Водомазутная эмульсия – это соединенные на молекулярном уровне мазут и вода. В этой статье мы поговорим о перспективах использования такого топлива  в работе котельных, а также применении аппарата вихревого слоя для получения водомазутных эмульсий.

Топочный мазут является основным видом топлива для котельных, основная задача которых заключается в производстве горячей воды и пара. Также в качестве основного вида топлива может использоваться природный газ, но и в этом случае мазут все равно остается резервным источником тепла.

Проблемы, связанные с использованием топочного мазута

Одна из основных проблем, с которой приходится сталкиваться работникам котельных, заключается в неполном сгорании топочного мазута. Это происходит из-за высокой вязкости. Существующие распыляющие устройства не способны измельчить частицы вещества до размеров, достаточных для качественного сгорания в топках.

Полнота сгорания – не единственная проблема, связанная с использованием мазута. Также актуальны вопросы перерасхода топлива, экологической ситуации и  надежности работы котельного оборудования.

Затруднения возникают и при работе с обводненным мазутом. Вода попадает в мазут после его нагрева паром с целью слива из транспортировочных цистерн. В результате топливо может содержать до 20% влаги, которая распределена не равномерно по всему объему, а хаотично, в виде скоплений, получивших название линз. После попадания в топку они делают процесс горения прерывистым, а факел – нестабильным. Мазут сгорает не полностью, а восстановление горения чревато взрывами. Система теплоснабжения работает не надежно и продуцирует большое количество вредных веществ, загрязняющих окружающую среду. Среди них сажа, оксиды углерода и азота.

Остаются также вопросы относительно КПД, который снижается на 3-5% в случае сжигания мазута с количеством воды в районе 15%.

Существующие способы удаления воды из топочного мазута

Можно выделить следующие способы удаления воды из топочного мазута:

• испарение;
• отделение в отстойниках.

В первом случае приходится иметь дело с большими финансовыми расходами, которые могут достигать четверти от стоимости самого мазута, малой производительностью оборудования для обезвоживания и большими потерями топлива. Удаление воды с помощью отстойников характеризуется большой длительностью и малой эффективностью, что связано с малым отличием численных значений плотности мазута и воды.

Поэтому обезвоживание как способ подготовки котельного топлива к сжиганию не находит практического применения. В качестве альтернативы используется принципиально иной подход – получение водомазутных эмульсий.

Водомазутная эмульсия: основные преимущества

Водомазутная эмульсия – это эмульсия обратного типа, в которой включения воды равномерно распределены по всему объему топлива. Благодаря этому удается избежать всех недостатков обводненного топочного мазута и повысить эффективность его использования.

Процесс горения котельного топлива становится более эффективным за счет микровзрыва капель воды, который имеет место тогда, когда нагревающийся мазут достигает температуры 100ºС. Появившиеся пары воды способствуют разделению мазута на капли, которые сгорают лучше, чем целостная жидкость. При этом увеличивается теплотворная способность котельного топлива, а также повышается его экономия (не менее 7%). Таким образом, получение водомазутной эмульсии позволяет превратить воду не во вредную примесь, а в полезный компонент, интенсифицирующий процессы горения.

Оптимальное количество воды в топочном мазуте составляет 15-20%. Если эта цифра существенно меньше, то имеет место снижение КПД котла. Есть сведения относительно стабильного сгорания мазута и при более высоком содержании воды (40-50%), что открывает перспективы обезвреживания мазутсодержащих сточных вод с помощью огневого воздействия.

Также отмечается снижение количества вредных выбросов при использовании водомазутных эмульсий из-за снижения температуры пламени. Например, количество оксида азота уменьшается на 30-50%. Также образуется меньше нагара на поверхности котла.

Среди других положительных моментов, связанных с использованием водомазутных эмульсий, стоит выделить:

• уменьшения риска возникновения аварийных ситуаций при попадании в горелку капель воды;
• облегчение перекачивания топлива по трубопроводам за счет снижения суммарной вязкости топлива.

Приготовление водомазутных эмульсий с помощью аппаратов вихревого слоя ферромагнитных частиц

Водомазутные эмульсии могут быть получены при помощи:

• ультразвуковых диспергаторов;
• роторно-механических диспергаторов;
• роторно-пульсационных аппаратов.

Перечисленные устройства объединяет сложность в обслуживании и эксплуатации, большие габариты и энергозатраты.

Компанией GlobeCore производятся аппараты вихревого слоя типа АВС, которые имею более простую конструкцию и могут использоваться при получении водомазутных эмульсий. Конструктивно такое устройство представляет собой обычный асинхронный двигатель, ротор которого заменяется трубой, изготовленной из коррозионно-стойкого металла. В этой трубе находятся ферромагнитные рабочие элементы (небольшие цилиндры), длина которых превышает диаметр в 10-20 раз. При подаче напряжения на обмотку статора возникает вращающееся электромагнитное поле, под воздействием которого ферромагнитные элементы начинают движение по сложным траекториям, образуя так называемый вихревой слой.

Движение ферромагнитных частиц в рабочей камере

Движение частиц сопровождается многочисленными соударениями и возникновением кавитационных эффектов в жидких средах. Совокупное воздействие приводит к получению водомазутных эмульсий с диаметром частиц 1 мкм. Исследования показали, что на получение одной тонны водомазутной эмульсии с помощью аппарата вихревого слоя АВС расходуется около 3 кВт×ч электроэнергии, что существенно меньше, чем у клапанных и ультразвуковых гомогенизаторов. Положительные эффекты сжигания эмульсии в котлах при этом полностью сохраняются.