содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

5.4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОТОПЛИВНЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА СУДНЕ

Значительное повышение экономичности работы паровых котлов может быть достигнуто за счет сжигания вместо „чистого” мазута мелкодисперсной водотопливной эмульсии (ВТЭ) с содержанием воды в пределах 5 ... 10 %. Улучшение теплотехнических показателей работы котла на указанной эмульсии является следствием того, что вода в виде мельчайших капелек диаметром 6 ... 15 мкм, равномерно распределенная по всей массе мазута, способствует интенсификации процесса горения распыленного топлива, снижению сажеобразования и уменьшению содержания окислов азота в продуктах сгорания.

Повышение эффективности сгорания ВТЭ по сравнению с чистым мазутом происходит благодаря эффекту вторичного дробления (явление микровзрыва) капелек воды при нагревании их в горящем факеле. Из-за разницы в температурах кипения воды (100 °С) и мазута (300 °С) каждая капля эмульсии в процессе термической подготовки увеличивается в объеме под действием образовавшегося внутри ее водяного пара и разрывается на части. Внутритопочное дробление капель распыленной эмульсии улучшает смешение топлива с воздухом, за счет этого повышается полнота сгорания топлива и уменьшается сажеобразование.

Теплотехнические испытания парового котла КВВА 2,5/5 при работе на ВТЭ и мазуте Ф5 показали, что процесс сгорания ВТЭ с содержанием воды до 33 % аналогичен сгоранию чистого мазута и протекает устойчиво без срывов факела. Розжиг котла производится надежно и стабильно, горение — бездымное. Работа парового котла на ВТЭ практически не вносит каких-либо дополнительных условий и ограничений в действующие инструкции по эксплуатации. Сжигание ВТЭ устойчиво обеспечивает все эксплуатационные нагрузочные режимы, включая длительный режим работы котла при номинальной нагрузке. Однако экономичность работы котла во многом зависит от содержания воды в ВТЭ, что наглядно следует из данных табл. 5.5

Качественные показатели мазута Ф5 и ВТЭ при различном содержании воды приведены в табл. 5.6. При идентичных режимах работы котла с номинальной паропроизводительностью при сжигании ВТЭ с содержанием воды 5 % достигается наибольший экономический эффект по сравнению с работой на товарном мазуте: часовой расход топлива снижается на 3,4 % (см. табл. 5.5), температура уходящих газов ниже на 11 °С и КПД котла возрастает на 1 %. С увеличением содержания воды в ВТЭ до 10% экономичность работы котла несколько снижается, но остается на уровне, значительно превышающем показатели при работе на товарном мазуте. При содержании воды в ВТЭ 15,6 % экономические показатели снижаются до уровня работы на товарном мазуте. При дальнейшем увеличении содержания воды в ВТЭ экономичность работы котла становится ниже по сравнению с уровнем работы на товарном мазуте.

Снижение экономических показателей при работе котла на ВТЭ с содержанием воды свыше 15 % объясняется повышением затрат тепла на прогрев и испарение воды, снижением температуры горения в топке, и, как следствие, несколько „вялым” протеканием процесса горения. Следовательно работа котла на ВТЭ с содержанием воды свыше 15 % нежелательна, несмотря на то что процесс горения протекает устойчиво без срывов факела.

Осмотр поверхностей нагрева котла со стороны газов показал, что уровень отложений нагара значительно ниже в сравнении с нагароотложениями на поверхностях нагрева при постоянной работе на товарном мазуте.

Проведенный анализ подтверждает, что процесс сжигания ВТЭ в топке котла происходит более эффективно и полно, снижаются химическая неполнота сгорания и сажеобразование. В пробах нагара после сжигания ВТЭ практически отсутствуют органические вещества, в том числе углерод: после прокаливания остаток составляет около 93 % массы пробы. При работе котла на мазуте в составе нагара обнаружено около 46 % органических веществ, что более чем в 6 раз превышает содержание горючих веществ в нагаре, образовавшемся после сжигания ВТЭ. При осмотре наружных поверхностей нагрева после работы котла на ВТЭ признаков коррозионных разъеданий не обнаружено.
Схема гидродинамического смесителя ГАРТ-ПрМ приведена на рис. 5.25. В литом корпусе 1 на шарикоподшипниках 2, смонтирован вал

3, на одном конце которого крепится ротор 4. В нижней части корпуса крепится статор 5 и крышка 6. Ротор и статор представляют собой диски с несколькими венцами, в которых прорезаны прямоугольные пазы. На ротор насажено насосное колесо 7. Ротор вращается непосредственно от электродвигателя переменного тока взрывозащищенного исполнения. Узел подшипников отделен от рабочей камеры торцевым уплотнением 8, которое охлаждается проточной водой.

В основу работы аппарата положен принцип продавливания смеси через узкий зазор между вращающимся ротором и неподвижным статором. Поток жидкости, поступающий в аппарат, в зазорах между зубцами разбивается на большое количество вторичных потоков, в которых крупные капли под действием высоких скоростей вытягиваются в нити или пленки с последующим распадом на мелкие частицы. Подача составляющих смеси к аппарату может осуществляться автономным подкачивающим насосом или поступать самотеком за счет некоторого подпора.

Принципиальная схема подготовки ВТЭ на БМРТ „Демянск” приведена на рис. 5.26. В процессе подготовки ВТЭ в смесительную цистерну котельного топлива последовательно подаются расчетные количества пресной воды и товарного мазута Ф5. Контроль за заполнением смесительной цистерны осуществляется по мерной колонке, оттарированной на объем цистерны. Далее включается подогрев содержимого смесительной цистерны и начинается приготовление эмульсии с помощью гидродинамического смесителя ГАРТ-ПрМ путем многократной циркуляции по замкнутому контуру смесительная цистерна — аппарат — смесительная цистерна. Оптимальная температура подогрева эмульсии находится в пределах 30 ... 35 ° С.

Контроль качества приготовляемой эмульсии производится проверкой наличия свободной воды на нижнем уровне смесительной цистерны путем отбора проб через кран спуска отстоя. После окончания процесса подготовки готовая эмульсия закачивается в расходную цистерну котельного топлива с последующей подачей ее к форсуночным насосам по штатной системе трубопроводов. Для контроля стабильности и дисперсности эмульсии производится отбор проб топлива с последующим анализом в теплохимической лаборатории посредством биологического микроскопа МБИ-3.

Результаты лабораторных исследований дисперсности и стабильности ВТЭ приведены в табл. 5.7. Из данных таблицы следует, что ВТЭ с содержанием воды до 15 %, приготовленная смесителем ГАРТ-ПрМ путем четырехкратной циркуляции, имеет мелкодисперсную однородную структуру и сохраняет стабильность в течение 3 сут со времени ее приготовления. ВТЭ с содержанием воды 20 ... 32 % после шестикратной циркуляции также обладает однородностью структуры с равномерным распределением глобул воды размером до 15 мкм по всему объему. Стабильность смеси сохраняется в течение 2 сут, через 60 ... 70 ч смесь начинает расслаиваться. Трехкратная циркуляция ВТЭ с содержанием воды 32 % не обеспечивает требуемой дисперсности и однородности структуры. Обра-зование крупных глобул воды (более 30 мкм) происходит через 5 ... 6 ч после приготовления смеси. При дальнейшем хранении смесь интенсивно расслаивается.

Проведенные исследования и теплотехнические испытания показали, что использование водотопливных эмульсий в паровых котлах взамен товарного мазута служит значительным резервом повышения экономичности и надежности их работы. Вместе с тем использование ВТЭ приводит к заметному снижению интенсивности нагароотложений на поверхностях нагрева с газовой стороны и изменению их структуры. Нагароотложения становятся рыхлыми и легкоудаляемыми. Снижение процесса нагаро-образований позволяет увеличить продолжительность работы котлов между очистками поверхности нагрева с газовой стороны не менее чем в 1,5 раза без ухудшения теплотехнических показателей работы. С учетом изложенного большую часть эксплуатационного периода котел будет иметь оптимальный КПД. Благодаря этому среднеэксплуатационный процент снижения расхода топлива возрастает и может достигать 4,0%.

Гидродинамические смесители ГАРТ-ПрМ достаточно надежны в работе, обеспечивают подготовку ВТЭ высокого качества. Поэтому применение ВТЭ в паровых котлах взамен товарного мазута с использованием гидродинамических смесителей ГАРТ-ПрМ может быть рекомендовано к широкому внедрению на судах.