Меню Рубрики

Установки для экономии мазута

Подготовка мазута к сжиганию для улучшения технико-экономических характеристик котельных установок

Д.т.н. В. И. Кормилицын, м.т.н. А. В. Кормилицына, к.т.н. М. Г. Лысков

Московский энергетический институт (Технический университет)

В настоящее время большинство нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) реконструировали технологию переработки нефти. Более глубокая переработка исходного сырья привела к изменению ряда физико-химических свойств конечного продукта — мазута.

В результате этих изменений, а также при перегрузке и хранении мазута традиционными способами потребитель получает мазут с повышенным содержанием влаги. Обводненный мазут, содержащий твердые фракции, имеющий повышенную температуру вспышки и другие отклонения от норм, нарушает режим горения, загрязняет поверхности нагрева, повышает недожег топлива, образует отложения несгоревших частиц кокса по газовому тракту, приводит к обрыву факела и аварийному останову оборудования [1—4].

В настоящее время остро стоит вопрос и о нейтрализации промышленных сбросных потоков, загрязненных органосодержащими веществами.

Для комплексного решения этих проблем предлагается предварительная подготовка мазута к сжиганию. Сущность метода состоит в создании однородно распределенной мелкодисперсной фракции имеющейся в мазуте влаги и разрушении квазикристаллических и кристаллических структур, находящихся в составе мазута. На рис. 1а приведена микрофотография исходного состояния мазута в производственных условиях. Здесь отчетливо просматриваются включения асфальтов, карбенов, карбоидов и воды, которые ухудшают процесс сжигания топлива, экономичность и надежность работы котельной установки, а в продуктах сгорания такого топлива содержится сажа, бензопирен, загрязняющие окружающую среду.

На рис. 1б приведена микрофотография исходного мазута, но после его специальной обработки в кавитационном реакторе (кавитаторе, патент № 8631, 6В 01 F5/00, БИ № 12, 1998).

Кавитатор — это устройство для приготовления водомазутной эмульсии (ВМЭ), которая используется как топливо в котлах различных типов. Сжигание мазута в виде ВМЭ дает ряд преимуществ:

а) значительное улучшение экономичности и экологических характеристик котла за счет снижения СО-выбросов, NОх, бензопирена и др. вредных веществ;

б) интенсификацию процесса сжигания топлива;

в) возможность огневого обезвреживания и утилизации сбросных вод, загрязненных нефтепродуктамии др. вредными веществами.

Конструктивно кавитатор представляет собой несколько (от 1 до 8 и более) параллельных, плоских, профилированных рабочих каналов с двумя кавитационными решетками из цилиндрических стержней в каждом канале. Рабочие каналы кавитатора располагаются в стальном корпусе прямоугольного или круглого (труба) сечения. Кавитатор, в отличие от других аналогичных устройств, дает большие возможности для регулирования производительности работы без ухудшения качества приготавливаемой ВМЭ. Кавитаторы можно использовать и в широком диапазоне давлений ВМЭ (от единицы до нескольких десятков атмосфер) при сохранении абсолютной герметичности и прочности конструкции. Производительность по ВМЭ в одном устройстве от нескольких сот кг в час до 250 — 300 т/ч.

В качестве добавочной влаги могут использоваться:

а) чистая вода (питательная вода котлов, конденсат турбин);

г) сточные воды, содержащие нефтепродукты и другие вредные вещества;

д) растворы специальных реагентов, вводимых в топку котла для подавления образования вредных веществ при сжигании мазута.

Кавитатор может работать на исходном мазуте с содержанием в производственных условиях влаги до 20%. В результате достигается высокодисперсионная однородная смесь водомазутной эмульсии с частицами воды 2-5 мкм. Кавитаторы имеют широкий диапазон по производительности, габариты не превышают 100x200x400 мм, хорошо вписываются в схемы мазутных хозяйств котельных.

Для сжигания водомазутной эмульсии необходимо ее предварительно подготовить в виде однородной смеси мазута и добавляемой влаги по типу вода-масло, в которой вода с содержащимися в ней органическими примесями, как дисперсная фаза, в виде частиц диаметром несколько микрометров находится внутри топливной оболочки по предложенному техническому решению. Это обеспечивает надежное воспламенение и устойчивое горение топлива в топках котлов с высокой полнотой сгорания и хорошими технико-экономическими характеристиками их эксплуатации. Повышенная эффективность сгорания эмульсии (даже при предельно низких избытках воздуха) обусловлена микровзрывом ее капель вследствие различия температур кипения воды и мазута. При дополнительном дроблении капель эмульсии достигается ускорение их испарения и улучшается процесс перемешивания топлива с воздухом, в результате чего с учетом наличия в зоне горения продуктов диссоциации воды процесс сгорания топлива существенно интенсифицируется. Для приготовления кондиционных ВМЭ предложены эмульгаторы (кавитаторы) и диспергаторы [5, 8].

Сжигание ВМЭ может быть осуществлено совместно со сжиганием твердого топлива и природного газа.

Если же надо выполнить огневое обезвреживание сбросных вод в топках котлов при сжигании любого вида топлива, то применяется схема с подачей воды через специальные диспергаторы. Расход воды составляет около 6% от расхода мазута или эквивалентного количества его теплоты при сжигании другого вида горючего.

Сжигание ВМЭ совместно с природным газом приводит к снижению уровня температур в зоне максимальной генерации оксидов азота и, следовательно, к значительному (на 30 — 50 %) снижению их концентрации в дымовых газах. Более глубокого подавления NОх можно достигнуть в том случае, если в качестве добавочной влаги вместе со сточными водами использовать растворы азотосодержащих веществ при соответствующей организации процесса сжигания топлива. Считается, что снижение концентрации одного из характерных канцерогенов, относящегося к полициклическим ароматическим углеводородам, — бензопирена (С20Н12), в продуктах сгорания, возможно, происходит в процессе сжигания топлива при температуре в зоне горения более 1500 °С, которая достигается в топках котлов. Установлено также, что при наличии влаги в зоне горения происходит диссоциация молекул воды на ионы Н + и ОН– , которые существенно снижают концентрацию С20Н12 в продуктах сгорания топлива.

На основании анализа отмеченных выше факторов: влияния влаги или растворов с загрязняющими веществами в высокотемпературной зоне горения топлива на содержание в дымовых газах различных вредных веществ (NОx, СО, С20Н12 и др.) и огневого обезвреживания сбросных вод, рекомендуется комплексная многоцелевая, экосовместимая технология для ее реализации в промышленности. Применение этой технологии оправдано и экономически, так как при ее осуществлении достигается рациональное использование теплоты топлива и для реализации этого метода не требуются большие капиталовложения [6, 7]. Выполнение этой технологии на действующем оборудовании котельных не требует существенного изменения их конструктивного исполнения, а также никаких изменений в схеме газового хозяйства. Необходима лишь дополнительная установка малозатратных устройств для приготовления ВМЭ и ее автономной подачи в топку котла через специальные диспергаторы. Таким образом, предлагаемая технология хорошо совместима с технологией сжигания топлива в находящихся в промышленной эксплуатации водогрейных и энергетических котлах.

Применение кавитаторов для приготовления водомазутных эмульсий эффективно и малозатратно. Они обеспечивают не только приготовление тонкодисперсной эмульсии с частицами воды, но и измельчают присутствующие в мазуте асфальтены, карбены и карбоиды, что существенно улучшает процесс сжигания топлива.

Некоторые технологические схемы подготовки ВМЭ и их экологическая эффективность приведены в [4, 8, 9]. Более подробную информацию можно получить у Исполнителя. Работа включает широкий спектр услуг, от представления конструкторской документации, консультаций, авторского надзора при совместном исполнении с Заказчиком до сдачи полностью законченной работы «под ключ», передачи лицензии на выполнение работ.

Испытания и опытно-промышленная эксплуатация кавитаторов на многих ТЭС (ТЭЦ) и котельных России и других стран показали их существенные преимущества, высокую надежность и большое удобство в течение значительного периода времени при минимальных затратах.

Внедрение этих технологий осуществляется под руководством д.т.н. проф. кафедры котельных установок и экологии энергетики МЭИ Кормилицына В. И.

На ТЭЦ МЭИ установлена опытно-промышленная демонстрационная установка для огневого обезвреживания сбросных вод.

1. Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Румынский А. А. Комплексная экосовместимая технология сжигания водомазутной эмульсии и природного газа с добавкой сбросных вод./ Теплоэнергетика, 1996, № 9, с. 13 — 17.

2. Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Третьяков Ю. М. Экономичность работы парового котла при управлении процессом сжигания топлива вводом влаги в зону горения./Тепло-энергетика, 1988, № 8, с. 13 — 15.

3.Кормилицын В. И. Оптимизация технологических методов подавления оксида азота при сжигании топлива в паровых котлах./Теплоэнергетика, 1989, № 3, с. 15 — 18.

4.Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Румынский А. А. Влияние добавки влаги в топку на интенсивность лучистого теплообмена./Теплоэнергетика, 1992,1, с.41 — 44.

5.Устройство для подготовки к сжиганию обводненного мазута./Авторы: Кормилицын В. И., Лысков М. Г., МарченкоВ. М., Пирумов У. Г., Хохлов Л. К./ Патент Российской Федерации на изобретение № 2044960, 1992.

6.Лысков М. Г., Савин Н. Г., Писаревский А. М. Экономическая эффективность сжигания ВМЭ в топках паровых кот-лов./Сб. научных трудов МЭИ. 2989. № 209, с. 39 — 43.

7.Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Ромакин С. С.,Рудаков В. П., Шмырков О. В. Повышение экономичности сжигания топлива в паровых котлах изменением характеристик топливного факела в топке. /Энергосбережение и водоподготовка, 1997. № 1, с. 46 — 52.

8.Кормилицын В. И. Экологические аспекты сжигания топлива в паровых котлах./М., издательство МЭИ, 1998. —336 с.

9.Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Липов Ю. М., Кормилицына А. В. Приготовление водомазутной эмульсии и ее сжигание в топках котлов для снижения загрязнения природной среды и улучшения технико-экономических показателей котельных установок./Научно-техническая конференция (с международным участием) «Инженерная экология — ХХIвек». Тезисы докладов. 23 — 25 мая 2000 г. М.: МЭИ (ТУ),2000. с. 216 — 217.

распечатать | скачать бесплатно Подготовка мазута к сжиганию для улучшения технико-экономических характеристик котельных установок, Кормилицын В. И. , Кормилицына А. В. , Лысков М. Г., Источник: журнал «Новости теплоснабжения», № 04 (04), декабрь 2000,
www.ntsn.ru

источник

Опыт применения гомогенизаторов для экономии тяжелого топлива на котлах и печах

А.В. Рубан, разработчик, г. Черкассы, Украина.

Ранее была рассмотрена процедура сбора предварительной информации, типовые схемы установки топливного гомогенизатора, их достоинства, недостатки, особенности. Теперь пришло время установки оборудования в котельной по согласованной со специалистами предприятия схеме.

Анализируя все предыдущие установки, я должен сказать, что нам очень повезло: все специалисты со стороны заказчика имели «советское образование» — то ли учились в ВУЗах СССР и СНГ, то ли, как минимум, начинали учиться. Именно этот факт — широкое и качественное образование позволяет устанавливать оборудование дистанционно. Однако время идет, «старики» уходят, и появилась задача формализовать основные этапы установки.

Главные проблемы в установке — небрежность при сборке и необходимость остановки котла. Рассмотрим детально алгоритм, который максимально их решает. Где бы ни устанавливался гомогенизатор: в линии подачи или после своего насоса — он всегда устанавливается одинаково (рис. 11). Контрольные манометры подскажут персоналу о необходимости очистки. Патрубки пароочистки позволят продуть гомогенизатор, не снимая его, а байпасная линия послужит инструментом страховки (для перевода топливной схемы в стандартный режим) при замене и очистке устройства. Топливный гомогенизатор может устанавливаться горизонтально, вертикально или под наклоном, но обязательно:

■ в месте удобном для монтажа и обслуживания;

■ с дополнительными опорами при производительности более 15 м 3 /ч;

Читайте также:  Установка заднего парктроника приора

■ на линию подачи топлива, а не на байпас (байпас должен исполняться под углом);

■ с последующей термоизоляцией подводящих труб, байпаса и самого устройства;

■ на расстоянии не менее 50-70 см ровного (гладкого) участка трубы до устройства;

■ на расстоянии не менее 70-80 см ровного участка трубы после устройства (вентили, манометры и отводы байпаса — ровными участками не являются);

■ с обязательной чисткой сварочных швов, очисткой подводящих труб и удалением временных затычек в трубах типа тряпки или рукавицы, что иногда имеет место.

Типовая проблема при установке — это остатки частиц сварки и отложения в линии подачи топлива (рис. 12). Эти частицы, попадая в гомогенизатор, могут, во-первых, перераспределить потоки топлива, в результате чего струя топлива прорезает 8 мм корпус гомогенизатора в течение 4-10 дней; во-вторых, стать центром накопления мусора, и тогда происходит быстрое засорение гомогенизатора и этот центр достаточно трудно удалить; и в-третьих, со старта увеличить гидродинамическое сопротивление.

Отложения в топливной системе значительны. Они накапливаются годами, и когда разрезается труба, они теряют прочность, разрушаются и попадают в гомогенизатор или на форсунки. Если не удалить эти куски и не промыть систему перед первым включением устройства, эти частицы забьют рабочие элементы гомогенизатора, и вероятность его успешной очистки снизится до 50%.

Установка самого гомогенизатора чаще всего не совпадает с паузой для ремонта котла, а останавливать котел для установки не всегда возможно. Выход такой — предварительная сборка всего узла установки (УУ) и замена гомогенизатора трубной вставкой (простую пустую трубу с фланцами в размер гомогенизатора). Это решение обеспечивает возможность заранее и тщательно собрать УУ, очистить все сварочные швы, установить узел в линию подачи топлива в удобное время, не ожидая физической поставки гомогенизатора, и использовать трубную вставку. После сбора и монтажа узла установки устройства мы рекомендуем:

1. Произвести опрессовку узла, выявить и устранить все течи, которые могут возникнуть под рабочим давлением.

2. В течение нескольких часов последовательно поработать на основной линии (через «трубную вставку»), а затем на байпасной линии.

3. Утеплить весь УУ. В противном случае при низких температурах образуется пробка застывшего мазута, которая заглушит трубу, трубную вставку, а в будущем и сам гомогенизатор, если он установлен на улице.

После установки УУ должен поработать некоторое время, для того чтобы полностью удалить мусор и отколовшиеся частицы смол и асфальтенов в трубах, и только потом, перекрыв вентили, можно установить гомогенизатор вместо трубной вставки. Трубная вставка удаляется, не останавливая котел, на ее место устанавливается гомогенизатор и включается (рис. 13).

Рис. 13. Трубная вставка (фото авт.).

Что необходимо из комплектующих?

1. Трубы нужного диаметра и нужной длины;

2. Сварочные электроды обычные и для углеродистой стали;

4. Конфузор-переходник между диаметром основной трубы и входом в присоединительный фланец гомогенизатора. Сами присоединительные фланцы поставляются вместе с устройством;

5. Два отсекающих вентиля и вентиль открытия байпаса (т.е. три одинаковых вентиля, под диаметр основной и байпасной трубы);

6. Две трубы для линии пароочистки и два вентиля к ним. Диаметр этих труб не менее 50% от диаметра основной трубы;

7. Две трубы для установки входного и выходного контрольных манометров с вентилями (два вентиля);

8. Стандартное снаряжение для обеспечения безопасных работ — маска, одежда, обувь, перчатки, чувство ответственности и чтобы никто не стоял за спиной.

Все присоединительные размеры и диаметры самого устройства и фланцев Вы получите в процессе установки.

Немного проще работа с емкостями. С одной стороны, можно использовать резервные люки (они часто имеют вентили, к которым можно подключиться), с другой — изготовить копию люка с необходимыми входами и установить его вместо оригинала при зачистке котла. Линия возврата обработанного топлива в емкость, в любом случае, использует верхний люк, который всегда свободен для монтажа.

Элементы системы для устранения «мертвых зон» в емкости изготавливаются так, чтобы они проходили в те же верхние люки. Эта процедура обеспечивает минимизацию всех возможных проблем при установке. Ее простота позволяет заказчику производить монтаж силами собственной ремонтной группы, что обеспечивает снижение затрат, качество, и не требует поиска лицензированной монтажной организации.

Вы думаете, что все собрали правильно, точно по инструкции и верите своим монтажникам? Хорошо, однако это еще не все — вас могут поджидать неприятные неожиданности.

1. Не спешите открыть байпас и «попробовать» — дешевле будет. Как ни печально, несмотря на все подробные инструкции, в 50% случаев мы обнаруживаем «ляпы» установки, на что немедленно указываем и объясняем, что и как надо исправить.

2. Черный дым из трубы. Не пугайтесь, работа гомогенизатора увеличивает температуру в топке, и старые несгоревшие отложения в топке, на теплообменниках и даже в трубах, начинают выгорать. Если поверхности визуально чистые, то дыма не будет, но выгорание сопровождается увеличением содержания СО в выходной точке контроля в 3-4 раза, которое длится от 20 мин. до нескольких часов, в зависимости от количества накопленных засорений (таблица, рис. 14; данные от одного из наших клиентов в Латинской Америке). Когда все остатки выгорят, уровень СО снизится, а у котла должен увеличиться КПД.

Рис. 14. Изменение уровня СО во времени сразу после пуска гомогенизатора (фото авт.)

3. Вы должны быть готовым, что форсунка будет засоряться остатками смол и частицами, которые откололись от внутренней поверхности трубы после гомогенизатора. Характер потока и его насыщенность кавитационными пузырьками приводит к эффекту быстрого размытия накопленных остатков в трубах от места установки до форсунки. Радость в том, что после размытия остатков, они перестанут образовываться в будущем.

4. Если линия обратки имеет большую продуктивность, или гомогенизатор установлен на емкости, начинается процесс размытия отложений в самой емкости. Он не обязательно будет плавным. В этот период возможно временное сокращение интервала между очистками топливного фильтра. Часть накопленных остатков со временем будет размыта, а новые накопления перестанут образовываться.

5. Отмечается и увеличение количества кислорода в исходящих газах. Это бывает всегда, когда в мазуте есть вода, а она есть всегда. Этот эффект позволит снизить Ки.в. — коэффициент избытка воздуха, и, таким путем, снижая тепловые потери, увеличить КПД котла.

6. Снижается вязкость топлива, за счет чего увеличивается полнота сгорания топлива. Это означает возможность влияния двух дополнительных факторов снижения затрат и удельного расхода топлива:

■ снижение температуры подогрева топлива на 5-15 О С;

■ уменьшение диаметра форсунок. Заканчивая рассказ об алгоритме установки и эффектах первого пуска, остановлюсь на постоянной дилемме, стоящей перед заказчиком: собирать все самостоятельно, пользуясь инструкциями и удаленной поддержкой, или тратить дополнительные деньги и вызывать специалиста-поставщика для шефмонтажных консультаций. Мое мнение таково — для максимально точного выбора схемы, места установки, учета всех индивидуальных вариантов, хотя бы один раз (при исследовании объекта и заполнения опросного листа или при финальной установке оборудования) полезен визит специалиста разработчика (поставщика). Срок окупаемости таких систем редко превышает 3-4 месяца и потратить немного денег на обеспечение максимальной эффективности купленной системы и свой спокойный сон обойдется дешевле, чем думать: «А мог бы я получить что- то еще для своего котла за те же самые уплаченные деньги»?

Способы проверки работоспособности системы топливоподготовки

Все переговоры, анализ, выбор, установка системы обработки топлива (топливный гомогенизатор) закончены. Как проверить, что гомогенизаторы обеспечивают экономию топлива, позволяют сжигать обводненный низкокачественный мазут? Какие способы проверки работоспособности установленной системы существуют? Визуальные, бюджетные, «мало аппаратные».

Рассмотрим «быстрые эффекты» — те очевидные эффекты, которые может увидеть заказчик после установки системы обработки топлива, не прибегая к длинным инструментальным испытаниям на основе сложных и дорогих методик и измерительного оборудования.

Помним, что остатки воды в топливе должны образовать эмульсию. Если гомогенизатор действительно работает, то горение эмульсии в топке увеличивает температуру факела и изменяет его геометрию. Кроме того, как указывалось выше, в топливе уменьшается размер и количество коксовых частиц, механических примесей, снижается вязкость. Увеличение температуры факела влечет за собой выгорание сажи и несгоревших асфальтенов со стенок теплообменников, что всегда сопровождается черным дымом из трубы. Если поверхности визуально чистые, то газоанализатор фиксирует увеличение содержания СО в выходной точке контроля. Такое состояние держится от 15 минут до нескольких часов.

Первое, в чем должен убедиться Заказчик, — это то, что при максимальном режиме работы котла гомогенизатор, установленный в линию подачи топлива на форсунки:

■ установлен герметично, т.е. не течет при максимальных значениях давления напорного насоса и температуры топлива. Это обеспечивается простым осмотром места установки гомогенизатора;

■ не нарушает работу самой форсунки (при максимальной производительности напорного насоса падение давления на гомогенизаторе должно быть не больше допустимого, форсунка работает нормально, в штатном режиме, а па- ропроизводительность котла не уменьшилась).

Вернемся к первым «очевидным эффектам мгновенного действия».

1. Цвет пламени: оно должно стать ярче и прозрачнее. Это обязательный стандартный эффект при использовании гомогенизатора в топливоподготовке (рис. 15). Обычно пламя бывает более прозрачное, но в приведенном примере в топливе (Запорожье, Украина) было большое количество механических примесей.

Рис. 15. Вид пламени из смотрового окна: а) — горение стандартного мазута; б) — горение мазута после обработки (фото авт.)

2. Форма факела: он становится короче и раскрывается (рис. 16).

Рис. 16. Слева — горение мазута после обработки; справа — горение стандартного, необработанного мазута (фото авт.).

3. Одновременно уменьшается количество и длина «мух» — частиц топлива, которые, не сгорая, пролетают топку, оставляют за собой яркий след и светятся как маленькие метеориты в небе (рис. 17). Если мазут очень загрязнен, и количество коксовых частиц велико, то «мухи» исчезают не сразу, а после первого цикла обработки топлива в расходной емкости.

Рис. 17. Слева — горение с гомогенизатором в начале эксплуатации устройства; справа — горение с гомогенизатором через 2 дня (смотровое окно сбоку от котла) (фото авт.).

4. Вязкость топлива. Попробуйте снизить подогрев мазута на финишном подогревателе. Поскольку при работающем гомогенизаторе топливо менее вязкое, то при снижении температуры на 5-20 О С форсунки работают нормально. Окончательная температура устанавливается при появлении дыма на форсунках по формуле: «+5-7 градусов нагрева на подогревателе от температуры появления дыма». Более точно это можно сделать, используя газоанализатор.

5. Полнота сгорания топлива. Самым простым способом определить улучшение сгорания обработанного мазута — сжигание мазута на тряпочках (это известно всем «бадяжникам»). Две одинаковых х/б тряпки вымачиваются в образцах мазута, одинаково и одновременно отжимаются, кладутся на негорючую поверхность (пару кирпичей) и одновременно поджигаются. Оцените скорость розжига, яркость пламени и полноту сгорания (рис. 18).

Читайте также:  Установки для обезвоживания и обессоливания нефти

Рис. 18. Слева — горение обработанного топлива, справа — горение исходного топлива. Сирия, Алеппо (фото авт.).

Кроме того, если позволяет время, почти без дополнительных затрат на измерения, или совсем без них, можно зафиксировать такие результаты:

■ увеличение интервала между очистками форсунок;

■ скорость налипания на теплообменники и количество несгоревших частиц;

■ характер горения топлива из нижних горизонтов, отличия от предыдущего факела;

■ уменьшение количества подтоварной воды и часто ее исчезновение;

■ снижение шума в работе напорного насоса и увеличение его ресурса на обводненных и засоренных мазутах;

■ возможность замены форсунок на другие, с меньшим проходным сечением (рис. 19).

Рис. 19. Исходная форсунка до установки гомогенизатора (слева, диаметром 1,9 мм) и новая (справа, диаметром 1,4 мм), установленная потом, потеря максимальной производительности составила не более 5%, а уменьшение площади отверстия составило 45%. Выбор диаметра форсунки осуществлялся экспериментально на основе изменения паропроизводительности котла, 1,4 мм — наиболее оптимальное значение. После замены форсунки увеличился интервал ее очистки (фото авт.).

Все остальные способы проверки требуют аппаратного обеспечения. От минимального — пирометр, вискозиметр, микроскоп с приспособлениями для фотосъемки (визуальный анализ топлива), портативные и полустационарные газоанализаторы до системы АСУ ТП управления котлом (включает стационарные датчики и специализированное программное обеспечение). В идеальном случае можно прибегнуть к услугам сертифицированной сторонней организации для проведения корректных испытаний на факт экономии топлива и его величину, изменение свойств топлива и экологические параметры.

Поскольку Интернет переполнен различными благодарственными письмами, часть которых просто нелепы и технически безграмотны, хотелось бы отдельно остановиться на процедуре сертифицированных или промышленных испытаний, если есть возможность их проведения, т.к. это сложная и недешевая процедура.

Интернет пестрит декларациями «экономия 410%», гарантия на гомогенизатор «5-10 лет», но при внимательном изучении сайта чудотворца, причем, без учета гражданства фирмы, в 98% случаев обнаруживается, что фирма существует 2-4 года, и никаких серьезных актов испытаний у нее нет. Более того, фирмы-однодневки часто присваивают себе чужих клиентов или пишут: «Эффективность гомогенизатора . по достоинству смогли оценить уже десятки наших Клиентов: предприятия Беларуси, России, Эстонии, Боснии и Герцеговины, США» (дословная цитата). Но ни фотографий, ни отзывов, ни, самое главное, — испытаний или повторных поставок, на сайте нет.

Разговор с главным энергетиком всегда начинается с фразы: «покажите Ваши испытания, методику, орган проведения, сертификат фирмы и еще номерные лабораторные анализы топлива, и сертификат на право использования». Я это понимал с самого начала, как и то, что большинство ресторанных отзывов оплачиваются натурой.

И так, испытания. Серьезные испытания, которые можно показать или которые можно повторить. Начнем с нашего опыта.

Первые испытания были проведены в г. Риека, Хорватия, Политехнический институт, 2009 г., водогрейные котлы. Результат — снижение уровня СО на 60%, полное прекращение расслоения мазута с водой (до установки — 200-400 л воды в неделю в каждой расходной емкости), экономия 3,7%. Подписанный Акт.

Вторые испытания — в Сербии, измерительная служба по рационализации и оптимизации Nikola Tesla (главная измерительная лаборатория Сербских теплостанций), 2009 г. Исследовались: КПД водогрейного котла на мазуте, на мазуте с активатором топлива, на водно-мазутной эмульсии (10% воды) при одновременной обработке топлива в расходной емкости и в линии подачи на форсунки устройствами. Результаты:

■ КПД котла в обычном режиме — 82,6%;

■ КПД котла с активатором топлива (без воды) — 85,3%;

■ КПД котла на ВМЭ с использованием активатора топлива — 87,2%.

В данном случае необходимо учесть два важных обстоятельства.

1. Сжигание эмульсии мазут+вода (10%) показало не только отсутствие снижения производительности котла, но и экономию топливной смеси.

2. Как было упомянуто в начале статьи, во время тестов произошла нештатная ситуация — вместо мягкого ввода 5% воды в течение первого и 5% в течение второго часов, как предполагалось по плану, в течение 15 минут было вкачано 500 л воды в 10-тонный резервуар. Подача воды была остановлена, испытания перенесены на следующий день, однако водяной пузырь был полностью эмульгирован в расходной емкости нашими гомогенизаторами на емкости и в линии подачи. Снижения производительности котла не произошло и котел не погас. На следующий день тесты были продолжены с обводнением в 10%.

Особенности югославских испытаний интересны и тем, что, несмотря на то, что автором были предложены несколько методик СССР для определения размера экономии и эффективности сжигания мазута и ВМЭ, сербские и хорватские энергетики использовали иной метод проверки. Этот метод широко практикуется на Западе и основывается на идее, что котельная — это черный ящик-конвертор, на вход которого поступает топливо (учет которого производится очень строго), а на выходе — продукция — пар или горячая вода. Количество и разность температуры, вход и выход контролируется с высокой точностью. Таким путем, эффективность любого устройства с претензией на экономичность проверяется методом анализа ежедневного баланса, который представляет АСУ ТП котельной как соотношение топливо/отпущенная энергия.

Учитывая то, что на эффективность котла оказывают влияние внешние факторы: однородность топлива (одна партия и постоянный состав), температура и давление воздуха, влажность и ветер, на практике используется 2 стратегии испытаний — «быстрая» и «длинная».

Лаборатория Николы Тесла реализовала «быструю стратегию». Все работы были сделаны в один день при обеспечении равенства всех внешних факторов. Были установлены по два датчика разных конструкций на подачу воды в котел, на отвод горячей воды, на подачу и обратку топлива. Всего 8 датчиков были подключены к центральной компьютерной стойке, дополнительно группа операторов производила параллельную запись всех показателей вручную. Котел был установлен в режим автоматического поддержания постоянной нагрузки. Таким путем равенство всех внешних условий были соблюдены, и имелась только одна переменная — качество топлива, количество которого тщательно отслеживалось для поддержания установленного режима.

«Длинная стратегия» испытаний используется на больших производственных, преимущественно паровых котельных. Это связано с тем, что характеристики товарной продукции (перегретого пара) значительно меняются в зависимости от его давления и «быстрая стратегия» не всегда позволяет точно оценить наличие и размер эффекта. Таким путем пошла одна крупная корпорация, которая испытывала гомогенизаторы в Гвинее в 2010 г.

Первое испытание было проведено по методике, предложенной специалистами головного офиса в Москве. Суть метода заключалась в следующем: испытуемый котел БКЗ-160-9,8-490М (производительностью 160 т/ч; температура перегретого пара 490 О С; давление перегретого пара 100 бар) был остановлен, полностью очищен, теплообменные поверхности промыты, после чего котел был запущен на 30 дней, без установки гомогенизатора. Затем испытуемый котел был остановлен, очищен, промыт и запущен на 30 дней с гомогенизатором.

Наличие АСУ ТП позволило контролировать удельный расход топлива с точностью до 1 г/т пара. Весь период испытаний (60 дней) был подобран так, чтобы внешние факторы были сходными. При этом автоматика котла показывала значение удельного расхода топлива ежедневно. Было установлено, что прямая экономия топлива при работе с гомогенизатором составила 4,1% (без использования воды или каких-либо присадок), что подтвердило данные, полученные ранее сербскими и хорватскими специалистами. Также были сделаны снимки, которые подтвердили, что использование гомогенизатора в системе подготовки топлива обеспечивает длительное поддержание в максимально чистом состоянии поверхностей теплообмена, что обеспечивает максимальный КПД котла. По окончании каждого месяца эксплуатации были сделаны фотографии теплообменников (рис. 20).

Рис. 20. Отложения на поверхностях нагрева: а) — остатки топлива за 30 дней работы котла на стандартном топливе; б) — остатки топлива за 30 дней работы котла на обработанном топливе (фото авт.).

Второй тест на том же предприятии в Гвинее был проведен по иной методике. Топливо на котлы № 2 и 5 поступало с одной емкости. На котле № 5 был установлен активатор сгорания топлива, на котле № 2 — нет. В январе удельный расход топлива на котле № 2 составлял 67,586 кг/т пара, а в конце марта уже 74,139 кг/т пара. После осмотра этого котла обнаружено ошлакование на трубах фронтового и заднего экрана топки, большие отложения на трубах пароперегревателя. Другими словами, за 2,5 месяца работы двух одинаковых котлов на топливе из одной бочки, удельный расход топлива котла, на котором не был установлен гомогенизатор, повысился на 9,68%.

Топливо. Испытания должны включать лабораторные исследования используемого/обрабатываемого топлива. Для этого привлекаются независимые сертифицированные лаборатории институтов, нефтебаз, в крайнем случае, лаборатории Заказчика. Должны быть приведены оригинальные анализы с регистрационными номерами, координатами и сертификатами лаборатории, а также сводные таблицы, которые показывают значительное снижение вязкости, уменьшение количества механических примесей и их размеры, увеличение калорийности обработанного топлива, допустимое снижение температуры вспышки и так далее.

Испытания у заказчика. Если заказчик испытывает недоверие к ранее полученным документам, все необходимые испытания возможно произвести у него. Описание процедуры и требований — тема для отдельной статьи. Это не дешево,

это не всегда возможно сделать идеально из-за аппаратных возможностей или технологических ограничений на объекте заказчика, но таких методик много. Здесь важны следующие принципы:

■ максимально одинаковые условия горения, внешних факторов, нагрузки, режима и т. д.;

■ наличие и точное исполнение логичного регламента испытаний;

■ дублирование средств измерений;

■ сертифицированные средства измерений и объективное документирование (ПО и логи АСУ ТП);

■ использование только эмпирических данных, а не теоретических расчетных коэффициентов (только то, что реально было измерено);

■ использование одного и того же топлива;

■ точная постановка задачи для испытаний.

Единственная разница должна состоять в том, чтобы при всех прочих равных условиях использовать топливо до и после обработки системами гомогенизации, какой бы конфигурации они не были. При этом желательно использовать котлы с расходом мазута от 1 т/ч и более для устранения погрешностей. Все полученные результаты должны быть оформлены в виде таблиц и переданы всем сторонам испытаний.

В зависимости от аппаратного обеспечения Заказчика или Испытателя, может быть реализована короткая или длинная стратегия. Длинная предпочтительнее, т.к. она нивелирует ошибки и собирает все возможные эффекты. Например, при короткой стратегии невозможно определить эффект снижения скорости засорения теплообменников, качественного изменения структуры нагара, эффект огневой утилизации конденсатной воды и т.д.

Если испытания проводятся для установления одного факта — возможности сжигания мазута с водой или удостоверения факта, что ВМЭ, получаемая и поддерживаемая с помощью гомогенизатора «горит, и горит не хуже», то длительность теста минимальна: 1-3 дня (при условии полной предварительной подготовки), и не требует дорогого аппаратного обеспечения.

Чем больше количество эффектов нас интересует, тем больше требуется времени, т.к. некоторые эффекты определяются за промежутки времени от 10 до 30 дней.

Читайте также:  Установка климата на калдину

Если цель испытаний — определить уровень снижения удельного расхода, то аппаратное обеспечение и требования к исправности и регистрации данных измерения — максимальны, а более предпочтительны длительные испытания.

Если необходимы полные испытания по всем параметрам, то абсолютно необходимо точное и постоянное документирование всех параметров во время всего периода испытаний и с заданным интервалом, для их последующего анализа. А также обеспечение постоянства базового состава котельного топлива (того, которое будет сжигаться в стандартном варианте, потом, после гомогенизации в виде эмульсии).

Последним вариантом «испытаний» является простая бухгалтерская и иная отчетность по параметрам, относительно мало зависящим от природных факторов. Например, показательными являются записи в журнале чисток форсунок, данные о количестве утилизированной конденсатной воды, об увеличении времени бездымной работы на полной нагрузке котла, фиксированные значения максимальной производительности против прошлых периодов, количество несгоревшего топлива в килограммах, удаляемого при ежегодной очистке, а также характер отложений (прикипевший асфальт или хрупкая сажа) на поверхностях теплообмена.

Вся собранная информация должна быть структурирована, и помимо оригиналов всех первоисточников, должна быть снабжена фото- и видеоматериалами, подтверждающими те или иные зафиксированные эффекты.

Таким образом, приемы, способы и требования к обнаружению эффекта при установке системы топливоподготовки — это щепетильная и профессиональная работа; по этой причине я перестаю разговаривать с людьми, когда слышу от них «мы экономим 15-30% топлива», или читаю декларации с меньшими цифрами, но не подкрепленными объективными документами.

На всякий случай напоминание. За доказанную экономию топлива на котлах в 2% (во времена СССР), украинский ученый в Киеве получил звание доктора технических наук и кафедру. За доказанную экономию топлива на котлах в 3% (в тот же период времени) — российский ученый в Москве получил звание академика АН СССР. Никто из них не знал, что малое предприятие с директором без практического опыта и технического образования может выпускать настольные устройства для удаления серы из мазута или «для экономии 15-30% топлива на котлах, печах и любых ДВС». Вы спросите, откуда у нас экономия 4,1%? Ответ прост — снижение качества топлива (утяжеление фракционного состава) и износ типового котельного оборудования.

Заключение

Окончание статьи планировалось в виде короткой и абстрактной таблицы с основными результатами (эффектами), однако, чтобы это не выглядело пустой декларацией, необходимо еще раз, опираясь на доказательный опыт, указать основные мифы, распространенные в сети Интернет. Поскольку иного опыта, кроме своего, у меня нет — расскажу о персонально своем. Пусть это покажется мало, но это будет честно и доказательно. Вы же ведь не купили этот журнал в разделе научной фантастики?

Миф 1. Дисперсность. Наблюдается крысиная возня в сети относительно дисперсности топлива или размера дисперсной фазы эмульсии на том или ином гомогенизаторе. Некоторые заявляют дисперсность 5 мкм, некоторые 1 мкм или даже 0,5 мкм. Это нонсенс с позиции технических требований двух основных потребителей -ДВС и котлов. Последние конструкции ДВС имеют финишные фильтры 6-10 мкм. Ясно, что они трудно переваривают мазут и корабельное топливо, произведенные на постсоветском пространстве. Но производитель считает 10 мкм — достаточной степенью очистки. Зачем больше?

Как было отмечено в первой части статьи, дисперсность ВМЭ 0,5-4,0 мкм для промышленных котлов вредна и бессмысленна. В области этого же мифа лежат всякие «нано- и экомазуты».

Миф 2. «Ультразвуковой гомогенизатор». Они существуют для лабораторий на объем 200-500 мл или для красок (например, активные ультразвуковые пушки производства Германии). Ни то, ни другое не применяется в энергетике для обработки топлива.

Миф 3. Магнитные экономайзеры. Они НЕ работают нигде. Ни в США, ни в России, ни в Польше, ни в Австралии, что не мешает их активно рекламировать. Одни и те же устройства, заявленные в сети, «экономят» 10% топлива в Польше, 15% в России и 20-25% на Украине. При этом немецкий автомобильный клуб ADAC, равно как и американская национальная топливная лаборатория, провели детальные испытания, и зафиксировали уровень экономии в 0%. Мошенники предлагают эту гадость не только для газовых и дизельных котельных, но и для мазутных. Девиз один: «Продать любой ценой».

Миф 4. Присадки и добавки. Присадки, которые добавляют 1 л на 20 т топлива, как и тезис: «20% воды в мазуте = 20% экономии топлива» — все это фантазии. Разумеется, есть присадки, которые улучшают горение, однако они должны быть перемешаны с топливом с использованием гомогенизаторов и никак не 1 литр на 20 тонн.

Миф 5. Срок работы 10-15 лет. Чаще всего это пишут фирмы, которые выпускают гомогенизаторы 2-4 года.

Сколько реально работает гомогенизатор? В зависимости от конструкции, нагрузки, качества топлива и обслуживания. Наше устройство в Амурской области работает с 2009 года по сей день, трудно сказать, что это правильно с точки зрения истирания корпуса и усталости металла. Но это факт, что реальное устройство успешно работает, пропустив через себя, по нашим подсчетам, 650 т сухих механических примесей (расчет сделан по паспортному количеству примесей, исходя из количества пропущенного мазута с понижающим коэффициентом 0,2 на фильтрацию).

Миф 6. Снижение примесей серы в топливе. Гомогенизаторы не чистят топливо, тем более от серы. Есть способ немного снизить SO2, но немного — до 25% и это — отдельная тема.

И основной миф — экономия топлива 10-15% и более (некоторые обещают «экономию 2025% любого топлива»). Может ли быть такая экономия, и, если да, то — когда? Мой ответ: «Да, но в исключительно специфических случаях».

1. Мы получали экономию более 15% при добавлении воды в тяжелый сирийский мазут, который настолько вязкий, что факел не помещался в стандартной топке, а отдельные топливные частицы продолжали догорать еще на полметра за котлом.

2. Аналогичная ситуация описана выше, когда в Африке, за 2,5 мес. эксплуатации котла без гомогенизатора, из-за обрастания теплообменных поверхностей удельный расход вырастал до 9,5%, в то время как параллельный котел, с питанием из той же бочки, сохранял стартовое значение удельного расхода.

Все эти случаи отлично описывает известный ленинский тезис «чем хуже — тем лучше», т.е. чем выше износ форсунок, ниже качество мазута и квалификация главного энергетика, который не может настроить котел, тем ярче «чудо» от установленного устройства. Во всех остальных типовых случаях уровень прямой экономии значительно скромнее, и его надо считать с учетом дополнительных полученных эффектов, как то: огневая утилизация конденсатной воды, снижение уровня выбросов вредных веществ (и штрафов за них), снижение затрат на подогрев топлива и так далее.

За 8 лет практической работы с опытом установки более 140 гомогенизаторов и 3-5 полноценных реальных испытаний с привлечением сертифицированных специалистов и оборудования, нормальный уровень экономии лежал в пределах 2,44-4,1%. Это замечательный реальный результат и огромная экономия денег.

Ниже представлены те факты и цифры, имеющие отношение к эксплуатации гомогенизаторов, которые были доказаны объективно и которые могут быть повторены на аналогичных объектах и обеспечиваться в течение всего срока эксплуатации одного устройств или их системы, в зависимости от каждого конкретного случая:

■ возможность использования низкокачественного мазута для котлов и печей;

■ возможность безопасного сжигания в котле обводненного до 22% мазута;

■ возможность сжигания обводненного мазута от 4 до 7% без потери производительности котла;

■ возможность сжигания мазута после его длительного хранения;

■ возможность восстановления мазута после длительного хранения, которое сопровождается его полимеризацией и обводнением;

■ устранение оседания и расслоения коксохимического топлива и измельчение углеродных включений в топливо;

■ устранение оседания и расслоения каменноугольной смолы и измельчение смол и асфальтенов в его составе;

■ снижение температуры застывания тяжелого топлива без применения присадок на 2-4 О С;

■ снижение температуры застывания судового маловязкого топлива и дизельного топлива путем смешивания его с присадками, от -10 до -30-40 О С;

■ снижение скорости засорения форсунок в несколько раз; обеспечение устойчивой работы «нежных» итальянских и корейских форсунок на СНГ-овском тяжелом топливе;

■ снижение налипания несгоревших остатков топлива на теплообменники от 40 до 90%, без применения присадок;

■ сжигание подтоварной воды от 80 до 100% и устранение необходимости ее утилизации;

■ возможность сжигания жидких шламовых и остатков тяжелого топлива в емкостях;

■ возможность долговременной работы котла на полной нагрузке без дыма;

■ увеличение КПД котла на 1,5-2,5%, без применения присадок;

■ снижение вязкости топлива от 5 до 15%, без применения присадок;

■ снижение уровня механических примесей от 10 до 30%;

■ увеличение ресурса работы напорных насосов в 1,5-2 раза;

■ увеличение интервала очистки фильтров в 1,5-2 раза;

■ значительное, часто полное снижение выбросов дыма.

Обращаю Ваше внимание на то, что мы можем доказать каждую приведенную цифру, а приведенные уровни содержат ключевое слово «ОТ».

В качестве примера приведу только один из отзывов: «Приобретение гомогенизатора было вызвано необходимостью утилизировать лежалый мазут и донные остатки подземных резервуаров. Мазут не горел, с газом сжигание было также затруднено.

После установки гомогенизатора прокачали через него весь мазут. Параллельно мазут разбавили свежим в соотношении 60:40. Котел стал растапливаться на мазуте. Сжигание производится на котле ДКВР 6,5/13.

Факел стал более прозрачным и ярким, горит без пульсаций. Длина факела уменьшилась при той же нагрузке. Факел горит устойчиво. Дыма черного, даже серого не наблюдаются, дым стал невидимый. Мазут сгорает практически полностью. Наблюдаются незначительные отложения на форсунках из несгоревшего топлива и небольшое количество мусора на поде топки.

Форсунки ГМГ-4М чистить стали 1 раз в сутки. Раньше было 2-3 раза в сутки. Топливо стало более однородным. Аппарат работает бесшумно. Чистим его 1-2 раза в неделю. Перепад давления до и после аппарата 2 кг/см 2 . Провели проверку отходящих газов газоанализатором на разных режимах, все соответствует режимной карте, СО и СО2 в регламентируемых параметрах, сгорание топлива полное. Оборудование работает с октября 2012 г. Отзыв от 08.04.2013 г.».

В этом коротком технологическом отчете, представленном после 6 месяцев работы, нет никакой дутой экономии, нет «снижения серы» и прочих чудес. Задача — обеспечить возможность сжигания мазута после 10-летнего хранения — решена, и устройство работает (по состоянию на октябрь 2015 г.). На интервал очистки можно не обращать внимания: при нормальной фильтрации, а не работе на полимеризированном и «осевшем» мазуте очистка производится 1-2 раза в год.

Таким путем, правильная конструкция гомогенизатора, правильные параметры и место установки обеспечивают заказчика реальными финансовыми и эксплуатационными бонусами на долгие годы. Чуда никогда не было, нет и не будет, но экономия 17-19 т мазута в месяц на ДКВР-10 — наш рутинный и многократно подтвержденный результат.

источник