Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

К. т.н. С.П.Батуев, генеральный директор, ООО СПКФ «ВАЛЁР», г. Санкт-Петербург

Введение

Эффективность использования водянистого котельного горючего в теплоэнергетических установках почти во всем определяется соответствием его черт требованиям потребителей. Обычная разработка подготовки и сжигания высоковязких топочных мазутов (М100) в мазутных хозяйствах котельных сопровождается определенными трудностями, связанными с особенностями мазутного горючего [1-5 и др.].

Тенденция ухудшения эксплуатационных параметров мазутов (повышение вязкости, плотности, завышенное содержание воды и смолисто-асфальтеновых веществ), которая наблюдается в течение последних лет вследствие роста глубины переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах, также возникновение на рынке разных видов (либо типов) топочных мазутов одной марки (к примеру, мазут марки М100 на данный момент имеет около 7 типов), композитного водянистого горючего, консистенций горючего и нефтеотходов и т.п., обычно, приводит к дополнительным трудностям при подготовке и сжигании водянистого горючего в котельных установках.

Потребители мазута нередко сталкиваются и с недобросовестностью неких поставщиков, когда под маркой высококачественного топочного мазута получают горючее с ненормативными физико-химическими и эксплуатационными качествами, а время от времени и просто нефтеотходы, смешанные в неведомой пропорции с топочным мазутом.

В критериях, когда в большинстве котельных отсутствует возможность оперативной проверки свойства поступающего горючего при его приеме, потребитель обязан доверять данным сертификата на поставляемую партию мазута. Естественным становится необходимость экспресс-контроля свойства принимаемого горючего конкретно у потребителя, который обеспечивал хотя бы количественную оценку влажности мазута и помогал принимать решение по выбору той либо другой технологической операции в процессе подготовки мазута к сжиганию [6].

Таким макаром, главное значение приобретает организация подготовки горючего к сжиганию в мазутных хозяйствах котельных, которая должна быть ориентирована, сначала, на обеспечение надежной и действенной работы топливосжигающей установки.

Имеющиеся классические технологические схемы подготовки водянистого горючего к сжиганию в котельных по целому ряду обстоятельств (в том числе экономических), не позволяют полностью обеспечить нужные свойства горючего перед сжиганием.

Эффективность использования водомазутных эмульсий

Восполнить несовершенство мазутных хозяйств в критериях продолжающегося ухудшения эксплуатационных параметров топочного мазута и повысить эффективность использования водянистого горючего позволяет метод его сжигания в виде водомазутных эмульсий (ВМЭ), получающий все большее распространение в теплоэнергетике [1-5 и др.]. Он позволяет не только лишь интенсифицировать процесс горения мазута

за счет так именуемого вторичного распыления (микровзрыва) капель эмульсии в топках и, тем, при определенных критериях повысить экономичность сжигания, да и сделать лучше экологические свойства котельных: понизить выбросы вредных веществ (сажи, оксидов азота, канцерогенных углеводородов, а именно — бенз(а)пирена) с продуктами сгорания, использовать в качестве аква добавки к горючему грязные мазутом сточные воды котельных.

Не считая того, подготовка к сжиганию мазута в виде ВМЭ позволяет решать многие эксплуатационные трудности мазутных хозяйств: сжигание обводненного мазута без подготовительного обезвоживания, обеспечение устойчивого (без срывов) горения, увеличение надежности и ресурса технологического оборудования (мазутных насосов, подогревателей, форсунок, котлов).

Разработка подготовки и сжигания мазута в виде топливных эмульсий обеспечивает, таким макаром, полный подход к улучшению

экологических и экономических характеристик котельных, использующих мазутное горючее.

К истинному времени создано и внедрено огромное количество схем и устройств для изготовления и сжигания водомазутной эмульсии в котельных установках [1, 2, 5, 11, 12]. Довольно подробный обзор устройств для изготовления ВМЭ приведен в работе [4].

Не углубляясь в анализ технических особенностей тех либо других устройств, в общем случае, сущность технологии сводится к диспергированию мазутного горючего для высококачественного улучшения его структуры и увеличению однородности с технической возможностью получения ВМЭ (в том числе, с дополнительной добавкой воды к горючему) с разными влажностно-дисперсны-ми чертами.

На рис. 1 показано изменение черт мазута, происходящее при диспергировании горючего в типовом мазутном хозяйстве котельных [7].

Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

Нрав конфигурации влажности и дисперсности мазутного горючего после диспергирования свидетельствует о значимом уменьшении пределов их колебаний, также неоднократном понижении размеров капель воды в горючем.

Непременно, диспергирование мазута выравнивает влажностно-дисперсные свойства, улучшает структуру и однородность начального горючего, и, уже только этим, позволяет сделать лучше надежность работы котельных, в особенности на обводненных мазутах.

Эти данные отлично иллюстрируются микрофотографиями структуры мазута до и после диспергирования, которые приведены на рис. 2.

Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

Необходимо подчеркнуть, что в начальный период активного внедрения и опытно-промышленных испытаний технологии подготовки и сжигания мазута в виде ВМЭ основным фактором, характеризующим характеристики ВМЭ, называлась влажность эмульсии.

Бессчетные исследования были ориентированы на исследование воздействия влажности сжигаемых ВМЭ на теплотехнические и экологические характеристики разных топливосжигающих установок (от малых теплогенераторов, отопительных котлов, технологических печей, судовых энергоустановок до больших энергетических котлов) [1-5, 11-13].

В процессе опытно-промышленных испытаний одной из основных целей являлось нахождение значения «оптимальной влажности» ВМЭ.

Многие работы по сжиганию ВМЭ проводились на топливосжигающих установках с внедрением различных методов и устройств для изготовления водотопливных эмульсий. Но это не могло являться предпосылкой довольно огромного расхождения значений «оптимальной влажности», тем паче что цифровое значение приобретенных разными исследователями хороших влажностей, даже на схожих топливосжигающих установках и при близких режимах сжигания, значительно отличалось.

При более глубочайшем исследовании вопросов сжигания ВМЭ и в процессе скопления опыта эксплуатации разных установок для получения и сжигания ВМЭ было найдено, что роль влажности в интенсификации процессов горения ВМЭ не является превалирующей.

В неких работах воздействие влажности ВМЭ, обеспечивающей наивысшую интенсификацию горения, оцениваемую по концентрации сажистых частиц в продуктах сгорания, и увеличение экономичности топливосжигающей установки связывается с разными типами устройств для изготовления ВМЭ, и делаются выводы, по существу, об эффективности работы этих устройств.

Беря во внимание, что основной чертой хоть какого метода либо устройства для изготовления ВМЭ являются размеры дисперсной фазы (дисперсность) получаемой эмульсии, эффективность сжигания ВМЭ, вместе с влажностью, будет определяться их дисперсной чертой. Этот вывод подтверждается рядом исследовательских работ [4, 8].

Понятно, что главной предпосылкой интенсификации горения мазута в виде ВМЭ является эффект микровзрыва распыленных капель горючего в топке. Рассматривая как нужное условие микровзрыва капли ВМЭ непременное размещение капель воды снутри капель горючего, следует представить, что лучший размер дисперсной фазы будет зависеть от дисперсности распыла горючего форсунками горелки.

Вправду, с уменьшением размера капель воды в эмульсии возрастает возможность того, что массы воды в каплях не хватает для развития их взрывного вскипания и разрыва водяными парами топливной оболочки. При всем этом происходит только повышение объема капель эмульсии, но микровзрыв отсутствует. С другой стороны, с повышением размеров капель воды в ВМЭ, количество воды в капле становится лишним для обеспечения микровзрыва. При всем этом растет число случаев, когда размеры капель распыливаемого горючего и капель воды будут соизмеримы. Как следует, часть находящейся в горючем воды не будет участвовать во вторичном распылении горючего, а практически будет только балластом, ухудшающим горение. Из вышесказанного следует практический вывод — выбор того либо другого метода и устройства для изготовления и сжигания ВМЭ должен опираться на познание связи влажностно-дисперсных черт получаемой топливной эмульсии и технических особенностей определенных топливосжигающих устройств (тип котлов, форсунок, условия и режимы их работы, цель ввода в горючее дополнительного количества воды и т.п.).

Влажностно-дисперсные свойства топливных эмульсий, получаемых тем либо другим методом, практически являются основным параметром, определяющим вероятные пределы увеличения экономичности и понижения вредных выбросов с продуктами сгорания определенных котельных установок [4].

Результаты работ по внедрению технологии подготовки и сжигания ВМЭ

В данной статье приводятся главные результаты работ по пуску и наладке технологии подготовки и сжигания водомазутных эмульсий, реализованной по методу [9] и в устройстве [10], в реальных критериях 2-ух различных котельных: энергоцеха № 2 комбината «Печенганикель», г. Никель Мурманской области и ОАО «Слободской спиртоводочный завод», г. Слободской Кировской области. Котельные обозначенных компаний оборудованы типовыми котлами ПТВМ-50, ДКВР-10-13, ДКВР-6-13, ДЕ-25-14. Главным топливом является мазут М-100.

Принципная технологическая схема установки изготовления ВМЭ показана на рис. 3.

Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

Для получения ВМЭ применялись диспер-гаторы мазута ДМ-30 и ДМ-5, использующие механизм работы роторно-пульсационных аппаратов. Производительность диспергаторов составляла 30 и 5 м3/ч соответственно. Расчет, конструирование и изготовка диспергаторов для получения ВМЭ с необходимыми дисперсными чертами выполнялись на основании подготовительного анализа особенностей и технических характеристик установленного оборудования обозначенных котельных. Диспергаторы устанавливались в мазутном хозяйстве котельных на участке меж фильтром грубой чистки и подающим топливным насосом.

Установки изготовления ВМЭ были оборудованы подготовительными смесителями для организации подачи воды в качестве дозированной добавки к мазуту с целью получения топливных эмульсий различной влажности. Добавка воды выполнялась из технического водопровода.

Оперативный контроль влажности начального мазута и получаемых ВМЭ осуществлялся при помощи анализатора АВМД в потоке на полосы после диспергатора.

Вид диспергатора ДМ-5 с подготовительным смесителем и блок датчиков с измерителем влажности АВМД показан на рис. 4.

Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

Теплотехнические режимно-наладочные тесты в обозначенных котельных проводились с привлечением региональных специализированных организаций. Определение состава дымовых газов и концентраций вредных веществ в продуктах сгорания проводились с внедрением современных портативных газоанализаторов «Каскад», «Квинтокс», «Тестотерм».

Тесты проводились на разных режимах, при сжигании ВМЭ различной влажности с оптимизацией теплотехнических характеристик.

Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

Главные результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Улучшение экономических и экологических характеристик котельных при сжигании водомазутных эмульсий

Анализ данных, приведенных в таблицах, указывает реальный эффект увеличения экономичности определенных котлов (наибольший прирост КПД до 6,1%) и понижения вредных выбросов при переходе на сжигание ВМЭ с хорошими влажностно-дисперсными чертами и при оптимизации режимов горения.

В режиме сжигания диспергированного мазута с начальной влажностью (без прибавления воды) также происходит маленький прирост КПД котла и некое понижение выбросов с продуктами сгорания.

Во всевозможных режимах наблюдалось устойчивое сжигание ВМЭ с ясно выраженным понижением дымности уходящих газов и повышением содержания СО2. Это дополнительно свидетельствует об интенсификации выгорания горючих компонент топливной эмульсии.

Стоит отметить, что сжигание водомазутной эмульсии с более высочайшим содержанием воды по отношению к значению, приобретенному при оптимизации горения, приводило к снижению КПД котлов. При всем этом концентрации вредных веществ в продуктах сгорания, а именно, NOx, SO2, также дымность уходящих газов, понижались и при сжигании ВМЭ с влажностью 11%.

Подобные факты наблюдались при сжигании ВМЭ в других исследовательских работах [4, 5, 8, 12, 13].

В этом нюансе понятие «оптимальной влажности» ВМЭ имеет двойственное значение.

С одной стороны хорошей влажностью ВМЭ можно именовать такое значение, которое обеспечивает малый (суммарный) выброс вредных веществ с продуктами сгорания (NOx, SO2, сажистые частички, бенз(а)пирен).

С другой стороны, это значение влажности не всегда является хорошим исходя из убеждений экономических характеристик работы котла. При всем этом разумная разница меж значениями экологической и экономической «оптимальной влажности» ВМЭ может достигать по различным данным 4-10%, хотя в принципе устойчивое сжигание водотопливных эмульсий может обеспечиваться при предельном значении влажности до 65% [2].

В общем случае, достижение очень вероятного улучшения экономических и экологических характеристик котла, работающего на водомазутной эмульсии, может быть только при оптимизации режимов изготовления и сжигания ВМЭ в реальных критериях определенных топливо-сжигающих установок.

Выводы

1. Выбор того либо другого метода и устройства для изготовления и сжигания ВМЭ должен опираться на познание связи влажностно-дисперсных черт получаемой топливной эмульсии и технических особенностей определенных топливосжигающих устройств. Влажностно-дисперсные свойства топливных эмульсий, получаемых тем либо другим методом, практически являются основным параметром, определяющим вероятные пределы увеличения экономичности и понижения вредных выбросов с продуктами сгорания котельных установок.

2. При переходе на сжигание ВМЭ с хорошими влажностно-дисперсными чертами и при оптимизации режимов горения обеспечивается реальный эффект увеличения экономичности котельных установок и понижения вредных выбросов с продуктами сгорания.

3. В общем случае, достижение очень вероятного улучшения экономических и экологических характеристик котла, работающего на водомазутной эмульсии, может быть только при оптимизации режимов изготовления и сжигания ВМЭ в реальных критериях определенных топливосжигающих установок.

Литература

1. Иванов В.М. Топливные эмульсии. — М.: Изд. АН СССР, 1962.

2. Иванов В.М., Сметанников В.Н., Кулаков Ю.И. Внедрение дисперсных топливных систем для утилизации горючих отходов и экономии горючего // Химия и разработка топлив и масел. 1980. № 11. С. 59-61.

3. Улучшение эксплуатационных параметров водянистого котельного горючего методом его гидромеханической обработки. Обзорная информация. Серия 1 .Термические электростанции, теплофикация и термические сети. — М.: Информэнер-го, 1986.

4. Корягин В.А. Сжигание водотопливных эмульсий и понижение вредных выбросов. — СПб.: Недра, 1995.

5. Кормилицин В. И. Экологические нюансы сжигания горючего в паровых котлах. — М.: МЭИ, 1998.

6. Батуев С.П., Корягин В.А. Особенности хранения и подготовки к сжиганию обводненного водянистого горючего в мазутном хозяйстве котельной // Промышленная энергетика. 1987. № 5. С. 35-37.

7. Батуев С.П. Влажностно-дисперсные свойства водянистого горючего в мазутных хозяйствах котельных // Промышленная энергетика. 1991. № 3. С. 40-42.

8. Корягин В.А., Шевелев К.В., Батуев С.П. Исследование содержания вредных веществ в продуктах сгорания водотопливных эмульсий // Промышленная энергетика. 1988. № 4. С. 45-48.

9. Метод подготовки водянистого горючего к сжиганию. А.с. № 1393997, 1988 г.

10. Устройство подготовки водянистого горючего к сжиганию. Патент РФ № 45808, 2005 г.

11. Щелоков Я.М., Розин С.Е., Бойков В.К. Промышленное исследование сжигания диспергированного мазута в мартеновских печах // Промышленная энергетика. 1987. № 1.

12. Харитонов А.К., Голубь Н.В., Попов А.И. Уменьшение вредных выбросов при сжигании водомазутных эмульсий // Энергетик. 1983. №2.

13. Юсуфова В.Д., ГарзановА.Л., Каспаров С.Г. и др. Уменьшение вредных выбросов в атмосферу при сжигании водомазутной эмульсии в паровом котле // Промышленная энергетика. 1984. № 7.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru