Модули и способы подготовки топлива. Подготовка бензина


Модули и способы подготовки топлива

Изобретение относится к устройствам для подготовки топлива перед сжиганием. Предложен модуль подготовки топлива, в котором подготавливаемое топливо приводят в контакт с вставным блоком 50 подготовки топлива, который включает металлические каталитические элементы 52, содержащиеся в проволочной сетчатой вставке 54, и цеолитный каталитический материал 58, состоящий из смеси твердых частиц цеолита и твердых частиц редкоземельного металла или оксида металла в твердом полимерном связующем материале и находящийся в сквозном канале 24 корпуса 20, таким образом, что топливо, протекающее в канале между впускным 30 и выпускным 40 концами корпуса, вступает в контакт с вставным блоком подготовки топлива. Технический результат заключается в повышении эффективности сжигания топлива и снижении токсичности отработавших газов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Описанные в настоящем документе варианты осуществления относятся к модулям и способам подготовки топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания и сжигающих жидкое и газовое топливо печах (например, бойлерах). Согласно особенно предпочтительным вариантам осуществления предложены модули и способы подготовки топлива, которые являются достаточно простыми в установке и практически не требуют обслуживания, а также предназначены для обеспечения более полного сгорания топлива, в результате чего существенно уменьшаются выбросы загрязняющих веществ, повышения чистоты работы двигателей и печей, в результате чего уменьшается требуемое обслуживание двигателей и печей, и существенного повышения получаемой эффективности использования топлива для двигателей и печей.

Уровень техники

В документах подробно описаны естественные недостатки, присущие двигателям внутреннего сгорания и печам. В частности, двигатели внутреннего сгорания и печи, использующие ископаемое топливо, как правило, выделяют через выпускную трубу несгоревшее или недогоревшее топливо, а также нежелательные побочные продукты горения. Такое неполное сгорание топлива вызывает серьезные проблемы для окружающей среды, поскольку образующиеся загрязняющие вещества, некоторые из которых считаются канцерогенными, выбрасываются непосредственно в атмосферу, оседают на почве и проникают в водоемы.

Помимо непосредственного попадания в атмосферу через выпускную трубу многие побочные продукты горения топлива просто накапливаются на внутренних деталях двигателя, поскольку часто до 30% выпускаемых газов попадает в двигатель. Это приводит к преждевременному износу деталей двигателя и требует досрочного обслуживания и ремонта, что может приводить к сокращению общего срока службы двигателя. Кроме того, неполное сгорание топлива в двигателе существенно снижает энергетическую эффективность использования топлива. В частности, помимо создания проблем для окружающей среды вследствие загрязнения, связанного с недостаточным использованием энергетической емкости топлива, возникают также потери экономической эффективности вследствие увеличения потребления топлива и расходов на обслуживание, а также, как правило, сокращается срок службы двигателя.

Таким образом, существует реальная потребность повышения эффективности сжигания топлива. Настоящее изобретение предназначено для удовлетворения данной потребности.

Сущность примерных вариантов осуществления

Настоящее изобретение предлагает модули подготовки топлива для обработки сгораемого топлива перед сжиганием. Согласно предпочтительным вариантам осуществления, модули подготовки топлива включают корпус, имеющий впускной и выпускной концы и определяющий сквозной канал для топлива между ними. Вставной блок подготовки топлива расположен в сквозном канале, определенном корпусом, таким образом, что топливо, протекающее в канале между впускным и выпускным концами корпуса, вступает в контакт с блоком подготовки топлива.

Вставной блок подготовки топлива наиболее предпочтительно включает цеолитный каталитический материал, состоящий из смеси твердых частиц цеолита и твердых частиц редкоземельного металла или оксида металла в твердом полимерном (предпочтительно эпоксидном) связующем материале. Цеолитный каталитический материал можно также использовать как слой, нанесенный на внутренние поверхности корпуса выше по потоку относительно вставного блока подготовки топлива. Предпочтительные твердые частицы цеолита для использования в цеолитном каталитическом материале могут включать микропористые алюмосиликатные минералы, причем, по меньшей мере, один цеолитный материал, выбранный из группы, которую составляют анальцим, шабазит, клиноптилолит, гейландит, натролит, филлипсит и стильбит, является особенно предпочтительным. Твердые частицы редкоземельного металла или оксида металла в цеолитном каталитическом материале предпочтительно включают, по меньшей мере, один металл и/или оксид металла из ряда лантанидов Периодической системы элементов, в частности, по меньшей мере, один металл и/или оксид металла, выбранный из группы, которую составляют диспрозий, гольмий, лантан, церий, самарий, бастнезит и гадолинит.

Необязательно цеолитный каталитический материал может включать, по меньшей мере, некоторые из металлических элементов, которые составляет каталитический металл. Согласно предпочтительным вариантам осуществления, каталитический металл представляет собой, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, которую составляют медь, алюминий, нержавеющая сталь, титан, магний, хром, барий, кальций, платина, палладий, никель, бронза и железо.

Согласно определенным предпочтительным вариантам осуществления, модули подготовки топлива включают вставной блок подготовки топлива, содержащий массу металлических элементов, которые составляет каталитический металл (например, по меньшей мере, один из металлов, таких как медь, алюминий, нержавеющая сталь, титан, магний, хром, барий, кальций, платина, палладий, никель, бронза и железо). Предпочтительно твердые частицы или практически плоские пластинки цеолитного каталитического материала могут быть диспергированы в массе металлических элементов вставного блока подготовки топлива.

Согласно другим вариантам осуществления, модули подготовки топлива могут включать впускной и выпускной сетчатые блоки, расположенные на впускном и выпускном концах корпуса. По меньшей мере, один или каждый из сетчатых блоков может составлять каталитический металл.

Один предпочтительный способ подготовки топлива перед сжиганием включает приведение неподготовленного топлива в контакт со вставным блоком подготовки топлива, имеющим каталитическую область, которая состоит из цеолитного каталитического материала, и в результате этого получается подготовленное топливо, а затем следует сжигание подготовленного топлива. Предпочтительно топливо, которое подлежит подготовке, включает жидкое или газовое топливо для двигателя внутреннего сгорания или печи, например дизельное топливо, природный газ или бензин.

Эти и другие аспекты и преимущества настоящего изобретения становятся более понятными после внимательного ознакомления со следующим подробным описанием его предпочтительных примерных вариантов осуществления.

Краткое описание сопровождающих чертежей

Описанные варианты осуществления настоящего изобретения становятся лучше и в большей степени понятными при рассмотрении следующего подробного описания примерных неограничительных иллюстративных вариантов осуществления в сочетании с чертежами, в числе которых:

фиг. 1 представляет вид в перспективе модуля подготовки топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет продольное сечение модуля подготовки топлива, проиллюстрированного на фиг. 1, вдоль линии 2-2; и

фиг. 3 представляет поперечное сечение модуля подготовки топлива вдоль линии 3-3 на фиг. 2.

Подробное описание

Сопровождающие фиг. 1-3 представляют примерный вариант осуществления модуля 10 подготовки топлива согласно настоящему изобретению, который предназначен для присоединения к линии топливной системы двигателя (например, ниже по потоку относительно топливного фильтра 12, см. фиг. 2). Модуль 10 подготовки топлива, таким образом, осуществляет эффективную обработку и подготовку топлива перед его сжиганием в двигателе (не показано на чертеже), и в результате этого достигается более эффективное и более полное сгорание топлива. Наиболее предпочтительно модуль 10 осуществляет подготовку жидкого сгораемого топлива, такого как природный газ, дизельное топливо или бензин, которое поступает в сжигающие бензин или дизельное топливо двигатели или печи.

Модуль 10 подготовки топлива предпочтительно включает обычно трубчатый жесткий корпус 20, имеющий впускное и выпускное концевые соединения 30 и 40 соответственно. Корпус 20 определяет внутреннюю поверхность 22, которая имеет внутренний сквозной канал 24 для топлива (см. фиг. 2). Корпус 20 может содержать отдельные трубчатые элементы, соединенные рукавами друг с другом, или он может быть сконструирован как единый цельный элемент, изготовленный из желательного материала и предназначенный для контакта с топливом в процессе применения. Если имеются отдельные соединенные рукавами элементы, внутренняя поверхность 22 корпуса 20 будет, таким образом, изготовлена из желательного материала для контакта с топливом.

Впускное и выпускное концевые соединения 30 и 40 наиболее предпочтительно включают концевые крышки 32 и 42 соответственно, которые прикрепляются с помощью резьбовых соединений к соответствующим впускному и выпускному концам трубчатого корпуса 20. Концевые крышки 32 и 42 содержат выточенные углубления 32a и 42a, в которые входит вращающий инструмент (например, гаечный ключ), что обеспечивает монтаж и демонтаж относительно корпуса 20 в случае соответствующей необходимости. Впускной и выпускной патрубки 34 и 44 прикрепляются с помощью резьбовых соединений к каждой из концевых крышек 32 и 42 и определяют впускной и выпускной сквозные каналы 36 и 46 соответственно, которые находятся в гидравлическом соединении со сквозным каналом 24 корпуса 20. Патрубки 34 и 44 могут быть позиционно фиксированы по отношению к концевым крышкам 32 и 42 посредством фиксирующих гаек 38 и 48 соответственно.

Патрубки 34 и 44 наиболее предпочтительно имеют резьбовые обратимые соединения с топливной линией двигателя (не показано на чертеже). Такое взаимное соединение с топливной линией, таким образом, позволяет отсоединять модуль 10 для ремонта и/или замены, если это может потребоваться. Таким образом, впускной патрубок 34 предпочтительно присоединяется к топливной линии двигателя ниже по потоку относительно топливной системы посредством соответствующего резьбового соединения. По существу, впускной патрубок 34 принимает отфильтрованное топливо через впускной канал 36, который затем направляет поток топлива в канал 24 корпуса 20, где его подвергают подготовке, как будет ниже описано более подробно. Подготовленное топливо, таким образом, выходит из выпускного канала 46 выпускного патрубка 44 и поступает в двигатель, где оно сжигается. Таким образом, в результате этого топливо получает возможность проходить через корпус 20, где его можно заблаговременно подвергать эффективной подготовке к сжиганию.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления, корпус 20 изготовлен полностью из меди по причинам, которые будут описаны далее. Однако можно также эффективно использовать и другие предпочтительно жесткие материалы, в том числе металлические и/или пластмассовые материалы. Кроме того, корпус 20 предпочтительно имеет, как правило, продолговатую трубчатую конфигурацию, которая представлена на фиг. 1 и 2, таким образом, что обеспечивается желательный период пребывания, в течение которого топливо находится внутри сквозного канала 24 корпуса 20 и подвергается подготовке. Разумеется длину корпуса 20 можно изменять в соответствии с конкретными ситуациями, в которых оказывается желательной подготовка в большей или меньшей степени, а также в соответствии с требованиями емкости и размеров определенных типов двигателей. Например, при увеличении длины корпуса 20 и, таким образом, сквозного канала 24 увеличивается средний период пребывания данного количества топлива и в максимальной степени происходит реакция, которая сопровождает подготовку топлива.

Модуль 10 подготовки топлива обязательно включает вставной блок 50 подготовки топлива, расположенный внутри сквозного канала 24 корпуса 20. Топливо, проходящее через канал 24, таким образом, вступает в физический контакт со вставным блоком 50 подготовки топлива. Вставной блок 50 подготовки топлива, таким образом, предназначен, чтобы обеспечивать, по меньшей мере, кратковременную химическую подготовку топлива, протекающего через сквозной канал 24. В частности, вставной блок 50 подготовки топлива сконструирован и установлен таким образом, чтобы перестраивать молекулярные связи топлива за счет каталитического действия и преобразовывать отдельные частицы топлива во множество субатомных частиц. В результате этой подготовки топлива плотность топлива уменьшается и значительно повышается эффективность сгорания топлива. Более конкретно, когда топливо обрабатывается вставным блоком 50 подготовки топлива в процессе прохождения сквозного канала 24 его корпуса 20, получается имеющее меньшую плотность и более диспергированное топливо, которое способно сгорать с большей полнотой, поскольку основная часть молекул топлива вступает в реакцию горения и может повышать производимую энергию перед выходом через выпускную трубу. Эта реакция производит двойной эффект увеличения энергии, которая образуется в процессе горения, и в результате этого повышается эффективность использования топлива и уменьшается количество вредных твердых частиц, которые присутствуют в отработавших газах, что, в свою очередь, повышает чистоту двигателя или печи, увеличивает срок эксплуатации и уменьшает загрязнение окружающей среды веществами, которые присутствуют в отработавших газах.

Вставной блок 50 подготовки топлива наиболее предпочтительно включает блок турбулентности, который предназначен для создания турбулентного потока топлива внутри сквозного канала 24. Блок турбулентности предназначен для интенсивного перемешивания топлива, протекающего через сквозной канал 24, и в результате этого существенно усиливаются эффекты подготовки за счет обеспечения того, что частицы топлива оказываются в значительной степени диспергированными и на них в полной степени воздействуют подготовительные элементы, присутствующие в сквозном канале 24 и несущие ответственность за осуществление подготовки.

Как, возможно, наилучшим образом представлено на фиг. 2 и 3, один предпочтительный вариант осуществления вставного блока 50 подготовки топлива включает массу подготовительных металлических элементов 52, содержащихся в проволочной сетчатой вставке 54, расположенной внутри сквозного канала 24 и предназначенной для создания турбулентности в потоке топлива в процессе его сквозного движения от впускного конца 30 до выпускного конца 40 корпуса 20. Проволочная сетчатая вставка соприкасается с массой каталитических металлических элементов и пластинок твердого полимерного каталитического материала, диспергированного в массе каталитических металлических элементов. В предпочтительных формах эти металлические элементы 52, как правило, представляют собой узкие свернутые металлические ленты ограниченной или неопределенной длины, которые случайным образом сплетаются друг с другом. В частности, за счет сплетенной случайным образом плотной конфигурации массы металлических элементов 52 достигается максимальный эффект турбулентности, когда топливо проталкивается через них и постоянно изменяет направление своего движения.

Металлические элементы 52 можно изготавливать из любого металла, который производит на топливо каталитическое воздействие описанным выше способом. Предпочтительно в качестве материала металлических элементов 52 можно выбирать один или более каталитических металлов, то есть металлов, которые производят на топливо каталитическое воздействие. Термин «каталитический металл» используется для обозначения, по меньшей мере, одного из металлов, таких как медь, алюминий, нержавеющая сталь, титан, магний, хром, барий, кальций, платина, палладий, никель, бронза и железо. Согласно представленному предпочтительному варианту осуществления, масса металлических элементов 52 изготовлена из нержавеющей стали.

Проволочная сетчатая вставка 54 наиболее предпочтительно сконструирована, как правило, в переплетенной конфигурации, таким образом, что она эффективно содержит в себе массу металлических элементов 52 и обеспечивает существенное увеличение площади поверхности для контакта с топливом в процессе его протекания через канал 24. Таким образом, сетчатая вставка 54 расположена внутри корпуса 20 таким способом, что обеспечивается свободное протекание топлива через нее и через массу металлических элементов 52, которые содержатся в ней, и не допускается выход какого-либо из металлических элементов 52 из корпуса 20 вместе с подготовленным топливом. Сетчатая вставка 54 может быть изготовлена из проволоки, которую составляет каталитический металл, как указано выше. Согласно представленному предпочтительному варианту осуществления, сетчатая вставка 54 изготовлена из алюминиевой проволоки.

Согласно проиллюстрированному варианту осуществления, множество проволочных петель 56 или аналогичных фиксирующих деталей может находиться в сетчатой вставке 54, таким образом, чтобы повышать степень подготовки и турбулентности топлива, а также способствовать сохранению положения сетчатой вставки 54, окружающей металлические элементы 52. Аналогичным образом, эти проволочные петли могут быть изготовлены из каталитического металла, как упомянуто выше. Предпочтительно, проволочные петли изготовлены из медной проволоки.

Как представлено на фиг. 3, вставной блок 50 подготовки топлива также обязательно включает цеолитный каталитический материал 58. Наиболее предпочтительный цеолитный каталитический материал 58 изготовлен из смеси твердых частиц цеолитного катализатора и твердых частиц редкоземельного металла (металлов) или оксида металла (металлов) в твердом полимерном связующем материале. Наиболее предпочтительные твердые частицы цеолитного катализатора включают микропористые алюмосиликатные минералы. Особенно предпочтительными являются анальцим, шабазит, клиноптилолит, гейландит, натролит (например, Na2Al2Si3O10·2h3O), филлипсит и стильбит.

Редкоземельные металлы включают, по меньшей мере, один металл и/или оксид металла из ряда лантанидов периодической системы элементов. Предпочтительные редкоземельные металлы и оксиды металлов для использования в цеолитном каталитическом материале 58 включают диспрозий, гольмий, лантан, церий, самарий, бастнезит и гадолинит.

Практически любой полимерный связующий материал можно использовать для осуществления настоящего изобретения, при том условии, что он является инертным по отношению к подготавливаемому топливу. Предпочтительно полимерный связующий материал представляет собой отверждаемый эпоксидный связующий материал. Твердые частицы цеолита, редкоземельного металла (металлов) и/или оксида металла (металлов), необязательно с твердыми частицами каталитического металла, можно, таким образом, смешивать с отверждаемым эпоксидным связующим материалом в эффективных количествах для подготовки топлива. Пастообразную смесь можно затем оставлять для отверждения (например, путем высушивания на воздухе) и превращения в твердый материал, который можно после этого разбивать на частицы или пластинки соответствующего размера. Эти частицы или практически плоские пластинки цеолитного каталитического материала 58 могут затем диспергироваться в массе металлических элементов 52 и содержаться внутри вставного блока 50 подготовки топлива. Таким образом, когда топливо приводится в контакт со вставным блоком 50 подготовки топлива, оно обязательно вступает в контакт с металлическими элементами 52 и диспергированными в них пластинками цеолитного каталитического материала 58.

Без намерения ограничиваться какой-либо определенной теорией считается, что на молекулы топлива влияет контакт с сочетанием цеолитов и редкоземельного металла (металлов) и/или оксида металла (металлов) цеолитного каталитического материала, когда топливо проходит через поры цеолитов, содержащихся внутри модуля 10, увеличивая площадь поверхности молекул топлива. Это, в свою очередь, способствует каталитической реакции, вызывающей изменение соотношения насыщенных парафинов с линейной цепью и ненасыщенных соединений с ароматическими кольцами и выделение водорода, как в процессе низкотемпературного крекинга. На вновь образующуюся смесь насыщенных и ненасыщенных углеводородов воздействует слабая электромагнитная сила (ЭМС), которая естественным образом возникает внутри модуля 10 вследствие содержащихся в нем каталитических металлов. Эта слабая ЭМС, в свою очередь, вызывает некоторую слабую поляризацию топлива и некоторое слабое отталкивание углеводородных молекул в массе топлива. Отталкивание вместе с воздействием цеолитов, которое увеличивает площадь поверхности топлива, производит топливную смесь, в которой уменьшается плотность топлива. В реакции обработки топлива выделяется в небольших количествах водород, который способствует повышению эффективности сгорания топлива.

Таким образом, эффективность сгорания топлива увеличивается, в соответствии с настоящим изобретением, за счет того, что сгораемое ископаемое топливо вступает в контакт с областью цеолитного катализатора, в которой содержится сочетание цеолитов, редкоземельного металла (металлов) и/или оксида металла (металлов) и необязательно другие каталитические металлы. Таким образом, считается, что в области цеолитного катализатора уменьшается содержание имеющих простые связи насыщенных алифатических углеводородов или парафинов в топливе, поступающем в модуль 10, и увеличивается содержание имеющих двойные связи ненасыщенных соединений с ароматическими циклами, и при этом выделяется газообразный водород. В результате этого в топливе содержится небольшое количество водорода, имеющего высокую эффективность сгорания. Таким образом, считается, что вновь выделяющийся водород в сочетании с увеличением площади поверхности молекул топлива, которое описано выше, способствует осуществлению более эффективного сгорания и выделения меньшего количества несгоревшего топлива через выпускную трубу.

Цеолитный каталитический материал 58 может необязательно включать твердые частицы одного или нескольких каталитических металлов, которые описаны выше. Согласно предпочтительным вариантам осуществления, частицы, по меньшей мере, одного каталитического металла смешивают с твердыми частицами цеолита и твердыми частицами редкоземельного металла или оксида металла в полимерном связующем материале и наносят на внутреннюю поверхность 22 корпуса 20 таким образом, что образуется цеолитная каталитическая область 58.

Слой 58-1 цеолитного каталитического материала можно также наносить на внутреннюю поверхность 22 корпуса 20 вблизи впускной и/или выпускной концевых крышек 32 и 42, таким образом, чтобы он находился, как правило, выше по потоку и/или ниже по потоку относительно, соответственно, вставного блока 50 подготовки топлива. Однако слой 58-1 цеолитного каталитического материала может представлять собой слой, который наносят на внутреннюю поверхность 22 практически всего корпуса 20 между его впускной концевой и выпускной концевой крышками 32 и 42 соответственно.

Модуль 10 может также включать впускной и выпускной сетчатые блоки 60 и 70, которые установлены в технологическом соединении с впуском и выпуском 30 и 40 корпуса 20. Таким образом, в данном положении топливо должно обязательно проходить через сетчатые элементы 50 и 60, когда оно входит и выходит из сквозного канала 24 корпуса 20 соответственно.

Хотя сетчатые элементы, образующие сетчатые блоки 60 и 70, можно изготавливать из материала, который не производит каталитического воздействия на топливо, а вместо этого просто фильтрует топливо, оказывается предпочтительным, когда, по меньшей мере, один и предпочтительно оба из впускного и выпускного сетчатых блоков 60 и 70 установлены таким образом, чтобы способствовать подготовке топлива. Более конкретно, по меньшей мере, один (предпочтительно более чем один) из сетчатых элементов, образующих сетчатые блоки 60 и 70, изготавливают из металла, который производит каталитическое воздействие на топливо, как указано выше. Предпочтительно один или каждый из сетчатых блоков изготавливают из меди, алюминия или нержавеющей стали. Согласно особенно предпочтительным вариантам осуществления, каждый из сетчатых блоков 60 и 70 изготавливают из меди. Таким образом, в результате этого сетчатые элементы, образующие сетчатые блоки 60 и 70, могут представлять собой функциональные части вставного блока 50 подготовки топлива.

Хотя настоящее изобретение описано в связи с тем, что в данное время рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный вариант осуществления, следует понимать, что настоящее изобретение не должно ограничиваться описанным вариантом осуществления, но, напротив, предназначено для распространения на разнообразные модификации и эквивалентные устройства, соответствующие идее и объему настоящего изобретения.

1. Модуль подготовки топлива для обработки сгораемого топлива перед сжиганием, включающий:корпус, имеющий впускной и выпускной концы и определяющий сквозной канал для топлива между ними; ивставной блок подготовки топлива, расположенный в сквозном канале, таким образом, что топливо, протекающее в канале между впускным и выпускным концами корпуса, вступает в контакт с блоком подготовки топлива, причемвставной блок подготовки топлива включает:(i) массу каталитических металлических элементов, которые составляет каталитический металл;(ii) массу твердого полимерного каталитического материала в форме пластинок, диспергированных в массе каталитических металлических элементов, причем пластинки из твердого полимерного каталитического материала состоят из полимерного связующего материала и каталитической смеси твердых частиц цеолита и твердых частиц редкоземельного металла или оксида металла, смешанных в твердом полимерном связующем материале.

2. Модуль подготовки топлива по п. 1, дополнительно включающий проволочную сетчатую вставку, соприкасающуюся с массой каталитических металлических элементов и пластинок твердого полимерного каталитического материала, диспергированного в массе каталитических металлических элементов, и расположенную в сквозном канале для создания турбулентности в потоке топлива, движущегося от впуска к выпуску корпуса.

3. Модуль подготовки топлива по п. 1, в котором полимерный связующий материал представляет собой эпоксид.

4. Модуль подготовки топлива по п. 1, в котором твердые частицы цеолита включают микропористые алюмосиликатные минералы.

5. Модуль подготовки топлива по п. 1, в котором твердые частицы цеолита включают, по меньшей мере, один цеолитный материал, выбранный из группы, которую составляют анальцим, шабазит, клиноптилолит, гейландит, натролит, филлипсит и стильбит.

6. Модуль подготовки топлива по п. 1, в котором твердые частицы редкоземельного металла или оксида металла включают, по меньшей мере, один металл и/или оксид металла из ряда лантанидов периодической системы элементов.

7. Модуль подготовки топлива по п. 5, в котором твердые частицы редкоземельного металла или оксида металла включают, по меньшей мере, один металл и/или оксид металла, выбранный из группы, которую составляют диспрозий, гольмий, лантан, церий, самарий, бастнезит и гадолинит.

8. Модуль подготовки топлива по п. 7, в котором масса металлических элементов включает металлические элементы, которые составляет, по меньшей мере, один из металлов, таких как медь, алюминий, нержавеющая сталь, титан, магний, хром, барий, кальций, платина, палладий, никель, бронза и железо.

9. Модуль подготовки топлива по п. 1, дополнительно включающий слой цеолитного каталитического материала на внутренней поверхности корпуса.

10. Модуль подготовки топлива по п. 1, в котором блок подготовки топлива включает впускной и выпускной сетчатые блоки, расположенные на впускном и выпускном концах корпуса соответственно.

11. Модуль подготовки топлива по п. 10, в котором, по меньшей мере, один из впускного и выпускного сетчатых блоков составляет каталитический металл.

12. Модуль подготовки топлива по п. 11, в котором каталитический металл представляет собой, по меньшей мере, один металл, выбранный из группы, которую составляют медь, алюминий, нержавеющая сталь, титан, магний, хром, барий, кальций, платина, палладий, никель, бронза и железо.

13. Способ подготовки топлива перед сжиганием, включающий:(a) введение топлива через впускной конец модуля подготовки топлива по п. 1;(b) выведение подготовленного топлива из выпускного конца модуля подготовки топлива; и(c) сжигание подготовленного топлива.

14. Способ по п. 13, в котором топливо представляет собой жидкое топливо для двигателя внутреннего сгорания и в котором стадия (с) включает сжигание подготовленного топлива в двигателе внутреннего сгорания.

15. Способ по п. 13, в котором полимерный связующий материал представляет собой эпоксид.

www.findpatent.ru

2.1.2. Подготовка топлива к сжиганию

При снабжении котельной углем, требующим дробления, на тракте топливоподачи от приемных разгрузочных устройств до бункеров котлов или на складе уголь подвергается дроблению в установках, состоящих из грохотов и дробилки. Устанавливаемые перед дробилкой наклонные решетки – грохоты – предназначены для отсеивания мелкой фракции топлива от более крупных кусков. Провалившееся через решетку грохотов топливо, минуя дробилку, поступает в тракт топливоподачи, а крупные куски топлива направляются в дробилку.

Для извлечения из топлива случайно попавших металлических предметов на тракте топливоподачи предусматривается установка магнитных сепараторов. Как правило, они устанавливаются перед дробилками во избежание поломок или повреждений последних.

При слоевом сжигании твердого топлива сырой уголь из бункеров перед котлами поступает через специальные питатели и забрасыватели в топку котлов.

При камерном сжигании твердого топлива необходима его дополнительная подготовка, для чего в котельных используется система пылеприготовления. Система пылеприготовления представляет собой совокупность оборудования, необходимого для размола топлива, его сушки и подачи готовой пыли в горелки топочной камеры.

Системы пылеприготовления разделяют на замкнутые с прямым вдуванием пыли в топочную камеру, замкнутые с промежуточным бункером пыли и разомкнутые с подачей пыли горячим воздухом. Разделение пылесистем на замкнутые и разомкнутые определяется характером использования сушильного агента после завершения сушки топлива. В первом случае он направляется в топочную камеру вместе с подсушенной пылью, во втором тщательно очищается от мелких фракций топлива и выбрасывается помимо котла в дымовую трубу.

Основной установкой любой пылесистемы является углеразмольная мельница. Наиболее широкое распространение получили шаровые барабанные (ШБМ) и молотковые (ММ) мельницы, причем в ШБМ размалывают преимущественно топливо с относительно малым выходом летучих веществ, а ММ используются при размоле молодых каменных и бурых углей, торфа и сланцев. На долю этих видов мельниц приходится около 98% размалываемых твердых топлив. Размол некоторых видов каменных углей более экономично происходит с применением валковых среднеходных мельниц. В отдельных случаях при размоле «мягких» сильно влажных бурых углей используется мельница-вентилятор.

Шаровая барабанная мельница состоит из барабана диаметром 2–4 м и длиной 3–10 м, частично заполненного стальными шарами диаметром 30–60 мм. Внутренние стенки барабана покрыты броневыми плитами. Сверху корпус барабана имеет тепло- и звукоизоляцию. Сырое топливо вместе с горячим воздухом поступает внутрь барабана через входной патрубок. Барабан приводится во вращение от электрического двигателя через редуктор и ведомую шестерню, находящуюся на барабане. В барабане шары поднимаются вдоль стенки, а затем отрываются и падают вниз. Размол топлива происходит за счет удара падающих шаров по топливу и перетирания топлива между шарами. Готовая пыль постоянно удаляется из мельницы вентилирующим агентом – воздухом.

Молотковая мельница состоит из стального корпуса, покрытого изнутри гладкими броневыми плитами толщиной 20–30 мм, и ротора с укрепленными на нем дисками. С дисками на шарнирах соединены билодержатели и била. Во время работы мельницы окружная скорость бил достигает 50–60 м/с, и происходит начальное дробление кусков топлива, затем частицы топлива ударяются о броню и дополнительно истираются в зазоре между билами и корпусом. Обычно молотковая мельница компонуется вместе с сепаратором пыли и представляет собой единую установку.

Среднеходные мельницы работают обычно в системах с прямым вдуванием пыли и используются для углей умеренной твердости с относительно невысокой влажностью и малым содержанием высокотвердых фракций (колчедана) в его минеральной массе. Мельницы этого класса начали серийно изготовляться в нашей стране в виде валковых среднеходных (МВС) для размола экибастузских каменных углей. Мельница состоит из вертикального корпуса, дном которого является вращающийся размольный стол (диск). К поверхности последнего с помощью пружины прижимаются конические валки, свободно сидящие на своих осях. Вращение валков происходит за счет сил трения, возникающих между вращающимся размольным столом и поверхностью валков. Размол топлива осуществляется за счет раздавливания и истирания кусков угля, попадающих между размольным столом и валками. Горячий воздух подается в корпус мельницы под размольный стол и, проходя через кольцевое отверстие между столом и корпусом, подхватывает отбрасываемую к периферии угольную пыль и уносит ее в сепаратор.

Для размола мягких бурых углей с высокой влажностью применяют мельницу-вентилятор. Ротор мельницы имеет мельничное колесо с закрепленными на нем лопатками-билами. Размол топлива происходит за счет удара по нему вращающихся с большой скоростью лопаток-бил. Лопатки создают за мельницей относительно небольшой напор (1200–1500 Па), поэтому эта мельница не требует установки специального мельничного вентилятора.

К основным элементам системы пылеприготовления относятся также сепараторы, циклоны, питатели сырого угля и пыли, бункера.

Сепаратор служит для регулирования тонкости выдаваемой мельницей пыли. Для отделения мелких фракций пыли от крупных в сепараторах используют центробежные, инерционные и гравитационные силы.

Циклон применяется в схеме с промежуточным бункером пыли для отделения готовой пыли от транспортирующего воздуха. Отделение происходит за счет центробежного эффекта, а также при повороте воздушного потока в центральную отводную трубу.

Питатели сырого угля устанавливают для равномерной и регулируемой подачи топлива в углеразмольные мельницы. Для сухих углей находят применение ленточные питатели угля, для влажных, склонных к замазыванию углей – скребковые.

Питатели пыли устанавливают под бункером пыли для регулирования подачи ее в пылепроводы. Наиболее употребительны в энергетических установках шнековые и лопастные питатели.

Бункера пыли являются емкостью для хранения определенного запаса топлива. Объем пылевого бункера определяют исходя из работы котла с номинальной нагрузкой в течение 2–3 ч при отключенной пылесистеме и сохранением минимальной высоты слоя пыли в бункере не менее 3 м для равномерной загрузки пылепитателей.

studfiles.net

Подготовка - топливо - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Подготовка - топливо

Cтраница 1

Подготовка топлива к газификации и сам процесс газификации осуществляются в турбулентно перемешиваемой эмульсии топлива, известняка и шлака. При этом жидкий шлак играет роль теплоносителя. Паро - и кислородсодержащий газ вводится под избыточным давлением в расплав шлака, энергично перемешивает его, при этом создается газонасыщенный слой гетерогенного расплава, состоящего в основном из шлака, угля и извести. Содержание угля в зоне подачи максимальное.  [1]

Подготовка топлив, качество которых удовлетворило бы требованиям перспективной авиации, основана на современных весьма эффективных процессах переработки нефти, в первую очередь на гидроочистке.  [2]

Подготовка топлива при газогенераторных станциях сводится к измельчению дровяного топлива, дроблению угля при поступлении его в кусках больших размеров и отсеву мелочи, ухудшающей процесс газификации. Измельчение дровяного топлива производится пилами, колунами и ручной разработкой; при работе станции на щепе для измельчения дров применяются чиперы. Они представляют собой вращающиеся барабаны, снабженные несколькими ножами, установленными под углом друг к другу. Чиперы имеют обычно электрический привод с маховиком. Для дробления угля или антрацита применяют дробилки различных конструкций ( одно - и двухвалковые, молотковые и др.) с электроприводом. Для отсева мелочи устанавливают грохоты.  [3]

Подготовка топлива к сжиганию определяется его видом. В промышленных котлах небольшой паропроизводительности применяют сжигание твердого топлива в объеме слоя - слоевое сжигание. В этом случае подготовка топлива не вызывает особых затруднений и сводится лишь к созданию слоя кускового топлива на колосниковых решетках, загрузка на которые осуществляется либо вручную, либо с помощью простейших механических приспособлений.  [4]

Подготовка топлива к сжиганию и топки.  [6]

Подготовка топлива состоит в смешении его с воздухом, сопровождаемом подогревом горючей смеси, испарением влаги и пирогенетическим разложением. Существенно важными на первой стадии горения являются характер и направление газовоздушных потоков, получаемых в горелочных устройствах, степень турбулентности потока и протекающий в факеле горения процесс теплоотдачи. В результате топливо воспламеняется и горение переходит во вторую стадию. Затем за счет быстрого повышения температуры и выделения значительного количества тепла процесс скачкообразно переходит в третью стадию - стадию горения.  [7]

Подготовка топлива к сжиганию и топки.  [9]

Подготовка топлива к самовоспламенению протекает таким образом: пары топлива проникают ( диффундируют) в среду сжатого воздуха и образуют вокруг капли вначале трудновосг. При дальнейшем испарении и распространении паров топлива в среде сжатого воздуха образуется легковоспламеняющаяся паровая фаза с. В этой фазе зарождается пламя, которое способствует быстрому испарению топлива и распространению горения по всему объему цилиндра. Таким образом, тг есть время, которое необходимо для подготовки топлива к самовоспламенению. Это так называемый период задержки воспламенения топлива; он может измеряться в градусах угла поворота коленчатого вала ф или в секундах. Период запаздывания воспламенения обычно составляет 6 - 15 угла поворота коленчатого вала или 0 001 - 0 002 с. Когда капля топлива и воздух находятся в состоянии покоя в цилиндре, то проникновение воздуха через зоны 2 и 3 к воспламеняющейся капле затруднено. Период задержки воспламенения оказывает большое влияние на процесс горения в цилиндре дизеля: чем больше тг, тем более жестко протекает работа дизеля. При больших значениях тг происходит скопление топлива в цилиндре до его воспламенения, и процесс сгорания в дизеле становится мало управляемым, резко повышается давление сгорания pz и скорость нарастания давления в цилиндре. Особенно резко это проявляется при низких температурах окружающего воздуха Ток, когда могут наблюдаться даже пропуски вспышек на холостом ходу и малых нагрузках.  [11]

Подготовка топлива к горению происходит в цилиндре дизеля постепенно, по мере его поступления. Поэтому задержка воспламенения существенно влияет на протекание процесса сгорания.  [12]

Подготовка топлива к сжиганию в факельном процессе зависит от агрегатного состояния топлива. Для сжигания газообразного топлива не требуется никакой подготовки перед процессом смесеобразования, осуществляемым в газовых горелках и в самой топочной камере.  [13]

Подготовка топлива осуществляется на специальных ступенях / за счет создания и поддержания очагов горения. Ступени состоят из охлаждаемых балок, обмурованных или защищенных огнеупорной массой. В предтопок для поддержания горения вводится до 15 % воздуха, нагретого до температуры 250 С.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Способ подготовки топлива к сгоранию

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способам подготовки топлива к сгоранию в двигателях. Изобретение позволяет уменьшить расход топлива, снизить затраты на электропитание, снизить выброс в атмосферу продуктов сгорания. Способ подготовки топлива к сгоранию заключается в обработке топлива униполярными импульсами магнитного поля с длительностью импульсов 1-10 мсек. Параметры униполярных импульсов магнитного поля выбирают в области резонансного воздействия магнитного поля на топливо. Резонансное воздействие магнитного поля на топливо осуществляют при частоте повторения униполярных импульсов 10,1-15 Гц, индукции магнитного поля 30-95 мТ и длительностью обработки не менее 2,6 сек. Воздействие магнитного поля на топливо осуществляют на нескольких участках топливопровода. Параметры униполярных импульсов магнитного поля, выбранные из диапазонов: частота повторения униполярных импульсов 10,1-15 Гц, индукция магнитного поля 30-95 мТ и длительность обработки не менее 2,6 секунд, отличаются в каждом отдельно взятом участке топливопровода. Обработку униполярными импульсами магнитного поля производят при заправке установки топливом, при этом заправленное топливо должно быть использовано не позднее 8 суток со времени указанной обработки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к двигателестроению, эксплуатации водного и автомобильного транспорта, котельных и других установок, использующих дизельное топливо, в частности к способам подготовки топлива к сгоранию в двигателях.

Известен способ подготовки топлива к сгоранию в двигателе, защищенный патентом РФ №2103526, кл. F02B 51/04, F02M 27/04, F02M 65/00, опубл. 27.01.1998.

Способ заключается в том, что на топливо воздействуют импульсным магнитным полем с длительностью импульсов 1-10 мс, причем топливо подвергают обработке в течение 0,3-2,5 с, а магнитное поле индукцией 0,1-0,6 Т и градиентом индукции магнитного поля 2-7 Т/м в течение импульсов, повторяющихся через 2-13 мс, колеблется с частотой 30-60 кГц.

Недостатком способа является высокое значение индукции магнитного поля, что может привести к тому, что затраты на электроэнергию в стоимостном выражении будут сравнимы со стоимостью сэкономленного благодаря магнитной обработке топлива, а следовательно, и эффективность магнитной обработки будет ниже, чем в предлагаемом способе. Кроме того, неясна роль градиента индукции в повышении эффективности магнитной обработки топлива, хотя его создание в индукторе приводит к дополнительным сложностям - необходимости неравномерной намотки провода на индуктор.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа является способ подготовки топлива перед сгоранием в двигателе, защищенный А.С. СССР №1035257, кл. F02B 51/04, опубл. 15.08.1983.

В известном способе на топливо воздействуют магнитным полем с индукцией 0,1-0,3 Т, при этом топливо перед заправкой обрабатывают в течение 1-3 мин униполярными импульсами магнитного поля при частоте следования 1-10 Гц и длительностью 1-10 сек. Топливо после обработки магнитным полем выдерживают не менее 2 ч перед сгоранием в двигателе.

Недостатком известного способа являются невысокая эффективность магнитной обработки, связанная с выбором параметров поля, далеких от оптимальных значений. Такой выбор параметров приводит также к повышенным затратам электроэнергии, что уменьшает величину чистой экономии топлива. Кроме того, обработка топлива значительно растянута во времени. Таким образом, затраты электрической мощности и времени магнитной обработки на 1 процент получаемой экономии будут выше, а соответственно эффективность будет ниже.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование способа подготовки топлива к сгоранию.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении эффективности способа подготовки топлива к сгоранию за счет уменьшения расхода топлива при одновременном снижении затрат на электропитание установки-генератора импульсного магнитного поля, а также в снижении выброса в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива.

Указанный результат достигается тем, что в способе подготовки топлива к сгоранию путем обработки униполярными импульсами магнитного поля с длительностью импульсов 1-10 мсек, параметры униполярных импульсов магнитного поля выбирают в области резонансного воздействия магнитного поля на топливо.

Резонансное воздействие магнитного поля на топливо осуществляют при частоте повторения униполярных импульсов 10,1-15 Гц, индукции магнитного поля 30-95 мТл и длительности обработки не менее 2,6 сек. Резонансное воздействие магнитного поля на топливо можно также осуществить на нескольких участках топливопровода, причем параметры униполярных импульсов магнитного поля, выбранные из диапазонов: частота повторения униполярных импульсов 10,1-15 Гц, индукция магнитного поля 30-95 мТл и длительность обработки не менее 2,6 секунд, отличаются в каждом отдельно взятом участке топливопровода. Обработку униполярными импульсами магнитного поля можно производить при заправке установки топливом, при этом заправленное топливо должно быть использовано не позднее 8 суток со времени указанной обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

На пути подаваемого в камеру сгорания топлива располагают индукционную катушку (однослойную или многослойную), при этом топливо в индукционной катушке движется в диэлектрической вставке в топливопровод. Диэлектрическая вставка может быть как жесткой, так и гибкой, например, в виде гибкого дюритового или поливинилового шланга. Установка-генератор вырабатывает электрические импульсы и подает их на индукционную катушку или на ряд катушек, где и генерируется импульсное магнитное поле с параметрами, выбранными из области резонанса. Подготовка топлива к сгоранию происходит при движении его внутри индукционной катушки, где оно подвергается воздействию униполярных импульсов магнитного поля индукцией 30-95 мТ, частотой 10,1-15 Гц, длительностью импульсов от 1 до 10 мсек. В зависимости от от скорости подачи топлива длина индукционной катушки (катушек) выбирается из расчета обеспечения времени обработки не менее 2,6 сек для получения эффекта экономии не менее 2% и сопутствующего экономии экологического эффекта.

Пример осуществления способа.

Были проведены сравнительные стендовые испытания двигателя 6L 275 с магнитоимпульсной обработкой дизельного топлива. Испытания проводили в 3 этапа. На первом этапе была выполнена проверка и регулировка двигателя 6L 275, работающего на генератор переменного тока. В результате регулировки все параметры двигателя были доведены до паспортных значений. Контроль параметров осуществляли с помощью измерительных приборов, приведенных в таблице.

Мощность двигателя рассчитывали с учетом КПД генератора, определяемого по инструкции на генератор.

На втором этапе к топливной системе двигателя был подключен аппарат магнитоимпульсной обработки топлива и проведена его регулировка.

На третьем этапе были проведены сравнительные испытания двигателя 6L 275 с магнитоимпульсной системой обработки топлива и без обработки. Замеры производили на трех мощностных режимах: 94, 150 и 225 кВт по шкале ваттметра генератора. Замеры выполняли после стабилизации температуры охлаждающей воды и смазочного масла. С целью исключения случайных погрешностей на каждом из режимов выполнено несколько серий измерений соответственно с подключенным и отключенным аппаратом магнитоимпульсной обработки. При этом в ходе измерений расхода топлива в каждой из серий измерений расход определяли не менее 10 раз. Для исключения случайной ошибки была проведена статистическая обработка результатов измерений, показавшая, что уменьшение расхода топлива, обработанного униполярными импульсами магнитного поля, по сравнению с расходом топлива без применения магнитоимпульсной обработки является статистически достоверной величиной.

По результатам проведенных испытаний установлено, что зависимость величины экономии топлива от величины индукции импульсного магнитного поля имеет вид кривой параболического типа с минимумом. Эта кривая приведена на фиг.1

Как видно из полученных данных, наименьший расход топлива достигается в диапазоне от 30 до 95 мТ, который соответствует резонансной области. Следует отметить, что уменьшение расхода топлива наблюдается только в части диапазона, заявленного в прототипе (100-140 мТ), а при индукции более 140 мТ расход топлива превышает величину расхода топлива без магнитной обработки.

Такой же вид имеет кривая зависимости расхода топлива от частоты повторения импульсов (фиг.2). Максимальная экономия топлива достигается в диапазоне от 10,1 до 15,0 Гц.

Максимальная величина экономии топлива, достигнутая на испытаниях при времени обработки 2,6 сек, составила 3,8%. При увеличении времени магнитной обработки до 10 сек, а также при последовательной обработке топлива с различными параметрами магнитного поля, при которой резонансное воздействие магнитного поля на топливо осуществляют на нескольких участках топливопровода, причем параметры униполярных импульсов магнитного поля отличаются в каждом отдельно взятом участке топливопровода, ожидаемая величина экономии составит примерно 7%. При этом следует отметить, что увеличение времени обработки никак не скажется на ее эффективности, поскольку это увеличение будет происходить за счет удлинения индуктора.

Необходимость подобного рода магнитной обработки связана с многофракционностью дизельного топлива. Поэтому воздействие на топливо нескольких режимов магнитного поля позволяет работать в резонансной области для нескольких фракций.

Повышение эффективности процесса подготовки топлива путем точного выбора параметров импульсного магнитного поля (в области максимального резонансного воздействия поля) приводит, с одной стороны, к увеличению полноты сгорания топлива, а с другой, - к уменьшению электрической мощности установки-генератора для получения значительной, экономически ощутимой величины экономии топлива. Более полное сгорание топлива происходит вследствие развала крупных фракций (или кластеров) топлива под действием электрического импульса, сопровождающего магнитный импульс. Это доказано одновременным уменьшением вязкости топлива и повышением его плотности.

Границы частотного диапазона выбраны из следующих соображений. Область резонансного воздействия находится в диапазоне 10,1-15 Гц, а обработка на частотах за пределами этого диапазона дает слишком малый эффект экономии и потому является экономически неоправданной. Область резонансного, т.е. наиболее эффективного воздействия магнитного поля на топливо с точки зрения его экономии по величине индукции, лежит в диапазоне 30-95 мТ.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность способа подготовки топлива к сгоранию за счет уменьшения расхода топлива при одновременном снижении затрат на электропитание установки-генератора импульсного магнитного поля. Проводя подготовку дизельного топлива к сгоранию в энергетических установках путем воздействия на него импульсным магнитным полем в области резонанса по частоте и величине индукции, можно получать максимальный результат на единицу затрат электроэнергии, питающей установку-генератор импульсного магнитного поля, которые составляют менее 0,1% от стоимости сэкономленного топлива. В результате повышения полноты сгорания топлива снижаются выбросы в атмосферу токсичных продуктов неполного сгорания топлива.

Кроме того, время подготовки топлива в предлагаемом способе в десятки раз ниже, чем в прототипе и технологически предлагаемый процесс обработки движущегося по топливопроводу топлива гораздо удобнее.

1. Способ подготовки топлива к сгоранию путем обработки униполярными импульсами магнитного поля с длительностью импульсов 1-10 мс, отличающийся тем, что параметры униполярных импульсов магнитного поля выбирают в области резонансного воздействия магнитного поля на топливо.

2. Способ подготовки топлива к сгоранию по п.1, отличающийся тем, что резонансное воздействие магнитного поля на топливо осуществляют при частоте повторения униполярных импульсов 10,1-15 Гц, индукции магнитного поля 30-95 мТ и длительностью обработки не менее 2,6 с.

3. Способ подготовки топлива к сгоранию по п.1, отличающийся тем, что указанное воздействие магнитного поля на топливо осуществляют на нескольких участках топливопровода, причем параметры униполярных импульсов магнитного поля, выбранные из диапазонов: частота повторения униполярных импульсов 10,1-15 Гц, индукция магнитного поля 30-95 мТ и длительность обработки не менее 2,6 с, отличаются в каждом отдельно взятом участке топливопровода.

4. Способ подготовки топлива к сгоранию по п.1, отличающийся тем, что обработку униполярными импульсами магнитного поля производят при заправке установки топливом, при этом заправленное топливо должно быть использовано не позднее 8 суток со времени указанной обработки.

www.findpatent.ru


Смотрите также