CC BY
26
В. Р. ВЕДРУЧЕНКО В. В. КРАЙНОВ Д. И. БОНДАРЕВ М. В. КОКШАРОВ
Омский государственный университет путей сообщения
топливоподготовки
И ТОПЛИВОПОДАЧИ УДК 621 182 РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ
КОТЕЛЬНЫХ, РАБОТАЮЩИХ НА ТЯЖЕЛОМ ЖИДКОМ
НА ОСНОВАНИИ ВЫПОЛНЕННОГО АНАЛИЗА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (ВКЛЮЧАЯ ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ) ПО ПРИГОТОВЛЕНИЮ ВОДОМА-ЗУТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ И ИХ СЖИГАНИЮ В ТОПКАХ ПАРОВЫХ КОТЛОВ ПРЕДЛАГАЕТСЯ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ КОТЕЛЬНЫХ ОБОРУДОВАНИЕ ТОПЛИВОПОДГОТОВКИ И ТОПЛИВОПОДАЧИ АГРЕГАТИРОВАТЬ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ БЛОКИ, ЧТО УДЕШЕВЛЯЕТ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЮ.
Надежность и эффективность работы топливной системы котельной установки на жидком топливе определяется правильностью подбора основного ее оборудования: форсунок того или иного типа, подогревателей топлива, фильтров; их техническими характеристиками и размещением (архитектурой). Однако сжигание жидкого топлива (мазута разных марок, тяжелого топлива ДТ, водомазутных эмульсий и др.) осложняется тем, что тяжелое топливо необходимо предварительно нагреть до 80 -110 °С, для чего требуется специальный привод насоса с электродвигателем и редуктором, система циркуляции топлива с фильтром и подогревателем. А для снижения эксплуатационных затрат при сокращении численности обслуживающего персонала котельных важное значение имеет агрегатирование вспомогательного оборудования в автоматизированные блоки уже на стадии его постройки на заводах-изготовителях [1-3]. Наиболее часто агрегатируется оборудование топливоподачи и топливоподготовки. В этом случае все основное оборудование в блочном исполнении устанавливается на общую раму и комплектно поставляется заказчику. Блоки окончательной подготовки и подачи топлива комплектуются стандартными, компактными и надежными в работе приборами и унифицированным оборудованием, что и обеспечивает все серийные горелки во всем диапазоне нагрузок топливом с необходимыми рабочими параметрами. На общую раму может быть установлен и эмульсатор той или иной конструкции, в т.ч. эмульсатор ОмГУПС (свид. на полезную модель № 11097) для приготовления водомазутной эмульсии (ВМЭ) [4].
Исследования эффективности сжигания водотоплив-ных эмульсий (ЕГГЭ) в различных котлах с паровыми, паро-механическими, механическими и ротационными форсунками показали [1-4], что выгорание основных компонентов неполного сгорания (СН4, Н2 и СО) происходит в 1,5 раза быстрее благодаря увеличению концентрации активных радикалов О, ОН, Н в зоне реакции. Кроме того, сокращается общая длина факела, снижается его максимальная температура на 50 °С, уменьшаются образование и выброс токсичных продуктов: оксидов азота на 20 - 55 %, сажистых частиц на 50 - 80 %, оксида углерода на 85 - 99 % и полициклических ароматических углеводородов на 60 - 90 %. В котлах иногда используются эмульсии с содержанием воды до 10 -15 % и более. При этом возможно незначительное повышение КПД котла за счет уменьшения коэффициента избытка воздуха. С увеличением содержания воды до 20 % КПД снижается на 0,6 -1,7 % [4-8].
Приготовление эмульсии в составе топливной схемы котельной возможно циклическим или непрерывным
методом. При циклическом методе приготовления эмульсии последняя накапливается в цистерне, откуда при необходимости подается к котлу. Этот метод применяют при эпизодическом использовании эмульсии. Его недостатком является необходимость установки дополнительного оборудования для поддержания стабильности эмульсии, когда ВТЭ приготавливается из дизельного топлива и воды. При непрерывном получении эмульсии ее направляют непосредственно к топливному насосу [1,10].
Для приготовления ВТЭ или ВМЭ могут применяться различные устройства: эжекционные и ультразвуковые смесители, гомогенизаторы, аппараты вихревого типа, струйные смесители и др.
Возможная схема установки непрерывного приготовления ВМЭ показана на рис. 1 [5,9]. Цистерна 1 состоит из двух отсеков: в одном I - вода, в другом II - топливо. Вода подается в цистерну по трубопроводу 10 через фильтр 11 и нагреватель 12. Топливо из расходного трубопровода 14 поступает к нагревателю 13. Топливо и вода нагреваются водой, поступающей по трубопроводу 2 системы. Дальнейший их подогрев осуществляется в цистерне, для чего в ней предусмотрена полость III. В циркуляционный контур последовательно с шестеренным насосом 9 включен эжектор 8, который выполняет функции диспергирующего и дозирующего устройства. Топливо и вода поступают в приемную полость эжектора. Выходящая из него одна часть эмульсии
Рис. 1. Схема установки непрерывного приготовления ВТЭ.
через фильтр 7, управляющий клапан 6 и эмульсиметр 5 подается по трубопроводу 4 к форсунке, а другая часть возвращается с помощью насоса к эжектору.
Перед пуском установки вода и топливо в цистерне могут подогреваться водой. Котел работает в это время на тяжелом топливе (мазуте), поступающем по трубопроводу 3. Переход на ВТЭ осуществляется после того, как ее температура достигнет 50 - 60 °С.
Количество топлива и воды в эмульсии регулируется подбором гидравлических характеристик всасывающих магистралей. Такой подбор осуществляется на стадии проектирования установки путем соответствующего распределения потерь давления в этих магистралях. Для этого в эжекторе предусматриваются дроссели необходимого сечения. Гидравлические характеристики окончательно настраиваются при работе котла на эмульсии в номинальном режиме с помощью игольчатого клапана 15.
Однако наиболее приемлемой (по результатам наших исследований [4]) для отопительных котельных представляется технологическая схема с сопловым эмульсатором, представленная на рис. 2, где обозначено; 1 - паропровод, 2 - мазутопровод, 3 - мазутные подогреватели, 4 - насос подачи мазута в котельную, 5 - эмульсатор, 6 - циркуляционный насос, 7 - бак для сбора конденсата, 8 - резервуар для хранения мазута, 9-змеевиковый подогреватель, 10-па-роводяные тепловые отходы, 11 - конденсатопроводы. Сопловой эмульсатор устанавливается перед всасывающим коллектором мазутонасосной станции. Внутри эмуль-сатора имеются сопловые насадки, через которые в поток мазута подаются перегретая вода и водяной пар. Пузырьки пара при попадании в холодный мазут конденсируются, образуя глобулы воды и отдавая часть тепла мазуту. Проходя через мазутонасосную станцию, ВМЭ приобретает необходимые дисперсность и равномерность распределения глобул (воды) в дисперсной среде (мазуте).
1
Рис. 2. Схема приготовления ВМЭ на базе соплового эмуль-сатора ОмГУПС.
Для приготовления ВМЭ могут использоваться сточные воды промышленных предприятий и самой котельной установки. Применение перегретой воды с большим содержанием солей после продувки котлов и замазученного конденсата, стоков мазутного хозяйства и промышленных установок уменьшает время метастабильного состояния и температуру кипения капли эмульсии. Реконструкция топливной схемы котельной, как показал наш опыт [4], не требует больших капитальных затрат.
В настоящее время схема приготовления ВМЭ внедрена на ряде котельных г. Омска и предприятий ЗападноСибирской железной дороги (ст. Карасук, депо Московка, ПО «Сибкриогентехника» и др.). Технические характеристики основного оборудования схемы определены в каждом случае расчетно-экспериментальными методами.
Предполагаемая унифицированная система автоматизации для варианта агрегатированного блока должна обеспечить автоматический пуск котла в работу, контроль горения
и поддержание заданной по отопительному графику температуры горячей воды на выходе из котла [2,3].
Система безопасности должна предусматривать немедленный останов котла при погасании факела, падении разрежения в топке, перегреве воды на выходе из котла сверх допустимой ■температуры (95 или 115 °С) и падении давления в питающей магистрали. При отклонении заданной температуры горячей воды на выходе из котла осуществляется плавное изменение расхода топлива, одновременно изменяется количество первичного и вторичного воздуха, что дает возможность поддерживать правильный режим горения при различных нагрузках форсунки.
Автоматический пуск котла должен осуществляться в определенной последовательности. При нормальном разрежении в топке, нормальном давлении и температуре воды ниже предельно допустимой после нажатия на щите управления кнопки «Пуск» включается подогрев мазута в топливном баке. При разогреве мазута в электроподогревателе до температуры 55 °С включается циркуляционный шестеренчатый топливный насос и по контуру циркуляции (насос - электроподогреватель - насос) начинает циркулировать мазут. Одновременно включается электродвигатель форсунки и производится продувка топки. При нагреве топлива в контуре циркуляции до температуры 90-95 "С и завершении необходимого времени продувки топки топливный блок автоматическим переключением электромагнитных клапанов переводится с режима рециркуляции на подачу топлива.
Установка автоматизированного топливного блока при наличии типового мазутного хозяйства позволяет надежно стабилизировать давление мазута перед форсункой независимо от давления в общекотельной мазутной магистрали, а топливный блок устанавливается в непосредственной близости от котла.
Агрегатирование оборудования топочного устройства наиболее полное воплощение получает у котлов малой производительности, когда удаётся создать компактный блок, включающий оборудование топливоподготовки, топливоподачи, вентилятор, а также унифицированное тарелочное устройство.
Минимальные затраты на разработку, создание и эксплуатацию подобных блоков будет иметь место при максимальном использовании стандартных и унифицированных устройств, приборов и новых технологий.
Примером агрегатированного блока оборудования топливоподготовки и топливоподачи для котельной, работающей на тяжелом топливе, является блок, разработанный английской фирмой «Хамворси» (рис. 3), где обозначено: 1 - насос форсуночный винтовой, 2 - подогреватель топлива, 3,4-фильтры на всасывании и нагнетании, 5- пульт приборов управления.
Производство таких блоков налажено в США, ФРГ, Англии, Швеции и ряде других стран.
Рис. 3. Агрегатированный блок топливоподготовки и топливоподачи английской фирмы «Хамворси».
Таким образом, поставка подобного оборудования в виде блоков на котельные при их реконструкции позволит значительно сократить сроки и стоимость монтажных работ, уменьшит площадь, занимаемую оборудованием, а также обеспечит автоматизацию управлением и регулированием, повысит культуру обслуживания котельных установок, снизит эксплуатационные расходы, в том числе и за счет высвобождения обслуживающего персонала.
ЛИТЕРАТУРА
1. ВоликовА. Н. Сжигание газового и жидкого топлива в котлах малой мощности. Л., Энергия, 1989.160 с.
2. Волков М. А., Коротеев Т. И., Волков В. А. Эксплуатация котельных установок на газообраном топливе. М., Стройиздат, 1976. 239 с.
3. Поборчий В. С., Сидоров М. И., Слуцкий Л. А., Штейнер И. Н. Газомазутные горелки и их автоматизация. М., НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1969. № 14.157 с.
4. Ведрученко В. Р, Крайнов В. В., Кокшаров М. В. Некоторые результаты испытаний парового котла, работающего на мазуте и водомазутной эмульсии // Ресурсосберегающие технологии на предприятиях Западно-Сибирской железной дороги: Матер, науч.-практич. конфер. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2001. С. 190-193.
A. Н. ИМАШОВ В. Н. МАЛЫШКИН
В. П. РАХЛИН
B. Р. ЗАХАРОВ
ФГУП "ЦКБА", г. Омск МУП "Водоканал" г. Омска
УДК 62-52:541.18.041
1. Введение
Омским МУП "Водоканал" разработана и внедрена технология подготовки питьевой воды [1], в которой коагулянт, сернокислый алюминий, исключен. Взамен его применен флокулянт ВПК-402.
Перед Центральным конструкторским бюро автоматики (г. Омск) была поставлена задача разработать и внедрить систему автоматического дозирования флокулянта (в дальнейшем - САДФ). Техническое задание предусматривало следующие основные компоненты:
• разработку системы подготовки водного раствора флокулянта;
• разработку системы автоматического дозирования водных растворов флокулянта;
• разработку системы сбора и отображения технологической информации, связанной с процессом дозирования флокулянта.
Задача успешно решена, а оборудование САДФ эксплуатируется с декабря 1999 г. в цехе водоподготовки МУП "Водоканал" г. Омска. Оборудование САДФ установлено на станции первого водоподъема "Заря", имеющей производительность 450 000 м3/сутки.
5. Лебедев О. Н., Сомов В. А., Сисин В. Д. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях. Л., Судостроение, 1988.108 с.
6. ВинтовкинА. А., Ладыгичев М. Г., Голдобин Ю. М., Яс-ников Г. П. Технологическое сжигание и использование топлива. М., Металлургия, 1998.286 с.
7. Адамов В. А. Сжигание мазута в топках котлов. Л., Недра, 1989.304 с.
8. Бепосельский Б. С. Топочные мазуты. М., Энергия, 1978. 256 с.
9. Артемов Г. А., Волошин В. П., Шквар А. Я., Шостак В. П. Системы судовых энергетических установок: Учебное пособие. Л., Судостроение, 1990.376 с.
10. Ведрученко В. Р, Кокшаров М. В., Крайнов В. В. Каталитическое воздействие водной фазы водотопливных эмульсий и мобильные схемы их приготовления Н Промышленная энергетика, № 6,1998. С. 21 - 24.
ВЕДРУЧЕНКО Виктор Родионович, профессор, доктор технических наук, кафедра «Теплоэнергетика» ОмГУПС. КРАЙНОВ Василий Васильевич, доцент, кандидат технических наук, кафедра «Теплоэнергетика» ОмГУПС. КОКШАРОВ Максим Валерьевич, преподаватель, кафедра «Теплоэнергетика» ОмГУПС.
БОНДАРЕВ Дмитрий Иванович, аспирант, кафедра «Теплоэнергетика» ОмГУПС.
2. Задачи, решаемые системой САДФ
Система обеспечивает:
• Подготовку водного раствора ВПК- 402 в ручном или полуавтоматическом режиме в соответствии с задаваемой технологом концентрацией.
• Введение флокулякга в задаваемых технологом дозах во всасывающие патрубки насосных агрегатов станции первого водоподъема в одном из двух режимов:
1. С заданной в единицу времени массой флокулянта, вводимого во всасывающий патрубок главного насоса.
2. С заданной массой вводимого флокулянта на один кубометр перекачиваемой воды любым из насосов.
• Отображение состояния технологического процесса в удобной для оператора форме.
• Ведение технологических архивов и получение ретроспективы в виде таблиц или графиков, ведение архива действий технологического персонала.
• Возможность управления ходом процесса дозирования флокулянта по системе телеавтоматики одновременно либо из диспетчерской цеха водоподготовки, либо оператором станции первого водоподъема.
• Быструю адаптацию конфигурации оборудования
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ ФЛОКУЛЯНТА
РАССМАТРИВАЕТСЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ ФЛОКУЛЯНТА, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ РЕЧНОЙ ВОДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ОБЪЕМА, ПРОКАЧИВАЕМОГО СТАНЦИЕЙ ПЕРВОГО ВОДОПОДЪЕМА. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНОГО РАСТВОРА ФЛОКУЛЯНТА С ЗАДАННОЙ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ И АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОДДЕРЖАНИЕ ДОЗЫ ВВОДИМОГО ВОДНОГО РАСТВОРА ВПК-402 ВО ВСАСЫВАЮЩИЕ ПАТРУБКИ НАСОСОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАСОСОВ ПО ДВУМ ВОДОВОДАМ.
ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭТОЙ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ЗАТРАТЫ МУП «ВОДОКАНАЛ» БЫЛИ СНИЖЕНЫ НА 1,9 МЛН. ДОЛЛАРОВ В ГОД.
