Способ стабилизации жидкого угольного топлива

Способ стабилизации жидкого угольного топлива

Реферат

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к области получения, хранения и сжигания ожиженного угля.

В теплоэнергетике для форсуночного сжигания в камерах сгорания котлоагрегатов ТЭС/ТЭЦ наряду с углеводородным топливом используют различные дисперсионные системы, в которых дисперсионной средой является вода. Особенностью этого топлива является его нестабильность при хранении - расслоение дисперсной фазы и дисперсной среды. В топливной дисперсной системе типа суспензия, например в водоугольном топливе (ВУТ), в течение времени хранения 2-5 суток угольная дисперсная фаза осаждается на дно емкости. В топливной дисперсной системе типа эмульсия, например «масло в воде», стабильность нарушается уже через минуты после приготовления (в случае дизтоплива), или через часы, сутки, недели масляная дисперсная фаза всплывает к поверхности. Здесь и далее термины дисперсная (дисперсионная) фаза, среда, суспензия, эмульсия используется в дефинициях источника Марченко Р.Т. Физическая и коллоидная физика. - М.: изд. «Высшая школа», 1965.

В случае хранения суспензионно-эмульсионной системы могут происходить одновременно осадительные и флотационные процессы с образованием трех страт: верхней (легкое «масло»); средней (вода) и нижней (твердое).

При получении дисперсных топлив стабилизацию производят путем введения в состав топлива различных добавок, присадок, пластификаторов, эмульгаторов, помогающих дисперсной фазе находиться во взвешенном состоянии в дисперсной среде. И если топливо производят вблизи ТЭС/ТЭЦ, то для первых сжигаемых объемов топлива такой стабилизации будет достаточно, а для последующих объемов топлива его необходимо перемешивать, поскольку оно должно храниться в течение нескольких суток до подачи на сжигание.

Из опыта производства и хранения дисперсных топлив (Круть А.А. Водоугольное топливо. - М.: Мысль, 2002, - 169 с.; Мурко В.И. Физико-технические свойства водоугольного топлива. - Кемерово: ГУ КузГТУ, 2009, - 195 с.; Светлый Ю.Г., Круть А.А. Гидравлический транспорт твердых материалов. - Донецк: Восточный издательский дом, 2010, - 268 с.) следует, что для перемешивания ВУТ обычно применяют мешалки, а для перемешивания эмульсий - циркуляционные насосы.

Перемешивание ВУТ пропеллерной мешалкой осуществляется за счет создания преимущественно осевого потока, обладающего большим насосным эффектом. Перемешивание эмульсии насосом обеспечивается за счет многократной циркуляции потока через узкое проходное сечение с большой скоростью. Недостатками известных способов сохранения дисперсного топлива в стабильном состоянии путем механического перемешивания является достаточная сложность и дороговизна используемого оборудования, необходимость электромоторов и, соответственно, питающей их электроэнергии. Если дисперсное топливо производят вдали от ТЭС/ТЭЦ, то во время его транспортирования, обычно, по железной дороге в цистернах в течение нескольких суток, происходит расслоение топлива и, поэтому, топливо в цистернах желательно перемешивать в пути следования. Ввиду указанных выше недостатков механические способы перемешивания топлива в пути малоприменяемы.

Известен другой способ перемешивания жидких сред, наиболее близкий к предлагаемому способу, - барботирование.

Обычно продавливание газа через слой жидкости используют для нагрева жидкости паром, перемешивания агрессивных жидкостей и абразивных пульп. Барботирование осуществляют через трубу с загнутым у дна емкости концом с отверстиями диаметром 3-6 мм, в которую подают компрессором сжатый до нужного давления газ.

Использование способа-прототипа для хранения дисперсного топлива как во время его транспортировки в цистернах, так и на местах хранения ТЭС/ТЭЦ наиболее целесообразно для жидких угольных топлив (ЖУТ), представляющих суспензионно-эмульсионные системы, содержащие продукты термического передела угля (полукокс, смольную фракцию, подсмольную воду).

К недостаткам прототипа можно отнести необходимость иметь в пути при перевозке ЖУТ компрессор с электро- или дизельгенератором или такой опасный объект, как емкость для хранения сжатого под большим давлением газа с редуктором, чувствительным к вибрационным и температурным перепадам.

Поставлена задача - обеспечить хранение ЖУТ в стабильном состоянии при его транспортировании в цистернах в течение нескольких суток от места производства ЖУТ до места расположения ТЭС/ТЭЦ без использования в пути мешалок, насосов, компрессоров или баллонов под высоким давлением. Поставленная задача решена путем использования пузырькового перемешивания газированного ЖУТ посредством контролируемого стравливания газа из герметичной цистерны в пути ее следования.

Газирование ЖУТ производится предварительно, как в способах по а.с. №511351 или а.с. №1562636, в процессе получения ЖУТ, при его заливке в цистерну и/или сразу после заполнения герметичной цистерны с оставлением зеркала поверхности необходимой площади. Заполненная цистерна будет находится под небольшим избыточным давлением, которое в пути следования будет постепенно стравливаться через верхний спусковой клапан, при этом растворенные в ЖУТ газы будут постоянно выделяться из объема жидкости в виде пузырьков, которые, поднимаясь к поверхности зеркала, будут перемешивать суспензионно-эмульсионную систему, сохраняя стабильность ЖУТ. В зависимости от условий хранения ЖУТ в качестве газа используется атмосферный воздух, газ-эмульгатор или топочный газ. В качестве топочного газа используют газ пиролиза, получаемый в том же процессе пиролиза бурого угля, в результате которого получены компоненты хранимого жидкого угольного топлива - полукокс, смольная фракция и подсмольная вода.

Прокомментируем техническую суть изобретения. В случае хранения ВУТ изобретение существенно снижает как агрегативное осаждение угольных частиц, так и их седиментацию за счет того, что агрегаты частиц при столкновении с пузырьками газа рассыпаются, а отдельные угольные частицы флотируются пузырьками и твердый осадок дисперсной фазы суспензии долго не может возникнуть.

В случае хранения топливной эмульсии изобретение позволяет сохранять ее дисперсность за счет соударений пузырьков с капельками «масла» в эмульсии и дробления уже больших, слившихся капель, плавающих у поверхности зеркала, в процессе разрушения всплывших пузырьков газа, что не способствует созданию верхней легкой страты расслоенной эмульсии.

В случае хранения ЖУТ в пути наблюдается низкочастотная болтанка цистерны, приводящая к столкновениям микрокапель «масла» (дисперсной фазы эмульсии), содержащих микрочастицы полукокса, друг с другом, приводящая к слиянию капель «масла» и подъему их к поверхности зеркала и к агрегации твердых частиц и их осаждению на дно цистерны. Изобретение позволяет удерживать суспензионно-эмульсионную систему в состоянии динамического равновесия посредством пузырькового перемешивания дисперсной фазы эмульсии, обеспечивая необходимое содержание «масла» и полукокса в микрокапельках эмульсии для их взвешенного положения в дисперсной среде (воде).

Использование изобретения производится следующим образом.

На стадии приготовления ЖУТ: при гомогенизации компонентов топлива в герметичный гидроударный узел мокрого помола под давлением вводят воздух и газированный ЖУТ закачивается в герметичную цистерну и при ее перевозке постепенно стравливают избыточное давление над поверхностью зеркала ЖУТ.

На стадии перекачки готового ЖУТ в герметичную цистерну: используют эжекторные или циклонные насосы для закачки ЖУТ в газовом потоке с созданием в цистерне избыточного давления, которое в пути равномерно стравливается.

На стадии заполненной ЖУТ герметической цистерны: используют промышленные сатураторы, барботажные устройства для продавливания газом слоя ЖУТ от дна цистерны до поверхности зеркала с созданием в цистерне избыточного давления, которое контролируемо стравливается. Контролируемое стравливание избыточного давления газа в цистерне производится автоматическим действием верхнего спускового клапана (выполненного, например, по ГОСТ 11823-91; ГОСТ 16587-71; ГОСТ 27477-87; ГОСТ 9789-75, ГОСТ 12532-88 с настройкой на срабатывание в диапазоне избыточных давлений 1,6-25 МПа).

Таким образом, заявленный способ хранения ЖУТ обеспечивает технический результат, состоящий в сохранении ЖУТ в стабильном состоянии при его транспортировании в цистернах без использования в пути мешалок, насосов, компрессоров и баллонов под высоким давлением.

1. Способ стабилизации жидкого угольного топлива в виде суспензионно-эмульсионной системы при его хранении и транспортировании в цистернах путем пузырькового перемешивания дисперсной фазы и дисперсной среды, отличающийся тем, что перед постановкой на хранение в герметичной емкости жидкое угольное топливо газируется, а в процессе хранения контролируемым образом разгазируется постепенным стравливанием избыточного давления газа над поверхностью зеркала топлива через верхний спусковой клапан.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкое угольное топливо газируют атмосферным воздухом.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкое угольное топливо газируют топочным газом.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве топочного газа используют газ пиролиза, получаемый в том же процессе пиролиза бурого угля, в результате которого получены компоненты хранимого жидкого угольного топлива - полукокс, смольная фракция и подсмольная вода.