16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/1/12.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 01 (01) май 2012

Сверхстойкие водотопливные эмульсии

Сверхстойкие водотопливные эмульсии

Автором подтверждена на практике актуальность применения в теплоэнергетике новой системы подготовки топлив.

С ее помощью осуществляется диспергация веществ с образованием сверхстойких водотопливных эмульсий, их фильтрация и подогрев до оптимальной для сжигания в горелках котлов температуры.

Сверхстойкие водотопливные эмульсии получаются путем прокачки смеси исходных компонентов через волновой диспергатор, в корпусе которого, на неподвижной оси, под действием потока топлива вращаются в противоположном направлении две турбины. Высокие характеристики дисперсности таких эмульсий подтверждены микроскопическими наблюдениями в Национальном ядерном центре Казахстана (Астана).

Стойкость к расслоению эмульсий доказана автором совместно с Евразийским национальным университетом им. Л. Н. Гумилева с помощью их центрифугирования, а высокие теплотехнические и экологические свойства – их сжиганием в течение длительного времени на одном из котлов котельной того же университета.



Волновой диспергатор

Изучение использования в энергетике водотопливных и, в частности, водомазутных эмульсий (ВМЭ) началось в СССР в 1960-х годах. С тех пор не был зафиксирован хотя бы один случай аварий, сопряженных с приготовлением и применением ВМЭ. Напротив, публикуемые в прессе сообщения свидетельствует об экологической и экономической эффективности их использования в различных странах. Определение водомазутных эмульсий 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, 1997 год».

За время существования ВМЭ было проведено много исследований, но качественные показатели эмульсий менялись мало, пока не был изобретен волновой диспергатор – устройство принципиально нового типа, позволяющее получать сверхстойкие водотопливные эмульсии. (Об этом автор сообщал в 2010 году в работе «Приготовление водомазутных эмульсий посредством волновой диспергации»).



Проверка стойкости

Со временем был не только усовершенствован пилотный образец волнового диспергатора, но и разработана опытно-промышленная система подготовки топлив, внедренная на реальном объекте – котельной, ранее использовавшей дизельное топливо (которое в 2,5 раза дороже, чем ВМЭ).

Автор подтвердил стойкость полученной водомазутной эмульсии на центрифуге Eppendorf, в том числе и на критическом режиме, обеспечивающем отделение ДНК из клеток. Центрифугирование проводил профессор Рустем Амаров в НИИ клеточной биологии и молекулярной генетики (Астана).

В результате исследований было выяснено, что новая система подготовки топлив является ключом к экономии расходов на топливо, энергосбережению и улучшению экологии. Волновой диспергатор обеспечивает повышение эффективности сжигания обычных жидких топлив (мазута, дизельного топлива, темного печного топлива), а также обеспечивает создание альтернативных жидких углеводородных топлив из нефтешламов, сильно обводненных подтоварных вод и промышленных отходов. Система предусматривает фильтрацию топлив, их подогрев и регулируемую степень обводненности.

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.



Новая система подготовки топлив

Предлагаемая автором система подготовки топлив позволяет получать сверхстойкие водотопливные эмульсии на основе жидких углеводородов. Они не теряют качества при длительном (до двух месяцев) хранении и отлично горят. При этом они обладают высокой тепловой эффективностью и пониженным содержанием вредных отходящих газов. Такие свойства эмульсии экономично получают на комплексе оборудования, ядром которого является инновационный волновой диспергатор (патент РФ № 2347153).

Обводненные нефтепродукты (содержание воды 20 процентов и выше) прокачиваются через диспергатор, и в результате получается однородная сверхстойкая водотопливная эмульсия. Причем вода в ней не отделяется даже через десять минут обработки эмульсии на центрифуге Eppendorf при частоте 13 000 оборотов в минуту.

Это подтверждает качество эмульсии и практическую эффективность волнового диспергатора. В последнем объединены сразу четыре метода физического воздействия на жидкость - интенсивная турбулизация, кавитационное воздействие, гидроудары высокой амплитуды прямого типа, трибостатический эффект.

При этом удельное энергопотребление на создание эмульсии не превышает 0,2 кВт на тонну топлива.



Механизм сгорания

Большая часть обычного мазута находится в агрегатированном (связанном) состоянии. Когда эту смесь поджигают, процесс горения начинается на активной стороне каждого большого, «слипшегося», полимерного звена - кластера. При этом процесс 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 же диспергация обводненного мазута влечет целый ряд положительных последствий:
- рвутся кластеры, при этом образуется большое количество активных сторон молекул, которые вступают в процесс сгорания 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 сверхстойких водотопливных эмульсиях вода разбивается на капли размером 4-15 мкм, они 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). При этом капли воды не соединяются в более крупные из-за наличия углеводородной оболочки, а оболочка не сходит с капли из–за наличия в ней заряда.

Высокодисперсная структура водомазутной эмульсии обеспечивает вторичный распыл топлива в пламени. Мицелла, попавшая в зону горения, начинает нагреваться. Температуры кипения воды и мазута существенно отличаются (примерно на 200 ºС). 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). Многократно увеличивается площадь соприкосновения топлива с кислородом воздуха, что равнозначно распылению топлива при давлении на форсунках в 150-300 кг/см2.



В чем преимущества?

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) – а это говорит об увеличении КПД самого котла.

Становится возможным приготавливать топливные эмульсии задолго до момента их сжигания, превращать обводненные 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 водомазутную эмульсию. Это экономически выгодно, поскольку дизельное топливо существенно дороже, а водомазутная сверхстойкая эмульсия по калорийности не уступает исходному топливу и сгорает с минимальными выбросами вредных газов и сажи в атмосферу.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 01 (01) май 2012: