Оценка экономической эффективности использования эмульгированного топлива

Оценка экономической эффективности использования эмульгированного топлива

В вопросе определения  величины  экономии  топлива при сжигании водомазутной эмульсии (ВМЭ) нет единого мнения ни у практиков, ни у исследователей..  
 
Это, по всей видимости, связано с рядом трудно сопоставимых и сложно контролируемых параметров, относящихся к конкретным котлоагрегатам и собственно эмульсиям. Параметры эти можно разбить на две группы.  
 
К первой группе параметров относится качество топлива, качество сжигания, конструктивные особенности и состояние конкретного котлоагрегата, возможность и точность измерения текущего расхода мазута, истинный уровень водности подаваемого на сжигание мазута, состав и температура дымовых газов, газоплотность топки, значение коэффициента избытка воздуха, точность управления дутьем, нагрузка котлоагрегата и т.п. При этом известно, что поступающие к потребителю мазуты обводняются  при использовании острого пара в операциях разгрузки (зачистки) цистерн, а также в хранилищах из-за течей из паровых подогревателей и фильтрации грунтовых вод в случае подземных хранилищ. В таких мазутах вода содержится в виде линз и крупных капель. Распределение воды в хранилище, по сечениям и по высоте, известно весьма приблизительно. 
 
Вторая группа параметров описывает качество подаваемой на сжигание эмульсии, т.е. уровень водности эмульсии и степень дисперсности водной фазы. При этом на промышленных агрегатах, сжигающих ВМЭ, отсутствует поточный контроль уровня водности и информация о степени дисперсности дисперсной фазы подаваемой на сжигание эмульсии, хотя известны оптимальные значения этих параметров с точки зрения экологических требований и  экономики процесса сжигания. Установлено, что оптимальный уровень водности в среднем близок к 20% при диаметре микрокапель воды порядка 10 мкм. При превышении этих значений по тому или иному параметру происходит излишнее обводнение единицы объема топки, что балластирует зону горения. Известно также, что при снижении диаметров микрокапель воды в эмульсии  до субмикронного размера эффект  микровзрыва сменяется более  плавным  выгоранием  по схеме безводного топлива. 
 
Определяемая расчетным путем в соответствии с формулой Менделеева теплотворная способность водотопливной эмульсии  по  сравнению  с  безводным  топливом уменьшается пропорционально увеличению доли воды. При таком походе  не  могут быть учтены особенности процесса сжигания эмульсии, отличающие ее горение от горения условно безводного топлива. Ориентироваться в этом смысле следует на величину КПД теплоагрегата.  
 
Применение эмульгирования мазута позволяет повысить эффективность сжигания топлива и добиться прироста КПД котлоагрегата за счет следующих эффектов: 
 
1.   Наличие в сжигаемом мазуте воды при обычном гнездовом неравномерном ее распределении в виде крупных капель, линз и др. обязательно влечет за собой падение КПД котлоагрегата из-за неравномерности горения, помимо дополнительного расхода топлива на испарение воды. Даже при сжигании мазута с кондиционным содержанием воды (до 5%) среднеэксплуатационный коэффициент избытка воздуха оказывается выше оптимального на 5,5 % и среднеэксплуатационный КПД котлоагрегата падает на 0,5–1,1% %. Таким образом, эффективное использование обводненных мазутов возможно лишь при условии равномерного распределения воды в мелкодисперсном виде по всему объему.  
 
2.     Как правило, сжигание мазутов ведется при заметных избытках воздуха (a = 1,2 и более), что ведет к росту потерь тепла с уходящими газами. Обычно причиной повышенных избытков воздуха является недостаточное качество распыла топлива и смешения топлива с дутьевым воздухом. Применение водомазутных эмульсий позволяет повысить качество сжигания за счет внутритопочного дробления и вести сжигание на пониженном дутье без увеличения недожога, вплоть до значений a близких к единице. 
 
3.    Поддержание близких к номинальному значений КПД теплоагрегата при работе на режимах, меньших номинального, что достигается за счет эффекта вторичного дробления капель эмульсии в топке. 
 
4.    Перевод котлоагрегата на режимы сжигания с малыми избытками воздуха позволяет понизить температуру точки росы уходящих газов ориентировочно до 100^оС. Это, в свою очередь, существенно уменьшает степень сернокислотной коррозии оборудования и позволяет увеличить КПД теплоагрегата за счет рекуперации тепла уходящих газов на водо- и воздухоподогревателях.  
 
5.    Уменьшение штрафных санкций за счет снижения объемов вредных выбросов в окружающую среду. Применение водомазутных эмульсий позволяет уменьшить содержание вредных веществ в дымовых газах, при этом СО, NO_x, SO_х  более чем на 50%. 
 
6.   Использование в качестве топлива горючих отходов различных производств (например, коксохимических, нефтеперерабатывающих и т.д.), стоимость которых существенно ниже стоимости мазута. В эмульгированном виде эти отходы можно сжигать без ущерба для экологии. 
 
7.   Использование более дешевых высокосернистых мазутов, поскольку технология эмульгирования позволяет одновременно вводить в мазут водорастворимые обессеривающие присадки, например MgCl₂ (бишофит). 
 
8.   Утилизация в составе водомазутной эмульсии обмазученных вод, отработанных масел и др.  

9.    Переход от паромеханических форсунок к механическим, что снижает расход пара на собственные нужды.  
 
10. Гомогенизация подаваемого на сжигание мазута, обеспечивающая разрушение отдельных кластеров длинноцепных молекул, и эмульгирование не удаляемой доли воды в свою очередь повышает полноту и качество сжигания. 
 
11.  Увеличение количества отдаваемого теплоносителю тепла за счет меньшего загрязнения поверхностей нагрева, что позволяет поднять средний за время кампании КПД теплоагрегата. 
 
Еще одним важным фактором, характеризующим эффективность использования водотопливных эмульсий в котельнотопочных процессах, является повышение эффективности и долговечности топочного оборудования. По некоторым зарубежным данным перерасход топлива из-за загрязнения поверхностей нагрева в котлах сажистыми и коксовыми частицами может превысить 30%-35%. При сжигании эмульсии часть капель последней долетает до поверхностей нагрева и взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и очистке этих поверхностей от старых сажистых образований. Одной из серьезных проблем, возникающих при сжигании топочных мазутов, является большое содержание в них серы. Соединения серы уносятся с поточными газами, загрязняя атмосферу, а при использовании высокосернистых мазутов в металлургии частично переходят в расплав. 
 

 
Ориентировочные данные об эффективности перечисленных факторов при использовании водомазутных эмульсий применительно к котлоагрегатам представлены ниже:

 
 
Суммарно перечисленный комплекс эффектов позволяет экономить до 20% условного топлива. Но для того, чтобы эти эффекты уловить и зафиксировать, необходимо достаточно точно контролировать и управлять рядом параметров, к которым относится:  
 
- текущий расход мазута,  
- водность подаваемого на сжигание мазута, 
- степень дисперсности водной фазы,  
- состав и температура дымовых газов, 
- расход и температура дутьевого воздуха, 
- коэффициент избытка воздуха на форсунке, 
- расход пара подаваемого на распыл

 
Вместе с тем, те или иные пункты таблицы могут быть не выполнены или выполнены не в полном объеме, что приведет к уменьшению суммы экономического эффекта.

 
 
В таблицу не включены оценки экономического эффекта, связанного со снижением токсичных  выбросов (например, содержания NOx и SO3 в уходящих газах), которые могут быть сделаны на основании утвержденных нормативов для конкретного котлоагрегата и региона. 
 

 
ЛИТЕРАТУРА  
 
1.Иванов В.М. Топливные эмульсии, М., 1962.  
2. Корягин В.А. Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбро-сов. С-П, 1995.  
3. Промэнергетика, N1, 1987.  
4. Лисиенко В.Г. и др. Усовершенствование методов сжигания природного газа в сталеплавильных печах. М.,1977.  
5. Спейшер В.А., Горбаненко А.Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. М.,1991.  
6. Воликов А.Н. Сжигание жидкого и газообразного топлива в котлах малой мощности. Л., 1989.  
7. Егоричев А.П., Удилов В.М. Рациональное использование мазута в черной металлургии. М., 1987.