Научная статья на тему 'Исследование эффективности обессеривания мазута электродуговым реактором непрерывного действия'

Исследование эффективности обессеривания мазута электродуговым реактором непрерывного действия Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
275
68
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МАЗУТ / ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ РЕАКТОР / СЕРНИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ / FUEL OIL / ELECTRIC ARCS REACTOR / SULPHUR JOIN

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Липантьев Роман Евгеньевич, Тутубалина Валерия Павловна

Проведены испытания экспериментальной установки для обессеривания мазута, разработанной с целью определения эффективности данного устройства в промышленных масштабах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Липантьев Роман Евгеньевич, Тутубалина Валерия Павловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE RESEARCH OF THE EFFICIENCY OF THE FUEL OIL DESULFURIZATION WITH THE HELP OF ELECTRIC ARC REACTOR OF CONTINUOUS OPERATION

The article presents the results of the organized test of the experimental installation for the desulfurization of fuel oil, designed to determine the efficiency of the given device in industrial scale.

Текст научной работы на тему «Исследование эффективности обессеривания мазута электродуговым реактором непрерывного действия»

Липантьев Р.Е., Тутубалина В.П.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБЕССЕРИВАНИЯ МАЗУТА ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ РЕАКТОРОМ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Проведены испытания экспериментальной установки для обессеривания мазута, разработанной с целью определения эффективности данного устройства в промышленных масштабах. Ключевые слова: мазут, электродуговой реактор, сернистые соединения.

Целью работы было исследование электродугового реактора непрерывного действия, предназначенного для проведения процессов топливо-подготовки на электрических станциях, в частности, для обессеривания жидких котельных топлив (мазутов), используемых в качестве основного или растопочного топлива. Электродуговой реактор в процессе обработки котельного жидкого топлива снижает его вязкость, в результате чего улучшается его распыление форсунками, повышается текучесть и обеспечивается высокая стабильность горения в топках энергетических котлов тепловых электрических станций [1].

Присутствующие в мазутах высокомолекулярные сернистые соединения вследствие взаимодействия образуют структурированную систему с пониженной текучестью, что затрудняет подготовку мазута к сжиганию в топках котлов. Кроме того, сернистые соединения, являются коррозирующими агентами, вызывают высокую коррозию металлических поверхностей оборудования котлов. Выделяющейся при сгорании мазута серный и сернистый ангидриды способствуют загрязнению окружающей среды вредными выбросами [2].

Снижение концентрации сернистых соединений в мазуте обуславливает высокую стабильность и полноту сгорания, хорошую распыливае-мость его форсунками за счет снижения вязкости мазута, коррозионного воздействия на металлические поверхности котла и вредных выбросов серного сернистого ангидридов в атмосферу [2; 3]. На рис. 1 представлен вид экспериментальной установки. Устройство включает в себя: 1 - электродуговой реактор; 2 - напорный бак; 3 - линию топлива; 4 - насос байпасной линии; 5 - преобразователь электрического тока. Электродуговой реактор имеет: 6 - графитовый электрод; 7 - основание; 8 - перфориро-

ванную изолирующую решетку; 9 - неподвижный положительный электрод; 10 - неподвижный неподключенный электрод; 11 - неподвижный отрицательный электрод; 12 - крышка реактора; 13 - переливной штуцер; 14 - штуцер подачи обессеренного топлива; 15 - штуцер для выхода газа; 16 - сливной штуцер.

Рис. 1. Экспериментальная установка для удаления серы из мазута

На основании паспортных данных котла ДКВР 4/13 было составлено техническое задание на проект установки. Данный котел имеет две горелки ГМ-2, производительностью 210 кг/ч или 0,058 кг/с каждая [4].

Объем реактора = 0,0143 м . Диаметры входного и выходного отверстий равны 0,02 м. Разность высот реактора и напорного бака равна 0,415 м.

Производительность экспериментальной установки и скорость течения мазута были найдены по формулам:

С=5- || = ^ = 0,0009 м3/е, (1)

V = л/2 • д • Н = л/2 • 9,8 • 0,415 = 2,85 м/с, (2)

где р- плотность мазута, кг/м ; Р- давление, Па; Б- площадь сечения выход-

ного отверстия, м2; g- ускорение свободного падения, м2/с; Н- напор, м.

Таким образом, установлено, что для котла ДКВР 4/13 экспериментальная установка обеспечивает необходимую производительность, равную 0,828 кг/с.

В процессах обессеривания жидкого котельного топлива большое значение имеет выбор эффективной конструкции реактора, обеспечив минимальные время пребывания мазута в реакторе при минимальном тепло- и массообмене. В связи с этим, для процесса обессеривания мазута был разработан и испытан электродуговой реактор, снабжённый неподвижными и подвижными электродами, изображенный на рис. 1 [1].

Предварительно подогретый мазут, физико-химические характеристики которого представлены в таблице 1, поступая из линии топлива 3, попадает в напорный бак 2, после чего за счет разности гидростатических давлений напорного бака 2 и электродугового реактора 1 поступает по трубопроводу в электродуговой реактор 1. Для поддержания и возможного увеличения давления мазута в случае снижения его температуры до нижнего предела текучести установлен насос байпасной линии 4.

В электродуговом реакторе 1обессеривание мазута происходит в электрической дуге, вызванной колебательными движениями подвижных графитовых электродов 6, имеющих форму шарика, между неподвижными электродами 9, 10, 11 из нержавеющей стали. В электродуговом разряде под воздействием высоких температур, достигающих в искре 1500°С, происходит избирательное разрушение сернистых соединений с последующим их переходом в парогазовое состояние. На рис. 2 приведена электрическая схема подключения неподвижных электродов 9, 11 к преобразователю электрического тока 5.

Рис. 2. Электрическая схема расположения электродов

В электродуговом реакторе 1, подвергают десульфированию сернистые топлива в межэлектродном промежутке в электродуговом разряде подвижных насыпных графитовых электродов 6, расположенных над перфорированной изолирующей решеткой 8 из полимерного материала, обладающего диэлектрическими свойствами и высокой термостойкостью. При этом неподвижные электроды 9, 11 электрически соединены между собой и расположены вертикально на расстоянии, достаточном для свободного перемещения графитового электрода.

Реактор содержит четыре положительных, четыре отрицательных и четыре неподключенных неподвижных электродов из нержавеющей стали, верхние концы которых закреплены непосредственно в его крышке 12, а их нижние концы находятся над слоем подвижных графитовых частиц 6, выполняющих функцию подвижных электродов. Такой порядок размещения электродов стабилизирует микроразряды, увеличивая их в объеме, поскольку одновременно возникает множество центров параллельных и перекрестных микродуг в промежутках между соседними электродами. Более того, плотность электрических разрядов в объеме мазута увеличивается за счет образования множества электродуг не только около нижних концов токопроводящих электродов 9, 11, но и при контакте их по всей рабочей длине с взвешенными в жидкой фазе графитовыми твердыми частицами - подвижными электродами. Значительная часть

графитовых подвижных электродов 6 постоянно находится во взвешенном состоянии под действием восходящего потока мазута, поступающего в реактор снизу через изолирующую перфорированную решетку 8, которая имеет отверстия, достаточные для прохождения мазута, но меньшие размером по сравнению с графитовыми шариками 6, что исключает попадание шариков в трубопровод при остановке реактора и изолирует его основание 7 от возможного пробоя электрического тока на корпус. Установка четырех промежуточных контактирующих неподвижных электродов 10, неподключенных к токоподводу, сопутствует равномерному распределению электрических дуг по контурам в искровых промежутках токопроводящих электродов 9, 11. Наличие постоянных контактирующих электродов 10 между противостоящими основными токоподводящими электродами 9, 11 повышает кратность контактирования с подвижными электродами - твердыми графитовыми частицами 6, а, следовательно, возрастает надежность дискретной разрядки в системе.

При прохождении мазута через электродуговой реактор 1 происходит его разделение на две части - жидкую и газообразную. Жидкая составляющая представляет собой обессеренный мазут, который направляется через штуцер подачи обессеренного топлива 14 в линию топлива котла. В случае неконтролируемого расхода топлива предусмотрен переливной штуцер 13, позволяющий эффективно регулировать процесс прохождении мазута через электродуговой реактор 1. Газообразная часть имеет низкую плотность и направляется в расположенный в крышке реактора 12 штуцер для выхода газа 15, а за тем на технологические нужды при достаточной очистке.

Электродуговой реактор имеет следующие технические характеристики:!. внутренний диаметр реактора - 219 мм; 2. высота корпуса - 380 мм; 3. диаметр отверстий в решётке - 5 мм; 5. диаметр стальных электродов - 4 мм; 6. диаметр угольных электродов - 10 мм; 7. производительность реактора - 0,828 кг/с; 9. насос - НМШ 5-25-2,5/6; 10. ёмкость реактора 0,0143 м ;11. марка металла стальных электродов- Св-08X19Н10М3Б; 12. марка металла корпуса реактора - Ст3.

Местом проведения эксперимента послужила промышленная котельная завода ЖБИЗАО «Кулонстрой», расположенная по адресу: г. Казань, ул. Гвардейская, д. 53.На рис. 3 приведена принципиальная схема мазутного хозяйства предприятия ЗАО «Кулонстрой».

Рис. 3. Принципиальная схема мазутного хозяйства

Мазутохранилище служит для хранения мазута и подготовки его к сжиганию (подогрев, перемешивание) и состоит из расходных резервуаров, резервуаров мазутосклада. Резервуары объединены в одну группу-резервуары №1 и№2 расходные. Фактическая емкость мазутосклада со-

3 «-*

ставляет 30 м . Резервуары металлические, цилиндрической формы, подземного исполнения. К резервуарам №1, 2 подводятся следующие трубопроводы: мазутопровод 0 57 мм подачи мазута из приемных емкостей; всасывающий мазутопровод основных насосов 0 57 мм; паропровод подогрева мазута 0 76 мм; дренажный трубопровод для сброса конденсата 0 76 мм.

В узлах управления резервуаров имеются задвижки на трубопроводах, а также фильтры грубой очистки мазута на линии всаса основных насосов и насосов рециркуляции. Обводная линия всаса основных насосов служит для всаса мазута, минуя фильтр грубой очистки в случае загрязнения сетки фильтра и малого протока мазута.

Для оперативного контроля за работой резервуаров на них установлены следующие приборы: датчики для размера температуры мазута резервуара (с трех точек верх, середина, низ приборы выведены на щит управления); датчики для замера уровня мазута (дистанционный уровнемер выведен на щит управления); механический уровнемер местный (установлен на шахтной лестнице); звуковая и световая сигнализация повышения температуры мазута; датчики обнаружения пожара ТВР-2.Кроме того, оба резервуара оборудованы молниеотводами.

Место установки электродугового реактора в технологической схеме, приведенной на рис. 3, предполагало наличие источника электрического тока, а также подвода пара для технологических нужд. В данном случае реактор устанавливался непосредственно в мазутохранилище сразу после резервуара №1 и до насоса подачи мазута, т.е. производилась врезка в трубопровод подачи мазута. Подогретый до 40°С мазут марки М100 направляется через сливной кран в реактор. Из реактора обессеренный мазут поступает на всас подачи мазута, затем по трубопроводу направляется в котельную на горелки котла ДКВР 4/13. Физико-химические характеристики мазута М100 и результаты опытов по его обессериванию представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Физико-химические характеристики мазута М100

Показатели Численные значения Метод испытания

Условная вязкость, °ВУ при 50 °С 100,0 По ГОСТ 6258

Условная вязкость, °ВУ при 80 °С 25,3 По ГОСТ 6258

Температура вспышки не ниже, °С 125,0 По ГОСТ 4333

Температура застывания не выше, °С 25,0 По ГОСТ 20287

Плотность при 80 °С, кг/м3 978,0 По ГОСТ 3900

Содержание серы, % 4,37 По ГОСТ 3877

Таблица 2. Результаты опытов по обессериванию мазута М100 с содержанием общей серы 4,37 % в электродуговом реакторе на различном напряжении

№ опыта Напряжение постоянного тока, В Остаток серы в мазуте, % Степень обессеривания мазута

1 100 2,9 0,29

2 120 2,44 0,404

3 140 1,75 0,52

4 160 1,55 0,62

5 180 1,11 0,729

6 200 0,77 0,812

7 220 0,52 0,873

8 240 0,416 0,895

9 260 0,415 0,9

10 280 0,415 0,9

На основании данных, полученных экспериментальным путем и представленных в таблице 2, было замечено, что при достижении порога напряжения в 260 вольт степень обессеривания мазута перестает увеличиваться и колеблется в пределах 0,9±0,05. На рис. 4 показана графиче-

ская зависимость процесса обессеривания от напряжения на электродах реактора.

о4

U, В

Рис. -^Зависимость степени обессеривания от напряжения на электродах реактора

Выводы:

1. Эксперимент проводился в течении 8 часов. Лабораторные анализы показали, что на выходе из реактора при напряжении 260 вольт серо-содержание мазута уменьшилось до 0,41%, а значения вязкости и температуры изменились и составили 0,0576 м/с и 43,6 С соответственно.

2. В результате предварительного обессеривания в электродуговом реакторе мазут характеризуется низкой вязкостью, что обеспечивает его хорошее распыливание горелками в объеме топки и высокую степень сгорания. Снижение содержания серы в 13,7 раза увеличивает экологичность сжигания мазутов в топках котлов со снижением высокотемпературной и низкотемпературной коррозии.

Источники

1. Липантьев Р.Е., Тутубалина В.П. Установка для обессеривания мазута методом газификации// Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. №5-6. С. 146-149.

2. Росляков П.В., Закиров И.А. Нестехиометрическое сжигание природного газа и мазута на тепловых электростанциях. М.: Изд-во МЭИ, 2001. 144 с.

3. Липантьев Р.Е., Тутубалина В.П. Исследования работы электрических станций на сернистом и малосернистом мазутах// Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. №7-8. С. 144-147.

4. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М.: Энергопромиздат, 1989.

Зарегистрирована 24.11.2011 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.