Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНОАКТИВАЦИОННОГО И КАВИТАЦИОННОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ

Сурков В.Г. 1 Головко А.К. 1
1 Институт химии нефти
Проведена сравнительная оценка эффективности механоактивационного и кавитационного способов приготовления органоводоугольного топлива. В качестве органической части топлива использовался флюид, вытекающий в виде естественного поверхностного проявления рудника «Интернациональный» (г. Мирный) представляющий собой стойкую водонефтяную эмульсию содержащую 10 – 12 мас. % минерализованной воды, и бурый уголь Барандатского месторождения Кемеровской области. Установлено, что при кавитационной и механоактивационной обработке возможно получение устойчивых суспензий, содержащих жидкие углеводороды, уголь и воду. Наличие воды в суспензии интенсифицирует сгорание угля, содержащегося в смеси. Топливные композиции ВНЭ + уголь + вода, приготовленные кавитацией воспламеняются практически мгновенно. У всех смесей наблюдается интенсивное кипение, сопровождающееся выносом частиц угля и их сгоранием в факеле пламени. С увеличением доли угля в смеси увеличивается время горения угля и время горения всей смеси. Для получения суспензий с высоким содержанием угля > 30 % предпочтительнее использовать метод кавитационной обработки. Существенное увеличение полноты сгорания суспензий, содержащих жидкие углеводороды, уголь и воду, полученных кавитационной и механоактивационной обработкой может быть достигнуто при введении в смесь ~ 20 % воды.
органоводоугольное топливо
механоактивация
кавитация
горение
1. Кормилицын В.И., Лысков М.Г., Румынский А.А. Подготовка мазута к сжиганию для улучшения технико-экономических и экологических характеристик котельных установок. // Новости теплоснабжения. – 2000. – № 4. – С. 19–21.
2. Мурко В.И., Физико-технические свойства водоугольного топлива – Кемерово: Издательство ГУ КузГТУ, 2009. – С. 195.

Традиционное использование жидких углеводородных продуктов нефтяного или угольного происхождения в качестве топлива в теплоэнергетических установках сопряжено со значительными трудностями в случае их обводненности. Целесообразно превращать обводненные жидкие топлива в тонкодисперсные устойчивые водоуглеводородные системы, эффективность сжигания которых подтверждена многочисленными исследованиями и промышленным применением [1]. Для приготовления однородных композиционных топлив используются современные высокоэффективные устройства, такие как дезинтеграторы и кавитационные аппараты.

Большинство тепловых и теплоэнергетических комплексов как в России, так и за рубежом, используют в качестве энергетического источника уголь в порошкообразном состоянии. Его производство считается очень энергозатратным, к тому же используется дорогостоящее оборудование.

Эффективность сжигания угля можно повысить, используя его в виде водоугольного топлива. Водоугольное топливо обладает всеми свойствами жидкого топлива и вполне может заменить на небольших котельных мазут [2]. Для приготовления водоугольного топлива могут быть использованы мельницы механоактиваторы, позволяющие получать частицы угля микронного размера.

Введение в состав водоугольных суспензий не кондиционных нефтепродуктов позволит существенно увеличить теплотворную способность таких топлив. Для получения устойчивых и пригодных для сжигания органоводоугольных топлив необходимо совместить стадию диспергирования смеси и измельчения угля.

Цель данной работы – сравнительная оценка эффективности механоактивационного и кавитационного способов приготовления органоводоугольных топлив.

Материалы и методы исследования

В работе использовался флюид, вытекающий в виде естественного поверхностного проявления рудника «Интернациональный» (г. Мирный) и представляющий собой стойкую водонефтяную эмульсию содержащую 10 – 12 % мас. минерализованной воды, и бурый уголь Барандатского месторождения Кемеровской области. Основные характеристики использованной водонефтяной эмульсии (ВНЭ) и угля приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики использованных материалов

Исходная ВНЭ

Показатель

Значение

Показатель

Значение

Содержание воды, % мас.

Содержание хлористых солей, мг/л

Плотность при 20 °С, кг/м3

10,5

3640

911,1

Вязкость кинематическая при 20 °С, сСт

Вязкость условная при 20 °С, °Е

84,9

24,35

Обезвоженная ВНЭ

Плотность при 20 °С, кг/м3

Вязкость кинематическая

при 20 °С, сСт

Вязкость условная при 20 °С, °Е

Температура застывания, °С

Температура вспышки

в открытом тигле, °С

902,0

283,8

37,3

-35,3

81,5

Коксуемость, % мас.

Зольность, % мас.

НК, Фракционный состав, °С

отгоняется, % объемн.

при 200 °С

при 300 °С

при 350 °С

4,68

0,48

115

4,5

27,5

44,5

Уголь

Марка

Влажность, Wг, %

Зольность, Аг, %

Фракция, мкм

Б 2

10,4

4,2

< 200

Калорийность, кал/гр.

Содержание серы, Sг, %

выход летучих, Vdat, %

3540

0,2

4,38

Для обработки и приготовления смесей использовались: кавитационная установка (рис. 1), ООО «Технокомплекс» (г. Барнаул) и планетарная мельница АГО-2М (рис. 2), ЗАО «Новиц» (г. Новосибирск), центробежное ускорение мелющих тел (стальные шары диаметром 8 мм) – 600 м/с2.

surk1.tif

Рис. 1. Кавитационная установка

surk2.tif

Рис. 2. Планетарная мельница

Для определения характеристик горения чашечки из танталовой фольги с навеской смеси (1 + 0.05 грамм) помещались в муфельную печь с заданной температурой. Для обеспечения равномерности прогрева печь выдерживалась при нужной температуре в течение 4 часов. С помощью секундомера измерялось время горения и визуально оценивался характер горения. Эксперименты проводились 3х кратно и результаты усреднялись.

Результаты исследования и их обсуждение

Общая характеристика полученных смесей.

В результате кавитационной обработки (10 минут) смесей ВНЭ – уголь – вода, содержащих от 20 до 40 % угля и до 20 % воды (вода добавлялась с учетом имеющейся в ВНЭ воды) получается устойчивая однородная суспензия. Внешний вид смесей подвергнутых механоактивционной (МА) обработке, аналогичен. Через две недели, после помещения обработанных смесей в мерные цилиндры, появляется с трудом определяемая граница, разделяющая более темную нижнюю и верхнюю части смеси. Отслоения воды не обнаруживается. После небольшого перемешивания первоначальная консинстенция смесей восстанавливается.

Влияние механоактивационной обработки на горение смеси ВНЭ – уголь.

В табл. 2 (пп. № 1-4) представлены экспериментальные результаты по сжиганию МА смесей ВНЭ – уголь содержащих 20 % воды (время механоактивационной обработки 10 минут).

Таблица 2

Характеристики горения смесей ВНЭ – уголь – вода

№ п/п

Смесь ВНЭ/уголь

+ 20 % Н2О

Зольность, % мас.

Задержка воспл., сек

Время выгорания угля, сек

Полное время горения, сек

 

Смеси приготовленные МА обработкой

1

80/20

8,3

1

13

32,7

2

70/30

12,6

1,3

13,3

37,7

3

60/40

19,6

1,3

Нет

46

4

50/50

23,9

2

Нет

93

 

Смеси приготовленные кавитационной обработкой

5

80/20

5,1

1

19,3

29,3

6

70/30

7,17

1

18,7

30,7

7

60/40

9,5

1

22,7

37,3

При температуре 800 °С помещенные в печь смеси через 1 – 2 секунды воспламеняются, наблюдается интенсивное кипение смесей, в факеле пламени при содержании угля в исходной смеси 20 и 30 % визуально наблюдаются интенсивное сгорающие частицы угля. Кипение прекращается через ~ 13 секунд, одновременно прекращается вынос частиц угля в факел пламени, далее смесь сгорает равномерным пламенем.

Влияние кавитационной обработки на горение смеси ВНЭ – уголь.

В табл. 2 (пп. № 5 – 7) представлены экспериментальные данные по сжиганию смесей ВНЭ – уголь содержащих 20 % воды, подвергнутых кавитационной обработке, в течение 10 минут.

Топливные композиции ВНЭ + уголь + + вода, приготовленные кавитацией воспламеняются практически мгновенно. У всех смесей наблюдается интенсивное кипение, сопровождающееся выносом частиц угля и их сгоранием в факеле пламени. С увеличением доли угля в смеси увеличивается время горения угля и время горения всей смеси.

Выводы

1. При кавитационной и МА обработке возможно получение устойчивых суспензий содержащих жидкие углеводороды, уголь и воду.

2. Наличие воды в суспензии интенсифицирует сгорание угля, содержащегося в смеси.

3. Существенное увеличение полноты сгорания суспензий, содержащих жидкие углеводороды, уголь и воду, полученных кавитационной и МА обработкой может быть достигнуто при введении в смесь ~ 20 % воды.


Библиографическая ссылка

Сурков В.Г., Головко А.К. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНОАКТИВАЦИОННОГО И КАВИТАЦИОННОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОВОДОУГОЛЬНЫХ ТОПЛИВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 6-2. – С. 206-208;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=9582 (дата обращения: 22.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074