16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/10/143.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 01 (10) февраль 2014 года

Качественная топливоподготовка – шаг к снижению тарифов

Оборудование и технологии К. т.  н. Игорь ДУБРОВИН, к. т.  н. Евгений ДУБРОВИН
Качественная топливоподготовка – шаг к снижению тарифов

Авторы показывают, что качественная предварительная обработка топлива существенно повышает эффективность его сгорания, помогает сберечь ресурсы и в конечном итоге снижает затраты на отопление.

Цены на услуги жилищно-коммунального хозяйства, к сожалению, растут быстрее, чем доходы большинства потребителей этих услуг. Дороже всего обходится отопление. Его стоимость, в зависимости от температуры наружного воздуха и площади помещения, достигает, например, в Санкт-Петербурге – 30‑45 процентов, а в Мурманске – 60‑75 процентов от всей начисленной суммы коммунальных платежей. Мотивируется это различными причинами, основной из которых является закупочная цена сжигаемого топлива.

Между тем повышение стоимости – это зачастую всего лишь результат управленческого инертного подхода к проблеме. Существуют решения, позволяющие если не снизить, то, по крайней мере, стабилизировать стоимость услуг. Одним из них является широкое использование на объектах ЖКХ результатов научно-технических достижений.



Прежде чем сжечь

Наибольший интерес, с точки зрения снижения себестоимости отопления, несомненно, представляет углеводородное топливо, а точнее – технологические этапы его подготовки к использованию в котельных.

Известно, что любое углеводородное топливо, независимо от первоначального агрегатного состояния, сгорает в газовой фазе. Поэтому оно требует предварительной обработки, т. е. подготовки к сжиганию.

Предварительная подготовка любого вида топлива к использованию является основным условием правильной организации процесса его сгорания. Другими словами, качество процесса подготовки, в конечном итоге, определяет эффективность сжигания.

Сегодня основным видом топлива в котельных больших городов является природный газ, а в котельных негазифицированных населенных пунктов – топочный мазут М-100 или уголь.

Цикл подготовки к сжиганию газа наиболее прост: он сводится всего лишь к снижению давления топлива путем дросселирования его в газорегуляторном пункте и поддержке заданного давления перед горелками котлов.

Цикл подготовки угля зависит от марки угля и применяемой технологии его сжигания, но практически во всех случаях уголь предварительно сушат, размельчают до определенного размера частиц и в таком виде подают на сжигание в топку котла.

Традиционный цикл подготовки к сжиганию топочного мазута более длителен и включает в себя не менее пяти технологических процессов.



Как повысить качество приготовления мазута

Но качество приготовления мазута к сжиганию может быть улучшено за счет внедрения в традиционно применяемый цикл новых технологических процессов обработки, изменяющих характеристики подаваемого на сжигание топлива.

В настоящее время существует большое количество устройств, реализующих (дополнительно к традиционным способам) новые процессы топливоподготовки. Однако наибольшее распространение в России получили роторно-пульсационные и струйно-кавитационные.

На практике зачастую устройства для обработки топлива устанавливаются в топливоподающую систему котлов произвольно, без гидродинамического расчета и учета особенностей совместной работы с другими элементами системы. Такой подход в большинстве случаев приводит к значительному перерасходу электроэнергии, увеличению протечек обрабатываемого топлива, повышению скорости отложений в элементах топливной системы и другим негативным явлениям, значительно снижающим эффективность топливоподготовки.

Опыт показывает, что улучшение качества процесса может быть достигнуто только путем применения схем, рассчитанных для конкретной топливной системы, с учетом всех ее особенностей.



О дополнительных технологических процессах

Авторами разработаны и внедрены новые технологические процессы подготовки высоковязкого топочного мазута. Они включают дробление высокомолекулярных топливных соединений, усреднение состава топливной структуры, дробление и гомогенизацию топлива перед форсунками, поддержание оптимальных температур подогрева на различных этапах, получение топливной смеси (или водотопливной эмульсии) заданного качества. Их реализация позволила, в конечном итоге, значительно повысить эффективность сжигания мазута.

Новизна предлагаемых решений заключается в том, что подготовка исходного котельного топлива осуществляется на молекулярном уровне непосредственно перед его сжиганием в котле. Наибольший эффект применения данной технологии достигается при обработке низкосортных высоковязких нефтяных топлив, в том числе и некондиционных (ухудшенного качества), а также сырой нефти. Результатом является получение непосредственно перед котлом более качественного, так называемого «облагороженного», горючего с меньшей плотностью и вязкостью, с равномерным распределением воды в виде микроскопических капель (5‑10 мкм) по всему объему. «Облагороженное» топливо сгорает без химического и физического недожогов, со значительно меньшими коэффициентами избытка воздуха и с меньшими загрязнениями поверхностей нагрева котла нагаром и отложениями. Для получения того же количества тепла, что и при сжигании необработанного, требуется меньшее количество «облагороженного» топлива. При использовании новой технологии обработки достигается существенная экономия мазута, в том числе и за счет снижения тепловых затрат на поддержание оптимальной температуры подогрева топлива на различных этапах его подготовки.



Практическая реализация

Летом 2002 года в котельных поселков Извара и Рабитицы Волосовского района Ленинградской области была произведена замена старых котлов с угольным отоплением на новые котлы. Там установили газомазутные котельные агрегаты КВ-1,74ГМ с ротационными форсунками, произведенные на Ижевском заводе. Кроме котлов в помещении котельных из всего оборудования находилась только расходная топливная емкость, поэтому перед руководством ЖКХ Волосовского района встала проблема разработки топливоподающей системы для новых котлов.

Изучая техническую документацию, авторы выяснили, что для котлов КВ-1,74ГМ штатным топливом являются природный газ, дизельное топливо и флотские мазуты, на других видах топлива их работа невозможна. К тому времени указанные поселки были еще не газифицированы.

Руководители ЖКХ понимали, что, если котлы будут отапливаться дизельным топливом или флотским мазутом, цены на которые значительно превышают цену топочного мазута М-100, то стоимость услуги отопления для жителей поселков повысится в полтора-два раза (при отоплении флотскими мазутами) или в два с половиной – три раза (при отоплении дизельным топливом).

Для снижения тарифа на отопление было принято решение отапливать котлы топочным мазутом М-100. Но как реализовать это практически, если котлы КВ-1,74ГМ априори не предназначены для сжигания нефтяного низкосортного высоковязкого топлива? Выход был найден – разработка и внедрение топливоподающей системы котлов с устройствами, реализующими дополнительные технологические процессы подготовки топочного мазута к сжиганию.

В соответствии с техническим заданием разрабатываемая топливоподающая система наряду с общепринятыми должна была удовлетворять следующим требованиям:

• надежное функционирование на топочных мазутах;

• сниженное электропотребление при работе;

• обработка всех видов топочных мазутов, в том числе некондиционных и обводненных;

• безаварийная работа ротационных форсунок на топочных мазутах;

• исключение условий возникновения кавитации в элементах системы;

• минимальная стоимость;

• размещение элементов системы внутри помещения котельной с ограниченными размерами;

• минимизация времени приготовления системы к работе.

Дополнительные технические требования были выполнены за счет реализации ряда конструктивных решений, а именно:

1) использования в топливной емкости трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), что позволило производить первоначальный нагрев топочного мазута для его перекачки;

2) установки в системе мазуто-мазутоподогревателя, что позволило греть подаваемый к форсункам мазут мазутом, отводимым от форсунок;

3) установки роторно-пульсационного устройства на трубопроводе подачи мазута к топливным насосам для первичной обработки высоковязкого мазута и некондиционного топлива, что позволило использовать топливные насосы с меньшим на 5 процентов потреблением электроэнергии;

4) установки струйно-кавитационного устройства внутри мазутоподогревателя на линии подачи мазута к котлам – это позволило получать «облагороженное» топливо с меньшей плотностью и вязкостью и равномерным распределением воды по всему объему топлива при ее наличии, что способствовало безаварийной работе ротационных форсунок;

5) использования для топливных трубопроводов труб с диаметрами, исключающими турбулентное течение нагретого мазута;

6) минимизации состава элементов системы и применения отечественных устройств, материалов и комплектующих, что снизило стоимость системы в целом более чем на 30 процентов;

7) оптимизации массогабаритных характеристик и размещения элементов системы;

8) создания в системе трех контуров циркуляции (большого, среднего и малого), что уменьшило время ввода топливной системы котлов в действие;

В результате для дизельных котлов КВ-1,74ГМ была создана трехконтурная циркуляционная топливная система с двухступенчатой обработкой мазута, способная при использовании высоковязкого низкосортного топочного мазута М-100 в ней подавать в ротационные форсунки котлов горючее, обладающее физическо-химическими характеристиками дизельного топлива.



Принцип работы

Принцип работы топливной системы с дополнительными технологическими циклами заключается в следующем. Подогретый мазут из расходной емкости самотеком через фильтр, где очищается от механических примесей, поступает в роторно-пульсационное устройство (РПУ), где проходит первичную обработку для дальнейшей перекачки.

После РПУ обработанный мазут всасывается топливоподающим насосом, который нагнетает мазут во внутреннюю полость струйно-кавитационного устройства, расположенного внутри мазуто-мазутоподогревателя, где топливо вторично нагревается обратным (сливным от котлов) потоком, «облагораживается» и далее попадает в напорный трубопровод подачи топлива к ротационным форсункам котлов. Излишки отводятся от котлов по рециркуляционному трубопроводу во внутреннюю часть мазуто-мазутоподогревателя, где, отдавая свое тепло мазуту, подаваемому к котлам, охлаждаются и по сливному трубопроводу отводятся в расходную топливную емкость.



Подготовка системы

При подготовке котельной установки к работе топочный мазут подогревается ТЭНами в расходной емкости до температуры начала текучести (+60 °С) и в мазуто-мазутоподогревателе до температуры, при которой вязкость обработанного топлива соответствует требуемой для нормальной работы ротационных форсунок (+70‑80 °С), что на 20‑30 °С меньше значений температур подогрева при традиционной подготовке котельной установки к работе. После нагрева мазута до рабочих температур электронагреватели отключаются. Во время подготовки используются все три контура циркуляции топлива, что значительно повышает кратность прокачки системы мазутом и скорость прогрева всех элементов системы.



Основные результаты применения

Топливные системы котельных ЖКХ поселков Извара и Рабитицы с дополнительными устройствами эксплуатировались в течение последующих трех лет, после чего отопление котлов КВ-1,74ГМ было переведено на природный газ, а мазут М-100 стал резервным топливом. За три года эксплуатации аварий и отказов работы котлов по вине топливной системы не наблюдалось.

Использование разработанной топливной системы для котлов КВ-1,74ГМ позволило:

1) уменьшить стоимость услуг отопления и горячей воды для населения путем снижения в полтора-три раза себестоимости тепловой энергии за счет перевода котлов на отопление более дешевым топочным мазутом;

2) экономить в сутки до 7,5‑9 процентов топочного мазута М-100 за счет повышения эффективности его подготовки к сжиганию;

3) снизить на 5 процентов затраты электроэнергии на работу топливной системы за счет нагрева мазута до меньших температур и применения электродвигателей меньшей мощности;

4) повысить взрывопожаробезопасность котельной установки за счет снижения температуры подогрева обработанного мазута перед ротационными форсунками с рекомендуемых правилами +100 °С до +80 °С.



Это тоже важно знать

В настоящее время существует также ряд апробированных на практике технических решений, позволяющих значительно снизить стоимость тепловой энергии, получаемой за счет сжигания газообразного топлива.

Это, во‑первых, изменение схемы и способа смешения компонентов горючей смеси. Практическая реализация этого технического решения позволяет вместо применяемой сегодня газо-воздушной горючей смеси с повышенным содержанием воздуха приготавливать воздушно-газовую горючую смесь оптимального состава. Результатом сжигания такой смеси является полное отсутствие потерь горючего на нагрев проходящих транзитом через топку котла и не участвующих в процессе горения излишков атмосферного воздуха. То есть уменьшение коэффициента избытка воздуха до теоретического значения, что снижает как минимум на 15 процентов стоимость вырабатываемой тепловой энергии.

Во-вторых, включение в технологический цикл подготовки газообразного топлива процесса его струйно-кавитационной обработки перед подачей в зону горения. При реализации этого решения на сжигание подается однородное, гомогенное газообразное топливо, представленное углеводородными молекулами и радикалами одинаковой структуры и массы, что улучшает их смешение с кислородом воздуха, значительно увеличивает площадь взаимодействия горючего и окислителя и, в конечном итоге, активизирует процесс горения, сокращая при этом количество сжигаемого газа.

К сожалению, сегодня струйно-кавитационная обработка природного газа пока еще не нашла широкого применения в котельных.

Тем не менее снизить или, по крайней мере, стабилизировать стоимость многих услуг ЖКХ вполне реально уже сегодня за счет использования отечественных научно-технических разработок.

Руководители ЖКХ Волосовского района Ленинградской области проявили желание, а главное – не побоялись взять на себя ответственность за внедрение новой технологии подготовки топочного мазута М-100. Практическим результатом этого явилось недопущение значительного роста стоимости услуг отопления и горячего водоснабжения для жителей.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 01 (10) февраль 2014 года:

    << | < 1
  • 1
  • > | >>