Эффективность подготовительных процессов сжигания водотопливных смесей в топках малого объема (29.06.2009)

Автор: Кулагина Татьяна Анатольевна

Оценка погрешности подтвердила удовлетворительную точность полученных результатов, которая обеспечивалась использованием методов исследования, соответствующих современному состоянию теплофизики и гидродинамики. Результаты натурных наблюдений, модельных экспериментов и расчетные параметры исследуемых процессов достаточно удовлетворительно совпадают.

В четвертом разделе излагаются результаты экспериментальных исследований по изучению влияния гидротермодинамических особенностей кавитации на изменение характеристик топливно-водяных смесей и теплофизических особенностей при их сжигании в различных топочных устройствах. Приведены результаты влияния кавитационной обработки на свойства воды, которая в одном случае является дисперсной фазой, в другом – дисперсионной средой.

???????0???%?

???????0???%?

???????0???%?

???????0???%?

???????0???%?

???????????¦

???????????AE

?????????AE

???????th

???????????AE

?????????(

???????????AE

???????????AE

???????????AE

'сий и суспензий с целью увеличения полноты сгорания топлива и подавления образования вредных веществ в технологических выбросах исследовалась водомазутная эмульсия (ВМЭ) и водоугольные суспензии (ВУС). Определено влияние размеров капель топлива на физические процессы испарения, теплообмена и смесеобразования с учетом полноты его сгорания. Разработаны конструкции и исследованы гидродинамические, расходные и дисперсионные характеристики кавитационных технологических аппаратов в зависимости от режимных параметров работы и ряда внешних факторов с целью определения оптимальных конструктивных и технологических параметров.

Анализ полученных данных о влиянии числа кавитации на величину кавитационного импульса давления показывает, что для увеличения интенсивности воздействия необходимо уменьшать число кавитации вплоть до

( = 0,2. Теоретическая зависимость строилась по формуле Рэлея–Лэмба, учитывающей «неодиночность» кавитационного пузырька в обрабатываемой жидкости. Отличие теории от эксперимента проявляется в области малых чисел кавитации и вызвано тем обстоятельством, что формула Рэлея – Лэмба не учитывает сжимаемость потока, которая в области малых чисел кавитации становится существенной.

На рисунке 4 представлены результаты кавитационной обработки ВМЭ различного водосодержания, показывающие, что при продолжительном кавитационном воздействии ВМЭ нагревается. Это позволяет получить дополнительную экономию энергии на нагревание топлива перед его сжиганием.

Включение в технологическую схему топливоподготовки кавитационной обработки мазута значительно уменьшило пределы колебаний влажности и дисперсности водной фазы топлива (при уменьшении абсолютного среднего диаметра капель воды в ВМЭ в 10–15 раз, рисунок 5), что достаточно убедительно подтверждается микрофотографиями проб ВМЭ. Попадая в топочный объем, капли топлива за счет вторичного дробления (в результате микровзрыва) существенно уменьшаются в размерах. В результате 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.

При замене подаваемого в топку мазута марки М100 на специально подготовленную водомазутную эмульсию неравномерность поля температур значительно сгладилось. При этом относительные температуры стали иметь более равномерное поле ?Т ? 0,04.

Наряду со стабилизацией влажностно-дисперсионных характеристик топлива, другим важным эффектом диспергирования являются разрушение смолисто-асфальтеновых структур и повышение однородности мазута. На рисунке 6 показано распределение частиц воды в топливно-дисперсной смеси по размерам. Стабильность эмульсий определялась методом отстаивания.

Практически при всех значениях Wp (от 5 до 30 %) ВМЭ после обработки не расслаивалась в течение 6–7 суток и более. С эксплуатационной точки зрения, более длительный интервал наблюдений не требуется.

Результаты исследования проб дымовых газов при сжигании мазута М100 и ВМЭ показали (см. таблицу 1), что использование ВМЭ вместо собственно мазута позволяет уменьшить в дымовых газах концентрацию окислов азота в 3–5 раз, сернистого ангидрида – в 2–4 раза, оксида углерода в 2–2,5 раза. Наиболее целесообразно применение ВМЭ с Wp ( 15–20 %.

Подавление крекинга углеводородов происходит в результате не только уменьшения размера капель мазута, но и за счет отвода тепла испаряющейся водой, а также в результате протекания дополнительных реакций между диссоциированными молекулами воды и углерода.

Рисунок 4 – Кинетика изменения температурного режима при кавитационной обработке ВМЭ с Wp:

1 – 5 %; 2 – 10 %; 3 – 15 %; 4 – 20 %

Рисунок 6 – Распределение частиц воды в топливно-дисперсной смеси по размерам: а – мазут: 1 – без обработки; 2 – после обработки; б – ВМЭ после обработки при разном содержании воды Wp: 1 – 5 %; 2 – 10 %; 3 – 15 %

Результаты и рекомендации данной работы внедрены комплексно (и система топливоподготовки ВМЭ и система пылеулавливания) на АБЗ ОАО «Красноярская дорожно-передвижная механизированная колонна» (ДПМК).

На рисунках 7 и 8 представлены характерные результаты до, а на рисунках 9 и 10 – после применения комплекса мер подавления вредных выбросов в атмосферу.

На кривой ДТА, рисунок 7, наблюдаются 2 эндо- и 2 экзоэффекта. Эндоэффект, соответствующий Т = 130 (С, отвечает удалению адсорбированной воды; происходит с потерей массы образца. Эндоэффект при Т = 845 (С соот-ветствует диссоциации кальцита. Два экзоэффекта (при 370 и 430 (С) проходят при потере массы образца – происходит выгорание органической части образца и полиморфические превращения Fe. Данные дифференциально-термического анализа, проводимого на дериватографе Q-1500D, подтверждаются результатами рентгенофазового анализа образцов, сделанного на аппарате ДРОН-3 в Cu-K( излучении, (рисунок 8).

Таблица 1 – Концентрация загрязняющих веществ

Режим (топливо) Wp, % Объем газов, м3/с Т, °С Пыль, г/м3 Сажа, г/м3 СО, г/м3 NO2, г/м3 SO2, г/м3 Мазутная зола в пересчете на ванадий

Мазут М100 ~3 3,89 70 1,596 0,479 0,721 0,055 0,517 0,0005

ВМЭ 5 ->>- ->>- 0,19 0,0014 0,32 0,039 0,37 0,00049

10 ->>- ->>- 0,19 0,0014 0,32 0,019 0,22 0,00047

15 ->>- ->>- 0,20 0,0015 0,29 0,013 0,20 0,00045

20 ->>- ->>- 0,19 0,0013 0,28 0,013 0,19 0,00042

Примечание: выбросы SO2 даны с учетом использования CaCO3 в системе очистки


загрузка...