Образование и сжигание тонкодисперсных водомазутных суспензий на ТЭЦ-26 Мосэнерго

ТЭЦ-26 – станция, работающая на природном газе и мазуте, прием и хранение которого сопряжены с его обводнением. Сжигание обводненного мазута в энергетических котлах при значительном содержании влаги как в толще мазута, так и на дне мазутных резервуаров создает серьезные проблемы при эксплуатации котельных агрегатов, приводя, в частности, к срыву факела в горелочных устройствах.

Если грубодисперсные водомазутные смеси подвергнуть высокоинтенсивной гидромеханиче- ской обработке (ГМО) в кавитационном поле, то они превращаются в водомазутные эмульсии (ВМЭ) типа “вода – масло”. Приготовление и сжигание ВМЭ существенно улучшают режим работы топки котла. Присутствие в топливной эмульсии тонкодисперсной фазы воды оказывает положительное влияние на процессы сжигания топлива на микроуровне (в масштабах одной капли) по следующим причинам:

при размерах дисперсной фазы воды в пределах 6 – 20 мкм в результате ее бурного вскипания происходит микровзрыв капли в топочном пространстве, что многократно увеличивает поверхность контакта топлива с воздухом и интенсифицирует процесс горения; микровзрывы капель ВМЭ наиболее отчетливо проявляются при размерах дисперсной воды в интервале 6 – 10 мкм;

вскипание мелких включений воды (1 – 5 мкм) и постепенный рост парового пузыря на месте крупных включений (от 20 мкм и выше) приводят

к увеличению объема капли мазута, вследствие чего усиливаются диффузионные потоки легких фракций к ее поверхности и их испарение.

На макроуровне (в масштабах топочного пространства) при горении ВМЭ водяные пары являются физическим возбудителем конвективной гомогенизации топливовоздушной смеси, приводящей к сглаживанию неравномерности концентрации газов и температурных полей в топочном пространстве.

Суммарный эффект влияния интенсификации горения на материальный баланс процесса – снижение критического коэффициента избытка воздуха на 5 – 10%.

Чем тоньше дисперсная фаза воды в ВМЭ, тем меньше выбросы бенз-(а)-пирена в атмосферу. За счет активизирующего воздействия тонкодисперсной фазы воды в эмульсии на 20 – 25% уменьшается время подготовки и горения топлива. Сокращается также длина факела, в основном, за счет хвостовой части, в которой агрегируются сажа и кокс – основные адсорбенты бенз-(а)-пирена. Благодаря этому концентрация частиц кокса и сажи в продуктах сгорания уменьшается примерно на 90%. Наилучшие результаты по снижению выбросов бенз-(а)-пирена достигаются при размерах дисперсной части воды 1 – 10 мкм. Сопутствующий эффект уменьшения генерирования сажи и кокса – изменение структуры их отложений на конвективных поверхностях нагрева котла. Отло-

1 2

3

, - './ + 0 " " 12+#3&

1 – приемная емкость; 2 – погружные насосы; 3 – ГКА предварительной обработки; 4 – емкости хранения мазута; 5 – насосы рециркуляции; 6 – ГКА второй ступени; 7 – подогреватели мазута; 8 – насосы первого подъема; 9 – ГКА третьей ступени; 10 – измеритель влажности мазута; 11 – подогреватели мазута; 12 – насосы второго подъема; 13 – блок гидродинами- ческих активаторов ВМЭ; 14 – ГКА возвратного мазутопровода

жения либо становятся рыхлыми и легко удаляются системами очистки, либо вообще отсутствуют.

Влияние тонкодисперсной ВМЭ на подавление эмиссии “термических” оксидов проявляется следующим образом:

снижается максимальная температура ядра факела на 90 – 100°С;

уменьшается критический избыток воздуха за счет интенсификации тепломассообменных процессов благодаря паровзрывному дроблению капель. Сжигание водомазутных эмульсий позволяет снизить выбросы оксидов азота на 15 – 45%.

Высокоинтенсивная гидромеханическая обработка мазута перед сжиганием улучшает его реакционную активность. При длительном хранении мазута на теплоэлектростанциях происходят естественные процессы старения топлива, сопровождающиеся образованием высоковязких сгустков и выделением твердых частиц карбенов и карбоидов. Это снижает химическую активность мазута и его распыляемость, что приводит к коксованию форсунок, повышению выбросов насыщенной бенз-(а)-пиреном сажи в атмосферу и ее интенсивному отложению на конвективных поверхностях.

При гидромеханической обработке ВМЭ в “жестком” кавитационном поле гидродинамического аппарата, установленного непосредственно перед форсунками котла, происходит механодеструкция дисперсной и дисперсионной фаз топлива в диапа-

зоне от механического дробления до механокрекинга углеводородных соединений. В результате увеличивается реакционная поверхность твердой фазы, разрушаются нераспыляемые сгустки, благодаря чему достигаются следующие эффекты: резко снижается коксование форсунок; укорачивается факел горения; снижаются выбросы в атмосферу сажи, окиси углерода и бенз-(а)-пирена; уменьшаются заносы сажей теплообменных поверхностей.

Фирма “ИНТРЭК” разработала технологию и аппаратуру, в том числе и магистральный датчик текущей влажности мазута, обеспечивающие полную утилизацию замазученных вод и снижение количества вредных выбросов в атмосферу путем приготовления, хранения и сжигания водомазутной топливной эмульсии. Гидродинамические кавитационные аппараты (ГКА) этой фирмы представляют собой устройства проточного типа, монтируются непосредственно на трубопроводах и не требуют дополнительных производственных площадей. В аппаратах отсутствуют подвижные элементы, что существенно упрощает их эксплуатацию.

Технологическая схема включения гидродинамических кавитационных аппаратов в систему топливоснабжения котельных агрегатов на ТЭЦ26 показана на рисунке.

Схема обеспечивает трехступенчатое приготовление водомазутной эмульсии. На первой стадии после перекачивающих (погружных) насосов 2 с помощью смесительного ГКА 3 вода равномерно распределяется в виде капель размером 200 – 1000 мкм во всем объеме. На второй стадии водомазутная смесь подвергается обработке в контуре насосов первого подъема, где размер водных включений в топливе, хранящемся в емкостях, достигает преимущественно 20 – 30 мкм.

Гидродинамические кавитационные аппараты, установленные после насосов второго подъема, обеспечивают диспергирование водной фракции до 5 – 20 мкм.

Желаемый эффект обработки ВМЭ в “жестком” кавитационном поле достигается за счет высоких скоростей и напряжений сдвига в скоростном потоке вязкой жидкости и сохраняется в те- чение непродолжительного интервала времени, поэтому гидродинамический активатор установлен непосредственно перед котлами.

Непрерывный контроль влажности водомазутной эмульсии осуществляется и регистрируется с помощью датчика влажности, включенного в магистральный мазутопровод и связанного со вторичным пишущим прибором.

При испытаниях котлов, работающих на водомазутной эмульсии, активированной непосредственно перед сжиганием, получены такие результаты:

1. Технология приготовления и подачи на сжигание тонкодисперсной ВМЭ позволяет полно-

Юбилей ТЭЦ-26 предоставляет нам повод оглянуться назад, посмотреть на наши успехи и ошибки в области АСУ ТП и использовать накопленный опыт для осмысленного движения вперед.

Первые попытки модернизации “традиционных” систем управления энергоблоками были сделаны в начале 90-х годов. К тому времени уже имелись на рынке различные микропроцессорные контроллеры российского производства, а существующие технические средства (электронная аппаратура КАСКАД и блокировки на релейных схемах) функционировали недостаточно надежно. Для реализации систем авторегулирования на прямоточных котлах был выбран самый новый на то время контроллер Ремиконт-130 (Р-130). В тече- ние трех лет на пяти прямоточных котлах были модернизированы системы авторегулирования на базе этих контроллеров. Р-130 проявили себя неплохо, но было ясно, что для реализации полнофункциональной АСУ ТП нужен современный программно-технический комплекс (ПТК).

С середины 90-х годов начался этап освоения и внедрения различных программно-технических средств. В 1994 г. была реализована новая система управления ГРП-2 на базе программно-техниче- ских средств (ПТС) фирмы Allen-Bradley. После того как программно-технические средства этой фирмы без единого отказа отработали год, такая же система управления была реализована на ГРП-1. Далее, за период 1995 – 2000 г., на ТЭЦ-26 были реализованы различные информационные и управляющие локальные системы, позволившие освободиться от большого количества устаревшей и ненадежной техники. Это было сделано на базе различных программно-технических средств:

информационные системы на энергоблоках ст. ¹ 3, 6, 7 (“Текон” + “Trace Mode”);

информационные системы для турбонасосов “Зульцер” (“Квинт”);

полнофункциональная АСУ ТП водогрейного котла ¹ 11 (ABB, Freelance);

система авторегулирования котла ¹ 1 (PEP + IsaGraf + “In Touch”);

система вибродиагностики (разработка фирмы “Электрум”) и др.

Различные причины, в том числе, недостаток финансирования, отсутствие опыта, недобросовестная реклама и др., привели к такому разбросу фирм, в числе которых были как лучшие представители российских поставщиков ПТС (“Квинт” и “Текон”), так и мировых (фирмы ABB и AllenBradley) “китов” промышленной автоматизации.

Специалисты ТЭЦ-26 и наладчики Электроцентрналадки, изучая преимущества и недостатки работающих на станции ПТС, накопили бесценный практический опыт работы с техникой и программным продуктом различных фирм. Были освоены многие программные пакеты для контроллеров и Scada-пакеты для операторских станций. Были изучены основные языки технологиче- ского программирования (FBD, SFC, LD, IL, ST) и создано множество пользовательских программ для реализации различных задач АСУ ТП. Были опробованы на практике многие типы сетей (полевые, промышленные, информационные). Существенно расширился кругозор и понимание многих проблем, касающихся как программно-техниче- ских средств, так и задач АСУ ТП в целом. За это время специалисты ТЭЦ-26 прошли обучение на различных программно-технических средствах, получили соответствующие сертификаты и серьезно подняли свой профессиональный уровень.

В 2000 г. на ТЭЦ-26 начался процесс внедрения частотно-регулирующих приводов (ЧРП) фирмы Allen-Bradley для ПЭН, дымососов и дутьевых вентиляторов на энергоблоке ¹ 2 (ПТ-80) и возникла проблема управления этими ЧРП. Анализ схем управления ЧРП на других станциях показал, что эти схемы обладают существенными недостат-