28.03.2012 10:25
Геллер С.В.
УДК 621.436.0
Аннотация
Автором статьи подтверждена на практике актуальность применения в теплоэнергетике Системы Подготовки Топлив (СПТ), которая осуществляет их диспергацию с образованием Сверхстойких Водо-Топливных Эмульсий (СВТЭ), а также фильтрацию и подогрев до оптимальной для сжигания в горелках котлов температуры. СВТЭ получаются путём прокачки смеси исходных компонентов через ВОЛНОВОЙ ДИСПЕРГАТОР, в корпусе которого на неподвижной оси под действием потока топлива вращаются две турбины во взаимно противоположных направлениях. Высокие характеристики дисперсности СВТЭ подтверждены микроскопическими наблюдениями в Национальном ядерном центре (г. Астана, Республика Казахстан). Стойкость СВТЭ к расслоению доказана автором совместно с Евразийским национальным университетом им. Гумилёва (г. Астана) их центрифугированием, а высокие теплотехнические и экологические свойства – сжиганием в течение длительного времени на одном из котлов котельной того же Университета.
Изучение использования водотопливных и, в частности, водомазутных эмульсий (ВМЭ) в энергетике, началось в СССР в 60-х годах прошлого века [1]. С тех пор не зафиксирован хотя бы один случай аварий, сопряженных с приготовлением и применением ВМЭ. Напротив, помещённый ниже список профильных публикаций со всей очевидностью свидетельствует об экологической и экономической эффективности использования ВМЭ в различных странах. Определение ВМЭ и требования к ним приведены в Руководящем документе «РД 34.44.215-96. Нормативные документы для тепловых электростанций и котельных. Методы определения качества водомазутных эмульсий, используемых в виде жидкого котельного топлива. Москва 1997г.»
С тех пор было проведено много исследований[2-14], но качественные показатели эмульсий менялись мало, пока не был изобретён ВОЛНОВОЙ ДИСПЕРГАТОР [15] – устройство принципиально нового типа, позволяющее получать СВТЭ. Ниже описаны результаты, полученные на усовершенствованном волновом диспергаторе в феврале – марте 2012г. (цитируемый выше источник описывает результаты работ в Москве в первом квартале 2010г.). За прошедшее время был не только усовершенствован пилотный образец волнового диспергатора, но и разработана опытно – промышленная СПТ, внедрённая на реальном объекте – котельной, ранее работавшей на дизельном топливе (которое в 2,5 раза дороже, чем ВМЭ). Следует особо подчеркнуть, что данная СПТ – первая в Казахстане, а успешная проверка стойкости СВТЭ методом центрифугирования – первая в СНГ (ни в одном из приведённом источников не указана стойкость ВТЭ, определяемая методом центрифугирования). В то время как автор подтвердил стойкость полученной ВМЭ на центрифуге «Eppendorf», в том числе на критическом режиме, обеспечивающем отделение ДНК из клеток). Центрифугирование проводил профессор Рустем Омаров в НИИ Клеточной биологии и молекулярной генетики, г.Астана.
Далее показано, что СПТ является ключом к экономии расходов на топливо, энергосбережению и улучшению экологии. Волновой диспергатор обеспечивает повышение эффективности сжигания обычных жидких топлив (мазута, дизельного топлива, тёмного печного топлива), а также обеспечивает создание альтернативных жидких углеводородных топлив из нефтешламов, сильно обводнённых подтоварных вод, промышленных отходов. Система предусматривает фильтрацию топлив, их подогрев и регулируемую степень обводнённости.
В результате проделанных работ достигнуто техническое обеспечение условий для занятия достойного места на рынке (как оборудования для обработки топлив, так и самих топлив).
Области применения:
- котельные ЖКХ и промышленных объектов.
- тепловые электростанции на мазуте.
-металлургические комбинаты (обогрев мартеновских и доменных печей).
-топливо для ДВС тепловозов, судов и грузовых автомобилей.
-утилизация нефтешламов, подтоварных вод мазутохранилищ и танкеров.
-огневое обезвреживание жидких промышленных отходов.
Как работает СПТ
СПТ позволяет получать сверхстойкие водотопливные эмульсии (СВТЭ) на основе жидких углеводородов. СВТЭ не теряют качества при длительном (до 2 месяцев) хранении и отлично горят, с высокой тепловой эффективностью и пониженным содержанием вредных отходящих газов. Такие свойства топлива стало возможным экономично получать на комплексе оборудовании, ядром которого является инновационный волновой диспергатор (зарегистрированный как изобретение – патент России № 2347153), изображённый на Фото 1.
ФОТО 1
Обводнённые нефтепродукты (содержание воды 20% и выше) прокачиваются через ДИСПЕРГАТОР. В результате получается однородная СВТЭ (фото2 – эмульсия под микроскопом, цена деления 65микрон), ВОДА НЕ ОТДЕЛЯЕТСЯ даже через 10 минут обработки эмульсии на центрифуге EPPENDORF (фото3)при частоте 13 000 оборотов/мин
ФОТО 2
ФОТО 3
Это подтверждает качество СВТЭ и практическую эффективность ВОЛНОВОГО ДИСПЕРГАТОРА (в котором объединены сразу четыре метода физического воздействия на жидкости- интенсивная турбулизация, кавитационное воздействие, гидроудары высокой амплитуды прямого типа, трибостатический эффект).
При этом удельное энергопотребление на создание СВТЭ не превышает 0,2 кВт/т топлива.
Механизм сгорания водомазутной эмульсии.
Большая часть обычного мазута находится в агрегатированном (связанном) состоянии. При поджигании этой смеси процесс горения начнется на активной стороне каждого большого, «слипшегося» полимерного звена - кластера. При этом процесс горения будет тормозиться при столкновении с водяными кластерами, а сгорание парафинов или серы будет неполным (что приводит к токсичным выбросам). Несгоревший мазут откладывается на поверхностях теплообменников и резко снижает КПД котла.
Простое перемешивание такой смеси (даже интенсивное) не приводит к созданию мелкодисперсной эмульсии.
ВОЛНОВАЯ ДИСПЕРГАЦИЯ обводнённого мазута влечёт целый ряд положительных последствий:
- рвутся кластеры, при этом образуется большое количество активных сторон молекул, которые вступают в процесс сгорании значительно быстрее;
- происходит разрыв слабых молекулярных связей, с образованием свободных радикалов, которые повышают полноту сгорания топлива;
- вода переходит в мелкодисперсное состояние (что не тормозит горение так, как крупные вкрапления воды) с образованием свободных радикалов H и OH, которые участвуют в процессе горения как катализаторы.
В СВТЭ вода разбивается на капли размером 4-15 мкм, капли воды равномерно распределяются по всему объему топлива и становятся диполем. На этот диполь происходит налипание фрагментов углеводородных молекул и образуются мицеллы (капля воды внутри топливной оболочки, Рис.4). Капли воды не соединяются в более крупные из - за наличия углеводородной оболочки, а оболочка не сходит с капли из – за наличия в ней заряда.
РИС.4
Высокодисперсная структура ВМЭ обеспечивает вторичный распыл топлива в пламени (Рис.5). Мицелла, попавшая в зону горения, начинает нагреваться. Тмпературы кипения воды и мазута существенно отличаются (примерно на 200 град. С). Вода резко вскипает, а мазут в это время остается пока еще в жидком состоянии и препятствует испарению капель воды. При достижении внутри мицеллы критического давления происходит микровзрыв (водяной пар разрывает свою оболочку и распыляет ее). Происходит многократное увеличение площади соприкосновения топлива с кислородом воздуха, что равнозначно распылению топлива при давлении на форсунках в 150-300 кг/см2. Экономия происходит за счет более полного сгорания исходного мазута. Кроме того во время горения эмульсии снижается температура отходящих газов (без снижения температуры в топке и производительности котла), это говорит об увеличении КПД самого котла.
РИС.5
Становится возможным приготавливать топливные эмульсии задолго до момента их сжигания, превращать обводнённые нефтешламы и отработанные масла в полноценное топливо для котлов и печей с длительным сроком хранения (много месяцев).
Предлагаемая технология позволяет перевести котельные, ранее работавшие на дизельном топливе, на ВМЭ. Это экономически выгодно, поскольку дизельное топливо существенно дороже, а водомазутная СВТЭ по калорийности не уступает исходному топливу и сгорает с минимальными выбросами вредных газов и сажи в атмосферу. На Фото 6 – котёл дизельной котельной, переведённый на водомазутную СВТЭ, приготовленную с помощью ВОЛНОВОГО ДИСПЕРГАТОРА(г.Астана). Котёл, работающий на новом топливе, оборудован красной горелкой.
ФОТО 6.
На Фото7 – пламя горящей в котле (Фото6) водомазутной СВТЭ (вид через смотровой глазок на передней панели котла), 25 февраля 2012г.
ФОТО 7
Список профильных публикаций:
1. Иванов В. М. Топливные эмульсии, М.: Изд-во АН СССР, 1962г.
2. В. Д. Юсуфова, А. Л. Гарзанов, С. Г. Каспаров, Р. М. Пар¬нас /Уменьшение вредных выбросов в атмосферу при сжигании водомазутной эмульсии в паровом котле/, - Промышленная энергетика, 1984, № 7.
3. А. К. Харитонов, Н. В. Голубь, А. И. Попов и др. /Уменьшение вредных выбросов при сжигании водо¬мазутных эмульсий/ - Энергетик, 1983, № 2.
4. Dгуег F. L., Water addition to practical combustion systems-concepts and applications. – 16-th Symposium (International) on Combustion. Cambridge, Massachusetts, Pittsburgh, Pa, 1976г.
5.Горбанов Т.Р. Особенности сжигания водотопливных эмульсий в котлах // Энергетика и энергоэффективные технологии: сб. докл. IV междунар. науч.-практ. конф., 28-30 окт. 2010. - Липецк: ЛГТУ, 2010. - С.11-12.
6. Sjogren A. Verbessere Heizoverbrennung mit wasser-l-und Gasfeuerng, 1978, Вd. 23, № 3.
7. Батуев С.П. Улучшение экономических и экологических параметров котельных при сжигании водомазутных эмульсий // Новости теплоснабжения. - 2008. - N 12(100).
8. Юсуфова В.Д., Гарзанов А.Л. Повышение эффективности использования водотопливных эмульсий на ТЭС с целью уменьшения вредных выбросов в атмосферу и утилизации нефтесодержащих сточных вод // Мало- и безотходные технологии в энергетике как средства защиты окружающий среды и повышения эффективности топливоиспользования: матер. Всесоюзн. совещ., Москва, окт. 1984 г. В 2 ч. Ч.2. - М.: ЭНИН, 1985. - С.179-185.
9. Алибеков С.Я., Забродин А.Г. Устройство для подготовки к сжиганию обводненных жидких топлив // Наука в условиях современности: сб. ст. проф.-препод. состава, докторантов, аспирантов и студентов по итогам науч.-техн. конф. МарГТУ в 2010 г. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. - С.94-96 (Россия).
10. Радаев В.В. Опыт сжигания водомазутных эмульсий в топках котлов // Энергетик. - 2004. - N 12. - С.26-27.
11. Корягин В. А, Шевелев К.В., Батуев С.П. Исследование содержания вредных веществ в продуктах сгорания водомазутных эмульсий. Журнал «Промышленная энергетика», №4, 1988
12.Абдо Халед Мохамед Ахмед. Получение эмульсий типа вода/мазут и закономерности изменения их свойств с изменением состава : дис. ... канд. техн. наук : 05.17.07 Москва, 2007г. 136 с. РГБ ОД, 61:07-5/2198
13. В. ГРИДИН, М.ШАФОРОСТОВА, А. ХОХЛОВА. АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ВОДО-МАЗУТНОЙ ЭМУЛЬСИИ. Донецкий национальный технический университет(Украина). Проблеми екології. № 1-2, 2009.
14. Шагеев М.Ф., Лившиц С.А., Хайриева Э.М. Моделирование подогрева водомазутной эмульсии в технологических схемах // Соврем. наукоемкие технологии. - 2010. - N 7. - С.161-163.
15. Геллер C.В. Приготовление водомазутных эмульсий посредством волновой диспергации. Журнал «Новости теплоснабжения» (Москва), № 4 (апрель), 2010 г.
Пожаробезопасная сушилка
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.