WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 22 |

Разработка и исследование установки приготовления композитного котельного биотоплива из отходов животноводческих ферм и нефтехозяйств

-- [ Страница 6 ] --

1.2.3. Влияние физико – химических характеристик ВМЭ как гомогенной дисперсной фазы на процессы горения Водомазутные эмульсии - дисперсные системы из взаимно нерастворимых жидкостей. В таких системах вода - одна из жидкостей (дисперсная фаза) взвешена в другой – углеводородной (дисперсионной среде) в виде капелек. Эмульсии состоящие из воды и второй жидкости, которую принято называть «масло». Так, к числу «масел» относятся мазут, бензин, керосин, бензол, масла минеральные, животные, растительные и другие неполярные жидкости, которые гидрофобны.

Можно диспергировать гидрофобную жидкость в воде, и наоборот, возможно диспергировать воду в гидрофобной жидкости, Следовательно, принципиально могут быть эмульсии двух типов: масло в воде (сокращенно м/в), где дисперсной фазой будет масло, а дисперсионной средой - вода, и вода в масле (сокращенно в/м), когда дисперсная фаза - вода, дисперсионная среда – масло [45-46].

ВМЭ обычно получают механическим диспергированием эмульгированием одной жидкости в другой сильным перемешиванием, встряхиванием, а в некоторых случаях с помощью ультразвука. Благодаря огромному увеличению поверхности раздела между двумя жидкостями, ВМЭ приобретает большой запас свободной поверхностной энергии Е и становится термодинамически неустойчивой, такая система будет стремиться самопроизвольно перейти в устойчивое состояние путем уменьшения запаса свободной поверхностной энергии. Этот самопроизвольный процесс может происходить или за счет уменьшения поверхностного натяжения или за счет уменьшения величины поверхности S, так как свободная поверхностная Е энергия связана с поверхностным натяжением и суммарной величиной поверхности уравнением:

Если понижение запаса свободной поверхностной энергии пойдет за счет уменьшения суммарной поверхности системы, это выразится в слиянии капелек жира, в уменьшении числа жировых капелек. Слияние капель эмульсии называют коалесценцией, она подобна коагуляции и быстро заканчивается расслоением системы на две отдельные жидкие фазы с минимальной поверхностью раздела.

Такое слияние приводит к разрушению эмульсии [49,52].

Понижения поверхностной энергии можно добиться и за счет уменьшения поверхностного натяжения, которого можно достичь введением в систему какоголибо поверхностно-активного вещества, способного адсорбироваться на поверхности капелек эмульсии и препятствовать их слиянию. Подобные вещества, стабилизирующие эмульсию, называют стабилизаторами или эмульгаторами. При этом суммарная поверхность системы останется неизменной, а образующаяся эмульсия станет устойчивой.

Молекулы эмульгатора, содержащие в своем составе полярные и неполярные группы (например, мыла), в адсорбционных слоях ориентируются таким образом, что полярные концы их обращены к полярной жидкости, а неполярные - к неполярной (рис. 4), при этом понижается поверхностное натяжение.

Подобные оболочки из поверхностно-активных веществ на поверхности капелек эмульсии довольно прочны и упруги. При соударении частиц они, как правило, не разрушаются - эмульсии приобретают устойчивость [6].

При некоторых условиях ВМЭ одного типа могут превращаться в эмульсии другого типа. Это явление называется обращением фаз эмульсий. Обращение фаз эмульсий можно вызвать добавлением эмульгатора противоположного типа, т. е.

изменением природы эмульгатора или длительным механическим воздействием.

Определяемая расчетным путем в соответствии с формулой Менделеева теплотворная способность водотопливной эмульсии по сравнению с безводным топливом уменьшается пропорционально увеличению доли воды. При таком походе не могут быть учтены особенности процесса сжигания ВМЭ, отличающие ее горение от горения условно безводного топлива [34,27].

Применение эмульгирования мазута позволяет повысить эффективность сжигания топлива и добиться прироста КПД котлоагрегата за счет следующих эффектов[34,49,50]:

1. Наличие в сжигаемом мазуте воды при обычном гнездовом неравномерном ее распределении в виде крупных капель, линз и др. обязательно влечет за собой падение КПД котлоагрегата из-за неравномерности горения, помимо дополнительного расхода топлива на испарение воды. Даже при сжигании среднеэксплуатационный коэффициент избытка воздуха оказывается выше оптимального на 5,5 % и среднеэксплуатационный КПД котлоагрегата падает на 0,5–1,1 %. При обводненности мазута на уровне 10%-15% КПД котлоагрегата уменьшается по меньшей мере на 2,0–3,5%. Таким образом, эффективное использование обводненных мазутов возможно лишь при условии равномерного распределения воды в мелкодисперсном виде по всему объему.

2. Как правило, сжигание мазутов ведется при заметных избытках воздуха (a = 1,2 и более), что ведет к росту потерь тепла с уходящими газами. Обычно причиной повышенных избытков воздуха является недостаточное качество распыла топлива и смешения топлива с дутьевым воздухом. Применение водомазутных эмульсий позволяет повысить качество сжигания за счет внутритопочного дробления и вести сжигание на пониженном дутье без увеличения недожога, вплоть до значений a близких к единице.

3. Поддержание близких к номинальному значений КПД теплоагрегата при работе на режимах, меньших номинального, что достигается за счет эффекта вторичного дробления капель эмульсии в топке.

4. Перевод котлоагрегата на режимы сжигания с малыми избытками воздуха ориентировочно до 100С. Это, в свою очередь, существенно уменьшает степень сернокислотной коррозии оборудования и позволяет увеличить КПД теплоагрегата за счет рекуперации тепла уходящих газов на водо- и воздухоподогревателях.



5. Использование в качестве топлива горючих отходов различных производств (например, коксохимических, нефтеперерабатывающих и т.д.), стоимость которых существенно ниже стоимости мазута. В эмульгированном виде эти отходы можно сжигать без ущерба для экологии.

6. Переход от паромеханических форсунок к механическим, что снижает расход пара на собственные нужды.

7. Гомогенизация подаваемого на сжигание мазута, обеспечивающая разрушение отдельных агрегатов и кластеров длинноцепных молекул, и эмульгирование не удаляемой доли воды в свою очередь повышает полноту и качество сжигания.

8. Увеличение количества отдаваемого теплоносителю тепла за счет меньшего загрязнения поверхностей нагрева, что позволяет поднять средний за время кампании КПД теплоагрегата.

использования водотопливных эмульсий в котельнотопочных процессах, является повышение эффективности и долговечности топочного оборудования. По некоторым зарубежным данным перерасход топлива из-за загрязнения поверхностей нагрева в котлах сажистыми и коксовыми частицами может превысить 30%-35%. При сжигании эмульсии часть капель последней долетает до поверхностей нагрева и взрывается на них, что способствует не только предотвращению отложений, но и очистке этих поверхностей от старых сажистых образований. Одной из серьезных проблем, возникающих при сжигании топочных мазутов, является большое содержание в них серы. Соединения серы уносятся с поточными газами, загрязняя атмосферу, а при использовании высокосернистых мазутов в металлургии частично переходят в расплав [76].

По данным ВТИ с целью улучшения распыливания мазута и уменьшения пневмомеханических форсунках, используют воду с параметрами 250-300 С и 60атм. На выходе из сопла форсунки среда мгновенно вскипает (подобно взрыву) и дробит мазут на капли со средним диаметром 100 мкм. Давление мазута перед форсункой 1,5-3 атм. Расход воды 0,2-0,3 кг на 1 кг топлива (20-30%).

По данным [50] при сжигании ВМЭ интенсивность подвода окислителя в реакционную зону возрастает. В результате увеличивается скорость выгорания и объем факела. Температурное поле топки выравнивается с уменьшением максимума локальных температур и одновременным увеличением средней температуры в топке, играющей решающую роль в лучистом теплообмене.

Коэффициент С/Н, определяющий сажеобразование топлив для мазута и ВМЭ одинаков (7-8) и не зависит от степени обводненности топлива.

Установлено, что излучательную способность факела определяют температура (ее средняя величина при ВМЭ больше), количество сажистых частиц и дисперсный состав - т.е. удельная плотность излучающей поверхности (сажевого облака). При применении ВМЭ она резко растет. При сжигании ВМЭ средний размер частиц сажи снижается в 1,5-2,5 раза. Во столько же раз растет излучающая поверхность [70].

1.2.4. Реологические свойства отходов животноводства (экскрементов, фекалий, навоза) Экскременты представляют собой смесь твердых и жидких выделений животных (кала и мочи) без примеси посторонней воды, остатков корма, подстилки и инородных включений Жидкие экскременты (обводненная навозная масса) представляет собой структурированную грубодисперсную систему, которая оценивается двумя реологическими характеристиками: структурной вязкостью, Пас, и предельным напряжением сдвига 0, Па.

С уменьшением влажности навозной массы ее вязкость и предельное напряжение сдвига 0 возрастают. При этом в диапазоне влажности 84-86 % значения f резко возрастают, что свидетельствует о потере свойства текучести. С возрастанием температуры значения и 0 уменьшаются, причем наиболее резко при температурах в диапазоне 5-35 С. Разрушение пространственной структуры навоза с повышением температуры обусловлено наличием в нем крупных включений, способствующих в этих условиях быстрому расслоению смеси с образованием в верхних слоях прочной корки из волокнистых частиц. У свежего жидкого коровьего навоза вязкость изменяется от 0,3 до 7,8 Пас при снижении влажности с 94,5 до 84 % [72].

Свиной навоз содержит в пять раз меньше коллоидов и его структура почти в полтора раза мельче структуры навоза крупного рогатого скота. Поэтому он имеет значительно меньшие значения предельного напряжения сдвига и вязкости.

При уменьшении влажности свиного навоза с 94 до 84 % вязкость возрастает с 0, до 1,6 Пас, а предельное напряжение сдвига изменяется от 10 до 210 Па. После хранения жидкого навоза в течение 3-4 мес. значения параметров и снижаются.

В качестве основного показателя жидкого навоза принимают его влажность (содержание в нем свободной воды), которая оказывает наиболее существенное влияние на физико-механические и биохимические свойства.

Жидкая фракция навоза окисляется плохо. Концентрация органических веществ в ней примерно в 100 раз выше, чем в хозяйственно-бытовых сточных водах. Основное влияние на свойства навоза оказывает влажность, значение которой обусловлено принятой системой его удаления. Так, влажность навоза крупного рогатого скота при механическом удалении и подстилочном содержании составляет 75-90 %, при бесподстилочном — 88-95 %, при самотечной системе — 94-96 % и при смывной — 96-98 %; применительно к навозу свиней получим соответственно 80-90, 90-95, 96-98 и 98-99 %.

Для навоза влажностью 75-80 % насыпная удельная масса в зависимости от вида подстилки составляет обычно 680-760 кг/м3.

Экскременты крупного рогатого скота содержат до 20 % сухого вещества в растворе и в виде коллоидов. Объемный удельный вес сухого вещества экскрементов - 1250 кг/м3. При влажности полужидкого навоза 92 % он практически не расслаивается. Зольность экскрементов – 1,6 %, влажность 86количество органического вещества, окисляемого биохимическим путем, не превышает 30 %. Экскременты свиней содержат 18,5 % органического вещества.

Из них 17 % сухого вещества находится в растворе, 83 % - в виде взвешенных веществ. Плотность сухого вещества экскрементов 1400 кг/м3.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 22 |
 





 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.