Изучение эффективности использования водомазутных эмульсий в качестве котельного топлива

ЗВЕРЕВ Л.О., Академический лицей имени Н.И. Лобачевского, г. Казань

Науч. рук. КОЗЛОВА Г.Б.

Проблема ресурсосбережения является актуальной в энергетике и в топливном хозяйстве ТЭС, в частности. Мазут используется на станции в качестве основного, вспомогательного, резервного и аварийного топлива. При сжигании мазутов в атмосферу с дымовыми газами поступают окислы азота и серы, окись углерода, сажа, бенз(а)пирен и другие токсические вещества. Перспективным методом подавления образования этих веществ в топочных процессах является сжигание мазута в виде водомазутной эмульсии. При этом повышается полнота сгорания обводненного мазута, обезвоживание которого требует дополнительных капитальных и эксплуатационных расходов.

Водомазутные эмульсии (ВМЭ) – это жидкое топливо, представляющее собой дисперсную систему из двух нерастворимых друг в друге жидкостей. ВМЭ отличается от мазута как физико-химическими свойствами, так и особенностями горения и теплообмена. При сжигании в топке водомазутной эмульсии процессы горения ускоряются и происходит снижение токсичных выбросов. Данная технология позволяет:

- снизить содержание в дымовых газах NOx на 20-40 %, СО на 50%, сажи на 70-80 %;

- обеспечить полное сгорание топлива, и в результате – уменьшить золовые отложения по газовому тракту;

- обеспечить надежный распыл и горение при низких температурах;

- утилизировать обмазученные воды; получить дополнительную энергию за счет уменьшения энергозатрат на собственные нужды (исключить из технологии топливоподготовки операции отстаивания, слива подтоварной воды).

В данной работе приведены сравнительные данные о горении безводного и эмульгированного топлива. Сжигание эмульгированного топлива обеспечивает экономию мазута в пределах 10-20 % за счет увеличения скорости горения по сравнению с горением безводного топлива. Скорость горения увеличивается за счет увеличения поверхности горения топлива, которое обусловлено вторичным диспергированием. Смешение топлива происходит в специальном устройстве, которое называется эмульгатор, и который устанавливается непосредственно перед форсуночным устройством топочной камеры.

Первичное диспергирование осуществляется форсуночным устройством камеры сгорания, диаметр капли составляет от 50 мкм и меньше. Вторичное диспергирование происходит в камере сгорания при нагревании капли воды, обволоченной пленкой мазута. Капля воды нагревается в течение 1,5 с при температуре 1200 °С, при такой температуре капля взрывается, разрывая на себе несущую пленку мазута на более мелкие капли диаметром 10 мкм и меньше, которые сгорают за время, равное 0,04 с. Безводный мазут сгорает равномерно без взрыва в течение 5 – 6 с. Таким образом, скорость сгорания увеличивается в 3 раза, соответственно парогенератору передается в 3 раза большее количество теплоты в единицу времени. Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу был произведен в предположении полного сгорания топлива (с образованием ) и показал, что происходит уменьшение выбросов от сжигания 1 кг эмульсии данного состава по отношению к чистому мазуту в 1,3 – 1,9 раз. Снижение выбросов в атмосферу ведет к уменьшению экологических платежей. В качестве топлива на ТЭС экономически и экологически выгодно использовать эмульсию состава 80 % мазута и 20 % воды. Т. к. эмульсия такого состава сгорает практически с таким же выделение тепла, как и чистый мазут, при этом экономия топлива составляет 20 %. Эти 20 % топлива замещаются водой, которая снижает затраты на топливо. Стоимость 1 тонны эмульсии 80/20 составляет 80000 руб. (80 %) + 80 руб. (20 %) = 8080 руб. Соответственно экономия топлива на 1 тонну составит: 10000 руб. – 8080 руб. = 1920 руб. То есть затраты на топливо снижаются в 1,2 раза. Так как объемы выбрасываемых загрязняющих веществ в атмосферу снижаются в 1,2 раза, – в 1,4 раза, – в 1,2 раза, предотвращенный ущерб атмосфере составляет 36924,23 руб. на тонну топлива.

Литература

1. Зверева Э.Р. Повышение технико-экономических и экологических показателей мазутных хозяйств /Э.Р.Зверева, Л.В.Ганина// Энергетика Татарстана. – 2007. – № 2 (6). – С. 62-66.

2. Зверева Э.Р., Ганина Л.В. Способы подготовки мазута к сжиганию // Международная научная конференция «Математические модели в технике и технологиях»: сб. тез. докл. – Ярославль, 2007. – Т.5. –
С. 251-252.

УДК 621.311.183