ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Технология модернизации мазутного хозяйства котельных за счет применения технологии подготовки и сжигания жидкого топлива и отходов в виде водотопливных эмульсий (дисперсное топливо).

Рекомендуемая область пременения

ТЭК, теплоэнергетика, ЖКХ

Назначение, цели и задачи проекта

Повышение эффективности сжигания жидкого высоковязкого топ­лива и жидких нефтесодержащих отходов при использовании их в качестве топлива.

Повышение надёжности работы топливного оборудования котель­ных;

Повышение экологической безопасности котельных установок.

Использование в качестве основного топлива жидких нефтесодержащих отходов.

Повышение КПД котельных установок за счет приближения сжига­ния жидкого топлива по свойствам к природному газу.

Упрощение схемы подготовки жидкого топлива и высокообводнен­ных нефтесодержащих отходов к сжиганию.

Повышение эффективности сжигания газообразного топлива со­вместно с нефтесодержащими отходами.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время технология топливо сжигания на тепловых станци­ях, в промышленных и отопительных котельных, использующих в качестве основного топлива - мазут, несовершенна: образуется значительное количе­ство подтоварных сточных вод, загрязненных жидким топливом. Действую­щие очистные сооружения многих ТЭЦ не обеспечивают улавливание мазута и очистку большого количества подтоварных вод. Кроме этого, в отдельные периоды эксплуатации может иметь место поступление в горелочные устрой­ства сильно обводненных масс мазута или даже отдельных порций подтовар­ной воды.

Данное значительное колебание влажности отдельных порций жидкого топлива или отходов, подаваемых в топку, влечет за собой соответствующее одновременное изменение действительного расхода горючей массы и коэф­фициента избытка воздуха, что неизбежно нарушает работу топки из-за за­метного ухудшения условий стабилизации топочного процесса, вплоть до полного срыва горения. При последующем пуске котла возможны хлопки.

Увеличение обводненности сжигаемых мазутов или нефтесодержащих отходов при обычном гнездовом неравномерном распределении в них воды чаще ведет за собой падение КПД котлоагрегата: даже при сжигании мазута с допускаемым содержанием воды 5% при подогреве его «острым паром» среднеэксплуатационный КПД котлоагрегата падает на 0,5-1,1 %.

Попытки удаления воды путем отстаивания не достигают цели: так как плотность тяжелых марок мазута или нефтесодержащих отходов мало отличается от плотности воды так,  например, для мазута «М-100» плот­ность может достигать 1015 кг/м^З при 20 ⁰С. Не отстоявшаяся вода располага­ется послойно, скапливаясь,  в основном  в нижних слоях резервуара -мазутохранилища.

Трудности разделения смеси «вода-нефть» определяются не только этими факторами. При непрерывной циркуляции жидкого топлива по схеме «резер­вуары мазутохранилища - мазутонасосная станция - котельный цех - ре­зервуары мазутохранилища» происходит грубое перемешивание мазута с во­дой, в результате чего образуется устойчивая грубодисперсная эмульсия ти­па «вода-масло», так как в нефти и ее продуктах имеется значительное коли­чество природных эмульгаторов. Образование мелких частиц водной фазы, к тому же покрытых плотной нефтяной пленкой (оболочкой) в значительной степени затрудняет выделение воды из нефти (мазута). Поэтому многие из­вестные методы обезвоживания подобных смесей (термические, термохими­ческие, центрифугирование, выпаривание) в большинстве случаев малоэф­фективны из-за низких технико - эксплуатационных и экономических показа­телей: высокой стоимости обезвоживания, превышающей для отдельных ме­тодов 25% стоимости товарного мазута, сложности и малой производитель­ности установок.

Подтоварные сточные воды промышленных и отопительных котельных, как правило собираются и вывозятся на специальные полигоны, где обезво­живаются далеко несовершенными способами. На их транспортировку и обезвреживание предприятие ежегодно затрачивает десятки тысяч рублей.

Развитие способов и средств топливоподготовки свидетельствуют о том, что высокоэффективного сжигания обводненных топлив можно добиться пу­тем их преобразования в однородные тонко дисперсные водотопливные эмульсии.

Выполнение этого условия позволяет поддерживать на неизменном уровне тепловую мощность топки и вести топочный процесс не только с постоянным коэффициентом избытка воздуха, отвечающим фактической влажности водотопливной эмульсии, но и обеспечить некоторое снижение его за счет более благоприятных условий распыления, дробления, испарения, воспламенения и горения эмульгированного топлива по сравнению с «сухим» товарным ма­зутом.

Как показывают экспериментальные исследования и практический опыт, эмульсии получаются при широком диапазоне содержания дисперсной фазы, от самых незначительных количеств до очень большого содержания этой фа­зы в дисперсной среде.

Предлагаемый проект, реализует возможность использования обводнённого жидкого топлива и отходов в виде водотопливных эмульсий (дисперсное топливо) и огневого обезвреживания нефтесодержащих отходов при сжигании газообразного то­плива.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Модернизация мазутного хозяйства заключается в установке дискрет­ных смесителей-эмульсаторов в мазутном хозяйстве котельных. В основе схемы приготовления водотопливных эмульсий - локальные смесительные устройства на основе роторно-пульсационных аппаратов и смесителей с неподвижными частями; получение однородной эмульсии типа жидкое топливо-вода. Диаметр капель воды в капле жидкого топлива имеют оптимальный размер, который необходим для обеспечения явления микро­взрыва при сжигании. Данное необходимое условие обеспечивают роторно-пульсационные аппараты конструкции ЗАО "РЭС" (Смесители - эмульсаторы).

В основе принципа сжигания жидкого топлива в виде водотопливных эмульсий - явление микровзрыва капель жидкого топлива, которое возможно только лишь при определённом диаметре капель воды в капле жидкого топ­лива и является «ноу-хау», которое разработано специалистами лаборато­рии "ЭНТЭЭЛ" при КурскГТУ.

Данное явление позволяет получить вторичное диспергирование жид­кого топлива и улучшить смешение капель топлива с окислителем, что в свою очередь позволяет интенсифицировать теплообмен в топочной камере, снизить величину коэффициента избытка воздуха в горелке и уменьшить по­тери тепла с теплом отходящих газов. Указанные выше явления позво­ляют увеличить КПД котельной установки или топливосжигающего устрой­ства.

Преимущества сжигания жидкого топлива в виде водотопливных эмульсий против сжигания обычного жидкого топлива обеспечивается за счет следующих факторов:

Дискретного и могократного перемешивания жидкого топлива и воды;

рименения надёжных диспергирующих устройств;

Вторичного диспергирования капель жидкого топлива;

Снижение потерь тепла с уходящими газами;

Улучшения теплообменных свойств факела;

Улучшения перемешивания капель жидкого топлива с воздухом на входе в топочную камеру и по длине факела;

Возможность утилизации подтоварных сточных вод мазутного хозяйства;

Возможность применения в качестве добавки в жидкое топливо различных нефтесодержащих отходов.

Оптимизацией водотопливного отношения в топливе.

Принцип работы технологии.  По своей структуре жидкое топливо, кото­рое используется в котельных, является не однородным из-за присутствия в нем крупно-дисперсных включений воды (водяные линзы).

При дальнейшем использовании данного жидкого топлива в топках котлов возможно погасание факела, а в лучшем случае пульсация факела жидкого топлива. Данное явление нарушает безопасность работы котла и его остановку по причине аварийной ситуации.

Обезвоживание жидкого топлива обычным отстаиванием как правило не достигает требуемой цели и при этой технологии теряется до 20% нату­рального топлива.

За счет явления микровзрыва горящие капли и горячие дымовые газы совершают хаотичное движение. В результате их смешения с окислителем и дымовыми газами происходит усиленное перемешивание факела, быстрый прогрев топливовоздушной струи и устойчивое воспламенение свежего топ­лива.

Повышение устойчивости воспламенения свежего топлива устраняет зависимость воспламенения от колебаний нагрузки котла и технических ха­рактеристик топлива.

Усиленная циркуляция капель жидкого топлива по всему объему топ­ки и интенсивная циркуляция газотопливной смеси усиливают и выравни­вают теплообмен факела с топочными экранами, при этом выравнивается температурное поле и снижается максимальная температура в ядре горения факела и позволяет снизить избыток воздуха, что позволяет снизить потери тепла с теплом отходящих дымовых газов (q 2).

Снижение максимальной температуры в ядре факела горения и уменьшение градиента температур по сечению топки позволяет снизить об­разование выхода окислов азота, концерогенных веществ, СО, а так же улучшить теплообмен в топке котла.

Возможность сжигания в топке котла обводненного жидкого топлива позволяет упростить схему мазутоснабжения котельной и повысить надёж­ность работы котлов, снизив при этом расход жидкого топлива.

Применение на котельных предлагаемых технологий и устройств реали­зующих данную технологию позволяет повысить КПД котла или сушилки как минимум на 4-5 % за счет снижения потерь теплоты с теплом отходящих дымовых газов.

Кроме того, использование различных нефтесодержащих отходов так же позволяет значительно снизить издержки и удешевить стоимость произ­водимой тепловой энергии.

При использовании в качестве добавки к жидкому топливу различных нефтесодержащих отходов суммарно можно сэкономить основное топливо до 30 %. (см. Перечень научных работ в приложении к данному проекту).

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Исходные данные:

1. Расход мазута - 1300 т/год;

2. Стоимость мазута - 5000 руб./тон;

3. Общая стоимость вложений на котельную составит:

Стоимость смесительных устройств (смесителей-эмульсаторов) составляет - до 100.0 тыс. рублей. -    Выполнение монтажных работ составляет – 20, тыс. рублей

Выполнение пуско и режимно-наладочных в зависимости от типа котлов, количе­ства колеблется до 150,0 тыс. рублей. Итого:     270 тыс. руб.

4. Количество нефтесодержащих отходов, образующихся на предприятии в течении года, которые заменят основное топливо.

Отходы моторных масел                                   -        7,022 т/год

Отходы индустриальных масел                        -        0,549 т/год

Отходы трансмиссионных масел                      -        0,936 т/год

Водомасляная эмульсия                                    -        1,1 т/год

Всплывающие нефтепродукты                         -        67,7 т/год

Отходы от зачистки мазутных резервуаров   -        5,5 т/год

Итого:                                                                      -        82,807 т/год

5. А=0,05 - коэффициент экономии топлива при создании ВТЭ на котельной

Расчет экономического эффекта

ИТОГО                                                                                                        143,667 тон/год

Экономический эффект (Э) :

(расчет экономического эффекта котельных сделан без учета снижения платы за загрязнение окружающей среды и снижения затрат на ликвидации отходов)

Экономический эффект от внедрения мероприятий с учетом амортизационных отчислений:

Исходные данные - ?В = 143,667 т/год - экономия топлива, С = 5000 руб./т   - цена ед. топлива, К = 0,15 - коэф. нормативных отчислений при внедрении новой техники, N = 270000 руб. - величина затрат

Э-  ?В х С - К * N = 143,667 * 5000 – 0,15 * 270000 = 677835 руб./год

Срок окупаемости работ:

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Безлюдная технология:  полная автоматизация, основанная на принципиально новых технических решениях (регулирование чистоты вращения дымососа и вентилятора за счет отбора параметров дымовых газов, таких как СО);

Экологическая безопасность.  Технология позволяет повысить экологическую безопасность работы котельных за счет сниже­ния выбросов окислов азота, окислов серы, нефтесодержащих промстоков предприятий, теплового загрязнения.

Новые потребительские свойства продукции

Применение технологии приготовления и сжигания жидкого топлива в виде водотопливных эмульсий позволяет повысит эффективность сжигания обводненных жидких топлив, снизить выброс вредных веществ, утилизировать замазученные подтоварные воды, повысить экономичность сжигания жидкого топлива, повысить надёжность работы мазутного хозяйства и самого котла.
Технология приготовления и сжигания жидкого топлива в виде водотопливных эмульсий может быть использована при проектировании новых котельных и при реконструкции действующих.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

Полностью разработана конструкторская документация. Имеются пилотные внедрения предлагаемого проекта на промышленных объектах, на которых отрабатывались научно-технические положения теории, характер выполнения стадии подготовки объекта для внедрения предлагаемой технологии, а так же оценивалась реальная эффективность и значимость данного проекта.

Предлагаемые инвестиции

0,27 млн. руб.

Рынки сбыта

Проводимая рекламная компания, выполняемая специалистами лаборатории "ЭНТЭЭЛ" при КурскГТУ показала, что оборот только за счет заказов по России может составить на начальном этапе несколько миллионов рублей в год.
Рынок смесителями-эмульсаторами в настоящее время не насыщен.
Специалисты лаборатории "ЭНТЭЭЛ" при КурскГТУ проводили маркетинговые исследования по реализации продукции.
Анализ полученной информации позволил сделать специалистам лаборатории "ЭНТЭЭЛ" при КурскГТУ выводы по поводу потребности в технологии которая предлагается в проекте и об экономическом эффекте.
Общая потребность в установках приготовления ВТЭ только по двум областям (Курской и Воронежской) составит - 85 штук.
Причем согласно правил технической эксплуатации каждые три года на объектах котлонадзора необходимо производить корректировку работы режимных карт.
В связи с этим одним из направлений работы создаваемого предприятия является также сервисное обслуживание модернизированного мазутного хозяйства, оборудованного устройствами, реализующими технологию подготовки и сжигания жидкого топлива и отходов в виде водотопливных эмульсий (дисперсное топливо).

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для её реализации не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

5

Дата поступления материала

28.11.2006