[发明专利]机械搅拌式燃油掺水装置中物料计量和配比控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃油掺水节能技术，尤其涉及燃油掺水装置中物料计量和配比控制方法。

背景技术

掺水燃油是目前应用最为广泛的清洁燃料之一，但在实际应用中仍存在许多尤待解决的问题，如稳定性欠佳、节油效果不明显、燃烧后污染物浓度高等。究其原因主要是对燃油掺水后的物化性质缺乏足够了解，因为液体燃料的粘度、表面张力、界面张力，以及掺水后的稳定性及分散度对油水混合液状态和应用效果有很大影响。

从节油的角度看，燃油掺水量越大越好，但随着掺水量的增大会产生一系列的负面影响：掺水量增大，粘度增加，导致加热温度升高、能耗增大；稳定性随掺水量的增大而降低，从而易出现破乳，因此掺水量不宜过多；掺水后燃油表面张力略有下降，界面张力大幅下降；随掺水量的增大，CO、N_Ox与烟尘生成量是逐渐降低的，燃烧得到改善，但增大到某一特定值时，CO、NO_x和烟尘浓度反而增加，燃烧质量变差。可见，掺水量控制对燃油本身性能、燃烧性能和排放特性都具有十分重要的意义。综合考虑CO、NO_x和烟尘浓度以及掺水燃油的性能影响因素几个方面，兼顾节能和减排，认为掺水量在3-10％之间为宜。但是利用人工进行油水配制难度大，可操作性差，因此通过对燃油掺水前后的物化性质进行合理评估，设计一种优化的掺水量控制系统，按所需的油水比例将燃油和水连续地混合到一起，确保含水稳定的同时实现在线调节是很有必要的。

发明内容

为解决掺水燃油中含水的稳定，本发明提供一种自动控制掺水燃油中物料计量和配比方法，应用在机械搅拌式燃油掺水装置中。

机械搅拌式燃油掺水装置主体与油路和水路连接通过三个快速接口，分别是掺水燃油出口、入水口和燃油入口，在实际应用中，如为燃油锅炉供燃料油，回油可通过第四个快速接口将回油传输到掺水燃油油箱中。与入水口相连的水路上设置水计量泵，与燃油入口相连的油路上设置燃油计量泵；分别采用燃油计量泵和水计量泵对注入乳化器的燃油和水进行准确计量，确定水/燃油配比在3-10％之间并进行可靠控制；

燃油经输油管传输，在燃油计量泵的作用下注入乳化器燃油入口。乳化器设有三级搅拌区，在乳化器一级区搅拌燃油入口处设有一个开孔率达70％、每一小孔孔径小于10微米的滤网，燃油经滤网作用形成微米粒径的燃油束，射入乳化器一级搅拌区，油束速度控制在0.5-1.0m/s之间。水经输水管传输，在水计量泵的作用下注入机械搅拌核心部件乳化器入水口，进入乳化器一级搅拌区。乳化器一级搅拌区中圆柱状转子以顺时针转动，因转子与定子间间隙小于5微米，带动进入的水流在其圆柱表面形成厚度小于5微米的水层，并顺时针流动，水流速度约在50-100m/s。快速流动的微米级厚度的水层与快速的微米级燃油束垂直碰撞，在对冲力、剪切力、摩擦力、以及表面张力的作用下，在燃油中形成微米级水珠。初步形成的掺水燃油在一级搅拌区转子的带动下经一级搅拌区和二级搅拌区之间入口进入二级搅拌区，依次进入三级搅拌区，最后形成掺水燃油从机械搅拌核心部件乳化器出油口排出，经输油管进入掺水燃油油箱后储存备用。二级搅拌和三级搅拌均为齿轮搅拌，其转子表面为齿轮，两者通过齿轮咬合传动，且咬合传动之处因狭缝挤压作用也起到搅拌作用，二级、三级搅拌主要起到水珠均匀分散于燃油之中的作用。机械搅拌核心部件乳化器的转动依托于与二级搅拌连接的驱动齿轮，它在上方搅拌电机驱动下逆时针转动，并带动二级搅拌同向转动，进而带动三级搅拌顺时针转动。同时，驱动齿轮与一级搅拌上方的齿轮相互咬合，驱动其顺时针转动，带动一级搅拌同向转动。通过以上三级搅拌，形成“水包油”型掺水燃油；同理，调换燃油和水入口，并适当改变运行参数，可得到“油包水”型掺水燃油，一机实现两种类型掺水燃油生产。

本发明是通过下述技术方案实现的：机械搅拌式燃油掺水装置中物料计量和配比控制方法包括的主要设备为机械搅拌核心部件乳化器、掺水燃油油箱、燃油计量泵、水计量泵、背压阀、安全阀、采样点。通过燃油和水流量流速调节、掺水燃油燃烧热效率测量，优化水油配比，并依靠可靠的含水测量及相应的自动控制系统，实现计量配比相关参数信息反馈，制出含水稳定并具节能减排效果的掺水燃油。