Преимущества системы эмульгирования мазута (СЭМ)
Днепропетровского национального университета
1. Система встраивается в действующую схему топливоподачи.
2. Не требуются дополнительные площади, линии энергоподвода и капитальные затраты.
3. Реализовано автоматическое регулирование и поддержание заданной водности эмульсии.
Особенности применения водомазутных эмульсий
В основу разработки положены известные данные по интенсификации процесса горения и снижению токсичных выбросов при сжигании в топке (камере сгорания) водо-топливной эмульсии.
Сравнение скорости горения безводного и эмульгированного топлива показывает, что эмульгированное топливо при оптимальном уровне водности и оптимальной степени дисперсности водной фазы сгорает быстрее безводного.
При сжигании водо-мазутной эмульсии в котлоагрегатах и печах возможна экономия порядка 10% мазута по сравнению со сжиганием безводного топлива.
Кроме того, одним из факторов, определяющих эффективность использования водотопливных эмульсий (ВТЭ) в котельно-топочных процессах, является возможность на их основе решать ряд экологических проблем. Применение ВТЭ сокращает выход в газовых выбросах NОх, примерно в 3-4 раза снижает выброс сажистых отложений, уменьшает выход СО в среднем на 50%, бенз(а)пирена в 2-3 раза и т.д.
К проблемам, осложняющим экологическую обстановку, относится и непрерывное накопление нефтешламов и балластных вод, содержащих нефтепродукты. Их источником являются промышленные предприятия, морской и речной флот.
В частности, существующая ныне система разгрузки мазута из железнодорожных цистерн ведет к заметному обводнению мазута в хранилищах (до 10%). В то же время согласно нормативным документам водность подаваемого на сжигание мазута не должна превышать 0,3%-1% .
В традиционном плане подготовка мазута к сжиганию сводится к настоящему времени в основном к двум операциям: обезвоживанию и нагреву.
Мероприятия по осушению мазута испарением воды энергоемки и ведут к потере летучих компонентов топлива. Обезвоживание выполняется в основном путем отстаивания с тем, чтобы не допустить неконтролируемого попадания воды в топку,
последствия которого трудно предсказуемы. Разделение фаз мазут-вода в накопителях-отстойниках требует достаточно большого времени и малоэффективно из-за близости плотностей мазута и воды. Проблема утилизации или очистки таких вод не решается химическими и биологическими методами, т.к. они требуют больших дополнительных площадей, капитальных и эксплуатационных затрат. Зачастую обмазученные воды без должной степени очистки сливаются в общую канализацию, что противоречит экологическим требованиям.
Одним из возможных направлений решения этой задачи является использование обмазученных вод при создании ВТЭ.
Соотношение фаз вода-топливо в эмульсии в зависимости от поставленной задачи может меняться в широких пределах (до 50% воды).
Наибольший экономический эффект и одновременное снижение газовых выбросов обеспечивает добавление в топливо 10-15% воды, а наибольший экологический эффект в части утилизации загрязненных органическими продуктами вод реализуется при уровне водной фазы до 50%.
Физические особенности сжигания, отличающие ВТЭ как новое топливо в сравнении с известными, определяются в значительной степени несовершенством существующих форсуночных устройств. Последние практически не в состоянии обеспечить диспергирование жидких
топлив до уровня дисперсности меньше 100 мкм. В то же время в капле эмульсии такого размера, сошедшей с форсуночного устройства, содержится несколько тысяч микро капель воды. Поэтому в высокотемпературной зоне топочной камеры капля эмульсии взрывается и
происходит вторичное диспергирование топлива.
В результате таких микровзрывов в топке возникают очаги турбулентных пульсаций и увеличивается число элементарных капель топлива, благодаря чему факел увеличивается в объеме и более равномерно заполняет топочную камеру, что приводит к выравниванию температурного поля топки с уменьшением локальных максимальных температур и увеличением средней температуры в топке; повышению светимости факела благодаря увеличению поверхности излучения; существенному снижению недожога топлива; позволяет снизить количество вдуваемого воздуха и уменьшить связанные с ним теплопотери. Одновременно в факеле происходят каталитические реакции, ведущие к уменьшению вредных газовых выбросов.
Этот эффект особенно важен при сжигании каменноугольной смолы и тяжелых высоковязких мазутов, применяемых в металлургии.
Возможность снижения количества вдуваемого воздуха при сжигании водотопливных эмульсий весьма важна, поскольку согласно опытным данным КПД котельного агрегата при уменьшении коэффициента избытка воздуха на 0,1 увеличивается на 1%. В то же время снижения
теплопроизводительности котельного агрегата большой паропроизводительности при водности эмульсии в пределах 9-10% не происходило.
Еще одним важным фактором, характеризующим эффективность использования водотопливных эмульсий в котельнотопочных процессах является повышение эффективности телопередачи поверхностям нагрева и долговечности топочного оборудования.
По некоторым зарубежным данным перерасход топлива из-за
загрязнения поверхностей нагрева в котлах сажистыми и коксовыми частицами может превысить 30%-35%. Применение водотопливных эмульсий способствует повышению чистоты теплообменных поверхностей.
Одной из серьезных проблем, возникающих при сжигании топочных мазутов, является большое содержание в них серы. Соединения серы, присутствующие в топочных газах, вызывают сернокислотную коррозию оборудования и загрязнение атмосферы. При использовании высокосернистых мазутов в металлургии соединения серы частично переходят в расплав.
Применение ВТЭ может способствовать решению этих проблем.
С одной стороны, использование ВТЭ позволяет уменьшить воздушное дутье, что обеспечивает снижение температуры точки росы дымовых газов.
С другой стороны, появляется возможность использовать в составе ВТЭ присадки, связывающие серу. В металлургических процессах введение присадок в мазут при использовании высокосернистых мазутов обязательно. Поскольку большая часть присадок водорастворима, то добавление в эмульгируемую воду недорогих компонент в количестве 1кг /1т. мазута позволяет наиболее простым путем связывать серу и использовать низкокачественные мазуты.
