Ультразвуковые установки приготовления водо-топливных эмульсий

 
Ультразвуковые установки приготовления водо-топливных эмульсий
 
           При вибро-акустической обработки газожидкостных сред, в том числе и жидких энергоносителей, получаются новые потребительские свойства, которые обеспечивают более высокие показатели качества топлива. Наиболее удачным решением получения более эффективного топлива в мировой практике является использование водотоплвных эмульсий (ВТЭ) - нового жидкого синтенического топлива, образованного путем тепломассоэнергообменной "сшивки" воды с жидкими энергоносителями. Использование ВТЭ в топливных установках позволяет:

 

- экономить углеводородные топлива до 20%; 

 

- снизить выброс загрязняющих веществ в атмосферу в 1,5-10раз(CO,NOx,SOx) - увеличить кпд котельных установок на 0,5-5%;

 

- продлить срок эксплуатации энергетических установок.
 Эффективность использования ВТЭ зависит в основном от следующих показателей качества - однородности, дисперсности и степени обводненности, которые определяют стабильность агрегатного состояния ВТЭ и энергетические параметры сжигания. Традиционные способы получения ВТЭ в виде высокооборотных перемешиваний вибрационных и ультразвуковых воздействий известными аппаратами не позволяют обеспечить высокое качество эмульсии в промышленных масштабах потребления.
 
Существуют разные оценки физико-химических показателей ВТЭ у авторов. Объективно показатели зависят от качества ВТЭ, что обычно учитывается не должным образом. Качество ВТЭ зависит от дисперсности водной составляющей и химических реакций угле водородного состава. Чаще используют ВТЭ, полученную с помощью обычных кавитаторов, обеспечивающих только удовлетворительное качество эмульсий. Интенсивность акустической обработки кавитатором составляет 1-5 вт/см2   и пропорциональна разности давлений на входе и выходе кавитатора. 
     Высокое качество эмульсий можно получить с применением газоструйных процессов, обеспечивающих плотность УЗ более 10 вт/см2. Интенсивность акустической обработки газоструйным генератором пропорциональна объему подаваемого пара и может доходить до сотен вт/см2.   Газоструйные процессы позволяют получить ВТЭ с дисперсностью водяной составляющей до 1 микрона и изменять углеводороды с проведением реакций гидрокрекинга и других.
 
Установка приготовления качественной ВТЭ состоит из 2 насосов, размещенных на раме, и 2-х ультразвуковых генераторов проточного типа, соединенных по схеме трубопроводами, подающими и отводными магистралями. Технические решения предлагаемых установок могут быть использованы для:

 

- обработки дизельного топлива для улучшения их технических и потребительских характеристик в летнее и зимнее время; 

 

- для получения ВТЭ "соляр-вода" как топлива на водном и автомобильном транспорте;

 

- приготовление водо-мазутных эмульсий; 

 

- обработки обводненного мазута на мазутохранилищах;

 

- утилизации жидких нефтешламов и превращения его в топливо(отходы НПЗ, нефтяных терминалов, пром.предприятий), создание ВТЭ; 

 

- утилизации сложных химических и токсических отходов;

 

- обеззараживание воды безреагентными способами; 

 

- повышение октанового числа бензина;
 
 
Установка рис.1 состоит из следующих частей:
Трубопровода 1 с краном 2 для подвода мазута, водяного трубопровода 3 с регулирующим вентилем 4 и краном 5, смесителя 6, насосного агрегата 7 НМШ парового трубопровода 8 с регулирующим вентилем 9 и краном 10 соединенного с УЗГ 11, трубопровода 12, соединяющего выход из УЗГ со вторым насосным агрегатом 13 НМШ, трубопровода 14 соединяющего второй насосный агрегат со вторым УЗГ 15 байпасного трубопровода 16, с краном 17 отводящего трубопровода 18 и манометров 19, 20 и 21.
Работа установки осуществляется следующим образом. С помощью кранов 2, 5 открываются мазутная 1 водяная 3 магистрали для подачи мазута и воды к первому насосному агрегату через смеситель 6, при этом объемная доля воды устанавливается с помощью регулирующего вентиля 4.
            Включают насосные агрегаты 7 и 13 и с помощью крана 17 устанавливают эксплуатационный режим по манометру 19 до 0,1…0,2атм. Образовавшуюся ВТЭ отводят через трубопровод 18.
            В случае подачи мазута с температурой ниже 60oС или деградированного мазута в первый УЗГ 11 подают пар по трубопроводу 8 с помощью крана 10 и регулирующего вентиля 9, при этом давление пара устанавливают по манометру 21 и согласовывают с показаниями манометра 19.

 
Для установок большой мощности актуальна задача автоматического управления, поэтому установки могут оснащаться автоматической системой управления технологического процесса (АСУТП) приготовления ВТЭ. Задачей управления является – во первых, обеспечение заданного расхода и заданной обводненности ВТЭ, во вторых, выдерживание технологического режима, обеспечивающего качество эмульсии. Функциональная схема установки приготовления ВТЭ изображена на рис. 2.

 
 
Мазут и вода поступают на смеситель СМ, при этом шестеренчатый насос Н3 с помощью частотного преобразователя ЧП3 обеспечивает строгое дозирование объема подаваемой воды. Насосы Н1, Н2 обеспечивают напор подаваемой водо-мазутной смеси на ультразвуковые генераторы УЗГ1 , УЗГ2 . Управление насосами осуществляется с помощью частотных преобразователей ЧП1 , ЧП2 . Датчик давления ДД контролирует заданный технологический режим влияющий на качество смеси. Качество смеси так же обеспечивается с помощью ультразвуковых датчиков УД1 , УД2 . Эти датчики могут так же контролировать резонансные частоты УЗГ при которых существенно обеспечивается качество ВТЭ. На выходном трубопроводе установлен датчик расхода ВТЭ, ДР, и байпас с запорными кранами на котором помещен проточный датчик влагосодержания ВТЭ, который с помощью первичного датчика обводненности ПДО и программируемого логического контроллера ПЛК, вычисляют процент влагосодержания ВТЭ. Все ПЛК через сеть промышленного стандарта RS-485 соединены с конвертором К, обеспечивающем через RS-232 информационную связь с управляющим компьютером ПК. Програмное обеспечение ПК обеспечивает наилучшие технологические режимы приготовления ВТЭ, при этом компьютер обеспечивает заданный расход ВТЭ и заданный процент обводненности. Осуществляется так же вычисление объемов ВТЭ за заданный период.
                Cистема АСУТП ВТЭ существенно влияет на качество ВТЭ, увеличивает период расслоения ВТЭ, а так же улучшает экологические показатели ВТЭ. Система АСУТП ВТЭ может легко включаться в общую систему АСУТП предприятия.