Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verdampfersystem zum Trennen eines Wassergehalts in einem emulgierten Schweröl-Brennstoff mittels Erwärmen und ein Betriebsverfahren hierfür.

Schweröl ist von einer hochkonsistenten Art, um seine Handhabung beim Transport und der Lagerung einfacher zu gestalten, wobei dem Schweröl-Brennstoff vorab eine geeignete Menge an Wasser und oberflächenaktivem Stoff hinzugefügt wird, um so einen sogenannten emulgierten Schweröl-Brennstoff zu bilden. Wenn dieser emulgierte Schwerölbrennstoff in einem Verbrennungsofen eines Heizkessels etc. zu verbrennen ist, ist es erwünscht, den Wassergehalt aus dem emulgierten Schwerölbrennstoff wegen des Wirkungsgrads der Verbrennung zu entfernen.

Ein vorbekanntes Verdampfersystem zum Trennen des Wassergehalts in dem emulgierten Schwerölbrennstoff ist in Fig. 4 gezeigt, und im folgenden wird eine Beschreibung hiervon gegeben. Ein ähnliches System ist in der EP 0 760 451 A2 beschrieben. In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 11 einen Tank, in dem emulgierter Brennstoff 11a gelagert ist. Die Bezugsziffer 12 bezeichnet eine Pumpe, die Bezugsziffer 13 bezeichnete einen Vorwärmer, die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Verdampfer, die Bezugsziffer 15 bezeichnet eine Trennvorrichtung bzw. einen Separator, die Bezugsziffer 16 bezeichnet eine Heizdampf-Zuführvorrichtung und die Bezugsziffer 17 bezeichnet eine Pumpe.

In dem Verdampfersystem von Fig. 4 mit einer solchen Anlage und solchen Maschinen wird der Wasser enthaltende emulgierte Brennstoff 11a in dem Tank 11 über die Pumpe 12 und eine Rohrleitung 11b in den Vorwärmer 13 geleitet. Ein Wärmetauscherrohr 13a ist in dem Vorwärmer 13 zum Strömenlassen von Wasser oder Dampf nach der Trennung als ein Vorwärmquellenmedium, das später beschrieben wird, vorgesehen, und der emulgierte Brennstoff 11a wird um das Wärmetauscherrohr 13a herum eingefüllt.

Es ist anzumerken, daß das Vorwärmquellenmedium und der emulgierte Brennstoff 11a entweder innerhalb oder außerhalb des Wärmetauscherrohrs 13a strömengelassen werden können.

Der emulgierte Brennstoff 11a außerhalb des Wärmetauscherrohrs 13a wird auf eine bestimmte Temperatur durch Wärmeaustausch mit dem Vorwärmquellenmedium vorgewärmt und über eine Rohrleitung 13b zum Verdampfer 14 geleitet. In dem Verdampfer 14 sind mehrere Generierungsrohre 14a, 14b, 14c zum Strömenlassen des vorgewärmten emulgierten Brennstoffs 11a vorgesehen.

Andererseits wird der emulgierte Brennstoff 11a durch ein Heizquellenmedium, das die Generierungsrohre 14a, 14b, 14c umgibt, erwärmt, wobei das Heizquellenmedium beispielsweise ein Heizdampf ist, der von der Heizdampf- Zuführvorrichtung 16 über eine Rohrleitung 16a zugeführt wird, und das Heizquellenmedium, dessen Temperatur gesenkt wurde, wird durch eine Rohrleitung 16b ausgetragen. Somit wird der emulgierte Brennstoff 11a in den Generierungsrohren 14a, 14b, 14c zum Sieden gebracht, um verdampft zu werden und wird dann zu dem Separator bzw. der Trennvorrichtung 15 über eine Rohrleitung 14b geleitet.

Der in den Separator 15 geleitete emulgierte Brennstoff 11a wird in einen Wassergehalt (Dampf) und Schwerölbrennstoff aufgeteilt. Der von dem emulgierten Brennstoff 11a am. Separator 15 losgetrennte Wassergehalt Wird dem Vorwärmer 13 über eine Rohrleitung 15a in einem Zustand von Heizwasser oder Dämpf zugeleitet, das als Vorwärmquelle zu verwenden ist, welche in dem Wärmetauscherrohr 13a des Vorwärmers 13 strömt, und nachdem seine Temperatur gesenkt worden ist, wird es aus dem System über eine Rohrleitung 15b ausgetragen.

Es ist anzumerken, daß überschüssiges Wasser, das verbleibt, nachdem das losgetrennte Wasser für die Vorwärmquelle entnommen worden ist, aus dem System über ein Ventil 15c und eine Rohrleitung 15d, die für einen Atomisierungsdampf etc. zu verwenden ist, abgeführt wird. Ferner wird der Schwerölbrennstoff, von dem der Wassergehalt im Separator 15 losgetrennt wurde, aus dem System über eine Leitung 15e und eine Pumpe 17 entnommen, um in einem Verbrennungssystem (beispielsweise einem Heizkessel) verbrannt zu werden, der Hauptvorrichtungen wie z. B. einen Tank, einen Brenner etc. aufweist, die in der Figur nicht gezeigt sind.

Um einen wirksamen Gebrauch von der eingegebenen. Wärmemenge des Heizquellenmediums, die in den Verdampfer 14 eingeleitet wird, zu machen, wird ein Wärmerückgewinnungstyp eingesetzt, bei dem der von dem emulgierten Brennstoff am Separator 15 losgetrennte Wassergehalt in den Vorwärmer 13 als das Vorwärmquellenmedium eingeleitet wird, so daß wiederholt von seiner Wärmequelle Gebrauch gemacht wird, und es wird eine Aufbaugestaltung angewandt, die aus dem Vorwärmer 13, dem Verdampfer 14 etc. mit einem Heizbereich besteht, der so kompakt wie möglich gemacht wird.

In dem vorbekannten Verdampfersystem nach obiger Beschreibung ist es wesentlich, dieses so zu betreiben, daß eine hocheffiziente Wassertrennung erhalten wird, die einen maximalen thermischen Wirkungsgrad erbringt, eine beste, kompakt bemessene Gestaltung der Anlage und der Maschinen sowie einen immer konstanten vorbestimmten Betrag an Wassergehalt in dem emulgierten Schwerölbrennstoff, der nach der Trennung erhalten wird.

In dem erwähnten Verbrennungssystem (Heizkessel etc.) zum Verbrennen des getrennten Schwerölbrennstoffs ist jedoch die Benützungsmenge des darin verwendeten Schwerölbrennstoffs nicht immer konstant, sondern variiert unweigerlich entsprechend einer Laständerung in dem Heizkessel etc. Wenn beispielsweise die Strömungsrate des emulgierten Brennstoffs von einer bestimmten Strömungsrate an erhöht wird, da das System eine geschlossene Schleife bildet, erhöht sich die Menge des Vorwärmquellenmediums von der Rohrleitung 15a nicht schnell, was in einem Sinken der Auslaßtemperatur des Vorwärmers und einer Änderung der Betriebsbedingungen resultiert.

Wenn sich somit die Menge an emulgiertem Brennstoff (nachstehend als "Ladung" bezeichnet), die dem Vorwärmer 13 von dem Tank 11 zugeführt wird, verändert, da das System einen Wärmerückgewinnungstyp anwendet, kommt es zu einer Verzögerung in der Förderung und der Aufnahme von Wärme, und die Temperatur in jedem Abschnitt verändert sich, was darin resultiert, daß der Wassergehalt, der in dem emulgierten Brennstoff nach dem Trennvorgang erhalten wird, nicht konstant wird, wobei als Gegenmaßnahme hierfür unvermeidlich eine beträchtliche Toleranz in der Gestaltung des Heizbereichs in dem Wärmetauscherabschnitt jeder Komponente der Anlage und jedes Maschinenteils gegeben ist.

Andererseits wird eine geringe Menge an Leichtölgehalt in dem Wassergehalt am Separator 15 losgetrennt und das Vorwärmquellenmedium, in das dieser Leichtölgehalt gemischt wird, wird zum Wärmeaustausch am Vorwärmer 13 verwendet. Wenn dieses Vorwärmquellenmedium in einem Dampfzustand (Gaszustand) von dem Vorwärmer 13 ausgetragen wird, wird der in einem Dampfzustand daruntergemischte Leichtölgehalt bald zusammen mit dem Wassergehalt kondensiert, so daß der Ölgehalt in dem Wasser suspendiert wird. Da der einmal im Wasser suspendierte Ölgehalt schwer durch eine allgemeine Ölgehalt-Behandlungsanlage losgetrennt oder beseitigt werden kann, wird ein Ableiten desselben in Flüsse und dgl. Unzulässig, und daher entsteht ein Hindernis beim Betrieb des Verdampfersystems.

Wenn es ferner zu einer Druckreduzierungswirkung im Separator 15 kommt, verdampft der Wassergehalt in dem emulgierten Brennstoff, der auf eine hohe Temperatur im Verdampfer 14 erwärmt wird, sehr schnell und kommt nur schwer aus dem umgebenden Schwerölbrennstoff hoher Konsistenz heraus, was einen Blasenzustand ergibt, bei dem der emulgierte Brennstoff das Dampfgas umgibt. Als Ergebnis nimmt das Volumen des Brennstoffs schnell zu, um den Separator 15 zu füllen, oder um ein Überströmen in den Wassergehalt-Trenn- und -Extraktionsrohren zu verursachen, wobei eine Trennleistung des Wassergehaltes schnell beeinträchtigt wird und eine große Menge des Ölgehalts vom System ausgetragen wird.

Angesichts der oben erwähnten Probleme bei dem vorbekannten Verdampfersystem für emulgierten Schwerölbrennstoff ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betriebsverfahren eines Verdampfersystems für emulgierten Schwerölbrennstoff bereitzustellen, bei dem ein emulgierter Schwerölbrennstoff nach dem Vorwärmen an einem Vorwärmer in einen aufzuheizenden Verdampfer geleitet wird und dann einem Separator zum Trennen seines Wassergehalts zugeführt wird, und wobei der Wassergehalt nach der Trennung als Vorwärmquellenmedium für den Vorwärmer verwendet wird, wobei eine Lostrennung des Wassergehalts auf ein vorbestimmtes Niveau ungeachtet der Ladungsänderung in einer Verbrennungsvorrichtung für Schwerölbrennstoff ermöglicht wird.

Um die Aufgabe zu erfüllen und eine vorbestimmte Wassergehalt-Lostrennung konstant zu ermöglichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Betriebsverfahren eines Verdampfersystems für emulgierten Schwerölbrennstoff bereit, wie es in Anspruch 1 definiert ist, sowie ein Verdampfersystem für emulgierten Schwerölbrennstoff, wie es in Anspruch 3 definiert ist.

Im Fall einer Ladungsänderung wird die Strömungsrate des emulgierten Brennstoffs, der in den Vorwärmer strömt, erhöht oder vermindert, und die Temperatur, der Druck und die Strömungsrate an jedem der, oben erwähnten Abschnitte verändert sich dementsprechend; durch Anwenden des obigen Betriebssteuerverfahrens der vorliegenden Erfindung jedoch wird eine schnelle Änderung in der Einlaßtemperatur und der Auslaßtemperatur des Verdampfers sowie des Drucks des Vorwärmquellenmediums in einer Rohrleitung vermieden, um so zu einer langsamen Änderung zu führen. Als Ergebnis wird eine Änderung in dem in dem Schwerölbrennstoff verbleibenden Wassergehalt nach der Trennung des Wassergehalts vermieden, und selbst in dem Fall einer Ladungsänderung wird der Betrieb zur Steuerung des Wassergehalts auf ein im wesentlichen konstantes und stabiles Niveau im gesamten Verdampfersystem ebenfalls möglich.

In dem Verdampfersystem, auf das dieses Betriebsverfahren angewandt ist, ist es erwünscht, einen Aufbau zum Speichern des emulgierten Brennstoffs einer erhöhbaren Menge anzuwenden, so wie er in dem Vorwärmer vorgewärmt ist, oder zwischen dem Vorwärmer und dem Verdampfer. Bei diesem Aufbau, bei dem der emulgierte Brennstoff der erhöhten Menge mit konstanter Temperatur im voraus gespeichert wird, kann selbst im Fall einer Ladungsänderung der emulgierte Brennstoff einer vorbestimmten Temperatur in den Einlaß des Verdampfers eingeleitet werden, und der Wassergehalt in dem dadurch losgetrennten Schwerölbrennstoff kann auf einem vorbestimmten Wert konstant gehalten werden.

Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines Verdampfersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen dem Temperaturunterschied im Verdampferdinlaß und Auslaßtemperaturen und dem Wassergehalt in einem emulgierten Schwerölbrennstoff nach dem Lostrennen seines Wassergehalts,

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines Verdampfersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines vorbekannten Verdampfersystems.

Nachstehend wird eine Beschreibung konkret zu einem Verdampfersystem von emulgiertem Schwerölbrennstoff gemäß der vorliegenden Erfindung sowie zu einem Betriebsverfahren · desselben gegeben, basierend auf dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen. Es ist anzumerken, daß in den nachstehenden Ausführungsformen einem Teil gleichen Aufbaus wie dem in Fig. 4 gezeigten die gleiche Bezugsziffer zur Vereinfachung der Erläuterung gegeben wird.

Zunächst wird eine Ausführungsform eines Betriebsverfahrens eines Verdampfersystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern 21a, 21b, 21c und 21d jeweils ein Strömungssteuerventil, die Bezugsziffern 22a bzw. 22b bezeichnen einen Temperatursensor und die Bezugsziffer 23a bezeichnet einen Drucksensor. Das Strömungssteuerventil 21a ist in einer Rohrleitung 15a zum Einleiten eines losgetrennten Wassergehalts in einen Vorwärmer 13 aus einer Trenneinrichtung bzw. einem Separator 15 vorgesehen, und das Strömungssteuerventil 21b ist in einer Rohrleitung zum Einleiten von Dampf in die Rohrleitung 15a von einer Hilfsdampfquelle, die in der Figur nicht dargestellt ist, vorgesehen.

Ferner ist das Strömungssteuerventil 21c in einer Rohrleitung 15d vorgesehen und das Strömungssteuerventil 21d in einer Rohrleitung 16a. Andererseits ist der Temperatursensor 22a in einer Rohrleitung 13b entweder am Auslaß des Vorwärmers 13 oder am Einlaß eines Verdampfers 14 vorgesehen, und der Temperatursensor 22b ist in einer Rohrleitung 14d vorgesehen. Ferner ist der Drucksensor 23a in einer Rohrleitung 15a vorgesehen. Der weitere Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie der des Verdampfersystems gemäß Fig. 4.

Das Strömungssteuerventil 21a, welches die Strömungsräte des Wassergehalts (Dampfes) als Vorwärmquellenmedium steuert, das am Separator 15 losgetrennt und in den Vorwärmer 13 eingeleitet wird, wird durch ein Signal vom Temperatursensor 22a geöffnet und geschlossen, der entweder am Auslaß des Vorwärmers 13 oder am Einlaß des Verdampfers 14 vorgesehen ist, um so die Strömungsrate des in den Vorwärmer 13 strömenden Vorwärmquellenmediums auf einem konstanten Niveau der Auslaßtemperatur des Vorwärmers 13 oder der Einlaßtemperatur des Verdampfers 14 zu steuern. Ferner wird das Strömungssteuerventil 21d durch ein Signal vom Temperatursensor 22b geöffnet und geschlossen, der am Auslaß des Verdampfers 14 vorgesehen ist, um die Strömungssteuerrate eines Heizdampfs auf einem vorbestimmten konstanten Niveau der Auslaßtemperatur des Verdampfers 14 zu steuern.

Andererseits regelt das Strömungssteuerventil 21b, das ein Signal vom Drucksensor 23a in der Rohrleitung 15a, durch welche das Vorwärmquellenmedium strömt, empfängt, die Strömungsrate des Dampfes von der Hilfsdampfquelle (nicht dargestellt), um einen konstanten Druck in der Rohrleitung 15a aufrechtzuerhalten. Ferner steuert das Strömungssteuerventil 21c die Strömungsrate, die aus dem System des losgetrennten Dampfes als Vorwärmquellenmedium, das am Separator 15 erzeugt wurde und in der Rohrleitung 15a strömt, zu extrahieren ist, um so einen konstanten Druck in der Rohrleitung 15a aufrechtzuerhalten.

Wie oben erwähnt wurde, wird die Auslaßtemperatur des Vorwärmers 13 (oder die Einlaßtemperatur des Verdampfers 14) detektiert und das Strömungssteuerventil 21a wird geöffnet und geschlossen, um so diese Temperatur konstant zu halten, wodurch die Strömungsrate des Vorwärmquellenmediums am Einlaß des Vorwärmers 13 gesteuert wird. Ferner wird der Druck in der Rohrleitung zum Zuführen des Vorwärmquellenmediums durch den Drucksensor 23a erfaßt, und auf der Basis des Signals vom Drucksensor 23a werden die Strömungssteuerventile 21b und 21c geöffnet und geschlossen, um so den konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Somit wird mit dem konstanten Druck der Zuführung des Vorwärmquellenmediums und der konstanten Einlaßtemperatur des Verdampfers 14 die Betriebssteuerung erleichtert.

In dem Betriebssteuerzustand mit der konstanten Einlaßtemperatur des Verdampfers 14 wird die Auslaßtemperatur des Verdampfers 14 auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert, wie aus einer Temperaturbeziehung, die in Fig. 2 dargestellt ist, hervorgeht, wobei eine solche Betriebssteuerung, welche den Wassergehalt des Schwerölbrennstoffs auf einen gewünschten Wert steuert, realisiert wird, und wobei auch eine konstante und stabile Funktion des gesamten Systems möglich wird.

Ferner wird im Fall einer Ladungsänderung die Strömungsrate des emulgierten Brennstoffs, der in den Vorwärmer 13 strömt, angehoben oder verringert, und die Temperatur, der Druck und die Strömungsrate an jedem der oben genannten Abschnitte ändert sich dementsprechend, jedoch wird durch Anwenden des Betriebssteuerverfahrens nach obiger Beschreibung eine schnelle Änderung in der Einlaßtemperatur und Auslaßtemperatur des Verdampfers 14 sowie des Drucks des Vorwärmquellenmediums in der Rohrleitung 15a vermieden, um in eine langsame Änderung überzugehen. Infolgedessen wird eine Änderung im Wassergehalt, der in dem Schwerölbrennstoff nach der Lostrennung seines Wassergehalts verbleibt, vermieden, und selbst im Fall einer Ladungsänderung wird die Funktion der Steuerung des Wassergehalts auf ein im wesentlichen konstantes und stabiles Niveau in dem gesamten Verdampfersystem ebenfalls möglich.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugsziffer 31 einen Puffertank, der in einer Mitte einer Rohrleitung 13b zum Einleiten eines emulgierten Brennstoffs in einen Verdampfer 14 von einem Vorwärmer 13 vorgesehen ist.

Alternativ kann anstelle des Puffertanks 31 ein Vorwärmer eines solchen Aufbaus vorgesehen sein, daß ein Volumen außerhalb eines Wärmetauscherrohrs 13a (eines Abschnitts, in dem der emulgierte Brennstoff strömt) in dem Vorwärmer 13 eine erhöhbare Menge ist, wobei der Begriff "erhöhbare Menge" (increasable amount) so definiert ist, daß er einer Menge des emulgierten Brennstoffs entspricht, die äquivalent der Zuführung in einer Stunde in dem Verdampfer 14 innerhalb eines Zeitbereichs ist, in dem Änderungen auftreten.

Ein anderer Aufbau als der obige ist im wesentlichen der gleiche wie der des in Fig. 1 und Fig. 4 gezeigten Verdampfersystems. In einem solchen Verdampfersystem für emulgierten Brennstoff gemäß Fig. 3 kann der emulgierte Brennstoff der erhöhbaren Menge, der unter Steuerung auf eine vorbestimmte Temperatur vorgewärmt wurde, im voraus in dem Puffertank 31 oder dem Vorwärmer 13 gespeichert werden.

Im Fall einer Laständerung, beispielsweise einer Lastabnahme, in einem Verbrennungssystem (Heizkessel und dgl.) zum Verbrennen des losgetrennten Schweröls wird die Drehung einer Pumpe 12 erhöht, um die zugeführte Menge des emulgierten Brennstoffs in dem Vorwärmer 13 zu erhöhen, d. h. die Strömungsrate des emulgierten Brennstoffs, der in das Verdampfersystem für emulgierten Brennstoff einzuleiten ist, und da der emulgierte Brennstoff einer vorbestimmten Temperatur im voraus in der erhöhbaren Menge gespeichert ist, wird die Temperatur des in den Einlaß des Verdampfers 14 strömenden emulgierten Brennstoffs immer innerhalb des Zeitbereichs der Laständerung konstant gehalten.

Somit kann einfach durch Steuern der Strömungsrate des Heizdampfes als Heizquellenmedium, das dem Verdampfer 14 zuzuführen ist, um die Auslaßtemperatur des Verdampfers 14 auf einem vorbestimmten Pegel zu halten, eine solche Betriebsweise, die in der Lage ist, den Schwerölbrennstoff mit einer vorbestimmten Menge an Wassergehalt nach dem Lostrennen seines Wassergehalts zu liefern, d. h. den Schwerölbrennstoff mit einer vorbestimmten Menge an Wassergehalt ungeachtet der Zunahme oder Abnahme in der Strömungsrate des dem Verbrennungssystem zuzuführenden Schwerölbrennstoffs, einfach gemäß der in Fig. 2 dargestellten Beziehung erhalten werden.

In dem Verdampfersystem der zweiten Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird der emulgierte Brennstoff einer vorbestimmten Temperatur in der erhöhbaren Menge im voraus in dem Puffertank 31 oder in dem Vorwärmer 13 gespeichert, so daß selbst bei einer solchen Betriebsart, bei der eine Laständerungsfunktion nicht vermieden werden kann, oder in einem solchen Betriebszustand innerhalb eines Zeitbereichs, während die zugeführte Menge des emulgierten Brennstoffs zum Vorwärmer 13 zunimmt oder abnimmt, die Einlaßtemperatur des Verdampfers 14 konstant gehalten werden kann, und durch Steuern der Auslaßtemperatur des Verdampfers 14 auf eine vorbestimmte Temperatur der Wassergehalt in dem Schwerölbrennstoff nach der Lostrennung seines Wassergehalts einfach auf einen vorbestimmten Wert gesteuert werden kann.