16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/319-320/7941299.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 11-12 (319-320) июнь 2017 года

Оптимизация процесса горения топлива

Производство для энергетики Юрий СКАКУНОВ, Дмитрий КОШМАНОВ, Александр СКАКУНОВ, Антон МЕРЗЛЯКОВ, Владимир ПУТИНЦЕВ, Олег РАДЮКОВ

В настоящее время для предприятий нефтеперерабатывающего комплекса главной задачей является снижение воздействия на окружающую среду и оптимизация затрат на переработку нефти.

Подготовка жидкого технологического топлива (ЖТТ) к сжиганию в технологических и энергетических установках сводится к очистке, вводу присадок, подогреву и повышению давления топлива до параметров, обеспечивающих требуемое распыление и полноту сгорания. Для этого применяются различные методы, включая рециркуляцию продуктов сгорания, ступенчатое сжигание, снижение избытка воздуха и другие. Одним из наиболее эффективных методов снижения вредных выбросов считается сжигание жидкого топлива в виде вoдoмaзyтныx эмульсий [2]. Сжигание ЖТТ сопровождается выбросом в атмосферу вредных веществ, показатель суммарной вредности которых сопоставим c показателем выбросов при сжигании твердого топлива [1].

В период c декабря 2016 г. по февраль 2017 г. на печах установки АВТ-7 Омского НПЗ были проведены испытания по использованию ТСА (трансзвуковой струйный аппарат) для обработки ЖТТ с целью оптимизации его физико-химических характеристик и повышения эффективности сжигания топлива.
Целью испытаний было выявить эффективность физического воздействия на топливо сверхзвуковым скачком давления с целью изменения процесса горения. Для этого была спроектирована, изготовлена и поставлена на Омский НПЗ трансзвуковая струйная установка по обработке жидкого топлива перед печами. В результате этого было зафиксировано изменение физико-химических характеристик ЖТТ, что повлекло значительное снижение вредных выбросов в атмосферу и уменьшение расхода условного топлива.

pr2.jpg




При формировании скачка давления формируется спектр колебаний различной физической природы, в том числе ультразвуковых, электромагнитных и т. д., способствующих схлопыванию новых газовых пузырьков, которые, в свою очередь, схлопываясь, рождают новые колебания, то есть наблюдается лавинообразный процесс схлопывания газовых пузырей, что создает мощное ультразвуковое поле, в результате чего происходит преобразование компонентов исходной жидкостной смеси (расщепление, изомеризация и т. д.).

Известно, что скорость звука в воде при нормальных условиях составляет примерно 1500 м / с, а в воздухе – 340 м / с. Если взять воздух и воду в соотношении объёмов 50 % на 50 % и хорошо их перемешать, то скорость звука в этой газожидкостной смеси уменьшиться до 5‑25 м / с. При скорости потока газожидкостной смеси выше величин этого интервала скоростей в канале постоянного сечения возникает скачок давления со схлопыванием парогазовой фазы (см. рис. 1).

tabl1.jpg




Впервые явление скачка давления в воде обнаружил в 1936 г. ван Рауэл. На основе открытого им явления было разработано устройство по смешению различных компонентов, развитие и совершенствование которого привело со временем к созданию трансзвуковых струйных аппаратов (ТСА) различной модификации.

В основе работы ТСА лежит использование скачка давления (рис. 1) в гомогенном двухфазном высокоскоростном потоке повышенной сжимаемости. Трансзвуковая обработка заключалась в локальном комплексном воздействии на поток обрабатываемой парогазожидкостной среды различными физическими полями. При мгновенном (за 10‑4–10‑6 секунды) перепаде давления в зоне скачка давления и переходе скорости движения среды от сверхзвуковой к дозвуковой скорости происходит схлопывание парогазовых пузырьков, что сопровождается мощным гидромеханическим, акустическим воздействием на обрабатываемую среду, ударной волной и локальным повышением температуры и давления в реакторе установки.

tabl2.jpg




Согласно программе проведения испытаний, оперативным персоналом установки АВТ-7, на которую была смонтирована установка, выполнен перевод печей на соотношение 50 / 50 жидкое / газообразное топливо. В табл. 1 приведены данные системы «РАПОРТ» с показателями работы установки по загрузке и расходу топлива. Анализ выполнен на сопоставимую загрузку установки сырьем и температуру окружающего воздуха.

В табл. 2 приведены данные с теплотехническими показателями работы печей по КПД, составу дымовых газов. Состав дымовых газов и расчет КПД печей определен с помощью измерений, выполненных переносным газоанализатором «Полар». Показатели по П-3 в табл. 2 не приводятся, так как загрузка печи по жидкому топливу была минимальной.

tabl3.jpg




На рис. 2 и 3 визуализирована работа горелок с обработанным жидким топливом ТСА и топливом без обработки ТСА.

pr4.jpg




При проведении пробега выполнялись отборы жидкого топлива на границе установки и после установки ТСА для анализа химического состава (сводные данные – в табл. 3).

1. Фракционный состав. Результаты анализов фракционного состава по ASTM D 1160 от 26.12.2016 показывают, что температура выкипания от 5 до 20 % объема и 60 % от общей пробы после установки ТСА уменьшается на 4‑7 градусов, а температура выкипания от 30‑50 %, 70‑79 % объема от общей пробы снижается менее значительно, от 0,2 до 1,4 градуса. Это говорит о том, что ТСА воздействует на все фракции топлива, при этом величина воздействия зависит от природы и строения молекул. Результат действия – уменьшение углеродного скелета молекул за счет разрыва одинарных связей С-С. В конечном итоге, это приводит к уменьшению их температуры кипения, при этом, Ткип более легких фракций изменяется, как правило, сильнее.

2. Выход по топливу. Выход по концу испытания топлива после установки ТСА оказался выше, чем до него, то есть при тех же условиях объем перегнанного топлива стал на 0,4 % больше (79,5 % от общей доли против 79,1 %). Очевидно, в жидком топливе сократилось количество тяжелых и неразветвленных углеводородов, т. к. больший объем топлива стал кипеть при условиях работы перегонки, а не остался за пределами ее ограничения.

3. Теплота сгорания. Теплота сгорания топлива после установки ТСА увеличилась на 220 кДж / кг. Это объясняется тем, что после обработки ТСА увеличилось количество более легких молекул, а чем меньше скелет молекулы, тем больше калорийность, т. к. энтальпия сгорания небольших молекул выше за счет более легкого разрыва связей.

4. Коксуемость. Коксуемость после ТСА стала ниже (5,98 % против 5,48 %), это говорит о том, что стало меньше тяжелых углеводородов, т. к. после ТСА меньше сырья для закоксовывания, ибо легкие молекулы коксуются тяжелее в силу того, что степень полноты их сгорания выше.

5. Кинематическая вязкость при разных температурах. При Т = 50 °С кинематическая вязкость снижается на 0,7 мм2 / с, при Т = 80 °С на 0,16 мм2 / с, что говорит о том, что углеродный скелет молекул меньше, а сами молекулы более разветвленны, т. к. более разветвленные и тяжелые молекулы создают более вязкую среду.

6. Температура вспышки в открытом тигле, °С. Температура вспышки жидкого топлива после ТСА не определяется, т. к. датчик прибора забрасывает кипящим мазутом при достижении 140 °С.
Данный эффект связан с образованием более легких углеводородов.



Выводы

1. Достигнутый эффект по снижению удельного потребления условного топлива при использовании ТСА в среднем 2,3 % (данные в таб. 1).

2. Зафиксирован рост КПД: по печи П-1 на 0,7 %, по печи П-2 на 0,4 %, по печи П-3 на 0,3 %. При работе горелок с ТСА в составе дымовых газов зафиксирована более низкая концентрация СО (до 70 %) и SO2 (до 40 %), данные в табл. 2.

3. Топливо, обработанное ТСА, имеет более низкую коксуемость, кинематическую вязкость, больший выход по фракционному составу при одинаковых условиях, большую теплоту сгорания, фракционный состав смещается в сторону легких фракций. Температура вспышки не определяется, т. к. проба начинает кипеть при 140 °С (прибор не позволяет выполнить корректный анализ). Данные представлены в табл. 3.

4. Визуально при работе ТСА факелы горелок имеют стабильную форму, отсутствует капельное искрение. С отключенным ТСА факелы горелок «рваные», присутствует капельное искрение (недостаточное распыление, как следствие – механический недожог).



Cпиcoк иcпoльзовaнной литературы

1. Kpoпп Л. И., Зaлoгин И. Г., Янoвcкий Л. П. Пoкaзaтeль cyммapнoй вpeднocти пpoдyктoв cгopaния энepгeтичecкиx тoплив// Teплoэнepгeтикa. – 1978. – M10. – С. 47‑49.

2. Иванов B. M., Канторович Б. B., Paпиoвeц Л. C. Toпливныe эмульсии для сжигания и газификации// Becтник AH CCCP. – 1957. – M5.

3. Скакунов Ю. П., Исхаков Ш. Х., Тишкин С. В. Способ переработки многокомпонентных жидкостных смесей (варианты) и установка для их осуществления.
Патент № 003952. – 2003 г.

АО «Инвестиционная научно-производственная компания «Русские Энергетические Технологии»
115280, г. Москва, ул. Ленинская слобода, 23
Тел.: (495) 234‑74–46, (495) 234‑75‑71
e-mail: ret@retech.ru
www.retech.ru

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 11-12 (319-320) июнь 2017 года:

  • Нефтяные сорбенты могут решить все проблемы по очистке среды? Завышенные требования и реальная картина. Классификация сорбентов, критерии выбора
    Нефтяные сорбенты могут решить все проблемы по очистке среды? Завышенные требования и реальная картина. Классификация сорбентов, критерии выбора

    С увеличением количества буровых установок, добывающих нефть, увеличилось и количество различных технических происшествий, следствием которых часто оказываются нефтяные разливы. Наступил момент, когда эту проблему уже нельзя игнорировать потому, что в случае масштабных выбросов нефти под угрозой экологической катастрофы способны оказаться огромные территории. Особенно наглядно это показывают аварии на шельфе и в прибрежной зоне, когда...

  • AsstrA – индивидуальный подход к решению конкретных задач
    AsstrA – индивидуальный подход к решению конкретных задач

    Уже более 20 лет компания AsstrA – надежный партнер на рынке логистических и транспортных услуг. Железно­дорожные перевозки – одно из активно развивающихся направлений деятельности холдинга, в котором AsstrA также может похвастаться высокими результатами. ...

  • Россия и Тайвань: создавая будущее российской промышленности
    Россия и Тайвань:  создавая будущее  российской промышленности

    Технологические преимущества металлообработки и станкостроения Тайваня в сфере производства заготовок и интеллектуальных производственных систем презентовали посетителям XVIII Международной выставки «Металлообработка-2017» 16 мая в московском ЦВК «Экспоцентр». ...

  • Тренды ПМЭФ-2017: сбалансировать, оцифровать и завоевать
    Тренды ПМЭФ-2017: сбалансировать, оцифровать и завоевать

    Мир движется к новой индустриализации, ищет баланс в глобальной экономике и дает рычаги управления искусственному интеллекту. В России пока говорят о планах всеобщей цифровизации и улучшении инвестиционного климата. Это и многое другое обсуждалось на Петербургском международном экономическом форуме, организатором которого стал фонд «Росконгресс». ...

  • Оптимизация процесса горения топлива
    Оптимизация процесса горения топлива

    В настоящее время для предприятий нефтеперерабатывающего комплекса главной задачей является снижение воздействия на окружающую среду и оптимизация затрат на переработку нефти. ...