Активатор для обработки и экономии мазута, дизельного и печного топлива.

Наши результаты - экономия топлива 5-11%, снижение вредных выбросов до 70%, дымности, прекращение образования и устранение старого нагара.

Улучшение сгорания обводненного и коксохимического мазута.

При обработке нефти, применяются такие виды её термической переработки, которые дают наиболее полный выход легких фракций Получаемый, в процессе таких технологий, мазут (жидкое котельное топливо) , трудносжигаем, резко возрастает его вязкость, и температура засасывания.

В высоковязких мазутах имеет место повышенное содержание воды, (обусловленное процессами перевозки, перекачки, хранения и подогрева топлива) которые представляют серьезную опасность при сжигании топлива в топках котлов и печей, так как приводят к срыву и пульсациям горения, значительному понижению эффективности работы котлов и прочим негативным явлениям, вплоть до аварийных остановок. Повысить эффективность использования топочного мазута с одновременной экономией мазутного топлива, можно путем сжигания его в виде водо-мазутных эмульсий.

Вода попадает в мазут разными путями. После получения с нефтеперерабатывающего завода мазут содержит до 1,5 % воды (ГОСТ 10585-75). При транспортировке морским (речным) путем содержание воды в мазуте повышается до 3-5 %. Но особенно сильное обводнение мазута происходит при его сливе и разогреве острым паром. При этом содержание воды может достигать 10-15 %. За отопительный сезон количество воды, особенно в подземных мазутохранилищах (за счет подземных и подтоварных вод) достигает 25-30%.

Резко снижается эффективная вместимость хранилищ, и эффективность сжигания, появляется возможность пульсаций и срывов горения. В то же время, на морском и речном флоте происходит непрерывное накопление ливневых, балластных и других вод с содержанием нефтепродуктов до нескольких процентов. С судов ежегодно на очистные сооружения сдаются сотни тысяч тонн балластных вод с содержанием нефтепродуктов до 20-25%. В тоже время использование обводненных мазутов на речном флоте за одну навигацию дает экономический эффект около 200000. у.е. [29].

В результате зачистки резервуаров, фильтров, подогревателей на ко-тельных ТЭС, ТЭЦ образуются зачистные воды с содержанием нефте-продуктов до 60—70%. Как показал анализ, выполненный «Атомтепло-электропроектом» и предприятием «Союзтехэнерго», образуется более восьми видов сточных вод. Эта проблема не может быть решена методами хими-ческой и биологической очистки, так как невозможно полностью очистить стоки от нефтепродуктов. И эти методы требуют больших до-полнительных капитальных и эксплуатационных затрат и площадей. Последними котельные и ТЭЦ, как правило, не располагают.Таким образом, с одной стороны, необходимо эффективно сжигать обводненные тяжелые жидкие топлива, с другой — утилизировать и обезвреживать большое количество сточных вод, содержащих горючесмазочные и вредные органические вещества ( после их очистки осадок шлама имеет теплоту сгорания до 13860—15840 кДж/кг).

Одним из радикальных методов, способным решать указанные задачи, является использование в качестве топлива специально приготовленных водо-мазутных эмульсий. Это принципиально новый вид жидкого топлива, отличающийся от мазута как физико-химическими свойствами, так и особенностям выгорания и теплообмена. Вода в ВМЭ - это уже не балласт, а своеобразный катализатор, улучшающий и ускоряющий процесс сжигания топлива.

Немного науке...Наличие воды в мазуте вызывает загустевание нефти и нефтепродуктов, связанное с потерей подвижности образующих их коллоидов. Кроме того, происходит выделение и кристаллизация растворенных в мазуте твердых углеводородов (парафинов, церезинов). Последнее обусловливает повышенную температуру застывания у парафинистых мазутов, даже более высокую, чем у крекинг-мазутов. Для мазутов температура застывания может колебаться от —5 до +36° С. Практическая сторона этого вопроса, заключается в том, что температура перекачки не должна быть ниже 40° С.

Каталитическое влияние водяных паров на выгорание топлива известно давно. С увеличением влажности мазута увеличивает-ся процент выгорания оксида углерода. Устойчивое интенсивное горение водно-топливных эмульсий, протекающее в более коротком факеле и характеризуется высокой полнотой сгорания мазута и открывает большие возможности для их эффективного использования в отопительных и коммунально-бытовых котельных. Немного об экономии и экологии…Первое опытно-промышленное внедрение, проведенное Институтом горючих ископаемых АН СССР (ИГИ), по сжиганию эмульсий на ж/д транспорте показало целесообразность и эффективность его использования. Сжигание эмульсии с содержа-нием воды до 30% в топках паровозных котлов (паровозов серии СО, СУ) на Московско-Рязанской железной дороге дало экономию 11-27 т -) натурального мазута. на единицу техники в сутки.

Использование ВМЭ на морском и речном флоте началось с 1959 г. на базе мазутных зачисток, подсланёвых вод, загрязненных нефте-продуктами, дало большой экономический и экологический эффект — не менее 200 тыс. у.е. экономии мазута за навигацию.

Сжигание ВМЭ на стационарных котлах котельных и ТЭЦ также дало положительный результат. В ФРГ при использовании ультразвукового эмульсатора SID-82E и при содержании воды в мазуте 4—5% удалось повысить КПД котлов на 2,5—4,5% за счет снижения избытка воздуха на 1—2%, химической неполноты сгорания на 0,1—0,5%, теплоты с ухо-дящими газами и уменьшения отложений на поверхностях нагрева на 1,0—2,5%.

В Италии в течение последних десяти лет эксплуатируются более 1000 установок, сжигающих ВМЭ. Анализ их работы доказал, что выбросы продуктов неполного сгорания сокращаются на 80-90%.и экономится 3-5% натурального мазута.Повышение КПД обусловлено интенсификацией процесса горения и более полным выгоранием эмульгированного топлива. Коэффициент избытка воздуха удалось снизить на 0,20—0,25 при практическом отсутствии продуктов химической неполноты сгорания. Основное повышение КПД было вызвано значительным снижением температуры уходящих газов — на 90-100° С , до 180-190° С. Снижение избытка воздуха и температуры повышает КПД чугунных котлов в среднем на 3—4% и более. Годовая экономия от внедрения этой технологии в расчете на один чугунный котел составила 16,44 т натурального топлива.Выход оксидов азота в продуктах сгорания снижался с увеличением содержания воды по линейной зависимости до 34%. Содержания СО и сажи снижаются и достигает 50% при влажности ВМЭ около 10—12%.

Применение двухступенчатой схемы приготовления ВМЭ (эжектор— насос) повышает эффективность сжигания и КПД на 5—7% с годовой экономией 24 т натурального топлива на один чугунный котел типа «Тула-1», МГ-2Т, «Универсал». Выбросы продуктов неполного сгорания снизились почти в 2 раза. В качестве горелочных устройств использовались низконапорные пнев-матические форсунки. Применение этих технологий приготовления ВМЭ на котлах типа Е-1/9Ж и НР-18, оборудованных форсунками ротацион-ного типа АР-90 и Р-3, повысило КПД на 3,5 -4,5% и снизило концентрацию продуктов неполного сгорания более чем в 2 раза.Выводы...

Использование технологии приготовления ВМЭ с роторным эмульсатором при сжигании в котлах типа ЭР-2,5 позволило повысить КПД на 0,9%, снизить выбросы сажи СО и оксидов азота соответственно на 40, 85 и 20-35% и, кроме того, повысить надежность работы топочных экранов. Для отопительных котлов малой мощности следует ожидать значительного экономического эффекта- повышения КПД на 4-8% и снижения эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу - СО и сажи в 2 раза, оксидов азота на 30-50%.

Основные характеристики качества мазута

Стремление к сокращению затрат на приобретение топлива заставляет

- использовать наиболее дешевые высоковязкие сорта углеводородных видов топлива
- осуществлять поиск технических решений по снижению его расхода.

Мазут относится к группе остаточных фракций углеводородов, получаемых в процессе переработки нефти. Свойства мазута зависят от исходных свойств сырой нефти и глубины ее переработки на нефтеперерабатывающих заводах. В мазуте, как конечном продукте нефтепереработки, сосредоточивается балласт - негорючая часть, состоящая из минеральной массы, воды. В процессах нефтекрекинга легкие углеводородные фракции, бензин, керосин, дизельное топливо насыщаются содержащимся в нефти водородом в большей степени, поэтому в мазуте содержание водорода по сравнению с сырой нефтью уменьшается, что приводит к снижению его теплотворной способности.

Снижение теплотворной способности мазута обусловливается повышенным содержанием в его составе серы, азота, кислорода, смол, асфальтенов, золы, механических примесей.
В минеральной массе мазута присутствует значительное количество различных металлов, в том числе и ванадия. Ванадий сосредоточивается в нефтяных смолах, асфальтенах, являющихся и основными серосодержащими компонентами. Окислы ванадия вызывают как низкотемпературную так и высокотемпературную, при 600-700oС, коррозию металлов, приводящую к разрушению поверхностей нагрева, уплотняющих поверхностей выпускных клапанов и лопаток газовых турбин.

Согласно международным стандартам качества минеральная масса, содержащаяся в мазуте, не должна превышать 0,1-0,3%, но, несмотря на малое ее содержание, образующаяся при сжигании мазута зола, отлагаясь на поверхностях нагрева котлоагрегатов, значительно уменьшает передачу тепла от продуктов сгорания. Отложения золы на поверхностях деталей поршневой группы дизелей вызывают ускоренный износ трущихся поверхностей, затрудняют отвод тепла к охлаждающим средам.

При транспортировке и хранении в емкостях качество мазута изменяется. В результате постоянного окисления, полимеризации, химических реакций, углеводороды мазута превращаются в твердые продукты, выпадающие в осадок.

В холодную погоду во время разогрева железнодорожных цистерн острым паром, содержание воды в мазуте может достигать 10-15%. Во время дальнейшего хранения мазут дополнительно обводняется атмосферной влагой. Анализы качества мазута, хранящегося в емкостях на одной из нефтебаз, показали, что содержание воды в пробах, отобранных на уровне 4-5 м от днища, достигает 5%, а в придонных слоях -12%.

Бункерные компании производят подогрев мазута в емкостях до температуры, при которой обеспечивается перекачивание, смешивание мазута. При недостаточном подогреве отстаивание воды в высоковязком мазуте, обладающем высокой плотностью, становится практически невозможным и с большой вероятностью можно полагать, что к потребителям поступает чрезмерно обводненный мазут. Качество мазута может ухудшиться и при смешивании его в емкостях нефтебаз с мазутом, в котором вследствие длительного хранения качественные характеристики не отвечают стандартным требованиям. Бункерующие компании приобретают партии топлива от различных поставщиков и смешивают их, выдерживая только стандарты качества по вязкости, и почти не учитывают другие показатели. Действуя таким образом, они основываются на международных стандартах качества, которые не включают в себя проверку на степень очистки от посторонних включений и на стабильность топлива, не определяют расчетный углеродный ароматический индекс /CCAI/, оказывающий существенное влияние на способность топлива к воспламенению. При индексе CCAI более 850-890 способность топлива к воспламенению резко ухудшается.

Это приводит к аварийному загрязнению продуктами сгорания поверхностей коллекторов и котлов. Бункерующие компании принимают меры по предотвращению поставки некачественного топлива, но их возможности в повышении качества хранящегося мазута ограничены, и они вынуждены производить его поставку потребителю в состоянии "как есть". Поэтому каждая операция по смешиванию топлива несет в себе неопределенность по качеству конечного продукта.

Улучшение физико-химических свойств мазута достигается в результате применения различных гомогенизирующих устройств. Например, наше гидродинамическое оборудование, успешно применяется в топливных системах судовых энергетических установок для гомогенизации топлива, приготовления высокодисперсной водотопливной эмульсии с 1985 г. Применение гидродинамических устройств в судовой системе топливоподготовки

Сокращение времени между гидродинамической обработкой топлива в смесительных устройствах и его сжиганием в энергетических установках не позволяет активным углеводородным радикалам, из-за недостатка времени на осуществление обратных химических реакций, возвратиться в исходное состояние, что и является одним из факторов повышения эффективности использования топлива.

В нашей установке, на вход в кавитационный смеситель вводится в несущий поток мазута, предварительно подогретого до необходимой температуры. Приготовленная топливная смесь из кавитационного смесителя поступает в гомогенизатор-смеситель вихревой, в котором вследствие трансформации параметров состояния многокомпонентного потока возникают интенсивные акустические колебания в ультразвуковом спектре частот, создающие в объеме потока кавитационные разрывы. Закрытие кавитационных разрывов сопровождается концентрацией энергии, позволяющей в локальном объеме топлива повысить температуру до 1500-1800оС, давление до 200 кг/см2, что значительно превышает параметры крекинг-процесса при переработке нефти.

Исследования, проведенные после процесса гомогенизации, подтвердили глубокие структурные изменения в молекулярном составе углеводородов, повышение степени дисперсности асфальтенов, карбенов, карбоидов до размерного ряда частиц 2-3 мкм. Длинные молекулярные цепи преобразовывались в легкие углеводородные радикалы газовых, дистиллятных топливных фракций. При этом вязкость мазута уменьшалась на 20%, плотность на 2,5%.

Приобретенные после гомогенизации качественные характеристики сохранялись длительное время. Измельчение остаточных фракций способствовало сокращению потери горючей части топлива на 85%, ранее удаляемой в процессе сепарирования топлива в виде нефтешлама.

Применение гидродинамических устройств в топливной системе дизелей обусловливается необходимостью повышения дисперсности, преобразования углеводородных молекул остаточных фракций мазута в более активные радикалы, ускоряющих в процесс сгорания.

Водотопливная эмульсия является особым видом топлива, качественно и количественно изменяющего процесс горения. Содержащиеся в топливе высокодисперсные частицы водной фазы при прогреве в цилиндре превращаются в паровые пузырьки, мгновенно дробящие топливные капли на мельчайшие частицы, которые быстрее прогреваются и интенсивнее взаимодействуют вначале с кислородом, образующимся в результате диссоциации воды, воспламеняются, и, перемешиваясь с кислородом воздушного заряда, ускоренно сгорают.

Находящаяся в составе эмульгированного топлива водная фаза может быть диссоциирована частично, в ходе окисления топлива в предпламенных процессах. Затем, по мере повышения температуры в фазе активного сгорания, реакция диссоциации воды ускоряется. Образующийся при диссоциации избыток атомов водорода быстро диффундирует в область с избытком кислорода, где их реакция компенсирует затраты энергии на диссоциацию воды. Участие в реакции горения дополнительного количества водорода приводит к увеличению количества продуктов сгорания. Молекулы воды ускоряют ход реакций в окислительных процессах и вследствие возникновения полярного эффекта, существенно улучшающего ориентацию частиц активных радикалов топлива. В ходе экспериментальных исследований установлено, что добавление к топливу 5-10% воды ускоряет процесс сгорания в 5-6 раз.

С переводом рабочего процесса на водотопливную эмульсию

- с водосодержанием 17-20% расход топлива сокращается на 12%,
- эмиссия окислов азота NOx уменьшается на 30-37%, сернистого ангидрида SO2x на 50%, сероводородов H2S на 50%,
- несгоревшие углеводороды отсутствуют.
- cповышением эффективности использования топлива температура уходящих газов снижается на 8-10оС, соответственно уменьшается теплонапряженность деталей цилиндро-поршневой группы.
- при работе установок в режиме гомогенизации расход высоковязкого обезвоженного топлива уменьшается на 5%.

Отказов в работе гидродинамического оборудования не наблюдается, трудоемкость обслуживания незначительная.

С переводом работы котлоагрегатов на гомогенизированную, высокодисперсную эмульсию с водосодержанием 12-15% расход топлива сокращается на 6-8%, содержание вредных выбросов уменьшается, NOx на 40%, SO2 на 50%, H2S и несгоревших углеводородов в несколько раз.

Снижение расхода топлива в котлоагрегатах в основном достигается за счет сокращения подачи воздуха в топочное пространство, ускорения процесса сгорания топлива, увеличения теплопередачи от газов к греющим поверхностям, прекращения подачи пара к форсункам для распыления топлива, увеличения потока лучистой энергии, вследствие повышения температуры факела и резкого уменьшения нагарообразования на греющих поверхностях.

С переводом работы котлоагрегатов на эмульгированное топливо, изменения в динамике горения можно наблюдать визуально. Факел горящего эмульгированного топлива в топочном пространстве сокращается в объеме, становится прозрачным. Температура уходящих газов уменьшается по сравнению с обезвоженным мазутом на 30-35оС.

Изменение параметров процесса горения и состава уходящих газов свидетельствуют о повышении эффективности использования и экономии топлива. Приготавливаемая на базе мазута водотопливная эмульсия с размерным рядом частиц 1-3 мкм, является коллоидным раствором, которая обладает высокой агрегативной и кинетической устойчивостью и равномерно распределяется в объеме цистерны для хранения топлива, следовательно, частицы водной фазы не выпадают в осадок.

Таким образом, вода, которая находится в нижних слоях емкостей и могла бы вызывать срыв процесса горения в котлоагрегатах, после эмульгирования в гидродинамических устройствах равномерно распределяется в объеме емкости, что повышает эффективность использования мазута. Во время сдачи гидродинамического оборудования в работу, имели место случаи, когда при переводе снабжения котлоагрегатов на топливо из новой емкости, вследствие большого количества воды, выпавшей в осадок, водомазутная эмульсия, поступающая к форсункам, имела в своем составе до 65% водной фазы. И только благодаря высокодисперсному эмульгированию горение в топках котлоагрегатов оставалось стабильным без срыва факела.

назад на странизу описания устройства