Регистрация / Вход
Прислать материал

Повышение эффективности и экологичности работы производственно-отопительных котельных агрегатов путем создания и применения водотопливной эмульсии

Сведения об участнике
ФИО
Бранд Альберт Эдуардович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Тяжелое и среднее машиностроение
Тема
Повышение эффективности и экологичности работы производственно-отопительных котельных агрегатов путем создания и применения водотопливной эмульсии
Резюме
Проведенный анализ деятельности компании ОАО "АК "Транснефть", являющейся главным оператором магистральных нефтепроводов в РФ, показал, что с 2010 по 2015 г. компанией ежегодно увеличивается потребление энергоресурсов (мазут топочный) непропорционально объемам транспортировки нефти, что влечет за собой экологические, технологические и финансовые риски. В работе предложен метод и оборудование по созданию и применению высокодисперсной гомогенизированной водотопливной эмульсии на производственно-отопительных котельных. Рассмотрена возможность создание производства оборудования по гомогенизации мазутных топлив.
Ключевые слова
мазут топочный, экология, транспорт нефти, ультразвук, вязкость, котельные агрегаты
Цели и задачи
Целью работы является повышение эффективности и экологичности работы производственно-отопительных котельных агрегатов путем создания и применения водотопливной эмульсии.

К задачам работы относятся:
• Изучение реологических свойств товарных мазутов М-40 и М-100 с выявлением зависимостей и закономерностей, в т.ч. зависимость реологического состава ВТЭ от исходных продуктов и их процентного содержания, динамического и статического напряжения сдвига, температуры застывания и др.
• Выявление эффективных способов улучшения реологических свойств (снижение вязкости, повышение текучести и др.);
• Выявление эффективных присадок для повышения экологичности работы котельных с учетом техникой возможности использования в дочерних обществах компании;
• Разработка энергосберегающей установки по приготовлению водотопливной эмульсии методом гомогенизации компонентов мазута;
• Анализ возможности использования загрязненных промышленных стоков предприятий в качестве водной основы для ВТЭ;
• Выявление зависимости объема и состава продуктов сгорания от количества воды в эмульсии;
• Проведение технико-экономического обоснования;
Введение

Проведенный анализ годовых отчетов ОАО «АК «Транснефть» за 2010-2015 г. показал, что:

  • Ежегодно увеличивается потребление топлива для собственных нужд со  годовым приростом – 14 %, что является завышенным параметром с учетом  прироста объема транспорта нефти < 2.5 %
  • Ежегодно увеличивается потребление топочного мазута, используемого при транспорте нефти  со средним годовым приростом – 22%

Анализ потребления показал, что изменение потребления мазута по годам крайне неравномерно и зависит от многих сторонних факторов (анализ приложений № 1 приказов ФСТ от 31.03.2011 № 86-э, от 30.03.2012 № 216-э и от 31.03.2015 г.№ 581-э).

Важным аспектом энергосбережения является снижение потребление мазута, используемого при транспорте нефти и нефтепродуктов.

 

Методы и материалы

Материал: мазут топочный М-40 и М-100, присадка MgO (оксид магния) и CaCO3 (карбонат кальция);

Применяемое оборудование: ротационный вискозиметр, коллоидная мельница, шайба с микропорами, пульсационный акустический генератор, насосное оборудование, металлический трубопровод;

Методы исследования: анализ научной и производственной литературы, постановка гипотезы, постановка и проведение лабораторного эксперемента, анализ полученных результатов; 

Описание и обсуждение результатов

Механизм процесса выглядит следующим образом: приготовленная ВТЭ, поступая в горелку и распыляется форсункой. Дисперсность (размер капель) мазута составляет порядка 0,1-1 мм. Если в такой капле топлива находятся включения более мелких капелек воды (с дисперсностью около 1 мкм), то при нагревании происходит вскипание таких капелек с образованием водяного пара. Водяной пар разрывает каплю мазута, увеличивая дисперсность подаваемого в горелку топлива. В результате увеличивается поверхность контакта топлива с воздухом, улучшается качество топливо-воздушной смеси. .В высокотемпературной зоне топочной камеры капля эмульсии взрывается и происходит вторичное диспергирование топлива. В результате таких микровзрывов 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 увеличением средней температуры в топке; существенному снижению недожога топлива; позволяет снизить количество вдуваемого воздуха и уменьшить связанные с ним теплопотери. Одновременно в факеле происходят каталитические реакции, ведущие к уменьшению вредных газовых выбросов. Время пребывания капель в реакционном объеме топки возрастает за счет удлинения их траектории в процессе турбулентного перемешивания, увеличивается удельная реакционная поверхность капель топлива. Скорость сгорания топлива в виде мелких капель увеличивается и сопровождается выделением меньшего количества твердых продуктов, чем у крупных капель мазута, разрушаются смолисто-асфальтенновые структуры.

Гомогенизированная водно-мазутная смесь имеет заметно меньшую вязкость чем чистый мазут, поэтому облегчается процесс перекачки топлива. При температурах выше 80 оС вязкость водо-мазутной эмульсии влажностью 6% мало отличается от эмульсии с влажностью 40%

Свойства эмульсий зависят от их морфологии (структуры) и свойств исходных компонентов. Для ВТЭ главными факторами являются содержание воды (дисперсной фазы), распределение капель по размерам (фракционность) и стабильность, значения которых зависят от методики приготовления эмульсий. Регулирование значений указанных параметров на стадии приготовления ВТЭ позволяет управлять характером сгорания эмульсии, т.е. воздействовать на экономические и экологические показатели процесса горения ВТЭ.

Используемые источники
1) Исаков А.Я., Дёминов В.И. Физическая модель процессов, предшествующих воспламенению капель водотопливной эмульсии // Физика горения и взрыва. 1986. -№6 - С. 15 - 20.
2) Ганиев Р. Ф., Кормилицын В. И., Украинский Л. Е. Волновая технология приготовления альтернативных видов топлив и эффективность их сжигания. – М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2008. – 116 с.
3) Геллер C.В. Приготовление водомазутных эмульсий посредством волновой диспергации // Журнал "Новости теплоснабжения" (Москва). – 2010. № 4 (апрель). С. 21-23.
Information about the project
Surname Name
Brand Albert
Project title
Improving the efficiency and sustainability of the production-heating boiler units through the establishment and application of water-fuel emulsion
Summary of the project
The analysis of activity of the company OJSC "AK "Transneft", which is the main operator of oil pipelines in Russia, showed that from 2010 to 2015, the company annually increases energy consumption (fuel oil) is disproportionate to the volumes of oil transportation, which entails environmental, technological and financial risks. In this paper we propose a method and equipment for the creation and application of highly dispersed homogenous water-fuel emulsions on production and heating plants. Reviewed the feasibility of designing production equipment for homogenizing fuel oil fuels.
Keywords
fuel oil, the environment, transportation of oil, ultrasound, viscosity, boiler units