Основы современной малой энергетики
Впрыск воды или водомазутной эмульсии в ядро факела
Впрыск воды или ввод водомазутной эмульсии в ядро факела снижает максимальную температуру в нем и тем самым препятствует образованию термических оксидов азота. Этот способ применяется по большей части в период неблагоприятных метеорологических условий в районах с повышенной фоновой концентрацией вредных веществ. Количество впрыскиваемой в топку котла воды составляет около 10 % расхода топлива.
Этот способ снижает выбросы NОХ примерно на 25 % и одновременно снижает КПД котла приблизительно на 0,7 %. Эффективность впрыска воды в топку существенно уменьшается, если котел работает с рециркуляцией газов или в режиме ступенчатого сжигания топлива. По этой причине метод впрыска не получил широкого применения.
Выполненные исследования показывают, что для теплоэнергетики одной из технологий, направленных на защиту атмосферного воздуха и водного бассейна от выбросов различных ингредиентов (NОХ, СО, сажи, многоядерных углеводородов, нефтепродуктов и других вредных веществ), является сжигание мазута в виде водомазутной эмульсии (ВМЭ), а также природного газа с применением впрыска в топку сбросных вод.
Метод сжигания водомазутной эмульсии широко известен. В ходе исследований, посвященных этому вопросу, установлено, что для достижения поставленной задачи ВМЭ должна представлять собой однородную смесь мазута и добавляемой влаги по типу «вода - масло», в которой вода как дисперсная фаза в виде частиц диаметром несколько микрометров находится внутри топливной оболочки. Только при соблюдении этого условия и влажности водомазутной эмульсии до 20 % обеспечиваются надежное воспламенение и устойчивое ее горение с высокой полнотой сгорания. Повышенная эффективность процесса горения эмульсии (даже при предельно низком избытке воздуха) обусловлена микровзрывом ее капель из-за различия температур кипения воды и мазута. При дополнительном дроблении капель эмульсии достигается ускорение их испарения и улучшается процесс перемешивания топлива с воздухом, в результате чего, благодаря наличию в зоне горения продуктов диссоциации воды, процесс сгорания мазута существенно интенсифицируется. Для приготовления кондиционных ВМЭ требуемой влажности, дисперсности, вязкости необходимо применять соответствующие устройства - эмульгаторы.
Использование в качестве добавочной воды сточных вод дает возможность подвергнуть огневому обезвреживанию их значительную часть (сточные воды могут составлять до 20 % расхода топлива на котел). Это позволяет перевести ТЭО на малоотходную технологию (по крайней мере, путем утилизации всех сточных вод, загрязненных нефтепродуктами).
Сжигание ВМЭ приводит к снижению уровня температур в зоне максимальной генерации оксидов азота и, следовательно, к значительному (25-44 %) снижению их концентрации в дымовых газах. Более глубокого подавления NОХ можно достичь в том случае, если в качестве добавочной влаги вместе со сточными водами использовать растворы азотсодержащих веществ при соответствующей организации процесса сжигания топлива.
Фирма ИНТРЭК (Россия) разработала и реализовала на ряде ТЭО ОАО «Мосэнерго» технологию снижения количества вредных газообразных выбросов и полной утилизации вод, загрязненных мазутом.
В результате испытаний, на отдельных котельных, были сделаны следующие выводы:
1) исчезает проблема вод, загрязненных мазутом, поскольку именно эту воду эмульгируют в первую очередь, а приготовленная ВМЭ не расслаивается в процессе хранения в баках;
2) повышается надежность топливоотдачи, так как отсутствуют водяные пробки в мазутопроводах;
3) облегчается переход от сжигания газа к сжиганию мазута;
4) выбросы NОХ снижаются на 25-44 % в зависимости от конкретных производственных условий;
5) снижается выброс СО при работе с теми же коэффициентами избытка воздуха, что и при сжигании неэмульгированного мазута, или снижается коэффициент избытка воздуха при одинаковых значениях концентрации СО.
Разработанная технология, с одной стороны, позволит полностью утилизировать все сточные воды, загрязненные нефтепродуктами, а с другой стороны, улучшить состав газообразных выбросов.
