Хохлова Ганна Леонідівна

фізико-металургійний факультет
Спеціальність: Энергетичний менеджмент

Тема випускной роботы:

Дослідження гідротермічного емульгування мазуту с метою підвищення ефективності використання водомазутних емульсій у якості палива

Науковий керівник: Грідін Сергій Васильович

Реферат за темою випускної роботи

Актуальність роботи

У паливному балансі енергетики України зростає увага до альтернативних природному газу видам палива. Насамперед, це зв'язано зі стратегічними підходами в розвитку економіки країни. Використання мазуту у вигляді резервного палива є традиційним рішенням та в останньому часі доля його спалювання зростає
У цих умовах оптимізація методів спалювання мазуту при неухильному забезпеченні економічній, надійній та екологічній роботі енергетичних котлів є актуальною
Для усунення негативних моментів при спалюванні мазуту необхідно вирішити комплекс проблем: забезпечити надійність спалювання мазуту з підвищеною вологістю, знизити утворення токсичних речовин (NOX, CO, бенз(а)пірена сажі, SO2, H2S, і ін.), виключити зниження надійності роботи поверхонь нагріву котлів, забезпечити високу економічність використання палива. Тенденції по жорсткості нормативів по викидах забруднюючих речовин, диктує необхідність пошуку нових ефективних, екологічно чистих і маловитратних технологій оптимізації процесів спалювання мазуту. Сучасними режимно-технологічними заходами не завжди вдається знизити концентрації забруднюючих речовин до нормативних значень. Частиною рішення цього комплексного завдання є підготовка мазуту перед спалюванням, у вигляді водомазутної емульсії (ВМЕ).
Ефективність протікання процесів спалювання ВМЕ в топленні багато в чому визначається показниками фазової сполуки палива, що наготовлює, (дисперсністю). Виникає необхідність у розробці нової технології одержання високодисперсної ВМЕ, з метою вдосконалювання теплофізичних процесів минаючих у топленні котла й вивчення впливу спалювання ВМЕ постійній вологості, змінній дисперсності на процеси горіння в котлах великої й середньої потужності

Ціль роботи

Рішення сполучених завдань з підборки оптимальних кавітаційнних режимів готування ВМЕ, оптимізації процесу спалювання ВМЕ з різними показниками фазової сполуки, об'єднання яких, дозволить створити єдиний підхід по поліпшенню екологічних й економічних показників роботи котлів, при збереженні їхньої високої надійності й економічності.

Наукова новизна

Знайдені оптимальні характеристики якості одержуваної ВМЕ залежно від витрати мазуту й досліджені процеси впливу фазової сполуки що наготовлює ВМЕ на технологію ефективного спалювання палива. Визначено динаміку й характер розподілу концентрацій основних забруднюючих речовин у димових газах котлів, залежно від дисперсності ВМЕ й швидкості процесу кавітації

Практична цінність роботи

Застосування комплексного підходу до рішення проблем викидів шкідливих речовин в атмосферу при спалюванні ВМЕ одночасно зі збереженням високої надійності й економічності роботи котлів

Особистий внесок автора

Здійснення всіх етапів даної роботи, у розробці й виконанні розрахунків при проектуванні кавітируючого пристрою. У формуванні програм й етапів експериментальних досліджень, а також в особистій участі при проведенні досвідів, обробці результатів, з видачею всіх необхідних рекомендацій й висновків по даній роботі. Публікації по роботі викладені в 3-х наукових статтях

Сутність процесу спалювання водопаливної емульсії

У цей час актуальні завдання енергозбереження й екологічної безпеки при роботі енергетичних паливних установок. Для рішення цих завдань інтерес представляють водопалівні емульсії (ВПЕ).
Використання як паливо спеціально приготовлених водомазутных емульсій є одним з ефективних методів, що дозволяють усунути негативні наслідки цього явища.
При спалюванні ВПЕ одержують істотний економічний ефект, підвищення КПД на 3-5% і зниження емісії забруднюючих речовин (CO, сажі, окислів азоту, бензапирена й інших канцерогенних поліциклічних ароматичних вуглеводнів) в атмосферу. Використання гомогенизированной водно-мазутної суміші дозволяє підвищити коефіцієнт спалювання палива, заощадити мазут і зменшити шкідливі викиди NOx й COx в атмосферу при їхньому спалюванні.
Механізм цього ефекту порозумівається наступною обставиною. Мазут, надходячи в пальник, розпорошується форсункою. Дисперсність (розмір крапель) мазуту становить порядку 0,1-1 мм. Якщо в такій краплі палива перебувають включення більше дрібних крапельок води (з дисперсністю близько 1 мкм), то при нагріванні відбувається скипання таких крапельок з утворенням водяника пари. Водяной пар розриває краплю мазуту, збільшуючи дисперсність подаваного в пальник палива. У результаті збільшується поверхня контакту палива з повітрям, поліпшується якість палив-повітряної суміші.
У високотемпературній зоні топкової камери крапля емульсії вибухає й відбувається вторинне диспергировання палива. У результаті таких мікровибухів у топленні виникають вогнища турбулентних пульсацій і збільшується число елементарних крапель палива, завдяки чому факел збільшується в об'ємі й більш рівномірно заповнює топкову камеру, що приводить до вирівнювання температурного поля топлення зі зменшенням локальних максимальних температур і збільшенням середньої температури в топленню; підвищенню світності факела завдяки збільшенню поверхні випромінювання; істотному зниженню недопал палива; дозволяє знизити кількість повітря, що вдмухує, і зменшити пов'язані з ним тепловтрати. Одночасно у факелі відбуваються каталітичні реакції, що ведуть до зменшення шкідливих газових викидів.
Разміщена в сполуці ВПЕ водна фаза може бути частково диссоциирована в ході окислювання палива в предпламенных процесах. Потім, у міру підвищення температури у фазі активного згоряння, реакція дисоціації води прискорюється. надлишок, Що Утвориться при дисоціації, атомів водню швидко приводить до збільшення кількості продуктів згоряння. Молекули води прискорюють хід реакцій в окисних процесах і внаслідок виникнення полярного ефекту, що істотно поліпшує орієнтацію часток активних радикалів палива.
У процесі готування ВПЕ утворення конкурентної фази при перегріві води може протікати по двох різних схемах, гомогенної й гетерогенної. На малюнку зображена великодісперсна крапля емульсії й крапля полідисперсної емульсії.
Гомогенна схема утворення конкурентної фази застосовна для чистих рідин, тому що припускає порушення сплошності внаслідок забезпечення умов, при яких дві сусідні молекули можуть виявитися на відстані приблизно у два й більше рази перевищуючі їхні ефективні діаметри.
Гетерогенна схема передбачає наявність у ВПЕ ядер конкурентної фази у вигляді мікропорожнин, заповнених парами води й газами, переважно повітрям. Вибуху таких крапель передує процес утворення ядра конкурентної фази при температурах, близьких до максимально можливих перегрівів води.
При використанні ВПЕ в камерах згоряння казанів, що працюють на важких сортах палива, через присутність у факелі щодо великих крапель, бажано мати дисперсність, що забезпечує при заданої обводненності мінімальна кількість включень води.
Одним з найбільш ефективних способів одержання мілкодісперсной водомазутної емульсії є технологія гідротермічного емульгування.
Отримані дані дозволяють укласти, що краплі водопаливної емульсії супроводжуються при їхньому нагріванні в камерах згоряння явищем мікровибуху, параметри якого визначаються об'ємним змістом води в паливі й дисперсності емульсії. Можливі якісно різні процеси фазових трансформацій води, кожний з яких супроводжується відмінними друг від друга схемами дроблення вихідних крапель палива.