16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/18/1145.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 2 (18) февраль 2002 года

Как повысить КПД низкокачественного топлива?

Наука и новые технологии к. т. н. И. Р. Дубровин, к. т. н. Е. Р. Дубровин, инженер В. К. Тучков 3555

В России более 35% всей используемой энергии получается за счет сжигания жидкого нефтяного топлива, и доля его потребления постоянно растет

Наметилась тенденция к ухудшению свойств жидкого топлива, поставляемого для котельных, что вызвано низким качеством исходной сырой нефти в связи с изменением мест её добычи. Использование жидкого нефтяного топлива ухудшенного качества ставит перед обслуживающим персоналом котельных ряд эксплуатационных проблем.

Физико-химические показатели потребляемого на местах котельного топлива соответствуют низшим пределам, установленным действующими ГОСТами, а отдельные, например содержание воды, в несколько раз превышают установленные нормы. Поэтому остро встает вопрос использования высоковязкого, низкосортного топлива в котельных.

Основным продуктом, поставляемым отечественным потребителям нефтеперерабатывающими предприятиями, является высоковязкий мазут со значительной долей крекинг-остатков. В таком товарном мазуте повышено содержание компонентов гетероорганической фазы (смол, асфальтенов, карбонов, карбонадов). В результате взаимодействия отдельных элементов (смол, твердых частиц, асфальтенов и глобул воды) такого топлива значительно быстрее формируются смолисто-асфальтеновые, смолисто-твердые, смолисто-водяные топливные системы.

В тяжелых нефтяных топливах они находятся в виде пленок, желеобразных сгущений, мазеобразных агломератов, грубых водо-топливных эмульсий. Следствием увеличения неоднородности структуры топлива является повышенное образование шлама, коксуемость мазута, снижение качества его распыливания, плохое функционирование горелок, снижение качества горения, а в итоге - снижение надежности, уменьшение рабочего ресурса котельного агрегата в целом.

Применяемые сегодня в котельных технологические процессы топливоподготовки не рассчитаны для обработки топлива ухудшенного качества. Высоковязкие нефтяные остатки, имеющие большую, чем у воды, плотность и вязкость, оседают в нижней части мазутного резервуара, образуя нефтяной слой высотой 0,3 - 0,4 м от днища резервуара. В таких условиях вода, входящая в состав мазута, коагулирует и располагается в виде водяных прослоек и линз, объём которых может достигать до 7-12% от объема топливного резервуара. Высоковязкий нефтяной остаток обладает низкой текучестью, что затрудняет его всасывание и перекачку топливными насосами.

Вместе с топливом насосы захватывают воду, приготавливая грубую водо-мазутную смесь с неконтролируемым содержанием воды. Переменная вязкость и плотность перекачиваемой среды изменяет частоту вращения рабочих органов топливных насосов. Насосы работают на нерасчетных, предельнодопустимых нагрузках в неустойчивом пульсирующем режиме. Это приводит к снижению напора, перепадам давления и в итоге - к снижению надежности всей топливоподачи.

Для реализации процессов перекачки и сжигания низкокачественного топлива, обладающего высокой вязкостью и низкой текучестью, требуется больший подогрев. Подогрев низкокачественного мазута в нефтеподогревателях малоэффективен. Так, при подогреве обводненного мазута начинается парообразование его водяной фазы, что вызывает кавитационные явления и «застой» в проточной части теплообменников. «Обработанное» традиционными методами нефтяное топливо ухудшенного качества поступает на горение в топки котлов.

Возникает целый ряд проблем: ухудшение распыла топлива, срыв пламени, вибрация котлов, увеличение длины факела, завышенный коэффициент избытка воздуха и как следствие - повышенный химический и механический недожог, интенсивные саже-коксоотложения на поверхностях нагрева котла и трубных системах котла, перерасход топлива и снижение КПД всей котельной установки.



Проблема загрязнения поверхностей нагрева

Загрязнение наружных поверхностей нагрева, трубных систем и газового тракта зольными отложениями является одной из актуальнейших проблем, возникающих при эксплуатации современных котельных установок, сжигающих жидкое нефтяное топливо.

Формирование этих отложений является результатом действия многих факторов, в том числе конструкции котельного агрегата, его воздухонаправляющего устройства и типа топливной горелки (форсунки), особенностей поверхностей нагрева, трубных систем и газоходов котла и др.

Однако не последнюю роль в процессе образования зольных отложений играют вид и качество исходного котельного топлива, технология подготовки топлива к сжиганию и организация процесса его горения.

Всего лишь около 2% зольных отложений оседает на поверхностях нагрева. Однако даже это количество является нежелательным и опасным. Во-первых, снижается теплопередача от сгорающих газов металлу трубок, приводя к перерасходу топлива на 10%.

Во-вторых, зольные отложения содержат большое количество коррозионно-агрессивных соединений. В лучшем случае наличие зольных отложений на поверхностях нагрева котла приводит к значительному снижению его КПД, в худшем - к отключению потребителей тепловой энергии и ремонтно-восстановительным работам.



Способы очистки поверхностей нагрева

С целью удаления с нагревательных и других поверхностей котла сажи, кокса, золы, окалины, продуктов разрушения футеровки и продуктов коррозии регулярно производится их наружная чистка.

Основными способами очистки поверхностей нагрева паровых и водогрейных котлов, применяемыми в настоящее время, являются паровая обдувка, импульсная очистка, дробеочистка, виброочистка, а в отдельных случаях и ручная очистка.

Но эти способы очистки наряду с достоинствами обладают целым рядом недостатков, ограничивающих их применение.



Газоимпульсная очистка

Наиболее надежной и перспективной, исключающей недостатки других видов очистки, является газоимпульсная очистка.

Метод газоимпульсной очистки относительно нов и действует по принципу периодического выброса некоторой массы продуктов сгорания, энергия которых обеспечивает удаление отложений с очищаемых поверхностей. Длительные работы по совершенствованию систем газоимпульсной очистки показывают, что эффективность их использования может быть значительно повышена, в том числе за счет изменения состава и структуры зольных отложений, образующихся на поверхностях нагрева котлов при сжигании в них жидкого топлива.



Повышение КПД газоимпульсной очистки

Одним из способов повышения эффективности использования систем газоимпульсной очистки и повышения КПД котельной установки является совершенствование технологических процессов топливоподготовки. Опыт использования для сжигания в котлах предварительно обработанного котельного топлива переменной влажности выявил значительное снижение интенсивности отложений на газовой стороне поверхностей нагрева.

Органические составляющие продуктов сгорания «сухого» топлива, а в зольных отложениях это в основном недогоревшие асфальтено-смолистые вещества, хорошо впитывают воду, «цементируя» тем самым сажистые частицы и другие элементы минерального остатка не только между собой, но и с металлом поверхностей нагрева.

Применение же при отоплении котла водо-топливной эмульсии (смеси) дает более полное сгорание топлива. Тем самым устраняется причина «прилипания» к трубкам нагара, сажи и золы.

В продуктах сгорания водо-топливной эмульсии сажистые частицы имеют значительно меньшие размеры, зольные отложения от сжигания смеси содержат в 20 раз меньше сажистых частиц, и, кроме того, они становятся сыпучими и легко удаляются самообдувом.

Исследования зольных отложений показали, что в них практически не содержится продуктов пиролиза, а анализ продуктов сгорания водо-топливной эмульсии свидетельствует об изменении в них состава углеводородов: количество высокомолекулярных соединений углеводородов значительно снижается, а тяжелые углеводороды отсутствуют вообще.



Способы улучшения качества топлива

Одно из решений эксплуатационных проблем, связанных с использованием низкокачественного нефтяного топлива, - совершенствование технологии его подготовки, улучшение качества топлива.

К таким процессам следует отнести «холодное» хранение, «облагораживание», многократную циркуляцию и рециркуляцию, многоступенчатую подготовку низкокачественного жидкого топлива, а также получение высококачественной водо-топливной смеси путем диспергирования топлива содержащейся в нем водой.

Для котельных установок наибольшая эффективность применения новой технологии топливоподготовки может быть достигнута при одновременном применении газоимпульсной очистки. Целью внедрения и практического применения новых технологических процессов является повышение эффективности использования низкокачественного топлива непосредственно в условиях котельных при максимальном снижении затрат.

Данная цель достигается гомогенизацией топливной структуры и усреднением химического состава топлива в процессе его хранения в резервуарах и использования в котельной. Показателем повышения качества низкосортного топлива является активизация и интенсификация процесса его сжигания в котлах.

Очевидно, что технология топливоподготовки должна быть реализована в комплексе, включающем хранение, обработку, фильтрацию и другие технологические процессы подготовки жидкого топлива ухудшенного качества.


О системе унифицированной топливоподготовки

В течение последних лет сотрудники ВИТУ (авторы этого материала) активно занимаются разработкой и внедрением «Системы топливоподготовки унифицированной», предназначенной для работы в штатной топливоподающей системе (мазутном хозяйстве) котельных установок средней и малой мощности.

Первоначально данная система была разработана и практически внедрена на боевых кораблях ВМФ. В 1991 году, в связи с развернувшейся конверсией, система была адаптирована для стационарных тепловых энергетических комплексов (ТЭК) и внедрена на паровых котлах ППО «Стройдеталь» (Санкт-Петербург), а в 1992 году - на отопительных котлах Карельского отделения НИИ «Морфизприбор». В 1994 году системой был оборудован ТЭК НПО «Звездочка» (Северодвинск) для термической утилизации в водогрейных котлах гидравлической жидкости ПГВ. В 1998 году данной системой были оборудованы котлы ТЭЦ-5 АО «Ленэнерго» (Санкт-Петербург) для обеспечения надежного сжигания обводненного мазута в качестве резервного топлива. В 1999 году система была установлена на отопительных котлах нефтебазы «Ручьи» Петербургской топливной компании, причем в этом случае система разрабатывалась для приготовления топливных смесей на основе дизельного топлива, загрязненных нефтесодержащих вод и отработанных нефтяных отходов. Наконец, в 2000 году с целью многократной, многоступенчатой обработки низкокачественного топочного мазута перед сжиганием данная система была внедрена на котельной Пыталовского филиала ПЭГУП «Псковоблэнерго» и в котельном цехе Бэльцского масло-жирового комбината (Республика Молдова).

Длительный опыт использования системы позволил не только значительно повысить эффективность подготовки топочных мазутов как обычного, так и ухудшенного качества, но и снять целый ряд ранее не решаемых в условиях котельных эксплуатационных проблем. Кроме того, повседневное использование системы унифицированной топливоподготовки, наряду с сохранением тепловых и экономических показателей работы котельной установки, позволяет получить одновременно экономический и экологический эффект.



Экономический эффект

Экономический эффект достигается за счет уменьшения потерь энергии и ресурсов на собственные нужды котельной; снижения, а иногда и исключения затрат, связанных с оплатой услуг по сбору, очистке, хранению и вывозу нефтяных отходов и нефтесодержащих жидкостей; возвращения в цикл, т.е. отправки на горение, до 8-15% ранее не используемых и выбрасываемых в окружающую среду нефтяных отходов и топливных углеводородов нефтесодержащих вод; экономии штатного топлива от 3 до 7%; снижения расходов на техническое обслуживание котельной установки; использования дешевых некондиционных нефтяных топлив (до сырой нефти включительно).

Кабельная арматура, Котельная, Мощность, Топливо, ТЭЦ, Энергия ,

Как повысить КПД низкокачественного топлива?Код PHP" data-description="В России более 35% всей используемой энергии получается за счет сжигания жидкого нефтяного топлива, и доля его потребления постоянно растет" data-url="https://www.eprussia.ru/epr/18/1145.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/share.jpg" >

Похожие Свежие Популярные