автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных свойств топочного мазута карбонатсодержащей присадкой

На правах рукописи

ГАНИНА ЛЮБОВЬ ВИКТОРОВНА

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТОПОЧНОГО МАЗУТА КАРБОНАТСОДЕРЖАЩЕЙ ПРИСАДКОЙ

05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КАЗАНЬ 2011

2 2 СЕН 2011

4853493

' ФГБ°У ВП°<<КЮагаЙ энергетический

Научный руководитель: кандидат химических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация:

Зверева Эльвира Рафиковна

Данилов Александр Михайлович (г. Москва)

Тутубалина Валерия Павловна (г. Казань)

ОАО «Генерирующая компания» (г. Казань)

эиертмеекий унтере™, по .™!су-^

л. 51, зал » Ученого ^^ ¿п^ ' УЛ'

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГВОУ ипп „1г государственный энергетический университет» ° <<Казанскии

С авторефератом можно ознакомиться

на сайте КГЭУ: http://www.kfWH г..

Автореферат разослан «5» сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. хим. наук, профессор

Э.Р. Зверева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

рг^тагЗ

тяжелых остатков крекинг-процессов растет те И

используется на тепловых электриЗГ^ К°Т°рЫЙ

резервного и растопочного жидкого топлива, ухудшается " °СН°ВН0Г0'

Кроме того на стадии предварительной очистки пТ Р процессе коагуляции и известков^Г приро™1Гня т^г'Т^^ В карбонатный шлам, который, с пРоизводс™еГой точки з^ния яТ^™ отходом. Данный шлам не содержит вьюокотоГсиГГ 7 ' Т°Я остаются проблемы с его складируем

шлама водоподготовки является также весьма актуальнТ ^рбонатного

. за™« 3=^ГГ„ГГ Т Ыт

- разработал, принципиальную схему дозирования 'лрвди к мазуту-

топлива» ФГБОУ ипп аиоР£,тоРиях кафедры «Технология воды и ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический

даннь«07;ГоГЬпояИ™ГбОС,,°ВаННО<ГГЬ П0ЛуЧеННЫХ экспеРиментальных „Г™ в работе подтверждается применением аттестованных меголик

ГГГоГнГГясГ " Г0СУДарСТВеННЫХ стандаРтов> а также использовалием

^гг,ггг -• — ££

.одо,™™Тх""'„Истт""< «««»»»„о™ карбонатного шлама

„„ "а зтаршетальных данных определено ™ .

(менее 9П м^ „ д и с Размером частиц менее 0,09 мм

маГяне21\?ГРНЫМ ШДеРЖаНИеМ УГЛеКИСЛ0ГО кальция «углекислой

экспеРиментальные данные обобщены ГХ

ТОпоЧнПоРм™Г ЗНаЧИМ0СТЬ- ВпеРвые предложено в качестве присадки к Ж^Гйг И— °безвоженный карбонатный шлам репорт0;0::;. С' К0Т0РаЯ Не ^ за^ат на производство и

ланм Рп1Рпб0ТаНа ТеХН°Л0ГИЧеская схема Дозирования присадки к мазуту и

— -м™ с1флгоа1 пр— ■*««*

комплекса состаапяет^месяш Ве™»™ ,™"™ «ировониога

ушеоба яг»«™!,™ Величина предотвращенного экологического

пртсадси состамяет^ 11 Э^Об ™с ЗГ В ""«"»»■

выбросы оксидов серы - 64,Обгыс. руб/год' В ^ ^ СШИМЮ 33

указаннГГ„сад^°^0ПГЬ'Х ИСПЫТаШЯХ " целесообР^ност„ внедрения филиала ОАО <<Генепип1^ °ДН0С^пенчатой схемы мазутного хозяйства ОАО ^ГК^^арий Эл и Ч^^ии»ПаНИЯ 3 ™

Основные положения, выносимые на защиту.

Экспериментально полученные данные физико'-химических показателей обезвоженного карбонатного шлама, образующегося при подготовке

питательной воды на теплоэлектростанциях.

Результаты экспериментальных исследований влияния многофункциональной присадки в виде обезвоженного карбонатного шлама на физико-химические и эксплуатационные свойства топочного мазута марки

Разработанную принципиальную технологическую схему дозирования присадки к топочному мазуту. м^иривлния

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на: XIII международной научно-технической конференции

ШсТва 2007агГГТОВ электротехника и энергети ™

кГань ' 2ПП7 М°Л0Де™ конференции «Тинчуринские чтения»

(.Казань, 2007 г.), всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов ВУЗов «ЭВРИКА-2007» (Новочеркасск 2007 г Гх аспирантско-магистерском научном семинаре (Казань 2007 г) XIV меж^народной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва 2008 г) I городской студенческой конференции «Междисциплинарные исследования в

еСТеСТНЫХ НауК>> (Казань' 2008 г-), III молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.), VI школе-семинаре ™ДмЬ'Х У™ и специалистов акад. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань 2008 X1 _аспирантско-магистерском научном семинаре (Казань 2008 г) IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань 2009 г.), научно-практической конференции студентов и аспирантов «Наука и инновации в решении актуальных проблем города» (Казань, 2009 г) V Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности энергетического оборудования» (Иваново, 2010 г )

Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 6

- в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение RU №2363722 «Присадка к мазуту». лучен патент на

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 128

страницах, содержит 19 рисунков, 27 таблиц и состоит из введения 4 глав

выводов и рекомендаций, списка литературы из 169 источников отечественных и зарубежных авторов, 7 приложений. ественных

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

_ Во введении обоснована актуальность темы диссертации сформулирована цель работы и задачи исследования, изложены на™

на защиту''3аКТИЧеСКаЯ значимость Р^оты и основные положения, вьшосимью

Amber SSR-ПЗ, Afa Е^Г Ш^ЙГ"" HYBM4'

магнезит) и отаоттш^пТ™ ШтР™ы (попоит, известняк, Согласно теплоэнергетических),

представляют nZ^nZ^T^T^"' Наибольший ««TCpec

на основе анализа л^а^нГГньГб^ГоГ3^ ТаКИМ °бра3°М' Диссертационной работы сформулированы цель и задачи

O^J^^^^^J^ 0бьектов и методов исследования, марки М100 Н™ГсГгГнт ',ЯеТСЯлВЫСОКОСеР™й ТОпочный мазут водоподготовки СнскоГтаЦ-! °беЗВ0ЖеННЫЙ Знатный шлам

пРиРодГхГГнЬ^и ct~rP°4"Ce К°аГУЛЯЦИИ И

Однако данный видшшаИИ™3реКИЯ'Мшо™» качестве вторичноГсГья ^ Д°В°ЛЬН° шиРокое применение в

тра^портировкГзасчГегообГяГ" °беСПе™ товаР«ого вида и условий Для обезвоживашя функционш^ет^ " «Г™ ^

Технологический процесс закТияЗ ° пеРеРабо™е шлама,

размалывании ^ГченГгГпооГ^ ^ ^ ' ЛеНТ°ЧН0Й С»е ■ Обезвоженный карбонатный Тлям ! Т°НК°ГО Рас™Р*ния.

используется для' ^нТрацГ'^ЛГТзГс В ВрШЯ

промышленности для приготовлеНИЯ „Р,Г В стРоительной

гипса, в смьсюыИЖ ТяShST""* РаСТВ°Р°В И "Родства энергетики шлам, обГГшиГя ™ КИСЛЫХ П0ЧВ" А в облас™

электрических ^ций^ПГГ Р УШГЧеНИИ природных вод тепловых Для решеТя пп^ Настоящего вРеме"и полезно не использовался.

эксперимен^ьн ™ ^TZZnZT " Z^ ^ бЫЛ ИС«« состава и физико«^ Экспериментальные исследования

(таблицы I „ 2) а ™ »«ВДотовки Казанской ТЭЦ-1

— ^SSKSLSSS ЖТГсвойси

б

Химический состав шлама водоподготовки КТЭЦ-1

Таблица 1

Содержание компонентов, %

Массовая доля кремнекислоты

Массовая доля окислов желечз

Сумма массовых долей кальция и магния

Сумма массовых долей меди и цинка

Массовая доля сульфатов

Массовая доля фосфатов

Фракция шлама <0,09

2,22

4,2

51,25

отс.

Потери при прокаливании

3,64

Непросеянный шлам

3,28

3,85

48,14

отс.

отс.

38,64

5,53

отс.

39,25

Физико-химические показатели шлама вoДOпoлmтíwujг^^^6ЛИЦa 2

Показатели

Гранулометрический состав, %_

Насыпная плотность, г/см3

Удельная поверхность, м2/г

<0,09

53,91

0,876

Зольность, %

Влажность, %

Растворимость в технической воде. %

4,6

82,3

0,71

Растворимость в ■ турбинном масле, %

Растворимость в трансформаторном масле, %

Растворимость в топочном мазуте, %

0,709

0,09-0,5

12,18

0,833

3,3

Размер частиц шлама, мм

0,5 -1,0

6,37

0,807

82,1

0,76

0,49

0,49

0,395

0,663

0,49

3,0

1,0-1,4 I >1,4

4,99

0,768

2,4

0,73

0,688

0,48

0,39

0,65

21,836

0,824

1,5

непросеянный

100

0,85

0,59

2,8

89,4

0,66

0,734

По результатам анализов можно сделать следующие выводы-

п " СуЛШарное ^ржание углекислого кальция и углекислого магния в обезвоженном шламе составляет не менее 85 %,

- обезвоженный шлам относится к низкодисперсному сырью (содеожание фракции <0,09 мм составляет 54 %) „ имеет развит^ уделы^ п^^оТ

- влажность обезвоженного шлама и его растворимость в воде и

нефтепродуктах не зависят от дисперсности. Р В0Де и

Ввиду того, что обезвоженный шлам водоподготовки обладает определенным химическим составом и комплексом физико-химический

Кмме тпгп° У™ЛИЗИр0ВаТЬ в качестае присадки к топочному м™ Кроме того, на данный момент накопленные объемы шлама водоподготоГки а

также его ежегодный прирост являются неограниченным ресурсом Г того

чтобы начать их массовое и планомерное применение в энер^ическойТтрГли

в качестве доступной и дешевой присадки к топочному мазуту ^

карб0"™ь|й ™ «дгтшки Казанской ТЭЦ-1 был

Г"™ ГГ "^

Определяемый показатель

Вязкость условная при 80 °С °ВУ

Температура застывания. °С

Содержание влаги, % Содержание серы. %

13,4

7,3

Калорийность низшая рабочая, кДж/кг Зольность. %

1,7

2,9

Содержание механических примесей. %

Плотность при 20 °С. кг/м3

Содержание водорастворимых кислот и щелочей

Кислотное число, мг КОН/г

39375

0,127

0,217

990

Концентрация присадки в мазуте. % (масс.1

13,3

4,8

2,64

0,5

13,2

3.6

1,5

13

2,1

39467

0,377

0,395

1014

2,51

39259

1,144

0,56

3,8

2,2

2,51

38984

1,74

1007

0,67

996

12,9

12,8

3,5

2,48

38876

2,21

0,87

993

1,7

1,8

2,45

38133

2,73

1,203

995

отсутствие

12,5

0,7

2,37

38644

3,25

1,44

1000

слабокислая

ТОПЛИВО Гл ПРПМГЧотгл о/

Мазут М100 "М100 + 0,1 %масс.

присадки М100 + 0,5 % масс, присадки

77,95±0,13

77,9110,03

78,33±0,05

Содержание. %

Н

12,0710,15

12,0410,14

11,99+0,08

6,5810,13

6,3610,2

7,0310,21

N

0,7110,11

0,8710,15

0,88110,12

. топо™ьГвд"™™"::Т,ЮГО ™ "!>» Д<»™»»>. присадки

ОднаГс«™""0Г0 Г™™"" П° к™™«="™ происходит.

«¿«гг^^п^й^" "оюрхности па1,аф""и"

«шуГ(тХГзЛ ™ " ТСи"''ра,ура исшмния точного

установлено чт^гтпи^ 0 ^ В калоРиметрической бомбе было

СНИЖСНИе С0ДерЖа"ИЯ сеРы и сгорания

гГГипа ^ п Р Увеличения концентрации присадки в мазуте

^^ Р—ие

1. Разложение соединений присадки - углекислого кальция СаС03 при I > уии с и углекислого магния М§С03 при I > 540 °С- ~

СаСОз СаО + С02Т,

0 _ Щсо3->мёо + со2Т,

2. Связывание оксидов серы, образующихся при горении мазута-

802 + 1/202 БОзТ, СаО + Б03 -> СаБОД, М§0 + 803 -> ¡У^ОД,

к™,,. М8(ОН)2 + 803 + Н20. (6)

серу З^в^ 8ГГГ ЯГ^

^^Шташ^став золы мазута сд^сапкпй Таблица5'

РоТТРПМ^яиио 1лш>пл..А.___п/ --

0) (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Кроме того, результаты испытаний (таблица 3) показали что с

увеличением массовой доли присадки в мазуте пов ноае сГегПольиость и

содержание механических примесей. Однако при этом зольныГостаток

полученный при сжигании мазута марки М100 с присадкой (рис Ы является

порошкообразным и более рыхлым и может легко удГятьсяс повепхно^й

нагрева под небольшим механическим воздействием или осыпаться пол

действием своего веса по сравнению с липкой золой, полученной пГсжигании мазута, необработанного присадкой (рис. 1 б). ученной при сжигании

а)

б)

Рис. 1. Пример воздействия присадки на структуру

марки Ml00

золы топочного мазута

Но согласно ГОСТ 10585-99 зольность должна оставаться минимальной а

содержание механических примесей должно быть не более 0 5 Г

кош™ присадки в

Все экспериментальные данные подвергались статистической обработке в ходе которой результаты экспериментальных исследований с учетом погрешности эксперимента были обобщены в расчетные уравнения с помГшТю

ГГГГтаЯНЫХ AdVanCCd GraPher 2'2 ™ основе регрессионнога

анализа. Расчетные уравнения и результаты экспериментальных ^следований с

ри^нкахП2°ФГН°СТИ ЭКСПеРИМ6НТа В Граф~ ™ —еГ»:

13.5 ВЫ

12.5

Рис. 2. Зависимость условной вязкости мазута при 1=80 °С (ВУ) от концентрации присадки (С) ■ - экспериментальные значения, линия - расчетная кривая: У,(х) = -0,285х+13,34, Я2 = 0,9865, а = 0,036

Рис. 4. Зависимость содержания серы (С5) от концентр, присадки (С) ■ - экспериментальные значения, линия - расчетная кривая-У3(Х) = 0,03х2-0,2Х+2,68 Я2 = 0,86; а = 0,05

Рис. 3. Зависимость зольности (А)

от концентрации присадки (С) ■ - экспериментальные значения, линия - расчетная кривая-У2(х) = 0,07х3 - 0,55х2 + 2,09х + 0,16 Я = 0,998, а = 0,051

Рис. 5. Зависимость содержания механических примесей (Смех) от

концентрации присадки (С) ■ - экспериментальные значения,

линия - расчетная кривая: У4(х) = -0,02х3 + 0,06х2 + 0,3 8х + + 0,29, Я2 = 0,979, а = 0,063

де У,(х) - условная вязкость при 1=80 °Г V лл ™ ,

одеожания г*™ »/ V ^ ' ' " зольность, %, У3(х) -

одержания серы, % У4(х) - содержание механических поимегей »/ У концентрация присадки в мазуте % /масс \ и2 Р Сеи' /о' х "

^стандартное отклонение ( >' * " К°эффициент Детерминации, а

_ „ри _ «

(ВтаДблица6)0ЖеНН0Г0 Карб°НаТН°Г° ШЛЗМа в°Д°"одготовки Казанской ТЭЦ-

Состав дымовых газов

Таблица 6

Содержание в продуктах сгорания, %

Кислорода

Оксида углерода (II) Оксидов азота (№У)

Оксидов серы (ЗОу)

Твердых частиц

мазут без присадки

Результаты анализа

4,6

58,2

3,8

0,04

мазут с присадкой

4,6

58,2

3,7

0,1

ппп,7 Ра30М' согласно результатам промышленных испытаний

происходит снижение содержания оксидов серы в дымовых газах на 0 6 % и

как следствие, снижение температуры уходящих газов на 5 °С и повышение КПД брутто котельного агрегата на 0,7 %. повышение

Четвертая глава посвящена разработке принципиальной схемы Дозирования присадки к мазуту. С учетом требований, предъявляемых к работе оборудования мазутного и присадочного хозяйств на ГЭС, бьша рГзработан схема дозирования присадки во всасывающий коллектор мазутныГнасосов которая приведена на рисунке 6. ? насосов

Рис. 6. Принципиальна схема дозирования присадки во всасывающий, коллектор мазутных насосов

на всас мазутных

Питатель 1 обеспечивает подачу присадюГТа виброгрохот 2

—НЫЙ ДЛЯ °ТСеИВаНИЯ ЧаСТИЦ "Рисадки с размером бо'лее 90 мкм

мТпГаГтсТ™ П°ДаеТСЯ В 6УНК6Р Д°3аТ°Ра ,5- °™УЛа вытягивается движется 1На весоизмерительный транспортер 4, лента которого

движется с постоянной фиксированной скоростью. Сигнал с ^«измерительного преобразователя 7, пропорциональный массе материна на ленте транспортера 4, подается через сумматор 8 на вход регулятора "

12

сравнивается с сигналом задатчика расхода массы 9 Сигня „

=7

преобразователя частоты 12 отсутствуеЛ скопп^ 4 ИГНаЛ "3 ВЫХОДе равна заданной Пп« „„ отсутствует и скорость движения транспортера 4

нггэз&'ЭЕйв-

остается по величине неизменным ^! 3 ВХОДе сУммат°Ра 8

сыпучего материала НеИЗМеННЫМ и °беспечивает заданный расход массы

проводился дм „„„„„„Г,,. эффективности перемешивания

убитых ™" ,™Рк ГГ" ю —» ТР™" "°ПаС,,",И " ""О"™

для ирнгоименга с^пеизии „Г„„ м тл Г Ра""™ь"' да,1,,ых

которой составляет 0 5 % г присадко«, массовая дол,

мешалкой, б „п,™* 1,Г с турбинной

«ром '

пГ оГи^Гф^алГ п^—;у:-ТГ

Для корректной экономической оценки эсЬЛеетивнпсги „1» ыс. руб./год при капитальных затратах 1382 26 тыс пГ„„ '

с^гВ—^В

апитальных затрат изменяется пт 4 л „ индекс доходности

атмос!™ГнбЫЛ "Р0ВеДеН Ра°ЧеТ пРВД°таРащенного экологического ущерб рГ/1Р т Земель"ым РесУРсам> который суммарно составил ц£ю£с

карбонатного шлама водоподготовки ТЭС на котлах ТТМ-8№

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

топоч ем?— В КаЧеСТВе Д0СТуШЮЙ "функциональной присадки к

^пГотовки ^Г ГП0ЛЬ30ВаТЬ обезвоженный карбонатный шлам водоподготовки ТЭС с размером частии менрр оп „

содержанием углекислого кальция и углектелого магния не^ме^85 %1Ма''НЬШ

эксп™?и—" многофункциональная присадка позволяет улучшить эксплуатационные свойства топочных мазутов (снизить вязкость и застывания на 1 - 1,5 отн. о/о, содержание серьГГп З отн гГЗГ" структуру отложений) при концентрации присадки в маз£е % (м'асс Г

исслед^~ ""

Обобщить их в расчетные уравнеГя ^ °М П01?ешнос™ эксперимента

84«Б»4,'йг^^йг^г^испьгтания котельног°™

М100, необработанного присадкой РШШеНИЮ " СЖИПШИеМ МаР™

4 месяца при усло1> ~

выбросы оксидовсерь1- 64^06тыс руб/год Т0М ^ СНИЖеНИ6 П~ей за 1 ЛаптеТНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

мазутныз^хомйствдх эле^останций6/ ^Г^^адт^^^Зверев^Л^Г™8™ //

Труды Академэнерго. - 2011. - №1. - С. 55-63 Р ' ™а "

присадки 'Гм^уп3'/' Э^ТпТвТпТ "ССЛедование эффеетивности

^^ И"А' АндрЮШ„„а //

на ™

-сА ,1Тшша" т"ст"

то„„™„Лщ"а /"э Р й™ Л пТ" "'Г'*™™'0""«

ЛВ' Повышение качества топочного мазум на ГЭС / гт н т! // Материалы докладов V Всеросс. науч-поакг ,.п

эффективностиэнергегаческогооборудования» ^Ишиюво 20Ш* с ТЛГ

наука -^С^27-228<<(^5аз° ие и

10. Ганина, Л.В. Повышение качества топочных ма™™» / пп г Материалы докладов XI аспир.-магист. науч. с^ГЕ^^

промышленной безопасности. -2009. - №3-4 (43-44) - С 52 54 ™И "

элек^ос;^цТ?эрЭ'РЗвер^?Т?РГНИе В хозяйствах

Международн. симпозиума' А'Г'^аПТеВ' Л В' Г™а // Труды X энергосбережение». Л™2009. - ч 1 ^^-¿Р-Ффе^ивность „

актуальных ДГ^^К^^с^й " В

Э.Р. Зверевд1//,Трудьг ^НЗсешк^с^^™ К Панина,

хозяйствах 7лВ ГаниГаТмат^Г^ТГ^ ТеХН0Л0™й в мутных

<<СевергеОтех-2009>> ТхТ^00Т чРЗ С ^ З^Г^ К°Нф"

хозяйстве'тас^'л^В^Гани^Э^^вепемЩИХ ^^ В

о

17. Ганина, Л.В. Повышение эффективности низкосортных жидких топлив / JI.B. Ганина, Э.Р. Зверева // Труды X Всеросс. студ. научно-технич. семин. «Энергетика: экология, надежность, безопасность». - Томск, 2008. - т.З -С. 18-22.

18. Ганина, JI.B. Повышение экологической безопасности мазутных хозяйств электростанций / JI.B. Ганина, Э.Р. Зверева // VI Всеросс. школа-семинар «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении». - Казань, 2008. - С. 402-404.

19. Зверева, Э.Р. Расчет эффективности применения многофункциональной присадки / Э.Р. Зверева, JLB. Ганина // Сб. трудов XXI Межд. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях». Саратов, 2008. - т.6. - С. 21-22.

20. Ганина, Л.В. Повышение эффективности топочных мазутов / JI.B. Ганина, Э.Р. Зверева // Сб. тезисов I городской студ. конф. «Междисциплинарные исследования в области естественных наук». - Казань, 2008.-С. 11.

21. Ганина, JI.B. Изучение влияния присадки на антикоррозионные свойства мазутов / JI.B. Ганина // III Молодежи, науч. конф. «Тинчуринские чтения». - Казань, 2008. - т.2. - С. 104-105.

22. Ганина, Л.В. Улучшение эксплуатационных характеристик топочных мазутов / Л.В. Ганина, Э.Р. Зверева // Сб. трудов XIV Международной НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». -Москва, 2008. - т.З. - С. 122-123.

23. Зверева, Э.Р. Улучшение эксплуатационных свойств мазутов / Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина // Сб. конкурсных работ Всеросс. смотра-конкурса научно-техн. творчества студ. «ЭВРИКА-2007». - Новочеркасск, 2007. - С. 333335.

24. Зверева, Э.Р. Повышение технико-экономических и экологических показателей мазутных хозяйств / Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина // Энергетика Татарстана. - 2007. - №2 (6). - С. 62-66.

25. Ганина, Л.В. Повышение экологической безопасности мазутных хозяйств электростанций / Л.В. Ганина // II Молодежи, науч. конф. «Тинчуринские чтения». - Казань, 2007. - т.З. - С. 88-89.

26. Зверева, Э.Р. Способы подготовки мазута к сжиганию / Э.Р. Зверева, Л.В. Ганина // Сб. трудов XX Межд. науч. конф. «Математические модели в технике и технологиях». - Ярославль, 2007. - т.5. - С. 251-252.

Подписано к печати 23.06.2011г. Формат 60 х 84 /16

Гарнитура «Times» Ввд печати ЮМ Бумага офсетная

Физ. печ. л. 1.0 Усл. печ.л. 0.94 Уч.-изд. л. 1.0

Тираж 100 экз. Заказ № +{{()0

Типография КГЭУ 420066, Казань, Красносельская, 51

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРИМЕНЕНИЕ ПРИСАДОК К ВЫСОКОСЕРНИСТЫМ ТОПОЧНЫМ МАЗУТАМ НА ТЭС

1.1 Котельное топливо тепловых электрических станций

1.2 Назначение и принцип действия присадок к топочным мазутам

1.3 Опыт использования присадок к топочным мазутам на ТЭС 20 Выводы

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты экспериментального исследования

2.2 Методы исследования физико-химических показателей 36 обезвоженного шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ

2.3^Методы исследования эксплуатационных свойств топочного мазута марки М100 Нижнекамского НПЗ с присадкой

Выводы

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИМЕНЕНИЯ КАРБОНАТНОГО ШЛАМА ВОДОПОДГОТОВКИ В КАЧЕСТВЕ ПРИСАДКИ К ТОПОЧНОМУ МАЗУТУ МАРКИ М

3.1 Результаты экспериментальных исследований состава и свойств шлама водоподготовки Казанской ТЭЦ

3.2 Результаты экспериментальных исследований влияния присадки на 65 эксплуатационные свойства топочного мазута

3.3 Статистический анализ экспериментальных данных

3.4 Результаты промышленных испытаний присадки к топочному мазуту

Выводы

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ ПРИСАДКИ К МАЗУТУ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕЕ ВНЕДРЕНИЯ НА ОБЪЕКТАХ ЭНЕРГЕТИКИ

4.1 Разработка схемы дозирования присадки к мазуту

4.2 Определение режимных и конструктивных характеристик смесителя

4.3 Модернизация схемы мазутного хозяйства Казанской ТЭЦ

4.4 Технико-экономическая оценка внедрения дозировочного комплекса 104 присадки к топочному мазуту

Выводы

Актуальность работы

В первой четверти XXI века нефть и продукты ее переработки продолжают играть важную> роль:в энергетическом балансе мира. Свыше 3 О % добываемой нефти в процессе ее переработки? переходит в топочный мазут, основным потребителем которого являются электростанции' ш котельные. Однако В! настоящее время с ростом; объема: выпуска высококачественных нефтепродуктов и по мере углубления переработки нефти доля« прямогонного мазута в котельных топливах снижается, а доля гудрона и тяжелых остатков крекинг-процессов растет, т.е. качество мазута, который используется* на тепловых электрических станциях в качестве основного^ резервного и растопочного жидкого топлива, ухудшается.

Потребление таких высокосернистых вязких мазутов? в: качестве котельных топлив,приводит к выбросу больших количеств токсичных оксидов азота и серы. В результате образования оксидов серы повышается,температура точки росы уходящих топочных газов, что приводит к образованию серной кислоты и, как следствие, к частым ремонтам и замене- хвостовых частей котельных агрегатов из-за их коррозии; Следовательно, проблема повышения качества топочных мазутов является весьма актуальной в настоящее время.

Повышение эффективности и надежности сжигания« мазутов следует рассматривать с двух позиций: экономичности и экологичности. Достижение экономичности в сочетании со снижением образования токсогенных продуктов^ горения и уменьшением заноса плотными отложениями поверхностей1 нагрева при сжигании мазутов, особенно высокосернистых, возможно прежде всего путем интенсификации топочного процесса и управления режимом горения. Увеличить интенсивность выгорания мазута можно, совершенствуя газодинамические процессы, создавая; специальные горелочные устройства, камеры сжигания и режимы горения. При всех достижениях на этом пути существуют определенные недостатки, основным из которых является увеличенное аэродинамическое сопротивление топочных устройств, требующее повышенных напоров воздуха, что вызывает увеличение расхода энергии на собственные нужды и понижает КПД котлов [1].

Другой путь повышения интенсивности сжигания жидкого энергетического топлива связан с добавлением в него специальных веществ -многофункциональных присадок, улучшающих его эксплуатационные свойства. В качестве таких присадок могут быть использованы отходы производств.

На тепловых электрических станциях на стадии предварительной очистки воды в осветлителях в процессе" коагуляции и известкования, природных вод образуется карбонатный шлам, который, с производственной точки зрения, является отходом. Данный шлам не содержит высокотоксичных веществ, однако остаются проблемы с его складированием. Традиционно* шламы водоподготовки накапливаются в шламоотвалах. При этом происходит отчуждение земельных ресурсов, создается угроза их засоления, повышается минерализация подземных вод прилегающих территорий и нарушается гидрохимический режим близлежащих водоемов. Поэтому утилизация карбонатного шлама водоподготовки является также весьма актуальной.

Целью данной работы является улучшение эксплуатационных свойств топочного мазута путем применения обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки ТЭС в качестве многофункциональной присадки.

Исходя из. анализа актуальности проблемы и поставленной' цели, при выполнении работы необходимо было решить следующие задачи: - исследовать физико-химические свойства обезвоженного карбонатного шлама и определить его дисперсность для использования в качестве присадки к топочному мазуту;

- исследовать эксплуатационные свойства топочного мазута марки Ml 00 в зависимости от содержания в нем присадки, обобщить, полученные экспериментальные данные в виде расчетных уравнений;

- разработать принципиальную схему дозирования присадки к мазуту;

- оценить экономическую эффективность внедрения дозировочного комплекса присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в научной' работе был использован эмпирический метод исследования - эксперимент. Экспериментальные исследования были проведены лично автором рукописи диссертационной работы в лабораториях кафедры «Технология воды и топлива» ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», химической службы ООО «ИЦ Энергопрогресс», Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, филиала ОАО «Генерирующая компания КТЭЦ-1», филиала ОАО «ТГК-5 Марий Эл и Чувашии».

Достоверность и обоснованность полученных экспериментальных данных в работе подтверждается применением аттестованных методик, методических указаний и государственных стандартов, а также использованием аттестованных средств измерений с высоким классом точности, прошедших периодическую поверку. Обработка полученных результатов проводилась с использованием пакетов прикладных программ Microsoft Excel и Advanced Grapher, разработка программного приложения - с использованием среды разработки Microsoft Visual Studio.

Научная новизна

Использование обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки ТЭС

- в качестве присадки к топочному мазуту. Данная присадка отличается тем, что представляет собой отход производства (5 класс опасности), который до настоящего времени в энергетике полезно не использовался.

На основе полученных экспериментальных данных определено, что в качестве присадки к мазуту целесообразно использовать обезвоженный карбонатный шлам водоподготовки ТЭС с размером частиц менее 0,09 мм (менее 90 мкм) и суммарным содержанием углекислого кальция и углекислого-магния не менее 85 %.

Экспериментально установлено, что предложенная присадка в; виде обезвоженного карбонатного шлама водоподготовки позволяет улучшить эксплуатационные свойства топочных мазутов (снизить вязкость, температуру застывания, содержание серы, коррозионную активность, улучшить структуру отложений). Полученные экспериментальные данные обобщены в виде расчетных уравнений.

Практическая значимость

Впервые предложено в качестве присадки к топочному мазуту использовать обезвоженный карбонатный шлам водоподготовки ТЭС, которая не требует затрат на производство и транспортировку.

Разработана технологическая схема дозирования присадки, к мазуту и даны рекомендации по модернизации одноступенчатой схемы мазутного хозяйства при внедрении дозировочного комплекса.

Оценена экономическая эффективность применения присадки к топочному мазуту марки М100: Срок окупаемости, внедрения дозировочного комплекса составляет 4 месяца. Величина предотвращенного экологического ущерба атмосфере и земельным ресурсам в случае внедрения предлагаемой присадки составляет 1199,06 тыс. руб./год, в том числе, снижение платежей за выбросы оксидов серы - 64,06 тыс. руб./год.

Получен акт об опытных испытаниях и целесообразности внедрения указанной присадки на базе одноступенчатой схемы мазутного хозяйства филиала ОАО «Генерирующая компания Казанская ТЭЦ-1», а также филиала ОАО «ТГК-5 Марий Эл и Чувашии».

Основные положения, выносимые на защиту

Экспериментально полученные данные физико-химических показателей обезвоженного карбонатного шлама, образующегося при подготовке питательной воды на теплоэлектростанциях.

Результаты экспериментальных исследований влиянияt многофункциональной присадки в виде обезвоженного карбонатного шлама на физико-химические и эксплуатационные свойства топочного мазута марки М100.

Разработанную принципиальную технологическую схему дозирования присадки к топочному мазуту.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были доложены на: XIII Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2007 г.), II молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2007 г.), всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов ВУЗов «ЭВРИКА-2007» (Новочеркасск, 2007 г.), X аспирантско-магистерском научном семинаре (Казань, 2007 г.), XIV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2008 г.), I городской студенческой конференции «Междисциплинарные исследования в области естественных наук» (Казань, 2008 г.), III молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.), VI школе-семинаре молодых ученых и специалистов акад. РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, 2008 г.), XI аспирантско-магистерском научном семинаре (Казань, 2008 г.), IV научной конференции «Промышленная экология и безопасность» (Казань, 2009 г.), научно-практической конференции студентов и аспирантов «Наука и инновации в решении актуальных проблем города» (Казань, 2009 г.), V Всероссийской научно-практической конференции

Повышение эффективности энергетического оборудования» (Иваново, 2010 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 6 - в центральных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на изобретение 1Ш №2363722 «Присадка к мазуту».

Структура и объем работы

Диссертационная работа изложена на 128 страницах, содержит 19 рисунков, 27 таблиц и состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 169 источников отечественных и зарубежных авторов, 7 приложений.

Выход

Рис. 4.2. Расчет эффективности перемешивания для пропеллерной мешалки с тремя лопастями с отражательными перегородками при dм = 0,25 м мощностью 220 МВт, 6 энергетических котлоагрегатов паропроизводительностью 1635 т/час, 2 водогрейных котлоагрегата ПТВМ-50. Основными структурными единицами КТЭЦ-1, как и любой другой ТЭС, являются топливно-транспортный цех (ТТЦ), химический цех (ХЦ), котлотурбинный цех (КТЦ) и электрический цех (ЭЦ). Топливный цех включает в себя газовое и мазутное хозяйство. Газ на КТЭЦ-1 используется в качестве основного топлива, мазут — резервного и аварийного топлива.

Мазутное хозяйство КТЭЦ-1 представляет собой одноступенчатую*схему мазутонасосной без насосов второго подъема (рис. 4.6). В схеме имеются разделенные контуры подачи мазута в котельную, циркуляционного разогрева и перемешивания мазута в резервуарах. По проекту для КТЭЦ-1 было предусмотрено строительство» мазутного хозяйства как для. основного вида топлива, поэтому мазут хранится в резервуарах в «горячем» состоянии' для предотвращения влагоотстоя, что обеспечивается рециркуляцией. Схема внутренней рециркуляции закрытая: основной резервуар — насос рециркуляции 6 марки 10НД-6х1 с подачей 450 м3/ч - подогреватель мазута рециркуляции 1 марки ПМ-13-120 с подачей 120 т/ч - фильтр грубой очистки 4

•л марки ФМ-10-120 (5 отверстий на 1 см ) - основной резервуар.

Перед подачей в КТЦ мазут проходит по второму контуру, где осуществляется его подогрев в основных мазутоподогревателях 2 марки ПМ-40-30, которые установлены вне здания мазутонасосной в» количестве семи единиц. Они имеют производительность 30 т/ч. После мазутоподогревателей гу установлены фильтры тонкой очистки 3 типа ФМ-40-30 (40 отверстий на 1 см") в количестве семи единиц, предназначенные для защиты форсунок котлов от загрязнения. Как и во всем мазутном хозяйстве, на мазутонасосной станции используется пар с параметрами I = 200 - 250 °С, р = 0,8 - 1,6 МПа. Конденсат пара поступает в колодец 8, откуда с помощью конденсатных насосов 7 подается в цех химводоочистки, где подвергается очистке от мазута, затем повторно используется в цикле станции [152].

Рис. 4.6. Принципиальная схема одноступенчатой мазутонасосной станции Казанской ТЭЦ-1: I - здание мазутонасосной; 1 - мазутные подогреватели рециркуляции; 2 - мазутные подогреватели основные; 3 - мазутные фильтры тонкой очистки; 4 - мазутные фильтры грубой очистки; 5 - мазутные насосы основные; 6 - мазутные насосы рециркуляции; 7 - конденсатные насосы; 8 - конденсатные баки

101

Оборудование мазутонасосной предназначено для надежной, бесперебойнойшодачиктоплива в топки котлов в необходимом количестве и при рабочих параметрах: температура мазута - 120 °С; влажность мазута не более -5 %; содержание серы; не: более - 2,5 %; давление- мазута; в напорных

• ' 'У ~ ' 1 магистралях не: менее - 35 кгс/ см"; вязкость, мазута - 2,5 °ВУ. Перечень оборудования? топливно-транспортного> цеха; КШЭЩ-К приведен' в - таблице 1 приложениям 7. Развернутая« схема? мазутного? хозяйства« Казанской« ТЭЦЦ приведена,также в приложении 7.

Мазутонасосная может работать в следующих режимах: - поддержания оборудования и мазутопроводов в рабочем состоянии с целью обеспечения готовности к переводу котлов на сжигание мазута; -подачи^мазута в?к0тельную!длясжигания. .

Для поддержания режима» . работы мазутонасосной необходимо обеспечить постоянный проток мазута в. мазутном контуре мазутонасосной и котлов с целью предотвращения застывания мазута и образования парафинистых пробок по тракту. Проток должен осуществляться: горячим мазутом с температурой не ниже 70 °С.

Таким образом, для включения присадочного хозяйства в систему подготовки мазута к сжиганию следует учесть все требования, предъявляемые к работе оборудования мазутного хозяйства КТЭЦ-1. Согласно требованиям была разработана схема дозирования присадки во- всасывающий коллектор мазутных насосов (рис: 4.7). Мазут при температуре 60 -'80'* °С следует смешивать с присадкой в аппарате с мешалкой и насосами-дозаторами; 6 подавать во всасывающий* коллектор' основных мазутных насосов марки 5НС6х8 и марки НК65/35-240, предназначенных для подачи мазута с присадкой через подогреватели высокого давления и фильтры тонкой очистки на сжигание в парогенераторы.

Подача присадю

5. 6

Г* на всас мазутных насосов

Рис. 4.7. Принципиальная схема дозирования присадки во всасывающий коллектор мазутных насосов 1 - питатель, 2 - грохот, 3 - питатель, 4 - весоизмерительный транспортер, 5 - аппарат с мешалкой, 6 - насос-дозатор, 7 - силоизмерительный преобразователь, 8 - сумматор сигналов, 9 - задатчик расхода массы присадки,

10 - регулятор, 11 — электродвигатель, 12 - преобразователь частоты, 13 - источник напряжения, 14 - привод питателя, 15 - промежуточный бункер

Согласно схеме дозирования присадки во всасывающий коллектор мазутных насосов КТЭЦ-1 необходимо установить дополнительное оборудование, перечень которого приведен в таблице 4.1.