Сжигание водотопливных эмульсий и снижение вредных выбросов на промышленно-отопительных котельных

• Автор: Корягин, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 373 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1.Анализ современного состояния проблемы повышения эффективности сжигания водотопливных эмульсий
1.1.Приготовление водотопливных эмульсий и их характеристики
1.2.Горение капель водотопливной эмульсии
1.3.Процессы горения факела водотопливной эмульсии
1.4. Постановка задач исследования
2.Влияние дисперсности капель воды на характеристики водотопливных эмульсий
2.1.Образование эмульсий и дисперсные характеристики водной фазы
2.2.Реологические свойства водотопливных эмульсий
2.3.Теплотехнические характеристики водотопливных эмульсий
3.Особенности процессов горения капли водотопливной эмульсии
3.1. Физические процессы горения капель эмульсии
3.2.Нагрев и статическое равновесие фаз в капле водотопливной эмульсии
3.2.1. Теплообмен между топочными газами и каплей
3.2.2.Нагрев капли водотопливной эмульсии
3.2.3.Поверхностные силы действующие в капле эмульсии
3.3.Микровзрыв капли водотопливной эмульсии
3.3.1. Феноменология микровзрыва
3.3.2. Условия возникновения паровой фазы
3.3.3. Динамика роста парового пузырька
3.3.4. Условия микровзрыва капли эмульсии
4.Подготовка водотопливных эмульсий к сжиганию
4.1.Роторные аппараты для приготовления эмульсий
4.2.Выбор аппарата для приготовления водотопливных эмульсий
4.3.Технологические схемы подготовки водотопливных эмульсий
5.Влияние воды, диспергированной в жидком топливе, на процессы горения и образования вредных веществ
5.1. Выгорание факела водотопливной эмульсии
5.2.Образование токсичных вредных соединений в пламени водомазутной эмульсии
5.2.1.Методы измерения концентрации сажистых частиц и канцерогенных веществ
5.2.2.Влияние дисперсно-влажностных характеристик эмульсии на выбросы сажистых частиц и ПАУ
5.2.3.Подавление синтеза оксидов азота и нитрозаминов в факеле водотопливной эмульсии
5.3.Особенности теплообмена в топочной камере
6.Технико-экономическая эффективность сжигания водотопливных эмульсий
6.1.Влияние параметров водотопливных эмульсий на технико-экономические показатели их сжигания в топочных устройствах
6.1.1.Изменение составляющих теплового баланса топочного устройства
6.1.2.Оптимальные режимные параметры работы топочных устройств
6.2.Экологическая эффективность сжигания водотопливной эмульсии
6.2 .1. Термическое обезвреживание загрязненных вод
6.2.2.Распределение нагрузки и обезвреживаемой влаги между агрегатами
6.3.Экономическая оценка изменения качества обводненного жидкого топлива
Основные выводы
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Сжигание жидких углеводородных топлив обеспечивает в настоящее время получение преобладающей части энергии, потребляемой на земном шаре. По своим технико-экономическим и экологическим преимуществам жидкое топливо уступает только газу и в настоящее время широко используется в стационарной промышленной и транспортной энергетике. Это делает обоснованным поиск решений, направленных на совершенствование процессов сжигания этих топлив в топочных устройствах и различных камерах сгорания. В процессе поиска таких решений особое внимание должно уделяться экологическим аспектам сжигания жидкого топлива.
Основным источником получения жидкого топлива является нефть. Ценность нефти заключается не только в использовании ее для получения светлых продуктов и топлива, но и в использовании ее в качестве сырья для производства других химических продуктов и материалов. В связи с этим углубилась переработка нефти, и расширилось ее использование в нефтехимической, химической, микробиологической и других отраслях промышленности и наметилась тенденция замены маловязких видов жидкого топлива на более вязкие и «тяжелые» остаточные продукты нефтеперегонки - мазуты. Ухудшения свойств жидких энергетических топлив следует ожидать и в связи с ожидаемым освоением нетрадиционных источников углеводородного сырья - тяжелых высоковязких нефтей и природных битумов с ухудшенными физико-химическими свойствами [227].
Эффективность использования жидких энергетических топлив во многом определяется соответствием их характеристик требованиям потребителей. Однако, сравнение свойств и характеристик топочных мазутов и других видов жидких энергетических топлив [28, 120], показывает, что переход энергетики на сжигание мазутов марки М-200 и других более вязких тяжелых топлив вызовет дополнительные труд-

сии на горячей поверхности [248, 249]. При этом было отмечено три типа поведения эмульгированных водой топлив: 1)отсутствие видимого влияния воды при нагреве капель эмульсии легкокипящих топлив [163, 250]; 2)существенное увеличение начального размера капель эмульсии на стадии термической подготовки с последующим резким уменьшением размера и сгоранием без взрывного разрушения топливной оболочки [54, 75] и 3)микровзрывное разрушение капель эмульсии [74-76, 230, 243, 249, 269, 270].
Из работ [67, 76, 158] следует, что различия в поведении капель эмульсии и безводного топлива определяются также тем, что аккумулирование тепла водой и последующий расход тепла на испарение задерживают прогрев капли эмульсии в процессе термической подготовки и тем самым замедляют процессы крекинга тяжелых углеводородов в жидкой фазе, а вскипание мелких капель воды не приводящих к микровзрыву или рост парового пузыря в относительно крупных каплях воды изменяют внутренний объем, вследствие чего усиливаются процессы диффузионного перемешивания топливных компонентов, что способствует в определенной степени перемещению легких фракций к поверхности и их испарению [269].
Сравнение размеров частиц кокса после сжигания мазута [67] и водомазутной эмульсии, приведенное в работах [263, 266], показало, что при сжигании эмульсии с определенным дисперсным составом капелек воды размеры коксовых частиц уменьшаются в 6-ьЮ раз.
Если в первых работах [54, 74-76, 230, 243, 245, 270] по сжиганию ВТЭ связь между эффективностью сжигания и дисперсными характеристиками водной фазы не устанавливалась и эмульсии условно делились на высококачественные с размерами капель воды до 10 мкм и менее качественные с размерами частиц от 20 до 50 мкм [74-76], то в дальнейших работах необходимо отметить крайние под-