Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

• Автор: Кожевников, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Актуальность альтернативных малых автономных тепло и электрогенерирующих

установок

Проблемы отходов животноводства

Энергетический потенциал биомассы

Проблема отходов нефтепереработки

Применение мазутов

Актуальность новых подходов

Технологии подготовки топлив

Водо-мазутные эмульсии
Цель работы
В соответствии с целью поставлены следующие задачи
Объекты исследования
Методика исследований
Научная новизна работы
Практическая ценность и реализация результатов
Положения, выносимые на защиту
Апробация работы
Публикации
Структура и объем диссертации
Содержание работы
ГЛАВА 1. Обзор литературных данных и постановка задачи приготовления котельного композитного топлива на основе жидкого навоза и нсфтешламов
1.1. Основные проблемы приготовления композитных топлив
1.1.1. Механоактивация отходов биомассы сельхозпроизводителей
1.1.2. Сравнительная характеристика существующего комплекса обрабатывающего оборудования для истирания/дробления и диспергирования обводненной

биомассы
1.1.3. Гидродинамические системы гомогенизации и диспергирования водных
растворов
1.1.4. Ультразвуковые системы гомогенизации обводненной биомассы
1.1.5. Сложные волноводные излучающие системы
1.2. Котельные мазуты и водомазутные эмульсии (ВМЭ) как дисперсная среда
композитных топлив
1.2.1. Основные процессы и механизмы приготовления водомазутных
эмульсий
1.2.2. Физико-химические параметры ВМЭ согласно РД
1.2.3. Влияние физико-химических характеристик ВМЭ как гомогенной дисперсной
фазы на процессы горения
1.2.4. Реологические свойства отходов животноводства (экскрементов, фекалий,
навоза)
1.2.5. Химический состав отходов животноводства и оценка их
горючести
1.2.6. Характеристика обводненного навоза как гетерогенной дисперсной среды
1.2.7. Возможности приготовления гетерогенных дисперсных суспензий из навоза
и ВМЭ
1.3. Выводы к главе
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование гибридной смесевой установки приготовления композитных топлив
2.1. Обзор существующих типов диспергирующих устройств, их достоинства и недостатки
2.1.1. Динамические параметры гидромеханических систем
2.2. Обзор существующих ультразвуковых кавитационных аппаратов их достоинства
и недостатки
2.2.1. Хемоакустическое воздействие как фактор интенсификации химических
реакций

2.2.2. Кавитационные явления в жидкостных средах
2.3 Определение физико-химических свойств получаемого продукта
2.4. Горение котельного композитного биотоплива
2.5. Выводы к главе
ГЛАВА 3. Разработка и исследование опытно-промышленной установки
для приготовления жидких композитных топлив
3.1. Общие конструктивные особенности ОПУ
3.1.1. Принцип работы установки
3.1.2. Состав ОПУ
3.2. Конструктивные особенности первой гидродинамической ступени ОПУ
3.2.1. Устройство роторно-пульсационного (гидродинамического) аппарата (РПА)
3.2.2. Низкочастотная мпульсная акустическая кавитация образующаяся при работе
роторно-пульсационного аппарата (РПА)
3.3. Технические характеристики проточного ультразвукового диспергатора - второй ступени ОПУ
3.3.1. Проточный ультразвуковой диспергатор
3.3.2. Электроакустические преобразователи технологического
назначения (ЭАП)
3.3.3. Магнитострекционный электроакустический преобразователь
3.4. Оптимизация конструкции ОПУ и технические характеристики разработанного оборудования
3.4.1. Расчет основных узлов
3.4.2. Краткое описание ультразвукового генератора УЗГМ - 5А
3.4.3. Система циркуляции рабочей жидкости
3.5. Порядок приготовления композитного топлива
3.6. Выводы к главе
Глава 4. Разработка методики экспериментальных исследований композитного
котельного биотоплива
4.1. Методика приготовления проб для микроскопических исследований
плотностей воды и топлива, вязкость топлива, размер капель воды в топливе. Поскольку плотности воды и мазута примерно равны, а плотность высоковязких мазутов может даже превышать плотность воды, то первый фактор практически не влияет на процесс осаждения, а в большей мере способствует стабилизации находящейся в топливе воды (рис. 7).
Рисунок 7 - Зависимость показателя Со/в от времени отстаивания водомазутной эмульсии полидисперсного состава при температуре 60° С [11]
Изменение вязкости топлива тесно связано с температурой его хранения или отстаивания в процессе подготовки к сжиганию. Для высоковязких мазутов влияние этого фактора существенно ограничивается как по техникоэкономическим показателям (высокая температура подогрева и длительность ее поддержания), так и по требованиям безопасности (возможность вспенивания и выброса обводненного мазута из резервуара). Таким образом, практически воздействовать на процессы осаждения и коалесценции водной фазы, присутствующей в мазуте, можно в основном путем изменения размеров капель воды, определяемых качеством ее диспергирования в топливе.
Оценка дисперсности воды в мазуте показала, что размеры основной массы капель воды составляют 0,5-3 мм, отдельных включений - 6-8 мм. Результаты исследований отстаивания водомазутной эмульсии с такой дисперсностью при 1=60°С приведены на рис.1 в виде зависимости показателя Со/Он от времени отстаивания, где вн и во — количество воды, введенной в мазут, и отстоявшейся, кг/кг мазута [1,2,8,9,13,38,44,45-47].
Из рис. 1.7. видно, что осаждение воды из мазута наиболее интенсивно происходит в течение первых 80-100 ч, после чего этот процесс замедляется. Было выявлено образование прослоек и крупных включений воды на разных уровнях