Техническая эффективность применения оборудования серии КАП для обработки мазута
Преимущества нашего оборудования:
- встраивается в действующую схему топливоподачи. При этом не требуются дополнительные площади и большие капитальные затраты
- автоматическое регулирование и поддержание заданного количества водной фазы в эмульсии
- снижение в 2-3 раза вредных выбросов (сажа, бензапирен, NOx, СО)
- сжигание сернистых мазутов с соблюдением норм выбросов SOx в атмосферу (без использования водо-растворимых присадок, связывающих серу)
- утилизация серы на этапе хранения и подготовки топлива
- утилизация воды, загрязненной нефтепродуктами (до 60% воды в объеме)
- диспергация высокомолекулярных топлив, снижение вязкости, осреднение
- разрушение и диспергация содержащихся в топливе механических примесей. Уменьшение абразивного износа форсунок
- повышение средней температуры в топочной камере и теплоотдачи
В основу разработок положены известные данные по интенсификации процессов горения и снижению токсичных выбросов при сжигании топлива в топке (камере сгорания) водо-топливной эмульсии (ВТЭ).
Сравнительные данные о горении безводного и эмульгированного топлива показывают, что эмульгированное топливо сгорает значительно эффективнее безводного, при этом сжигание водо-топливной эмульсии в котлоагрегатах и печах обеспечивает экономию мазута 10-18%, по сравнению с сжиганием чистого топлива. Кроме того, одним их факторов, определяющих эффективность использования ВТЭ в котельно-топочных процессах, является возможность на их основе решать ряд экологических проблем.
Сжигание ВТЭ сокращает выход в газовых выбросах NОx (примерно на 50-60%), примерно в 3-4 раза снижает выброс сажистых отложений, уменьшает выход СО в среднем на 50%, бенз(а)пирена в 2-3 раза, серы на 60-85%, и т.д.
К проблемам, осложняющим экологическую обстановку, относится и непрерывное накопление сотен тысяч балластных вод, содержащих нефтепродукты. Их источником являются промышленные предприятия, морской и речной транспорт. В частности, существующая ныне система разгрузки мазута из железнодорожных цистерн ведет к заметному обводнению топлива в хранилищах (до 10%). В тоже время, согласно нормативным документам, обводнение подаваемого на сжигание мазута не должна превышать 0,3-1%. В традиционном плане подготовка мазута к сжиганию сводится в основном к двум операциям: обезвоживанию и нагреву. Мероприятия по обезвоживанию мазута испарением воды энергоёмки и ведут к потере летучих легких фракций топлива, что в свою очередь снижает его теплоту сгорания. Существует также способ обезвоживания путем отстаивания, с тем чтобы не допустить попадания воды в топку, последствия которого как правило приводят к срывам в горении, а порой к погасанию факела. Разделение фаз мазут-вода требуют достаточно много времени и малоэффективны из-за близости плотностей мазута и воды. Проблема такой утилизации не решается химическими или биологическими методами, поскольку они требуют больших дополнительных площадей, капитальных и эксплутационных затрат. И зачастую обмазученные воды, без должной очистки, просто сливают в канализацию, что противоречит экологическим требованиям, да и здравому смыслу в том числе.
Применение оборудования, предназначенного для приготовления ВТЭ, позволяет снять весь комплекс проблем, связанных с обезвоживание мазута и др. нефтепродуктов.
Соотношение фаз вода-топливо в эмульсии, в зависимости от поставленной задачи, может меняться в широких пределах и достигать водной фазы до 50%.
Наибольший экономический эффект и одновременно снижение токсичных выбросов обеспечивается добавлением (или поддержанием) в топливо 10-18% воды. А наибольший экологический эффект в части утилизации загрязненных органическими продуктами вод реализуется при уровне водной фазы до 50%.
Физические особенности сжигания, отличающие ВТЭ как новое топливо в сравнении с известными, определяется в значительной степени несовершенством существующих форсуночных устройств, которые практически не в состоянии обеспечить диспергирование жидких топлив на уровень дисперсности менее 100 мкм. В тоже время в капле эмульсии такого размера (100 мкм), содержится несколько тысяч микро капель воды, покрытых тончайшей пленкой топлива. В результате, в высоко-темпрературной зоне микро-капля взрывается, обеспечивая при этом полное сгорание покрывавшего её топлива. Более того при температурах в ядре факела 1100-1150 С происходит диссоциация молекулы воды на Н+ и ОН-, а водород как известно обладает самой высокой теплотой сгорания- около 18000 ккал/кг, который в последствии вступает в реакцию горения и является дополнительным топливом.
Такой эффект особенно важен при сжигании каменноугольной смолы и тяжелых высоковязких мазутов, применяемых в металлургии.
В результате таких микро взрывов в топке возникают очаги турбулентных пульсаций и увеличивается число элементарных капель топлива, благодаря чему факел увеличивается в объеме и более равномерно заполняет топочную камеру, что приводит к:
- выравниванию температурного поля топки с уменьшением локальных максимальных температур и увеличения средней температуры в топке
- повышению светимости факела благодаря увеличению поверхности излучения
- существенному снижению химнедожега топлива
- позволяет снизить количество вдуваемого воздуха и уменьшить связанные с ним тепло- потери
Возможность снижения коэффициента избытка вдуваемого воздуха при сжигании углеводородного топлива чрезвычайно важна, поскольку практика подтверждает, что КПД котлового агрегата при уменьшении коэффициента избытка воздуха на 0,1 увеличивается на 0,5-1,2%. В тоже время снижения тепло-производительности котлового агрегата большой паропроизводительности 50-100 т/час при влагосодержании эмульсии в пределах 8-14% не происходит.
Одновременно в факеле происходят каталитические реакции, ведущие к уменьшению выбросов вредных токсических веществ с уходящими дымовыми газами.
Еще одним важным фактором, характеризующим эффективность использования ВТЭ в котельных процессах, является повышение эффективности и долговечности топочного оборудования. Часть капель ВТЭ долетает до поверхностей нагрева, взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и очистке от старых сажистых образований. По некоторым зарубежным данным перерасход топлива из-за загрязнения поверхностей нагрева в котлах сажистыми и коксовыми частицами может достигать 30-35%.
Одной из серьезных проблем, возникающих при сжигании топочных мазутов, является большое содержание в них серы. Соединения серы уносятся с дымовыми газами, загрязняя атмосферу. При использовании мазута в металлургической промышленности, сера находящаяся в мазуте в коллоидной форме как правило переходит в расплав металла, снижая при этом его качество, что в свою очередь приводит к увеличению затрат на локализацию серы в процессе дальнейшей обработки полученной шихты.
В металлургической промышленности нейтрализация серы в топливе, при использовании высокосернистых мазутов обязательна. И наиболее эффективным способом решения этой проблемы является введения присадок, связывающих серу на этапе подготовки топлива перед сжиганием, т.е. на этапе приготовления ВТЭ. И поскольку наибольшая часть применяемых присадок водоростворима, то это с точки зрения экономики наиболее эффективный способ.
При использовании кавитационных аппаратов серии КАП, для приготовления ВТЭ непосредственно на этапе подготовки топлива перед сжиганием в трубчатых печах, наблюдается снижение содержания серы в готовой продукции (чистовой плавке) на 25-32%.