close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2650

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2650
(13)
C1
6
(51) B 01F 3/08,
(12)
C 10L 1/00,
C 10L 10/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВОВОДЯНОЙ
ЭМУЛЬСИИ
(21) Номер заявки: 961112
(22) 1996.12.06
(46) 1999.03.30
(71) Заявители: Закрытое акционерное общество
"Белагроинторг", Барановичское авиаремонтное предприятие (BY)
(72) Авторы: Дедук Ю.М., Телушкин В.В., Леонов
В.С., Минченя И.Г., Лежнев А.В., Бренько
А.А., Рыбин В.И., Канащенко Ю.Г., Калюта
Г.С. (BY)
(73) Патентообладатели: Закрытое акционерное общество "Белагроинторг", Барановичское авиаремонтное предприятие (BY)
(57)
Устройство для приготовления топливоводяной эмульсии, включающее фильтр, емкость для жидкого топлива, связанную посредством трубопровода и запорной арматуры с емкостью смешения, снабженной измерителем уровня, причем емкость смешения связана посредством трубопровода, циркуляционного насоса и
запорной арматуры с входом смесителя и трубопроводом подачи эмульсии, отличающееся тем, что оно
снабжено емкостями для воды и накопительной с измерителями уровней, а также трубопроводами с запорной и запорно-регулировочной арматурой и насосами для подачи из соответствующих емкостей топлива и
воды к емкости смешения, при этом смеситель выполнен в виде звукового излучателя, выход которого сообщен посредством трубопроводов и запорной арматуры с емкостями смешения и накопительной, причем
последняя установлена на трубопроводе для подачи эмульсии, снабженном насосом и дозатором, а емкость
для топлива оснащена измерителями уровней.
(56)
1. Заявка РБ 1881, МПК B 01F 3/08, 1996.
2. Шимков Н.Д. Раскоксовывание отверстий распылителей форсунок//Механизация и электрификация
сельского хозяйства. - № 11, 1990. - C. 53-54 (прототип).
BY 2650 C1
Изобретение относится к области топливной энергетики и касается качества приготовления жидких углеводородных горючих.
Развитие энергетических установок в направлении улучшения экономичности, весовых характеристик,
надежности и ресурса выдвигает высокие требования к качеству жидких углеводородных горючих.
В последние годы появились новые сырьевые источники и технологические способы переработки нефти.
Это привело к изменению физико-химических и эксплуатационных свойств стандартных углеводородных
горючих для энергетических установок. К настоящему времени накоплены новые экспериментальные и расчетные данные об их свойствах (например, характеристиках горения, электрических, термостабильности,
влияния растворенной воды на характеристики горения и т.п.) получены также новые материалы по изменению этих свойств в зависимости от различных факторов.
Вместе с тем, в настоящее время недостатками известных жидких углеводородных горючих являются:
1) Установлено прямым наблюдением, что при горении в отдельности таких горючих, как керосина, дизельного горючего, бензина, мазута и др., в зонах возможного недостатка кислорода образуются твердые
продукты неполного сгорания, что приводит к закоксовыванию распыливающих отверстий форсунок и появлению темного дыма. Склонность к дымообразованию определяется структурой горючего, наличием высокомолекулярных соединений и величиной капель распыливания. Чем крупнее капля и меньше содержится
растворенной воды в горючем, тем больший размер имеет коксовый остаток, поэтому относительно велики
потери тепла от химической неполноты сгорания этих горючих в энергетических установках (коэффициент
полноты сгорания составляет 0,85-0,9);
2) Свыше 85 % углеводородных горючих, потребляемых в энергетических установках, содержит до 4,5 %
серы, от 0,005 до 0,15 ванадия, а также натрия и других элементов. В связи с этим при сгорании жидких углеводородных горючих золообразующие вещества дают такие соединения, как окиси различных металлов,
серы, кремния, ванадия, а также сульфаты и другие соединения, которые отлаживаются на элементах проточной части энергетических установок и вызывают коррозию. Отложения образуются, в основном, за счет
натриевых соединений, ванадиевого ангидрида и других более сложных соединений ванадия и натрия, находящихся в потоке газов в расплавленном виде. Коррозия элементов проточной части энергетических установок является химическим процессом, резко интенсифицирующимся при увеличении температуры. Сильнейшую коррозию деталей проточной части энергетических установок вызывает пятиокись ванадия V2O5, а
также сульфат натрия Na2SO4. Наиболее опасна ванадиевая коррозия, которая резко интенсифицируется в
присутствии сульфата натрия от 650-700°С и выше.
При температуре более 800°С сульфат натрия также способен растворять защитный слой металла и вызывать коррозию;
3) При горении горючевоздушной смеси в факеле образуется окись азота в результате окисления как азота воздуха (при высоких температурах), так и азота входящего в органическую массу горючего. В этом и
другом случае скорость образования окиси азота и конечная ее концентрация зависят от содержания свободного кислорода в объеме горящего факела и его температуры.
Оксиды азота вызывают заболевание дыхательных путей, нервной системы и зрения человека, усиливают
действие других токсичных веществ, в том числе канцерогенных. Кроме того, оксид азота активно доокисляется озоном воздуха по следующей реакции:
NO + O 3
NO 2 + O 2
Протекание этой реакции в высоких слоях атмосферы приводит к разрушению слоя озона, защищающего
все живое на Земле от вредного воздействия ультрафиолетовой части спектра солнечного излучения.
При повышенной влажности смесь NO2, углеводородов, дыма и копати образует ядовитый фотохимический туман-смог.
К числу обладающих большой канцерогенной активностью относят 3,4 - бензопирен (С20Н12) или бензα-пирен, который образуется при неполном сгорании жидких углеводородных горючих в результате их высокотемпературного пиролиза. Последний является одним из сильнейших канцерогенных веществ. В естественных условиях C20H12 весьма устойчив и, накапливаясь в почве или присутствуя в воздухе, участвует в
биологическом круговороте, вредно воздействуя на биологические процессы в живых организмах.
Проведенными во многих странах исследованиями выявлена возможность повышения полноты сгорания
и снижения содержания токсичных компонентов (окислов азота и серы, углерода, коксовых остатков и др.) в
выхлопных газах за счет смешивания в определенном соотношении воды и углеводородного горючего. При
этом, более полное сгорание последнего достигается за счет газификации части углерода и коксовых остатков по уравнению:
С + H2O = СО + H2
и последующего дожигания смеси газов СО и H2.
Известно устройство для приготовления эмульсии [1], включающее средства для эмульгирования и прокачки мазута, подогревателя и емкости. Недостатком устройства является расслаивание эмульсии.
2
BY 2650 C1
Из известных устройств наиболее близким к заявленному является устройство, описанное в работе [2],
включающее емкость воды, насос для подачи воды, фильтр, регулировочный вентиль, емкость для мазута,
топливный насос, топливный фильтр, смеситель, гидродинамический излучатель, емкость для эмульсии и
комплект обвязывающих трубопроводов.
Недостатком известного устройства является то, что полученные эмульсии с содержанием воды 14 % с
течением времени расслаиваются на воду и мазут.
Задачей изобретения является разработка устройства для приготовления стабильной топливоводной
эмульсии, повышающей эффективность сгорания и экологичность.
Решение указанной задачи достигается тем, что устройство снабжено емкостями для воды и накопительной с измерителями уровней, а также трубопроводами с запорной и запорно-регулировочной арматурой и
насосами для подачи из соответствующих емкостей топлива и воды к емкости смешения, при этом смеситель выполнен в виде звукового излучателя, выход которого сообщен посредством трубопроводов и запорной арматуры с емкостями смешения и накопительной, причем последняя установлена на трубопроводе для
подачи эмульсии, снабженном насосом и дозатором, а емкость для топлива оснащена измерителями уровней.
Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен общий вид описываемого устройства (фиг. 1).
Устройство содержит накопительную емкость для воды 1 с закрепленными в ней измерителями уровня 2
и 3, подстыкованными к емкости посредством трубопроводов насосов 4 и 5, манометра 6 и запорных кранов
7 и 8 с электроприводами.
Накопительная емкость 1 предназначена для накопления и хранения очищенной от механических примесей и обессоленной воды.
Насос 4 служит для заполнения накопительной емкости 1 водой, а запорный кран с электроприводом 7 для управления процессом заправки.
Насос 5 предназначен для выдачи заданной дозы воды из накопительной емкости 1 по обвязывающим
трубопроводам через запорный кран с электроприводом 8 в емкость смешения 9. Контроль за работой насоса 5 осуществляют по манометру 6. Емкость смешения 9 имеет измерители уровня 10 и 11 для контроля количества смеси в ней. Одновременно емкость смешения через запорный кран с электроприводом 12, обвязывающие трубопроводы, звуковой излучатель 13, насос 14 с манометром 15 закольцована сама собой и через
запорный кран с электроприводом 16, обвязывающий трубопровод, состыкована с накопительной емкостью
смеси 17.
В накопительной емкости смеси 17 установлены измерители уровня 18 и 19 для контроля количества
смеси. Одновременно емкость смеси 17 с одной стороны имеет через запорный вентиль 20 магистраль слива
смеси самотеком, а с другой стороны имеет через насос 21 с манометром 22 и запорный кран с электроприводом 23 магистраль насосной выдачи заданных объемов смеси.
Кроме того, емкость смешения 9 посредством обвязочных трубопроводов, запорный кран с электроприводом 24, насос 25 с манометром 26 состыкована с накопительной емкостью горючего 27, в которой установлены измерители уровня горючего 28 и 29. В свою очередь, накопительная емкость горючего 27 имеет
через насос 30, обвязывающий трубопровод с запорным краном с электроприводом 31, магистраль заполнения горючим.
Звуковой излучатель 13 предназначен для создания звукового поля с характеристиками: частотой 15365кГц; переменным звуковым давлением 0,5-2,0 кГс/см 2 и силой звука 0,16-270 Вт/см2 в прокачиваемой жидкости.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Подготовительные работы включают:
заполнение водой емкости 1, для чего открывается запорный кран 7, включается насос 4 и производится
заполнение емкости водой до предельного верхнего уровня. Контроль заполнения емкости осуществляется
по измерителю уровня 3. По достижению предельного уровня выключается насос 4 и закрывается запорный
кран 7;
заполнение жидким углеводородным горючим емкости 27, для чего открывается запорный кран 31,
включается насос 30 и производится заполнение емкости горючим до предельного верхнего уровня. Контроль заполнения емкости осуществляется по измерителю уровня 29. По достижению предельного уровня
выключается насос 30 и закрывается запорный кран 31.
После подготовительных работ открывается запорный кран 24, включается насос 25 и выдается из емкости 27 заданная доза горючего в емкость смешения 9. Контроль выдаваемой дозы горючего осуществляется
по измерителям уровня 28 и 29. По достижению заданного уровня выдаваемой дозы горючего выключается
насос 25 и закрывается запорный кран 24.
Затем открывается запорный кран 8, включается насос 5 и выдается из емкости 1 заданная доза воды в
емкость смешения 9. Контроль выдаваемой дозы воды осуществляется по измерителям уровня 2 и 3. По достижению заданного уровня выдаваемой дозы воды выключается насос 5 и закрывается запорный вентиль 8.
3
BY 2650 C1
После выдачи в емкость смешения 9 заданных доз воды, горючего, открывается запорный кран 12, включается в работу насос 14 и вода, как более плотная жидкость, под давлением подается в звуковой излучатель
13, который в воде вызывает звуковое поле с выбранными характеристиками звука. При действии звукового
поля на воду, в ней возникает кавитация. Благодаря кавитации и связанной с ней сильной ионизации, в воде
образуются свободные радикалы ОН и Н, т.е. вода активируется. Свободные радикалы ОН и Н являются
первопричиной образования в кавитационной области с активированными молекулами углеводородного горючего устойчивые ассоциаты.
Энергия связей молекул в ассоциатах значительная, поэтому они достаточно устойчивы и не разрушаются механическим путем и при повышении температуры.
После получения устойчивой гидростабилизированной смеси открывается запорный кран 16, закрывается
запорный кран 12 и полученная гидростабилизированная смесь из емкости смешения 9 перекачивается в накопительную емкость смеси 17. Полнота откачки смеси из емкости 9 в емкость 17 производится по измерителям уровня 10 и 11. При достижении нижнего предельного уровня смеси в емкости 9 выключается насос
14 и закрывается запорный кран 16. Затем процесс приготовления гидростабилизированной смеси повторяется до достижения в емкости 17 предельного верхнего уровня. Контроль заполнения емкости 17 осуществляется по измерителю уровня 18.
Для проведения контрольных анализов смеси производится слив полученной смеси из емкости 17, для
чего открывается запорный вентиль 20 и производится слив потребного объема смеси в пробоотборник. После слива смеси в пробоотборник запорный вентиль 20 закрывается.
Для выдачи гидростабилизированной смеси из емкости 17 открывается запорный кран 23, включается насос 21 и смесь выдается в заданном количестве в тару потребителя. После выдачи смеси выключается насос
21 и закрывается запорный кран 23. Контроль выдаваемой дозы смеси в емкости 17 осуществляется по измерителю уровня 19.
Увеличивая одновременно статическое (Ро) давление и переменное звуковое (Ра) в звуковом излучателе
13 при оптимальном значении Ро/Ра = 0,4, можно многократно увеличивать уровень кавитационной активности воды. Верхний предел уровня кавитационной активности воды в этом случае ограничивается лишь уровнем звукового давления, который может быть достигнут при использовании современных источников звуковой энергии.
Повышение статического давления очень сильно влияет на характер кавитационной области. Рост Ро, с
одной стороны, приводит к уменьшению числа кавитационных "зародышей", а с другой стороны, - к сохранению числа пульсирующих пузырьков. При определенном соотношении Ро/Ра крупных пульсирующих пузырьков в жидкости может вообще не быть.
Однако, следует помнить, что при Ро ≥ Ра нет условий для возникновений кавитации в жидкости и размер
всех пузырьков становится меньше критического размера, в результате чего они пульсируют в звуковом поле, мало изменяясь в размерах.
Повышение Ра двояко влияет на динамику кавитационной полости - с одной стороны затягивается фаза
расширения пузырька и увеличиваются радиусы кавитационных пузырьков Rmax, время захлопывания пузырька ∆t, и время сдвига фазы захлопывания пузырька tmax по отношению к периоду колебаний Т (рост этих
параметров выше некоторых определенных значений снижает кавитационную активность пузырьков, так как
стадия интенсивного захлопывания может перейти в следующий отрицательный полупериод, что ослабляет
интенсивность ударных волн); с другой стороны, повышение Ра до значений выше пороговых безусловно
необходимо, так как в противном случае кавитация не возникает. Кроме того, с ростом Ра увеличивается
время, в течение которого силы, удерживающие пузырек в равновесном состоянии, уравновешиваются звуковым давлением, и пузырек может неограниченно расширяться. Следовательно, увеличение Ра до некоторого предела оказывает на динамику полости воздействие, аналогичное снижению частоты.
T
. В этом слуДвижение парогазовых пузырьков в звуковом поле становится неустойчивым, если ∆t ≥
2
чае кавитационный пузырек вырождается в пульсирующий. Следовательно, повышая Ра, можно ждать увеT
личения кавитационной активности единичного пузырька лишь при условии ∆t ≤ .
2
Повышение частоты колебаний приводит к уменьшению Rmax кавитационной полости при постоянном
амплитудном значении звукового давления. Такой результат ясен, если учесть, что с ростом частоты f при
постоянном Ра сокращается время, в течение которого величина звукового давления превышает внешние силы, удерживающие пузырек в состоянии равновесия, когда он может неограниченно расширяться за счет содержащегося в нем газа. Естественно, что при этом пузырек успевает вырасти до меньших размеров, если же
радиус его был близок к критическому, то он может выродиться в пульсирующий, при условии, что амплитуда звукового давления Ра сохраняется постоянной.
4
BY 2650 C1
Уменьшение R max кавитационных полостей с ростом f способствует росту давления парогазовой смеси в
пузырьке и началу захлопывания, что снижает интенсивность ударных волн.
Изменение частоты колебаний влияет на динамику кавитационной полости, распределение областей кавитации в объеме жидкости и на порог кавитации. Снижение максимальных размеров кавитационных пузырьков с ростом частоты уменьшает эффект экранировки на границе излучатель-жидкость и способствует
более равномерному распределению пузырьков в объеме жидкости. Одновременно с повышением частоты
увеличивается коэффициент поглощения звуковой энергии в жидкости, обусловленный наличием сил вязкого трения, а следовательно, растет скорость акустических течений, которые к тому же становятся более мелкомасштабными. Однако, с ростом частоты растет порог кавитации и увеличиваются потери в преобразователях, а это приводит к ослаблению эффективности кавитации.
Чрезмерно понижать частоту нежелательно, так как при этом резко возрастает шум и усложняется звукоизоляция, а также увеличивается вес преобразователя за счет его активного звена. Подавляющее большинство промышленных установок работает в диапазоне частот от 15 до 365 кГц. Это оптимальный диапазон в
смысле технологического эффекта, экономичности процесса и техники безопасности.
Максимальная ограниченная возникновением кавитации сила звука определяется выражением:
1 Pa2
⋅
,
2 C
где Р - плотность жидкости; С - скорость распространения звука в жидкости.
Используя приведенное соотношение, проведенными теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено переменное звуковое давление и сила звука, необходимые для возбуждения кавитации в
воде при различных частотах 15-365 кГц, которые представлены в следующей таблице:
I=
Таблица
Переменное звуковое давление и сила звука, необходимые для возбуждения кавитации
в воде при различных частотах
Частота,
Для возбуждения кавитации необходимо
кГц
звуковое давление, кГс/см2
сила звука, Вт/см2
15
0,5-2,0
0,16-2,6
175
4,0
10,0
365
7,0-20,0
33,0-270,0
Из анализа данных в таблице следует, что для возбуждения кавитации при более высоких частотах требуется большая сила звука. Увеличение необходимой силы звука при повышении частоты обусловлено тем,
что образование кавитации требует известного времени, которое зависит от величины и формы зародышей
кавитации, а также от действующего разряжения.
Предлагаемое устройство реализовано в промышленных условиях. На этом устройстве полученная гидростабилизированная углеводородная смесь испытывалась в производственных условиях на котлепарообразователе Д-900 с горелкой блочно-жидкостной БГЖ-0,5. Расход смеси составил на 4,8 кг/ч меньше
по сравнению с часовым расходом применяемого стандартного горючего (дизельного топлива). Полученная
смесь также испытывалась на дизеле Д-243, в соответствии с ТУ завода-изготовителя. Результаты положительны.
Использование предлагаемого устройства позволяет получить гидростабилизированные неразделяющиеся смеси жидких углеводородных горючих с водой (устойчивые ассоциаты). Применение полученных посредством предлагаемого устройства гидростабилизированных углеводородных горючих в горелочнотопочных агрегатах снижает сажеобразование в 2-3 раза, а в некоторых режимах даже полностью его исключает, снижаются потери тепла от химического недожега топлива и становятся равными нулю при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,05, в 3-4 раза снижается образование окислов азота, и в 3 раза уменьшается скорость коррозии элементов горелочно-топочных аппаратов, раскоксовываются отверстия
распылителей форсунок.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
164 Кб
Теги
by2650, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа