CN101660764B - 一种燃油乳化及助燃复合燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种燃油乳化及助燃复合燃烧方法，包括油水混合、磁化、乳化的A步骤，活化水混合物制造的B步骤，燃油催化裂化的C步骤；是一种高效率、低能耗的燃油乳化及助燃复合燃烧方法。

Description

一种燃油乳化及助燃复合燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种燃油乳化及燃油催化裂化领域，尤其涉及一种燃油乳化及催化裂化复合燃烧领域。

背景技术

燃油作为一种能源被广泛应用，而在窑、炉的燃油燃烧中，掺入水再将油水混合物，经磁化和乳化后再进行燃烧，可以节约燃油，且减少烟气污染物的排出；同时，在燃烧时加入催化剂或者将燃油先经催化裂化再燃烧，可以使得燃油燃烧更为充分，同样可以节约燃油，更可减少烟气污染物的排出。要实现上述两种目标有多种手段，如中国专利申请号为03202827.X中提及的磁化乳化装置，中国专利申请号为95218520.2中所提及的电热超声磁共振燃油滤清器，或者中国专利申请号为00103909.1中所提及的一种多磁对超声乳化节油减污装置，都在燃油乳化与磁化的装置上有新的改进，使得在磁化与乳化的作用下，油水混合可以更为细微，但同时也有着高耗能、效率低、分散相的油包水液珠粒径不够小的缺点和不足。同时，如中国专利公开号为CN1421745A、CN1101661A、CN1465676A、CN1303907A、CN1860210A中所公开的催化剂，都是使用高锰酸钾〔KMnO₄〕、氯酸钾〔KClO₃〕这一类的强氧化剂，在燃烧过程中分解出氧来辅助燃烧，由此而来，催化剂全部分解消耗，增加了生产成本，且此类助燃方法的效率也不是很高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有高效率、低能耗的燃油乳化及助燃复合燃烧方法及其系统。

为实现上述目的，本发明使用了下述技术方案：

这种燃油乳化及助燃复合燃烧方法，包括下述步骤：

A、油水混合磁化乳化

1.1、将分别过滤净化后的燃油和水，按W_油：占75-90％，W_水占10-25％的油水重量百分比，同时加热升温至75-85℃，混合后，以小于10cm/s的速度进入磁化装置，实施第一次磁化；

1.2、将经一次磁化的油水混合物，经过一级乳化装置进行第一次乳化，使分散相的油包水液珠粒径90％达到微米级；

1.3、将经一次乳化后的油水混合物，以15-20cm/s的速度进入磁化装置，实施第二次磁化；

1.4、将经二次磁化的油水混合物，进入二级乳化装置进行第二次乳化，使分散相的油包水液珠粒径90％达到纳米级。即得到二次磁化二次乳化的乳化燃油的a组份；

B、活化水的制造

将过滤净化后的水，调整P^H＝8-9，并流经活化水发生装置，使水电解产生含有氢气氧气的活化水混合物的b组份；

C、催化裂化

将燃油以0.2-0.8m/min速度，流经催化裂化装置，使3--10％燃油催化裂化成分子量更小的可燃碳氢化合物；此时，流经催化裂化装置的燃油与催化剂的体积比V_油∶V_催＝0.5-1∶1-2，催化裂化装置温度为250-300℃，即得到燃油与比原燃油分子量更小的可燃碳氢化合物的燃油混合物的c组份；

D、复合燃烧

将经过步骤A、B、C之后，所得到的乳化燃油的a组份、活化水混合物的b组份，及燃油混合物的c组份，分别用计量泵，调整a、b、c三组份重量比例为90∶1.5-2.5∶10，在6-8kg/cm²的压力作用下连续泵至喷嘴，喷入燃烧室，在燃烧室内混合燃烧，喷入燃烧室的a、b、c三组份混合物中，总水份所占重量百分比为15-25％。

所述的磁化装置为迷宫式强力磁化装置，其包括设置于磁室腔体两侧的进口和出口，在磁室腔体内设置有若干个相互错开的一端固定于腔体上的板状磁铁，所述磁铁的磁通密度为8000-10000Gs。

所述的一级乳化装置为高剪切乳化泵；所述的二级乳化装置为浸入式超声乳化装置，其包括乳化腔室，设置于乳化腔室两侧的进口与出口，在乳化腔室顶部设置有压电晶片，该压电晶片与一支撑架顶部相接触并由该支撑架将其支撑于乳化腔室外，该支撑架的另一端连接设置有一变幅杆，该变幅杆伸入乳化腔室内部，该变幅杆另一端连接有一振子，振子的底部浸入需乳化的油水液面中，声场强度为10-20w/cm²，所述的压电晶片功率为2KW，所述的振子的振动频率为20Khz；乳化混合物在乳化腔室内的流动速度小于10cm/s。

所述的活化水发生装置，该活化水发生装置由若干个管状活化水发生器组成；每个活化水发生器的底部与顶部，分别与整流电源相通，且相互绝缘的阴极柱和阳极柱；在发生器的管体内还设置有分别与阴极柱和阳极柱连接的阴极网及阳极网，需处理的水从底部进口处流进管内，经电解后的活化水混合物，从顶部出口处流出管体。

所述的活化水发生装置，整流电源电压6V-12V、电流密度1-3A/dm²、总功率6KW，净化水以0.1-0.5m/min速度，流经活化水发生装置，电解得到含有氢气氧气总量为0.1-1m³/min，水P^H＝8-9的活化水混合物。所述的阴极网及阳极网为圆柱形，阴阳极面积比S_阴∶S_阳＝1∶0.8，阴极、阳极绝缘，同心安装。

所述的过滤净化后的水，进入活化水发生装置之前，经过储存有重量百分比浓度0.2％的NaOH或KOH或两种任意配比的强碱液的碱液罐，通过P^H调整器，调整水P^H值至8-9。

所述的催化裂化装置，包括设置有进口及出口的催化裂化内管，在该内管外，设置有加热套；同时在内管中填充有催化裂化剂，所述的催化裂化剂为MLC500与MLC-500ZA中的任何一种，或者两种的任意配比。

所述催化裂化内管的进口及出口中，设置有不锈钢网。

所述的燃油，包括重油和柴油。

通过上述技术方案，该发明具备有益效果如下：

1.压电式晶片乳化装置，其振子的能量不是间接传递，而是直接传递至燃油乳化液面，能耗小，油水乳化效果更好；

2.迷宫式磁化装置，具有较强而均匀的磁场，同时在有效的磁化腔体内，加长了油与水的接触时间，油水从而充分磁化；

3.重复有两次磁化和两次乳化，可以让油水混合液珠达到纳米级的粒径；

4.使用电解法得到的活化水混合物作为助燃剂，电解方法简单，电解所得活化水混合物是一种清洁能源，也是一种可循环使用的高能效助燃剂；

5.乳化、磁化、助燃剂的工艺流程自动化程度高，更有复合设置的燃烧系统，多方确保燃油燃烧完全，实测节油效率高，适用于小窑炉，也适用于大窑炉。

附图说明

图1为发明一种燃油乳化及助燃复合燃烧方法系统流程图。

图2为本发明乳化装置的示意图。

图3为本发明磁化装置的示意图。

图4为本发明活化水发生装置示意图。

图5为本发明活化水发生装置组装图。

图6为本发明活化水发生装置另一角度的组装图。

图7为本发明催化裂化装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作出进一步的说明。

如图1所示，这种燃油乳化及助燃复合燃烧方法，包括下述步骤：

油水混合、磁化、乳化的A步骤，活化水混合物制造的B步骤，燃油催化裂化的C步骤。

A步骤具体是，将燃油与水，分别经电磁阀11和21之后，再分别经水过滤净化器12和油过滤器22净化过滤后，分别通过水表13和油表23，再经水计量器14和油计量器24，按重量比为10％的水和90％的油的比例进入电加热器31，此时燃油的主要成份为重油，加热方式为水浴式电加热器，将水和油同时加热升温至80℃；升温后的油水混合物经静态混合器32初次混合后，以9cm/s的速度进入迷宫式磁化装置33，实施第一次磁化；然后将经过第一次磁化之后的水油混合物经一级乳化装置乳化泵34进行第一次乳化，该种乳化泵为可实现多级达到高精度的高剪切乳化泵，使分散相的油包水液珠粒径90％达到微米级；再接着将第一次磁化乳化后的水油混合物以16cm/s的速度第二次进入迷宫式磁化装置37，实施第二次磁化；接着第二次进入二级乳化装置浸入式压电晶体超声波乳化装置36进行第二次乳化，使分散相的油包水液珠粒径90％达到纳米级，再以9cm/s的速度进入迷宫式磁化装置37进行第三次磁化，而后经电磁阀38的控制后再经原有输油泵40泵入燃烧室喷嘴7。

具体来说，如图2所示，所述的二级乳化装置36为浸入式超声乳化装置，其包括有乳化腔室361，设置于乳化腔室两侧的进口362与出口363，在腔室顶部设置有压电晶片364，该压电晶片与一支撑架365顶部相接触并由该支架将其支撑于腔室外，与该支撑架的另一端连接设置有一变幅杆366，该变幅杆伸入腔室内部，该变幅杆另一端连接有一振子367，振子的底部浸入需乳化的水油液面368中；此时声场强度为10-20w/cm²，乳化混合物在乳化腔室内的流动速度小于10m/s；所述的压电晶体功率为2KW，所述的振子的振动频率为20Khz。

如图3所示，所述的磁化装置37为迷宫式强力磁化装置，其包括设置于磁室腔体371两侧的进口372和出口373，在磁室腔体内设置有若干对板状永久磁铁374，所述的相邻两块永久磁铁固定于腔体上的固定端相对设置，磁铁的另一端为自由端。所述的磁铁为RbFeB磁铁，磁铁的磁通密度为9000Gs。

同时进行的还有活化水混合物制造的B步骤，具体包括：将由过滤净化器12过滤净化后的水用计量泵51传送到活化水发生装置52，在进入活化水发生装置之前，经储存有重量百分比浓度为0.2％的KOH或者NaOH的碱液罐50，将过滤净化水的P^H值调整至8.5；进入活化水发生装置之后，在整流电源53接通的情况下，实施电解处理，净化水以0.25m/min速度流经活化水发生装置，电解得到含有0.73m³/min的氢气氧气混合气体、水P^H＝8.5的活化水混合物；所述的整流电源总功率6KW，电压10V，电流密度2A/dm²。

如图4、图5、图6所述的活化水发生装置52，由4个串并联的管状活化水发生器521组成；每个活化水发生器的底部与顶部分别有与整流电源相通，且相互绝缘的阴极柱522和阳极柱523；所述的阴极网及阳极网为圆柱形，阴阳极绝缘，同心安装；在活化水发生器的管体内，还设置有分别与阴极柱和阳极柱连接的阴极网524及阳极网525，需处理的水从底部进口526处流进管内，经电解后产生的活化水混合物，从顶部出口处527流出管体。

与上述A步骤、B步骤同时进行的，还有燃油催化裂化的C步骤，具体方法是：燃油经电磁阀61、计量泵62送入催化裂化装置63，燃油在250℃温度下，以毫秒速度，在催化裂化剂作用下，6％的燃油会裂化成分子量更小的可燃碳氢化合物，再经电磁阀64进入燃烧室喷嘴7。此时在催化裂化装置内，燃油与催化剂的体积比为1∶1，催化裂化装置温度为250-300℃；具体来说，所述的催化裂化装置63包括有催化裂化内管631，内管中填充有催化裂化剂632，在该内管外设置有加热外管633，加热外管中充有过热蒸气；所述催化裂化内管的进口及出口中，设置有不锈钢网634，所述的催化裂化剂为中石化公司生产的MLC500与MLC-500ZA各占50％。

所述的燃油催化裂化化学式为：

通过上述三个系统的A、B、C步骤同时进行，分别用计量泵调整a、b、c相应重量比例为90∶2∶10，将乳化磁化之后的油水混合物a，经原有输油泵40，泵入燃烧室的燃烧喷嘴7，同时将活化水混合物b，用计量泵54泵入燃烧室8，在燃烧喷嘴处雾化，同时，将经过催化裂化之后得到的已被催化裂化成小分子可燃碳氢化合物、及未被催化裂化的燃油混合物泵入燃烧室7，上述三者在7kg/cm²的压力作用下，连续泵至喷嘴在燃烧室内汇合复合燃烧。喷入燃烧室时，a、b、c产物混合的总水份含量，控制在重量百分比20％，此实施方式，经总容量为60m³的陶瓷重油遂道窑应用，并测试该陶瓷窑1200℃高温区的各工艺参数，效果理想，实际节油可达到19％。

此方案与现有技术相比，由于采用了压电式晶片乳化装置，从而可以让水油乳化效果更好，且振子的能量不是间接传送，直接传送至液面，能耗小；同时迷宫式磁化装置，具有较强而均匀的磁场，同时在有效空间里加长了水油的接触时间，可以被充分磁化；且重复有两次磁化和两次乳化可以让水油混合液珠达到纳米级的粒径；使用电解水之后得到的活化水作为助燃剂，电解方法简单，电解所得活化水混合物是一种清洁能源，也是一种可循环使用的高能效助燃剂。

具体实施方式二

与具体实施方式一不同之处在于，所述的油水磁化乳化A步骤中，进行了两次磁化和两次乳化，两次磁化和乳化之后的油水混合物a直接泵入燃烧室；另外，在油水混合时，将重量比为25％的水和75％的油同时进行加热，加热温度至85℃；此时燃油的主要成份为柴油；而在活化水制作B步骤中，在额定电压为12V、电流密度为1.6A/dm²、功率为6KW的电源的电解作用下，得到含有1m³/min氢氧混合气体及水PH＝8的活化水混合物b；在催化裂化步骤C中，燃油与催化剂的体积比为0.5∶2，催化裂化装置温度为250-300℃；所述的催化裂化剂为中石化公司生产的MLC500或MLC-500ZA，得到燃油与比原燃油分子量更小的可燃碳氢化合物的混合物的c组份；分别用计量泵，调整a、b、c三组份重量比例为90∶2.5∶10，在6.5kg/c m²的压力作用下连续泵至喷嘴喷入燃烧室时，a、b、c产物混合的总水份含量，控制在重量百分比25％。此实施方式，经总容量为10m³的柴油炉应用，并测试该PVC玩具娃娃配件烧制炉330℃温区的各工艺参数，效果理想，实际节油可达到24％。

根据不同的需要和不同种类的窑炉，以及不同品质的重油和不同品质的柴油来调整，还可以有多种不同工艺参数的具体实施方案，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种燃油乳化及助燃复合燃烧方法，包括下述步骤：

A、油水混合磁化乳化

1.1、将分别过滤净化后的燃油和水，按W_油：占90-75％，W_水占10-25％的油水重量百分比，同时加热升温至75-85℃，混合后，以小于10cm/s的速度进入磁化装置，实施第一次磁化；

1.2、将经一次磁化的油水混合物，经过一级乳化装置进行第一次乳化，使分散相的油包水液珠粒径90％达到微米级；

1.3、将经一次乳化后的油水混合物，以15-20cm/s的速度进入磁化装置，实施第二次磁化；

1.4、将经二次磁化的油水混合物，进入二级乳化装置进行第二次乳化，使分散相的油包水液珠粒径90％达到纳米级，即得到二次磁化二次乳化的乳化燃油的a组份；

B、活化水的制造

将过滤净化后的水，调整P^H＝8-9，并流经活化水发生装置，使水电解产生含有氢气、氧气的活化水混合物的b组份；

C、催化裂化

将燃油以0.2-0.8m/min速度，流经催化裂化装置，使3-10％燃油催化裂化成分子量更小的可燃碳氢化合物；此时，流经催化裂化装置的燃油与催化剂的体积比为0.5-1∶1-2，催化裂化装置温度为250-3000℃，即得到燃油与比原燃油分子量更小的可燃碳氢化合物的混合物的c组份；

D、复合燃烧 

将经过步骤A、B、C之后，所得到的二次磁化二次乳化的乳化燃油的a组份、活化水混合物的b组份及燃油与比原燃油分子量更小的可燃碳氢化合物的混合物的c组份，分别用计量泵，调整a、b、c三组份重量比例为90∶1.5-2.5∶10，在6-8kg/cm²的压力作用下连续泵至喷嘴，喷入燃烧室，在燃烧室内混合燃烧，喷入燃烧室的a、b、c三组份混合物中，总水份所占重量百分比为15-25％。

2.如权利要求1所述的燃油乳化及助燃复合燃烧方法，其特征在于：所述的磁化装置为迷宫式强力磁化装置，其包括设置于磁室腔体两侧的进口和出口，在磁室腔体内设置有若干个相互错开的一端固定于腔体上的板状磁铁，油水混合物通过磁化装置的磁通密度为8000-10000Gs。

3.如权利要求1所述的燃油乳化及助燃复合燃烧方法，其特征在于：所述的一级乳化装置为高剪切乳化泵；所述的二级乳化装置为浸入式超声乳化装置，浸入式超声乳化装置包括乳化腔室，设置于乳化腔室两侧的进口与出口，在乳化腔室顶部设置有压电晶片，该压电晶片与一支撑架顶部相接触，并由该支撑架将其支撑于腔室外，该支撑架的另一端连接设置有一变幅杆，该变幅杆伸入乳化腔室内部，该变幅杆另一端连接有一振子，振子的底部浸入需乳化的油水液面中，所述的振子的振动频率为20Khz，声场强度为10-20w/cm²，所述的压电晶片功率为2KW；乳化混合物在乳化腔室内的流动速度小于10cm/s。

4.如权利要求1所述的燃油乳化及助燃复合燃烧方法，其特征在于：所述的催化裂化装置，包括设置有进口及出口的催化裂化内管，在该内管外，设置有加热套；同时在内管中填充有催化裂化剂，所述的催化裂化剂 为MLC500与MLC-500ZA中的任何一种，或者两种的任意配比。

5.如权利要求4所述的燃油乳化及助燃复合燃烧方法，其特征在于：所述催化裂化内管的进口及出口中，设置有不锈钢网。

6.如权利要求4所述的燃油乳化及助燃复合燃烧方法，其特征在于：所述的催化裂化装置的加热套，是过热蒸汽加热的加热套，或电加热的加热套。

7.如权利要求1所述的燃油乳化及助燃复合燃烧方法，其特征在于：所述的燃油的主要成份为重油或柴油。 

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