Суспензионное топливо для мазутных ТЭС и котельных

Два обстоятельства определяют актуальность использования водно-топливных суспензий для мазутных ТЭС. Первое из них диктуется стратегическими интересами стран, энергетика которых (например, Японии) базируется в основном на нефтяных топливах, второе – экономическими задачами. В связи с увеличением глубины переработки нефти и увеличением выхода легких фракций цены на мазут растут даже при относительной стабильности цен на нефть. В настоящее время цены на мазут превышают цены на сырую нефть.

Использование суспензий из угля обычной зольности (10–12 % и более) на мазутных ТЭС и в котельных сопряжено с необходимостью их оснащения системами золо - и шлакоудаления, подобными тем, которые применяют на угольных ТЭС. Однако если зольность суспензий не превышает 5 %, системы пылеулавливания мазутных ТЭС нуждаются лишь в сравнительно небольшой модернизации. Обогащение угля до такой зольности, как известно, не требует применения дорогостоящих методов химической деминерализации или масляной агломерации. Для обогащения угля до зольности 5 % пригодны технология осаждения в циклонах с тяжелыми средами и колонная флотация.

Водоугольные суспензии как замену части мазута в промышленном масштабе применяют на ТЭС и в тепловых котельных. Особенно показательны успехи Японии. Первой фирмой, разработавшей промышленную технологию производства и утилизации угольно-мазутных суспензий, стала корпорация «Мицубиси». С 1985 г. такое топливо используют в двух энергоустановках мощностью 265 МВт каждая. На ВУС работает пилотная ТЭС мощностью 7,5 МВт при расходе топлива 3,2 т/ч. Агрегаты мощностью 60 и 100 МВт потребляют ВУС до 21 т/ч. На некоторых приморских ТЭС были модернизированы системы сжигания и золоудаления, что позволяет использовать водоугольное топливо в промышленном масштабе. Суспензию сжигают совместно с мазутом, как правило, ночью или во время значительного снижения нагрузок.

Построены и функционируют опытно-промышленные установки производства ВУС, предназначенные для замены мазута, в США, Италии, Швеции, Германии, Китае.

.

5.5. Опыт применения водомазутных эмульсий на энергетических котлах ТГМП-314 и ТГМ-96 ТЭЦ-23 ОАО «Мосэнерго»

Важной экологической проблемой является накопление сильно загрязненных нефтепродуктами сточных вод, способы очистки которых очень дороги и не всегда эффективны.

Использование сточных вод в качестве добавочной воды при изготовлении водомазутной эмульсии дает возможность подвергнуть огневому обезвреживанию их значительный объем и перевести ТЭС на малоотходную технологию.

При длительном хранении мазута происходят процессы старения с образованием высоковязких сгустков и выделением твердых карбенов и карбоидов. Это снижает химическую активность мазута и его распыляемость, что приводит к коксованию форсунок, повышению выбросов насыщенной бенз(а)пиреном сажи в атмосферу и ее интенсивному отложению на ковективных поверхностях нагрева котла.

Избежать этих негативных процессов помогают приготовление водомазутных эмульсий (ВМЭ) в емкостях хранения с помощью гидродинамических кавитационных смесителей и дополнительной обработкой мазута в гидродинамических кавитационных активаторах, установленных пред форсунками котла.

Рис. 5.4. Схема установки ГКС после насосов первого подъема: 1 – резервуар хранения мазута; 2 – насос первого подъема; 3 – ГКС; 4 – магистральнй влагомер

Исследования показали, что приготовление ВМЭ перед форсунками котла способствует деструкции коллоидных сгустков, карбенов и карбоидов, которые выступают одной из основных причин механического недожога, выбросов сажи и СО.

Эффективность применения ВМЭ обусловливается, прежде всего, их качеством, которое определяется дисперсностью. Получить эмульсии высокого качества с размером капель 1 – 3 мкм позволяет оборудование, принципы работы которого основаны на использовании явления кавитации. К такому типу наиболее эффективного оборудования можно отнести гидродинамические кавитационные смесители и активаторы высокой степени надежности и производительности.

Рис. 5.5. Схема установки ГКА перед котлом: 1 – ГКА; 2 – запорный клапан; 3 – разделительный сосуд; 4 – манометр; 5 – расходомерная шайба; 6 – отсечный клапан; 7 – задвижка с электроприводом; 8 – ремонтная заглушка

Следует отметить, что на практике не существует типовых схем приготовления ВМЭ, пригодных для эффективного использования на любом объекте энергетики. Это обусловлено тем, что при проектировании технологической схемы необходимо учесть ряд факторов и параметров, характеризующих конкретный объект внедрения. Поэтому применительно к условиям ТЭЦ-23 была разработана двухступенчатая технология эмульгирования, которая предусматривает:

– рециркуляцию мазута насосами первого подъема через гидродинамические кавитационные смесители (ГКС) для получения ВМЭ со средним диаметром капель эмульсии 20 – 30 мкм по всему объему мазутных резервуаров (рис. 5.4);

– гидромеханическую обработку ВМЭ в гидродинамических кавитационных активаторах (ГКА), установленных на мазутопроводе высокого давления непосредственно перед котлом (рис. 5.5).

В результате внедрения предложенной технологии подготовки мазута перед сжиганием были выдержаны режимные характеристики котла, несмотря на повышенную исходную влажность мазута. Увеличилась полнота сгорания мазута и снизилось загрязнение конвективных поверхностей нагрева котла. По мнению авторов разработки, наилучшим способом подготовки мазута к сжиганию, независимо от содержания в нем влаги, является его двухступенчатая обработка в кавитационном аппарате.