emulsion. In addition, the disadvantages include the high hydraulic resistance of the device due to the complex design of its tangential-vortex emulsifier, consisting of several cavities communicating with each other.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности устройства для приготовления водо-мазутного топлива.The technical result of the proposed design is to increase the productivity of the device for the preparation of water-fuel oil.

Технический результат достигается тем, что устройство для приготовления водо-мазутного топлива, содержащее тангенциально-осевой вихревой эмульгатор, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с осевым штуцером подачи топливного мазута и тангенциальными штуцерами подачи воды, причём снаружи вертикального цилиндрического корпуса закреплена паровая рубашка со штуцерами подачи греющего водяного пара и отвода конденсата, в верхней части корпуса закреплён расширяющийся конический раструб со штуцером вывода водо-мазутного топлива, а внутри корпуса расположен слой мелкозернистого материала.The technical result is achieved by the fact that the device for the preparation of water-fuel oil fuel, containing a tangential-axial vortex emulsifier, consisting of a vertical cylindrical body with an axial fuel oil supply pipe and tangential water supply connections, and outside the vertical cylindrical body there is a steam jacket with heating supply connections. water vapor and condensate drainage, in the upper part of the housing there is an expanding conical bell with a union for the outlet of water-fuel oil fuel, and inside the housing there is a layer of fine-grained material.

Размещение внутри вертикального цилиндрического корпуса слоя мелкозернистого материала позволяет при скоростях, лежащих в диапазоне скоростей псевдоожижения, создавать восходящим потоком водо-мазутной смеси псевдоожиженный слой мелкозернистого материала по всей высоте корпуса. Применение псевдоожижения обеспечивает равномерное перемешивание водо-мазутной смеси во всём объёме псевдоожиженного слоя, что способствует значительному увеличению эффективности и интенсивности перемешивания и, как следствие, увеличению производительности по получаемой мелкодисперсной водо-мазутной эмульсии. В качестве мелкозернисто материала могут использоваться песок, стеклянные или керамические шарики, пластиковые гранулы и т. п. Оптимальный для псевдоожижения размер частиц в среднем составляет 1,5÷4,0 мм.The placement of a layer of fine-grained material inside the vertical cylindrical body allows, at speeds lying in the range of fluidization rates, to create a fluidized bed of fine-grained material along the entire height of the body with an ascending flow of a water-fuel oil mixture. The use of fluidization ensures uniform mixing of the water-fuel oil mixture throughout the entire volume of the fluidized bed, which contributes to a significant increase in the efficiency and intensity of mixing and, as a consequence, to an increase in the productivity of the resulting finely dispersed water-fuel oil emulsion. As a fine-grained material, sand, glass or ceramic balls, plastic granules, etc. can be used. The optimum particle size for fluidization is on average 1.5 ÷ 4.0 mm.

Закрепление в верхней части вертикального цилиндрического корпуса расширяющегося конического раструба увеличивает его проходное сечение, что позволяет предотвратить унос частиц мелкозернистого материала из корпуса за счёт резкого снижения скорости потока водо-мазутной смеси, которая становится меньше скорости псевдоожижения, что приводит к постоянному и устойчивому содержанию частиц мелкозернистого материала в корпусе, не требуя остановки процесса для возобновления необходимого для оптимальной работы аппарата объёма мелкозернистого материала, увеличивая тем самым производительность заявляемого устройства.Anchoring an expanding conical bell in the upper part of the vertical cylindrical body increases its flow area, which makes it possible to prevent the carryover of fine-grained material particles from the body due to a sharp decrease in the flow rate of the water-fuel oil mixture, which becomes less than the fluidization rate, which leads to a constant and stable content of fine-grained particles. material in the housing, without requiring stopping the process to resume the volume of fine-grained material required for optimal operation of the apparatus, thereby increasing the productivity of the claimed device.

Закрепление снаружи вертикального цилиндрического корпуса паровой рубашки со штуцером подачи греющего водяного пара и штуцером отвода конденсата обеспечивает возможность нагрева водо-мазутной смеси в процессе её перемешивания в псевдоожиженном слое мелкозернистого материала для уменьшения её вязкости и достижения ещё более высоких эффективности и интенсивности перемешивания и, как следствие, ещё более высокой производительности по получаемой мелкодисперсной водо-мазутной эмульсии.Fastening the outside of the vertical cylindrical body of the steam jacket with the heating water vapor supply and condensate drain connection provides the possibility of heating the water-fuel oil mixture during its mixing in a fluidized bed of fine-grained material to reduce its viscosity and achieve even higher efficiency and intensity of mixing and, as a consequence , even higher productivity for the resulting fine water-oil emulsion.

Необходимо также отметить, что использование в качестве теплоносителя греющего водяного пара, конденсирующегося на стенки вертикального цилиндрического корпуса, повышает в два-три раза коэффициент теплоотдачи (интенсивность теплоотдачи) от конденсата к стенке по сравнению с конвективной теплоотдачей при использовании других теплоносителей. Использование псевдоожижения, во-первых, повышает также в два-три раза коэффициент теплоотдачи от стенки вертикального цилиндрического корпуса к нагреваемой водо-мазутной смеси по сравнению с теплоотдачей к жидкому теплоносителю без псевдоожиженного слоя за счёт турбулизации потока, во-вторых, выравнивает по высоте температуру стенки корпуса, а, в-третьих, за счёт трения частиц мелкозернистого материала, образующих псевдоожиженный слой, о стенку корпуса предотвращает в процессе эксплуатации устройства образование на ней ржавчины, солевого камня, накипи, продуктов термической деструкции и других отложений – термических сопротивлений, что в своей совокупности значительно повышает интенсивность теплоотдачи от стенки вертикального цилиндрического корпуса к нагреваемой водо-мазутной смеси. С увеличением интенсивности теплопередачи от греющего водяного пара к нагреваемой водо-мазутной смеси увеличиваются эффективность и интенсивность её перемешивания и, как следствие, увеличивается производительности устройства по получаемой мелкодисперсной водо-мазутной эмульсии.It should also be noted that the use of heating water vapor condensing on the walls of a vertical cylindrical body as a heat carrier increases the heat transfer coefficient (heat transfer rate) from condensate to the wall by two to three times as compared to convective heat transfer when using other heat carriers. The use of fluidization, firstly, also increases the coefficient of heat transfer from the wall of the vertical cylindrical body to the heated water-fuel oil mixture by two to three times as compared to the heat transfer to the liquid heat carrier without a fluidized bed due to the turbulence of the flow, and secondly, it equalizes the temperature in height the walls of the body, and, thirdly, due to the friction of particles of fine-grained material, forming a fluidized bed, against the wall of the body, during the operation of the device, it prevents the formation of rust, salt stone, scale, products of thermal destruction and other deposits - thermal resistance, which is together, it significantly increases the intensity of heat transfer from the wall of the vertical cylindrical body to the heated water-fuel oil mixture. With an increase in the intensity of heat transfer from the heating water vapor to the heated water-fuel oil mixture, the efficiency and intensity of its mixing increase and, as a result, the productivity of the device for the resulting fine water-fuel oil emulsion increases.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для приготовления водо-мазутного топлива, на фиг. 2 – разрез по А-А.FIG. 1 shows a general view of a device for the preparation of water-fuel oil, Fig. 2 - section along A-A.

Устройство для приготовления водо-мазутного топлива представляет собой тангенциально-вихревой эмульгатор, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса 1, в нижней части которого расположены осевой штуцер 2 подачи топливного мазута и тангенциальные штуцеры 3 подачи воды. Снаружи вертикального цилиндрического корпуса закреплена паровая рубашка 4 со штуцером 5 подачи греющего водяного пара и штуцером 6 отвода конденсата, в верхней части корпуса закреплён расширяющийся конический раструб 7 со штуцером 8 вывода водо-мазутного топлива, а внутри корпуса расположен слой мелкозернистого материала 9.The device for the preparation of water-fuel oil fuel is a tangential-vortex emulsifier, consisting of a vertical cylindrical body 1, in the lower part of which there are an axial nozzle 2 for feeding fuel oil and tangential nozzles 3 for feeding water. Outside the vertical cylindrical body, a steam jacket 4 is fixed with a nozzle 5 for heating water vapor supply and a nozzle 6 for condensate drainage, an expanding conical bell 7 with a nozzle 8 for water-fuel oil fuel outlet is fixed in the upper part of the body, and a layer of fine-grained material 9 is located inside the body.

Устройство для приготовления водо-мазутного топлива работает следующим образом. The device for the preparation of water-fuel oil works as follows.

Внутрь вертикального цилиндрического корпуса 1 тангенциально-вихревого эмульгатора загружается слой мелкозернистого материала 9 в количестве, обеспечивающим при рабочей скорости водо-мазутной смеси его расширение на всю высоту корпуса. Через штуцеры 2 и 3, расположенные в нижней части корпуса, подаются перемешиваемые среды – топливный мазут и вода соответственно, где они предварительно смешиваются друг с другом за счёт вихревого движения потока воды, поступающего через два тангенциальных штуцера 3.Inside the vertical cylindrical body 1 of the tangential-vortex emulsifier, a layer of fine-grained material 9 is loaded in an amount that ensures its expansion to the entire height of the body at the operating speed of the water-fuel oil mixture. Through the fittings 2 and 3, located in the lower part of the body, mixed media are supplied - fuel oil and water, respectively, where they are pre-mixed with each other due to the vortex movement of the water flow entering through two tangential fittings 3.

Для создания на стадии предварительного перемешивания более однородной водо-мазутной смеси за счёт увеличения скорости движения потока воды нижняя часть вертикального цилиндрического корпуса 1, в которой расположены осевой и тангенциальные штуцеры 2 и 3, может быть выполнена с более меньшим по сравнению с основной его частью диаметром в виде небольшой смесительной камеры, вынесенной из-под паровой рубашки 4 (как показано на фиг.1). В этом случае для исключения просыпания частиц мелкозернистого слоя 9 при его загрузке внутрь цилиндрического корпуса 1 между ним и смесительной камерой должна быть установлена сетка (на фигурах не показана).To create a more homogeneous water-fuel oil mixture at the stage of preliminary mixing by increasing the speed of water flow, the lower part of the vertical cylindrical body 1, in which the axial and tangential nozzles 2 and 3 are located, can be made with a smaller diameter compared to its main part in the form of a small mixing chamber taken out from under the steam jacket 4 (as shown in Fig. 1). In this case, in order to prevent spillage of particles of the fine-grained layer 9 when it is loaded inside the cylindrical body 1, a mesh should be installed between it and the mixing chamber (not shown in the figures).

Рабочую скорость водо-мазутной смеси поддерживают в диапазоне скоростей псевдоожижения частиц мелкозернистого слоя 9. При этом весь слой переходит в псевдоожиженное состояние по всей высоте цилиндрического корпуса 1, обеспечивая равномерное перемешивание водо-мазутной смеси во всём объёме псевдоожиженного слоя. Для повышения эффективности перемешивания в псевдоожиженном слое через штуцер 5 в паровую рубашку 4 подаётся греющий водяной пар, конденсат которого выводится через штуцер 6. Так как в верхней части цилиндрического корпуса 1 закреплён расширяющийся конический раструб 7, то скорость водо-мазутной смеси в нём резко уменьшается и становится меньше скорости псевдоожижения, что предотвращает унос частиц слоя мелкозернистого материала 9. Готовое водо-мазутное топливо, представляющее собой мелкодисперсную водо-мазутную эмульсию, выводится через штуцер 8.The working speed of the water-fuel oil mixture is maintained in the range of fluidization rates of the particles of the fine-grained layer 9. In this case, the entire layer passes into a fluidized state along the entire height of the cylindrical body 1, providing uniform mixing of the water-fuel oil mixture throughout the volume of the fluidized bed. To increase the efficiency of mixing in the fluidized bed through the nozzle 5, heating water vapor is supplied to the steam jacket 4, the condensate of which is discharged through the nozzle 6. Since an expanding conical bell 7 is fixed in the upper part of the cylindrical body 1, the speed of the water-fuel oil mixture in it sharply decreases and becomes less fluidization rate, which prevents the carryover of particles of the bed of fine-grained material 9. The finished water-fuel oil, which is a fine water-fuel oil emulsion, is removed through the nozzle 8.

Таким образом, использование в устройстве для приготовления водо-мазутного топлива паровой рубашки со штуцерами подачи водяного пара и отвода конденсата, закреплённой снаружи вертикального цилиндрического корпуса, закреплённого в верхней части корпуса расширяющегося конического раструба со штуцером вывода водо-мазутного топлива и расположенного внутри корпуса слоя мелкозернистого материала обеспечивает увеличение производительности.Thus, the use in the device for the preparation of water-fuel oil fuel of a steam jacket with fittings for supplying water vapor and removing condensate, fixed outside a vertical cylindrical body, fixed in the upper part of the body of an expanding conical bell with a fitting for outputting water-fuel oil and a layer of fine-grained material provides increased productivity.

Claims

A device for the preparation of water-fuel oil, containing a tangential-axial vortex emulsifier, consisting of a vertical cylindrical body with an axial fuel oil supply connection and tangential water supply connections, characterized in that a steam jacket with heating water vapor supply connections is fixed outside the vertical cylindrical body and condensate drainage, in the upper part of the body there is an expanding conical bell with a union for the outlet of water-fuel oil fuel, and inside the body there is a layer of fine-grained material.