機械攪拌式燃油摻水裝置中油品調節方法
2023-12-09 13:33:51 2
專利名稱：機械攪拌式燃油摻水裝置中油品調節方法
技術領域：
本發明涉及一種燃油摻水節能技術，尤其涉及燃油摻水裝置中油品調節方法。
背景技術：
摻水燃油是目前應用最為廣泛的清潔燃料之一，但在實際應用中仍存在許多尤待 解決的問題，如穩定性欠佳、節油效果不明顯、燃燒後汙染物濃度高等。究其原因主要是對 燃油摻水後的物化性質缺乏足夠了解，因為液體燃料的粘度、表面張力、界面張力，以及摻 水後的穩定性及分散度對油水混合液狀態和應用效果有很大影響。從節油的角度看，燃油摻水量越大越好，但隨著摻水量的增大會產生一系列的負 面影響摻水量增大，粘度增加，導致加熱溫度升高、能耗增大；穩定性隨摻水量的增大而 降低，從而易出現破乳，因此摻水量不宜過多；摻水後燃油表面張力略有下降，界面張力大 幅下降；隨摻水量的增大，CO、NOx與煙塵生成量是逐漸降低的，燃燒得到改善，但增大到某 一特定值時，CO、NOx和煙塵濃度反而增加，燃燒質量變差。可見，摻水量控制對燃油本身性 能、燃燒性能和排放特性都具有十分重要的意義。綜合考慮C0、N0x和煙塵濃度以及摻水燃 油的性能影響因素幾個方面，兼顧節能和減排，認為摻水量在3-10%之間為宜。但是利用人 工進行油水配製難度大，可操作性差，因此通過對燃油摻水前後的物化性質進行合理評估， 設計一種優化的摻水量控制系統，按所需的油水比例將燃油和水連續地混合到一起，確保 含水穩定的同時實現在線調節是很有必要的。
發明內容
為解決摻水燃油中含水的穩定，本發明提供一種自動控制摻水燃油中油品調節方 法，應用在機械攪拌式燃油摻水裝置中。機械攪拌式燃油摻水裝置主體與油路和水路連接通過三個快速接口，分別是摻水 燃油出口、入水口和燃油入口，在實際應用中，如為燃油鍋爐供燃料油，回油可通過第四個 快速接口將回油傳輸到摻水燃油油箱中。與入水口相連的水路上設置水計量泵，與燃油入 口相連的油路上設置燃油計量泵；分別採用燃油計量泵和水計量泵對注入乳化器的燃油和 水進行準確計量，確定水/燃油配比在3-10%之間並進行可靠控制；燃油經輸油管傳輸，在燃油計量泵的作用下注入乳化器燃油入口。乳化器設有三 級攪拌區，在乳化器一級區攪拌燃油入口處設有一個開孔率達70%、每一小孔孔徑小於10 微米的濾網，燃油經濾網作用形成微米粒徑的燃油束，射入乳化器一級攪拌區，油束速度控 制在0. 5-l.Om/s之間。水經輸水管傳輸，在水計量泵的作用下注入機械攪拌核心部件乳化 器入水口，進入乳化器一級攪拌區。乳化器一級攪拌區中圓柱狀轉子以順時針轉動，因轉子 與定子間間隙小於5微米，帶動進入的水流在其圓柱表面形成厚度小於5微米的水層，並順 時針流動，水流速度約在50-100m/s。快速流動的微米級厚度的水層與快速的微米級燃油束 垂直碰撞，在對衝力、剪切力、摩擦力、以及表面張力的作用下，在燃油中形成微米級水珠。 初步形成的摻水燃油在一級攪拌區轉子的帶動下經一級攪拌區和二級攪拌區之間入口進
3入二級攪拌區，依次進入三級攪拌區，最後形成摻水燃油從機械攪拌核心部件乳化器出油 口排出，經輸油管進入摻水燃油油箱後儲存備用。二級攪拌和三級攪拌均為齒輪攪拌，其轉 子表面為齒輪，兩者通過齒輪咬合傳動，且咬合傳動之處因狹縫擠壓作用也起到攪拌作用， 二級、三級攪拌主要起到水珠均勻分散於燃油之中的作用。機械攪拌核心部件乳化器的轉 動依託於與二級攪拌連接的驅動齒輪，它在上方攪拌電機驅動下逆時針轉動，並帶動二級 攪拌同向轉動，進而帶動三級攪拌順時針轉動。同時，驅動齒輪與一級攪拌上方的齒輪相互 咬合，驅動其順時針轉動，帶動一級攪拌同向轉動。通過以上三級攪拌，形成「水包油」型摻 水燃油；同理，調換燃油和水入口，並適當改變運行參數，可得到「油包水」型摻水燃油，一機 實現兩種類型摻水燃油生產。本發明是通過下述技術方案實現的機械攪拌式燃油摻水裝置中油品調節方法包 括的主要設備為機械攪拌核心部件乳化器、摻水燃油油箱、燃油計量泵、水計量泵、背壓閥、 安全閥、採樣點、高倍顯微鏡。通過燃油和水流量流速調節、摻水燃油燃燒熱效率測量，優化 水油配比，並依靠可靠的含水測量及相應的自動控制系統，實現計量配比相關參數信息反 饋，顯微觀測和乳化器裝備技術保證水珠粒徑調節、分散均勻，制出含水穩定並具節能減排 效果的摻水燃油。燃油經輸油管傳輸，採用配帶安全閥的齒輪式燃油計量泵，通過兩個齒輪 相互嚙合過程中所產生的工作容積變化來輸送燃油，燃油計量泵每轉一轉，燃油排出量是 一樣的，改變燃油計量泵轉速即可調節燃油輸送量，轉速越快，輸送量越大，然後在< fetm 的有壓條件下將燃油注入機械攪拌核心部件乳化器燃油入口。純水經輸水管傳輸，採用柱 塞式水計量泵，通過機械聯杆系統帶動水輸送活塞實現往復運動完成吸入-排出過程。柱 塞行程固定，則每周期的純水排出量不變，改變柱塞的行程和周期即可調節水輸送量，同樣 在< fetm的有壓條件下將水注入機械攪拌核心部件乳化器入水口。同時在柱塞式水計量 泵出口處設置背壓閥，以穩定水計量泵的輸出流量，此外它還起到消減由於虹吸產生的流 量及壓力波動的作用。確定3-10%之間的水/油配比，調節燃油計量泵齒輪轉速和水計量 泵柱塞行程、周期定量進油和進水。當燃油和水的輸送速度按要求的配比和單位時間內的 輸送量調整好後，計量配比輸送過程就可連續不斷地進行。燃油和水在機械攪拌核心部件 乳化器的作用下形成摻水燃油從摻水燃油出口排出，經輸油管進入摻水燃油油箱後儲存備 用。如為燃油鍋爐供燃料油，回油可通過第四個快速接口將回油傳輸到摻水燃油油箱中。分 別在機械攪拌核心部件乳化器摻水燃油出口、摻水燃油油箱出口、鍋爐入口處設置摻水燃 油採樣點，採用熱恆溫萃取法，測定三處油樣靜置分離後的純水體積即含水量，並通過對柱 塞泵行程的精確控制確保油中含水穩定在設定範圍值，即通過對油樣含水量的實時監測， 實現對純水的準確計量，確保燃油的含水穩定。利用高倍顯微鏡觀測摻水燃油水珠分布及水珠粒徑，並根據鍋爐燃燒熱效率測量 確證摻水燃油節能減排效果，由燃燒指標進一步優化運行條件，通過對柱塞行程和周期的 調控達到精確控制進水量；調節一級攪拌區和二級攪拌區之間的微米量級入口寬度使水珠 粒徑更為微細，調節二級和三級攪拌區齒輪轉速使摻水燃油分布更加均勻，從而確保摻水 燃油具備優良的節能減排性能。本發明的有益效果是柱塞式水計量泵的精確控制保證油中含水穩定，三處油樣 熱恆溫萃取及時反饋油中含水量及變化，顯微觀察、精密機械裝備技術保證水珠細分、分散 均勻，燃燒熱效率的測量為運行條件的優化提供可靠的依據，從而保證高品質摻水燃油的
4生成，使得CO、NOx和煙塵濃度降低，節油效果顯著。
下面結合附圖和具體的實施方式對本發明做進一步的描述。圖1是本發明方法中系統管路原理圖。圖2是乳化器結構原理圖。圖中，1、燃油入口，2、水入口，3、摻水燃油出口，4、乳化器，5、採樣點A，6、採樣點 B，7、採樣點C，8、摻水燃油油箱，9、鍋爐。
具體實施例方式下面結合實施例具體說明本發明。在注汽鍋爐進行本燃油乳化裝置使用前後節能效果的熱工測試。採用正、反平衡 法試驗相結合進行測試，以正平衡法試驗測得的效率為主；測試時爐子運行負荷波動範圍 在士 10%以內；測試在爐子熱工況穩定時進行，穩定時間從冷態點火到正式測試不少於8 小時，鍋爐運行時燃燒品質基本保持一致。測試結果見下表。
權利要求
1. 一種機械攪拌式燃油摻水裝置中油品調節方法，其特徵在於所涉及的主要設備 包括機械攪拌核心部件乳化器G)、摻水燃油油箱(8)、燃油計量泵、水計量泵、背壓閥、安 全閥、採樣點、高倍顯微鏡；燃油經輸油管傳輸，採用配帶安全閥的齒輪式燃油計量泵，在 的有壓條件下將燃油注入機械攪拌核心部件乳化器燃油入口(1)；純水經輸水管傳 輸，採用柱塞式水計量泵，同樣在< fetm的有壓條件下將水注入機械攪拌核心部件乳化器 入水口 O)，在柱塞式水計量泵出口處設置背壓閥；確定3-10%之間的水/油配比，調節燃 油計量泵齒輪轉速和水計量泵柱塞行程、周期定量進油和進水；燃油和水在機械攪拌核心 部件乳化器的作用下形成摻水燃油從摻水燃油出口排出，經輸油管進入摻水燃油油箱後儲 存備用；為燃油鍋爐(9)供燃料油的回油通過第四個快速接口將回油傳輸到摻水燃油油箱 中，分別在機械攪拌核心部件乳化器摻水燃油出口( 、摻水燃油油箱出口、鍋爐入口處設 置摻水燃油採樣點A(5)、採樣點B (6)、採樣點C(7)，採用熱恆溫萃取法，測定三處油樣靜置 分離後的純水體積即含水量，並通過對柱塞泵行程的精確控制確保油中含水穩定在設定範 圍值；利用高倍顯微鏡觀測摻水燃油水珠分布及水珠粒徑，並根據鍋爐燃燒熱效率測量確 證摻水燃油節能減排效果，由燃燒指標進一步優化運行條件，通過對柱塞泵行程和周期的 調控達到精確控制進水量；調節一級攪拌區和二級攪拌區之間的微米量級入口寬度使水珠 粒徑更為微細，調節二級和三級攪拌區齒輪轉速使摻水燃油分布更加均勻。
全文摘要
一種機械攪拌式燃油摻水裝置中油品調節方法，本發明包括的主要設備為機械攪拌核心部件乳化器、摻水燃油油箱、燃油計量泵、水計量泵、背壓閥、安全閥、採樣點、高倍顯微鏡。柱塞式水計量泵的精確控制保證油中含水穩定，三處油樣熱恆溫萃取及時反饋油中含水量及變化，顯微觀測和乳化器裝備技術保證水珠粒徑調節、分散均勻，鍋爐燃燒熱效率測量為運行條件的優化提供可靠依據，從而保證高品質摻水燃油的生成，節油效果顯著。
文檔編號F23K5/12GK102080830SQ201110042749
公開日2011年6月1日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者劉爽, 唐曉佳, 朱益民, 李鐵 申請人:大連海事大學