Журнал лидеров Приморского бизнеса
Ежемесячный бизнес-журнал для руководителей
Журнал лидеров Приморского бизнеса

Невозможно быть одновременно профессионалом во всех областях бизнеса. Но можно прочесть, что пишут твои коллеги из журнала, который с 1998 года выстраивает коммуникационную площадку для прямого обмена полезной информацией между руководителями.

КД-онлайн  Консалтинг   Клуб директоров   Подписка   О нас   Прайс  
Поиск
Расширенный поиск
Архив журналов
Классификатор
Регион
Консалтинг
Финансы
Внешне экономическая деятельность
Право
Безопасность
Страхование
Строительство Недвижимость
Производство
Рыбный базар
Экология и бизнес
Торговля
Сервис и услуги
Перевозки
ПроДвижение
Справочники
Телекоммуникации
Полиграфия
Наука, образование, медицина
Туризм, спорт, отдых
Ипподром
Бизнес и культура
Справочники
Адвокаты Владивостока
Адвокаты Края
Нотариусы Владивостока
Нотариусы Приморья
Выставка
Фотография
Живопись
АртМагазин
Расписания
Авиалинии
Движения автобусов

Авто-Урал
(4232) 31-92-45, 36-38-10



ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ ЭКОЛОГИИ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ


Ю.Л. Дремин, к.т.н., кафедра «Техническая механика»,
Машиностроительный факультет филиала ЮУрГУ (г. Миасс)
Источник: "Конструкции, технологии, управление в машиностроении и строительстве". Сборник научных трудов факультета "Машиностроительный филиала ЮУрГУ в г. Миассе - Челябинск, изд-во ЮУрГУ, 2007. с. 90-95

Основными проблемами экологического характера при использовании жидкого углеводородного топлива в качестве первичного источника энергии на объектах теплоэнергетики являются загрязнение литосферы сточными водами, содержащими углеводородные примеси и загрязнение атмосферы вредными составляющими продуктов сгорания (в основном оксидами азота).

Присутствие в сточных водах углеводородных составляющих объясняется наличием в исходном топливе (мазуте) подтоварной воды, объемное содержание которой может достигать 20%. Это связано с тем, что в процессе транспортирования и перегрузок разогрев мазута осуществляется подачей пара непосредственно в емкость, где пар конденсируется, в результате чего в мазуте образуются крупные водяные линзы. Присутствие в топливе водяных линз вызывает неравномерность горения (биение) и срыв факела, что может привести к разрушению котельного агрегата. Наиболее распространенный способ отделения подтоварной воды от основной массы топлива - длительное отстаивание при температуре 60-70°С - неэффективен вследствие того, что плотность тяжелых сортов мазута, большей частью используемых на объектах теплоэнергетики, близка к плотности подтоварной воды. Плотность мазута марки М100, например, составляющая 995-998 кг/м3, делает практически невозможным отстаивание.

При использовании более легких сортов мазута отстаивание топлива менее затруднительно, однако возникает проблема с утилизацией подтоварной воды, которая содержит углеводородные включения, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду.

Вторая проблема - образование оксидов азота в зоне горения - кроме увеличения экологической нагрузки снижает экономические показатели работы котельного агрегата. Оксиды азота являются эндотермическими соединениями, т. е. реакции их образования протекают с поглощением энергии. Например, термохимическое уравнение реакции образования одного моля монооксида азота NO имеет вид:

Кроме того, реакция окисления возможна с участием только атомарного азота. Для разложения одного моля азота на атомы необходимо затратить энергию в 954,6 кДж.

Таким образом, для образования монооксида NO из одного моля атмосферного азота необходимо затратить 1135,4 кДж тепловой энергии. Кроме монооксида азота в отходящих газах присутствуют оксиды и более высокого порядка (NO2, N203, N205), которые, так же, как и NO, являются эндотермическими соединениями. Тепловая энергия, затраченная на образование NOx, является энергией, недополученной энергоносителем (пар, вода), следовательно, эти энергетические затраты снижают тепловую нагрузку котельного агрегата.

Образование оксидов азота может осуществляться по следующей схеме. Часть кислорода, подаваемого в зону горения в составе атмосферного воздуха (в смешанном с азотом виде), вступает в реакцию с газообразными углеводородами, испаряющимися с поверхности капли мазута. Реакция окисления углеводородов протекает с выделением тепла, одна часть которого расходуется на нагревание энергоносителя (вода, пар) и несгоревшего топлива, а другая - на образование оксидов азота. Причем окисление азота, поскольку протекает при более высокой температуре, происходит с запаздыванием относительно начала горения капли мазута.

При повышении температуры в зоне горения происходит разложение молекул азота на отдельные атомы, которые вступают в реакцию с кислородом. Реакция же окисления углеводородов протекает так же, как и в отсутствие реакции окисления азота. Другими словами, наступает такой момент, когда в локальной области протекают две реакции окисления, что возможно лишь в том случае, когда создается дефицит паров углеводородного топлива, что является следствием ограниченности площади поверхности горения. В этом случае появляется «лишний» окислитель, т. е. окислитель, для которого «не хватило» углеводородного топлива, и в то же время создалась обстановка, способствующая реакции окисления азота.

Исключить образование оксидов азота можно, в данном случае, двумя способами. Первый - уменьшить коэффициент избытка воздуха (снизить подачу окислителя в зону горения), в этом случае уменьшение образования NOх будет сопровождаться увеличением содержания в продуктах сгорания несгоревших остатков топлива, что опять-таки снижает тепловую нагрузку котельного агрегата, следовательно, - повышает удельный расход мазута.

Второй способ - увеличение площади поверхности горения. Реализация второго способа позволяет увеличить концентрацию углеводородных паров, что создает дефицит окислителя для образования оксидов азота в зоне горения, поскольку основная часть его вступает в реакцию с парами углеводородов.

Предлагаемая технология подготовки жидкого углеводородного топлива перед сжиганием его в агрегатах теплоэнергетических установок позволяет решить сразу три проблемы:

  • полностью исключить процесс утилизации подтоварной воды;
  • значительно (примерно на 65-70%) уменьшить образование оксидов азота;
  • снизить удельный расход топлива (мазута) на 18-20%.

Данная технология основана на использовании в качестве первичного источника энергии для теплоэнергетических установок водно-топливной эмульсии (ВТЭ) взамен чистого углеводородного топлива. В исследованиях способов сжигания ВТЭ [1-3], где рассмотрены как экологические, так и экономические аспекты проблемы, предложено несколько технологических схем подготовки топлива к сжиганию.

Наиболее ощутимый результат дает использование кавитационной обработки топлива с добавками воды. В результате воздействия кавитации получается достаточно стойкая к расслаиванию топливная эмульсия с размерами частиц дисперсной фазы (воды) 5-20 мкм. Однако для более полного сгорания топлива, а, следовательно, для минимизации образования оксидов азота, необходимо привести в соответствие содержание влаги и размер частиц дисперсной фазы.

Наиболее приемлемой моделью ВТЭ представляется модель композиционного топлива (КТ). Частица полярной жидкости, имеющая малый размер, заключена в оболочку из неполярной жидкости (углеводородное топливо). В результате получена мицелла - частица композиционной жидкости или композиционного топлива. Геометрические параметры этой мицеллы можно рассчитать, основываясь на результатах, полученных в работе [4]. Толщина адсорбционного слоя (оболочки мицеллы) составляет 0,06-0,09 мкм. Объемное содержание влаги в мицелле и радиус самой мицеллы должны соответствовать отношению:

Рис. 1. Зависимость размера частицы дисперсной фазы  <br>объемного содержания влаги в ВТЭ
Рис. 1. Зависимость размера частицы дисперсной фазы
объемного содержания влаги в ВТЭ

где R и r - радиусы мицеллы и частицы дисперсной фазы соответственно;
a - объемное содержание влаги в мицелле.

Учитывая dr = R - r = 0,06-0,09 мкм, можно определить:

Представленная зависимость была просчитана для значений a от 0 до 0,4 (40%). Результаты решений даны в виде графика на рис. 1.

Вместе с тем следует принять во внимание, что мицеллы большого размера могут в конечной стадии горения являться балластом, поглощающим тепло. Это может произойти в случае полного сгорания углеводородной оболочки при недостаточности тепла для парообразования внутри мицеллы. Для оценки оптимального содержания влаги a в мазуте, а, следовательно, размера, до которого необходимо измельчать частицу дисперсной фазы, рассмотрим соотношение количества теплоты, выделившейся в результате горения оболочки, и количество теплоты, необходимое для полного испарения воды в мицелле. Количество теплоты, выделившейся в результате горения:

где p1 - плотность мазута (995-998 кг/м3);
q1
- удельная теплота сгорания мазута (38 МДж/кг).

Количество теплоты, необходимое для полного испарения капли воды:

где p2, с, Т, q2 - плотность, теплоемкость, температура испарения и удельная теплота парообразования воды соответственно.

Следует отметить, что количество теплоты Q2 должно быть значительно меньше, чем количество теплоты Q1:

Это условие необходимо для того, чтобы испарение воды и разрыв оболочки паром произошел раньше, чем сгорит вся оболочка. Только в этом случае увеличивается площадь поверхности горения. Причем, чем раньше произойдет разрыв оболочки, тем меньше вероятность образования NOx.

Приравняв правые части уравнений (3) и (4) с учетом (5) и разрешая полученное выражение относительно a, получим:

Выражение (6) просчитано при значениях k = 0-0,05. По результатам вычислений построена зависимость a(k), представленная на рис. 2.

<b>Рис. 2</b>
Рис. 2

Коэффициент k показывает, какая часть тепловой энергии, выделяющаяся при полном сгорании углеводородной оболочки, расходуется на нагревание и испарение водной фазы при данном содержании влаги.

Анализ полученных решений выражений (2) и (6) дает основание утверждать, что эффективное сжигание водно-топливных эмульсий, приведенных к виду композиционного топлива, возможно при влажности мазута до 45%. При этом существенно ухудшаются условия для образования NOx.

В настоящее время существует множество образцов оборудования, предназначенного для получения водно-топливных эмульсий. Наиболее активными режимами отличаются роторные генераторы акустического поля в жидкой проточной среде класса роторных динамических диспергаторов УГД. Основным фактором технологического воздействия на жидкую гетерогенную систему при использовании угд является акустическая кавитация. Причем конструкция угд позволяет реализовать такие режимы, при которых схлопывание кавитационных полостей происходит со скоростью, превышающей скорость звука в парогазовой смеси, заполняющей полость. В результате в жидкости образуются локальные области, в которых генерируются импульсы давления с амплитудой порядка 105МПа, измельчающие частицы дисперсной фазы до размеров 0,5 мкм и менее.

Испытания УГД-5, проведенные в условиях действующего производства в линии подачи мазута котла ДЕ14-25, показали высокую эффективность использования угд при производстве тепловой энергии. В процессе испытаний было обработано и сожжено 150 тонн обводненного мазута марки М100 и получена экономия исходного топлива 13,8% при обводненности топлива 14,6% без снижения нагрузки (паропроизводительности) котельного агрегата. Вода специально в топливо не добавлялась. В качестве дисперсной фазы использовалась подтоварная вода. Утилизация подтоварной воды традиционным способом из технологического процесса выработки тепловой энергии исключена. Кроме того, УГД выгодно отличается от аналогичного оборудования высокой производительностью. При мощности электродвигателя 11 кВт производительность составляет 25-27 м3/час. Полученная эмульсия отличается высокой стойкостью к расслаиванию при температуре хранения до 70°С.

    Литература
  • Иванов В.М. Топливные эмульсии/ В.М. Иванов - М: Изд-во Академии наук СССР. 1962.
  • Акчурин Р.Ю. Подготовка мазута к сжиганию в навигационном реакторе / Р.Ю. Акчурин, Н.А. Балахничев// Журнал «Энергетик». - 1986. - № 9. - С. 8-9.
  • Попов А.И. Уменьшение вредных выбросов при сжигании водо-мазутной эмульсии / А.И. Попов, П.В. Голубь, В.И. Ерофеева, А.К. Харитонов, А.И. Щупарский/Журнал «Энергетик».-1983.-№ 2.-С. 11-14.
  • Базарон У.Б. Исследование сдвиговой упругости жидкостей в объеме и граничных слоях / У.Б. Базарон, Б.В. Дерягин, Л.В. Булгодаев// В сб. «Исследования в области поверхностных сил». - М.: Наука. 1967.


КОММЕНТАРИИ ЧИТАТЕЛЕЙ К СТАТЬЕ:



4 Mar, 2010 18:59
Георгий
Уважаемый Александр Александрович.
Не сомневаюсь, что данная статья опубликована с разрешения автора, но ссылку на первоисточник, всё-таки, следовало бы сделать. И ещё - в научных изданиях не принято перечислять регалии авторов. Хотя журнал \"восточный базар\" и не относится к научным изданиям, но статья, представленная в нём, должна быть точной копией статьи в источнике. Даю ссылку:
Конструкции, технологии, управление в машиностроении и строительстве. Сборник научных трудов факультета \"Машиностроительный филиала ЮУрГУ в г. Миассе - Челябинск, изд-во ЮУрГУ,2007.-с. 90-95
 
6 Mar, 2010 03:58
Юрий
Благодарю Вас, Георгий Андреевич...
Не судите строго А.А.Мутаева... Статья опубликована с моего ведома, но следующую статью, если доведется, я отправлю в формате pdf, или jpg.
 
Ваш комментарий
Ваше имя:

Введите число:

Осталось знаков:700
Русское зарубежье

Опрос
Есть ли у вас свой сайт и устраивает ли вас его состояние на данный момент?
Да есть, состояние устраивает
Да есть, состояние не устраивает
Нет сайта, но хотелось бы сделать
Для ведения бизнеса мне сайт не нужен
Архив журнала в PDF-формате

Топ статей
Заполним анкету, господа!
Закон Парето может озолотить
Особенности национальной работы и эргономика
Поступление иностранных инвестиций в Приморье
История одного барреля
Услуги зарубежных страховых компаний в России
Гешефты от Нориты
Финансовый анализ предприятий в России
История русской кухни
Ипотека вчера, сегодня или завтра
Рассылка новостей
Copyright © 2002-2014 Клуб Директорв Developing by Web-Director bazar454070@yandex.ru
Hide|Show