Геллер С.В.
Система Подготовки Топлив (СПТ) для наиболее эффективного сжигания
Аннотация
Автором статьи подтверждена на практике актуальность применения в теплоэнергетике Системы Подготовки Топлив (СПТ), которая осуществляет их диспергацие с образованием Сверхстойких Водо-Топливных Эмульсий (СВТЭ), их фильтрацию и подогрев до оптимальной для сжигания в горелках котлов температуры. СВТЭ получаются путём прокачки смеси исходных компонентов через ВОЛНОВОЙ ДИСПЕРГАТОР, в корпусе которого на неподвижной оси под действием потока топлива вращаются две турбины, в противоположном направлении. Высокие характеристики дисперсности СВТЭ подтверждены микроскопическими наблюдениями в Национальном ядерном центре (г. Астана, Республика Казахстан). Стойкость СВТЭ к расслоению доказана автором совместно с Евразийским национальным университетом им. Гумилёва (г. Астана) их центрифугированием, а высокие теплотехнические и экологические свойства – сжиганием в течение длительного времени на одном из котлов котельной того же Университета.
Изучение использования водотопливных и, в частности, водомазутных эмульсий (ВМЭ) в энергетике, началось в СССР в 60-х годах прошлого века [1]. С тех пор не зафиксирован хотя бы один случай аварий, сопряженных с приготовлением и применением ВМЭ. Напротив, помещённый ниже список профильных публикаций со всей очевидностью свидетельствует об экологической и экономической эффективности использования ВМЭ в различных странах. Определение ВМЭ 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 1997г.
С тех пор было проведено много исследований[2-14], но качественные показатели эмульсий менялись мало, пока не был изобретён ВОЛНОВОЙ ДИСПЕРГАТОР [15] – устройство принципиально нового типа, позволяющее получать СВТЭ. Ниже описаны результаты, полученные на усовершенствованном волновом диспергаторе в феврале – марте 2012г. (цитируемый выше источник описывает результаты работ в Москве в первом квартале 2010г.). За прошедшее время был не только усовершенствован пилотный образец волнового диспергатора, но и разработана опытно – промышленная СПТ, внедрённая на реальном объекте – котельной, ранее работавшей на дизельном топливе (которое в 2,5 раза дороже, чем ВМЭ). Следует особо подчеркнуть, что данная СПТ – первая в Казахстане, а успешная проверка стойкости СВТЭ методом центрифугирования – первая в СНГ (ни в одном из приведённом источников не указана стойкость ВТЭ, определяемая методом центрифугирования). В то время как автор подтвердил стойкость полученной ВМЭ на центрифуге Eppendorf
, в том числе на критическом режиме, обеспечивающем отделение ДНК из клеток). Центрифугирование проводил профессор Рустем Амаров в НИИ Клеточной биологии и молекулярной генетики, Астана.
Далее показано, что СПТ является ключом к экономии расходов на топливо, энергосбережению и улучшению экологии. Волновой диспергатор обеспечивает повышение эффективности сжигания обычных жидких топлив (мазута, дизельного топлива, тёмного печного топлива), а также обеспечивает создание альтернативных жидких углеводородных топлив из нефтешламов, сильно обводнённых подтоварных вод, промышленных отходов. Система предусматривает фильтрацию топлив, их подогрев и регулируемую степень обводнённости.
В результате проделанных работ достигнуто техническое обеспечение условий для занятия достойного места на рынке (как оборудования для обработки топлив, так и самих топлив).
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.
Как работает СПТ
СПТ позволяет получать сверхстойкие водотопливные эмульсии (СВТЭ) на основе жидких углеводородов. СВТЭ не теряют качества при длительном (до 2 месяцев) хранении и отлично горят, с высокой тепловой эффективностью и пониженным содержанием вредных отходящих газов. Такие свойства топлива стало возможным экономично получать на комплексе оборудовании, ядром которого является инновационный волновой диспергатор (зарегистрированный как изобретение – патент России № 2347153), изображённый на Фото 1.
ФОТО 1
Обводнённые нефтепродукты (содержание воды 20% и выше) прокачиваются через ДИСПЕРГАТОР. В результате получается однородная СВТЭ (фото2 – эмульсия под микроскопом, цена деления 65микрон), ВОДА НЕ ОТДЕЛЯЕТСЯ даже через 10 минут обработки эмульсии на центрифуге EPPENDORF (фото3)при частоте 13 000 оборотов/мин
ФОТО 2
ФОТО 3
Это подтверждает качество СВТЭ и практическую эффективность ВОЛНОВОГО ДИСПЕРГАТОРА (в котором объединены сразу четыре метода физического воздействия на жидкостиинтенсивная турбулизация, кавитационное воздействие, гидроудары высокой амплитуды прямого типа, трибостатический эффект).
При этом удельное энергопотребление на создание СВТЭ не превышает 0,2 кВт/т топлива.
Механизм сгорания водомазутной эмульсии.
Большая часть обычного мазута находится в агрегатированном (связанном) состоянии. При поджигании этой смеси процесс горения начнется на активной стороне каждого большого, слипшегося
полимерного звена - кластера. При этом процесс горения 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 ДИСПЕРГАЦИЯ обводнённого мазута влечёт целый ряд положительных последствий.
рвутся кластеры, при этом образуется большое количество активных сторон молекул, которые вступают в процесс сгорании 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 СВТЭ вода разбивается на капли размером 4-15 мкм, капли воды 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, Рис.4). Капли воды не соединяются в более крупные из - за наличия углеводородной оболочки, а оболочка не сходит с капли из – за наличия в ней заряда.
РИС.4
Высокодисперсная структура ВМЭ обеспечивает вторичный распыл топлива в пламени (Рис.5). Мицелла, попавшая в зону горения, начинает нагреваться.Тмпературы кипения воды и мазута существенно отличаются (примерно на 200 град. С). 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). Происходит многократное увеличение площади соприкосновения топлива с кислородом воздуха, что равнозначно распылению топлива при давлении на форсунках в 150-300 кг/см2. 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), это говорит об увеличении КПД самого котла.
РИС.5
Становится возможным приготавливать топливные эмульсии задолго до момента их сжигания, превращать обводнённые 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 ВМЭ. Это экономически выгодно, поскольку дизельное топливо существенно дороже, а водомазутная СВТЭ по калорийности не уступает исходному топливу и сгорает с минимальными выбросами вредных газов и сажи в атмосферу. На Фото 6 – котёл дизельной котельной, переведённый на водомазутную СВТЭ, приготовленную с помощью ВОЛНОВОГО ДИСПЕРГАТОРА(г.Астана). Котёл, работающий на новом топливе, оборудован красной горелкой.
ФОТО 6.
На Фото7 – пламя горящей в котле (Фото6) водомазутной СВТЭ (вид через смотровой глазок на передней панели котла), 25 февраля 2012г.
ФОТО 7
Список профильных публикаций
1. Иванов В. М. Топливные эмульсии, М.: Изд-во АН СССР, 1962г.
2. Уменьшение вредных выбросов в атмосферу при сжигании водомазутной эмульсии в паровом котле/ В. Д. Юсуфова, А. Л. Гарзанов, С. Г. Каспаров, Р. М. Пар нас, - Промышленная энергетика, 1984, № 7.
3. Уменьшение вредных выбросов при сжигании водо мазутных эмульсий/ А. К. Харитонов, Н. В. Голубь, А. И. Попов и др.Энергетик, 1983, № 2.
4. Dгуег F. L., Water addition to practical combustion systems-concepts and applications. – 16-th Symposium (International) on Combustion. Cambridge, Massachusetts, Pittsburgh, Pa, 1976г.
5.Горбанов Т.Р. Особенности сжигания водотопливных эмульсий в котлах // Энергетика и энергоэффективные технологии: сб. докл. IV междунар. науч.-практ. конф., 28-30 окт. 2010. - Липецк: ЛГТУ, 2010. - С.11-12.
6. Sjogren A. Verbessere Heizoverbrennung mit wasser-Öl-und GasfeuerÜng, 1978, Вd. 23, № 3.
7. Батуев С.П. Улучшение экономических и экологических параметров котельных при сжигании водомазутных эмульсий // Новости теплоснабжения. - 2008. - N 12(100).
8. Юсуфова В.Д., Гарзанов А.Л. Повышение эффективности использования водотопливных эмульсий на ТЭС с целью уменьшения вредных выбросов в атмосферу и утилизации нефтесодержащих сточных вод // Малои безотходные технологии в энергетике как средства защиты окружающий среды и повышения эффективности топливоиспользования: матер. Всесоюзн. совещ., Москва, окт. 1984 г. В 2 ч. Ч.2. - М.: ЭНИН, 1985. - С.179-185.
9. Алибеков С.Я., Забродин А.Г. Устройство для подготовки к сжиганию обводненных жидких топлив // Наука в условиях современности: сб. ст. проф.-препод. состава, докторантов, аспирантов и студентов по итогам науч.-техн. конф. МарГТУ в 2010 г. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. - С.94-96 (Россия).
10. Радаев В.В. Опыт сжигания водомазутных эмульсий в топках котлов // Энергетик. - 2004. - N 12. - С.26-27.
11. КОРЯГИН В. А, ШЕВЕЛЕВ К.В., БАТУЕВ С.П. Исследование содержания вредных веществ в продуктах сгорания водомазутных эмульсий. Журнал Промышленная энергетика
, №4, 1988
12.Абдо Халед Мохамед Ахмед. Получение эмульсий типа вода/мазут и закономерности изменения их свойств с изменением состава : дис. ... канд. техн. наук : 05.17.07 Москва, 2007г. 136 с. РГБ ОД, 61:07-5/2198
13. В. ГРИДИН, М.ШАФОРОСТОВА, А. ХОХЛОВА. АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ВОДО-МАЗУТНОЙ ЭМУЛЬСИИ. Донецкий национальный технический университет(Украина). Проблеми еколог . № 1-2, 2009.
14. Шагеев М.Ф., Лившиц С.А., Хайриева Э.М. Моделирование подогрева водомазутной эмульсии в технологических схемах // Соврем. наукоемкие технологии. - 2010. - N 7. - С.161-163.
15. Геллер C.В. Приготовление водомазутных эмульсий посредством волновой диспергации. Журнал Новости теплоснабжения
(Москва), № 4 (апрель), 2010 г.
В то время как Геллер рассказывает о своем чудесном диспергаторе, который нигде и никогда не работал кроме мелкой институтской котельной, мы поставили уже 12 аппарат в Казахстан, и вот отзыв.