Реферат по предмету "Технология"


Диспергаторы для водотопливных эмульсий

Обзор существующих диспергаторов для приготовления водотопливных эмульсий. Экономичность и экологическая безопасность работы жидкотопливных тепловых установок очень актуальны. Эффективным средством решения этих задач служат топливные эмульсии (ТЭ): вода - мазут, вода - дизельное топливо, вода - мазут - угольная пыль.
Содержание воды в топочном мазуте во многих случаях существенно превышает предельно допустимые значения (вместо 1,5% по ГОСТу, фактическая обводненность мазута при зимних поставках доходит до 35%!). Из-за того, что плотности мазута и воды мало отличаются, вода не оседает на дне емкости, а располагается неравномерно слоями в массе топлива. Это приводит к срыву факела и затуханию форсунок, а иногда вообще не удается зажечь форсунку. Попытки вторичного пуска котлоагрегатов сопровождаются сильными хлопками и разрушением топок вследствие накопления в них горючих газов. Способ осушения мазута испарением воды энергоемок и влечёт потерю летучих компонентов топлива. Вот почему обезвоживание выполняется преимущественно путем отстаивания. Разделение фаз мазут-вода в накопителях-отстойниках требует длительного времени и малоэффективно (плотности мазута и воды близки). Проблема утилизации или очистки таких вод сопряжена с большими затратами. При сжигании ТЭ достигается существенный экономический эффект, повышение КПД котла и снижение вредных выбросов в атмосферу. Особенно это актуально для водомазутных эмульсий (ВМЭ).
Наибольший экономический эффект и снижение выбросов обеспечивает добавление в топливо 15…20% воды, а наибольший эффект в части утилизации загрязненных органическими продуктами вод реализуется при уровне водной фазы до 50%. Обеспечивается возможность сжигания некондиционных высоковязких и сильно обводненных мазутов. В качестве водной фазы можно использовать загрязненные промышленные стоки предприятий. При повышении содержания воды в эмульсии свыше 25 объёмных %, качественные показатели горения снижаются по сравнению с горением чистого топлива. Однако если учесть, что процесс сгорания ТЭ достаточно стабилен при более высоком содержании воды (до 40-50%) в зависимости от вида топлива, открывается возможность уничтожения (огневого обезвреживания) жидких стоков производства. При этом стоки, даже если они не содержат горючих веществ, можно использовать в качестве водной фазы в мазутных эмульсиях и сжигать их, имея основной задачей именно их уничтожение, а не теплофизические параметры процесса. Использование водно- мазутной эмульсии позволяет повысить коэффициент сжигания топлива, сэкономить мазут и уменьшить вредные выбросы сажи, NОи СО в атмосферу. Механизм этого эффекта объясняется следующим. Топливо, поступая в горелку, распыляется форсункой. Дисперсность (размер капель) мазута составляет порядка 0,1-1 мм. Если в такой капле топлива находятся включения более мелких капелек воды (с дисперсностью около 1 мкм), то при нагревании происходит вскипание таких капелек с образованием водяного пара. Водяной пар разрывает каплю топлива, увеличивая дисперсность подаваемого в зону горения топлива. В результате: - увеличивается поверхность контакта топлива с воздухом. В высокотемпературной зоне котла капля эмульсии взрывается и происходит вторичное диспергирование топлива. Возникают очаги турбулентных пульсаций. Увеличивается число мелких капель топлива, что приводит к выравниванию температурного поля топки с уменьшением локальных максимальных температур и увеличением средней температуры в топке; - повышается светимость факела (благодаря увеличению поверхности излучения); - существенно снижается недожог топлива при предельно малом коэффициенте избытка воздуха, что позволяет уменьшить теплопотери с отходящими газами . - в факеле происходят каталитические реакции, ведущие к уменьшению вредных газовых выбросов.
Возможность снижения количества вдуваемого воздуха при сжигании ТЭ весьма важна, поскольку КПД котельного агрегата при уменьшении коэффициента избытка воздуха на 0,1% увеличивается на 1%. Время пребывания капель в топке возрастает за счет удлинения их траектории в процессе турбулентного перемешивания, увеличивается удельная реакционная поверхность капель топлива. Скорость сгорания топлива в виде мелких капель увеличивается и сопровождается образованием очень малого количества сажи (разрушаются смолисто-асфальтенновые включения в топливе). Факел горящего эмульгированного топлива сокращается в объеме, становится прозрачным. Температура уходящих газов уменьшается по сравнению с обезвоженным мазутом на 30-35°С. Изменение параметров процесса горения и состава уходящих газов свидетельствуют о повышении эффективности использования топлива. Находящаяся в составе ТЭ водная фаза может быть частично диссоциирована в ходе окисления топлива. Затем, по мере повышения температуры в фазе активного сгорания, реакция диссоциации воды ускоряется. Образующийся при диссоциации избыток атомов водорода быстро диффундирует в область с избытком кислорода, где их реакция компенсирует затраты энергии на диссоциацию воды. Участие в реакции горения дополнительного количества водорода приводит к увеличению количества продуктов сгорания. Молекулы воды ускоряют ход реакций в окислительных процессах и вследствие возникновения полярного эффекта, существенно улучшающего ориентацию активных радикалов топлива. Качественно приготовленная водно-топливная эмульсия имеет заметно меньшую вязкость, чем чистый мазут, поэтому облегчается процесс перекачки топлива. Еще одним важным фактором, характеризующим эффективность использования ТЭ, является повышение эффективности и долговечности топочного оборудования. По некоторым данным перерасход топлива из-за загрязнения поверхностей нагрева в котлах частицами сажи и кокса может превысить 30%-35%. При сжигании эмульсии часть капель долетает до поверхностей нагрева и взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и очистке этих поверхностей от старых отложений сажи.
Важным фактором, определяющим эффективность использования ТЭ, является возможность решить ряд экологических проблем. Сжигание ТЭ сокращает выход в газовых выбросах NОх (примерно на 50%), примерно в 3-4 раза снижает выброс сажистых отложений, уменьшает выход СО в среднем на 50%, бенз(а)пирена в 2-3 раза и т.д. Длинные молекулярные цепи в топливе становятся более короткими. Приготовление водотопливной эмульсии с добавлением солей кальция, и ее последующее сжигание позволяет уменьшить в дымовых газах концентрацию окислов азота в 2-5 раз, концентрацию сернистого ангидрида в 2-3 раза, оксида углерода в 2-2,5 раза. Происходят глубокие структурные изменения в молекулярном составе углеводородов, уменьшение размеров асфальтенов, карбенов, карбоидов до 2-3 мкм.
Приготовление ТЭ и, в частности, ВМЭ, осуществляется путём диспергирования топлива с посмощью специальных аппаратов – диспергаторов. Существующие диспергаторы можно отнести к следующим основным типам. I «Пассивные» струйные диспергаторы Являются устройствами статического типа (не имеют движущихся частей). Созданы в восьмидесятых годах прошлого века и являются морально устаревшим оборудованием. Однако их ещё и сейчас рекламирует ряд фирм из Московской областей, Украины и Белоруссии . Подразделяются на две группы – 1)На основе струйных эжекторов и 2)Прочие.
Пример кавитатора первой группы, производства Украины (http://intrek.com.ua/products/emulsification_device/ ):
Кавитатор – эжектор малоэффективен и требует многократной прокачки среды (более пяти раз) для получения хорошего диспергирования. Примеры кавитаторов второй группы: 2.1 «Гомогенизатор - диспергатор «КЭМ» (Россия) (http://www.stroymat21.ru/arch.php?file_=./2004-06/newtxt.htm )
Представляет собой пакет арматурных стержней, закреплённых внутри коробчатого корпуса . Кавитация возникает при обтекании стержней с сопутствующим их разрушением. Эффективность не превышает ранее рассмотренного украинского «кавитатора». 2.2 «Кавитатор» марки «TRGA», Украина
«Кавитатор» имеет, пожалуй, наиболее примитивную конструкцию и самую низкую эффективность из всех известных (впрочем, это не мешает назначить цену за него $2500).В рекламе продавцов TRGA (http://aaa.uaprom.net/p123677-gomogenizatory-trga.html ) приводятся цифры достигаемой экономии мазута 3%, что ставит под сомнение полезность «кавитатора». Действительно, величина декларируемой экономии лежит в пределах погрешности измерения расхода в котельной (причём находится ниже величины верхнего предела этой погрешности!). Технический уровень «кавитатора» TRGA можно представить себе из следующего фото http://waste.com.ua/temp/ad_e220327f4d44a717036b1e760368d746.jpg :
Кроме того, данный диспергатор поразительно похож на одну старую российскую разработку(http://valer.ru/product,30282 ), на фото внизу российский аналог показан прикреплённым к фланцу центробежного насоса:
II Роторно – пульсационные аппараты (РПА) Представляют собой один или несколько перфорированных роторов, жёстко посаженных на валы, кинематически связанными с электодвигателем. Самым типичным и старым из продаваемых на российском рынке отечественных диспергаторов такого типа, являетя «Сирена гидродинамическая низконапорная СГД-3Г» производства Златоустовского машиностроительного завода(фото с сайта http://www.zlatmash.ru/?cat=products&page=dispergator&id=141 ) Разработанный свыше двадцати лет назад и не совершенствовавшийся с тех пор, данный РПА, устарел морально. Но хуже всего то, что он имеет не только малую производительность, но и низкую эксплуатационную надёжность. Малая производительность обусловлена ограничениями на диаметр ротора в связи с необходимостью динамической их балансировки (вал расположен горизонтально!). Низкая экплуатационная надёжность обусловлена непреодолимыми органическими пороками конструкции – не выдерживают сальники, а ротор и статор должны иметь очень небольшие зазоры между собой (иначе ни один РПА эффективно не работает!). А мазут на практике содержит твёрдые загрязнения, что часто заклинивает ротор и влечёт выход из строя сальников и поломку электродвигателя при заклинивании роторов.

Сирена гидродинамическая низконапорная СГД-3Г Этот же аппарат продаётся также одной фирмой из города Миасс Челябинской области под маркой РАФ. На Дальнем Востоке продаётся очень похожий аппарат(http://www.sdtechno.ru/catalog/41?idnews=7), см. фото внизу:
III Диспергатор принципиально нового ( ВОЛНОВОГО) типа . Фото и принципиальная конструктивная схема приведены ниже. Данная конструкция (защищённая патентами РФ на изобретения и промышленный образец) лишена недостатков перечисленных выше аналогов. Волновой диспергатор является промежуточным типом между «кавитаторами» статического типа и РПА. В работе волнового диспергатора используются сразу четыре метода физического воздействия на жидкости - интенсивная турбулизация, кавитационное воздействие, гидроудары высокой амплитуды прямого типа, а также трибостатический эффект.

Фото1
Волновой диспергатор

Схема конструктивного устройства Данная защищённая многими патентами РФ на изобретения и промышленный образец Конструкция лишена недостатков перечисленных выше аналогов. Волновой диспергатор является промежуточным типом между «кавитаторами» статического типа и РПА. Диспергация осуществляется за счет энергии потока жидкости, принудительно прокачиваемой насосом через аппарат. В аппарате на неподвижной оси установлены два ротора - турбины (активатор и генератор). Ось расположена вертикально, роторы стабилизируются за счёт гироскопического эффекта, поэтому не требуются малые зазоры между осью и ступицами роторов, отпадает необходимость в радиальных подвижных уплотнениях – сальниках, являющимися бичами всех РПА. Турбина - генератор выполнен по принципу Сегнерова колеса. Прокачиваемая жидкость обеспечивает вращение роторов во встречных направлениях. При этом генерируются циклические гидроудары (путем перекрытия генератором выходов вихревых камер активатора). В камерах ротора - активатора возникает и поддерживается процесс образования кавитационных пузырьков, которые в дальнейшем (при повышении гидростатического давления) схлопываются. Схлопывание пузырьков сопровождается интенсивными ударными волновыми процессами с возникновением локальных зон сверхвысоких давлений и температур и кумулятивного (остронаправленного) ударного воздействия на участки жидкости, окружающей зону схлопывания кавитационного пузырька. Кавитационный процесс реализован таким образом, что все ударно-волновые явления происходят непосредственно в потоке жидкости, не затрагивая материала корпуса и элементов конструкции, чем обеспечивается отсутствие кавитационной эрозии и долговечность диспергатора.
В процессе прямых гидроударов высокой амплитуды (которые генерируются при перекрытии генератором камер активатора) происходят структурные и молекулярные изменения агломератов, изначально присутствующих в мазуте, разрушение органических и минеральных примесей. Обеспечивается интенсивное перемешивание и диспергирование даже многокомпонентных несмешиваемых жидкостей (с наличием твердых включений) с образованием стойких к расслоению (не менее трёх месяцев) топливных эмульсий.
Обводнённые нефтепродукты (содержание воды 20% и выше) прокачиваются через диспергатор. В результате получается однородная СВТЭ (фото2 – эмульсия под микроскопом, цена деления 65микрон), ВОДА НЕ ОТДЕЛЯЕТСЯ даже через 10 минут обработки эмульсии на центрифуге EPPENDORF (фото3)при частоте 13 000 оборотов/мин

ФОТО 2

ФОТО 3 Это подтверждает качество СВТЭ и практическую эффективность волнового диспергатора При этом удельное энергопотребление на создание СВТЭ не превышает 0,2 кВт/т топлива.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Гігієнічні вимоги до розміщення і планування населених пунктів та житлових приміщень
Реферат Рынок ФОРЕКС юридические вопросы и практические решения
Реферат Авторские туры ведущих экскурсоводов – Марины Воробьевой и Дмитрия Кимельфельда
Реферат Terrorism Essay Research Paper Vietnam 19451975TerrorismDefinition the
Реферат Бог, человек и мир в средневековой христианской философии.
Реферат Россия в условиях Первой мировой войны и нарастания общенационального кризиса
Реферат Великие изобретения. Great Inventions
Реферат Давка на Ходынском поле
Реферат Gauguin, (Eugène-Henri-) Paul
Реферат Особенности индивидуального стиля общения студентов, будущих психологов
Реферат Технология работы с различными видами конфликтов 12 моделей конфликтов
Реферат India Essay Research Paper India Location India
Реферат Black Experience Essay Research Paper WEB DuBois
Реферат "Я научилась просто, мудро жить…". (Философские мотивы лирики А.А.Ахматовой)
Реферат Смертельная казнь как вид наказания