柴油乳化燃燒在鍋爐中應(yīng)用的理論分析

田利亞 李浩

(1.山東省特種設(shè)備檢驗研究院聊城分院,山東聊城 252000;2.青島市鍋爐壓力容器檢驗所,山東青島 266000)

柴油乳化燃燒在鍋爐中應(yīng)用的理論分析

田利亞1李浩2

(1.山東省特種設(shè)備檢驗研究院聊城分院,山東聊城 252000;2.青島市鍋爐壓力容器檢驗所,山東青島 266000)

隨著能源消耗的急劇增長,環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重,如何在保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時減少對環(huán)境的污染已越來越受到關(guān)注。鍋爐作為能源消耗和污染物排放大戶,如何減少鍋爐的能耗和排放的污染物對環(huán)境的污染將成為整治環(huán)境污染的重點。乳化油燃燒技術(shù)是一種降低油耗,改善排放的有效手段,采用乳化柴油作為燃料應(yīng)用于燃油鍋爐,通過理論分析,其燃燒效果優(yōu)于單純采用純柴油作為燃料,同時也有效地降低了排煙中的污染物含量。

柴油乳化 鍋爐排煙 環(huán)境污染 節(jié)能減排

1 引言

霧霾天氣,污染的河流,灰蒙蒙的天空等環(huán)境問題近年比以往越來越受到人們的重視,鍋爐作為排放大戶,每年排放大量的濃煙,其中含有煙塵、CO、NOX等有害成分,如何降低排煙中的有害成分已成為目前鍋爐節(jié)能降耗、減少污染研究的一個方向。

自1943年Hoar和Schulmun發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)穩(wěn)定的油—水—表面活性劑體系,并于1959年正式命名為乳化液以來,乳化的理論和應(yīng)用研究都獲得了長足的進(jìn)步和發(fā)展。1981年國際燃燒協(xié)會第一屆年會上,燃料油的摻水乳化技術(shù)被列為三大節(jié)能措施之一。[1]燃料油摻水乳化技術(shù)被我國《能源節(jié)約與資源綜合利用“十五”規(guī)劃》列為重點發(fā)展技術(shù),而且隨著分布式能源技術(shù)的推廣,這一技術(shù)將日益重要。

2 燃油鍋爐現(xiàn)狀

目前,由于國家政策和環(huán)保等多方面的原因,我國小型工業(yè)鍋爐由過去操作復(fù)雜、環(huán)保性差的燃煤鍋爐正在逐步向現(xiàn)代自動化、高效率的燃油燃?xì)忮仩t轉(zhuǎn)變。燃油鍋爐相對于燃?xì)忮仩t來說,燃燒不太完全、結(jié)垢、腐蝕、排放的污染物相對高一些等確點,但由于燃料供應(yīng)的局限性,燃油鍋爐的位置設(shè)置相對隨意,燃油鍋爐仍有一席之地。隨著國際油價的上漲,燃油鍋爐的運行成本越來越高,使用單位的負(fù)擔(dān)越來越大,如何最大限度的提高鍋爐熱效率,已成為鍋爐研究的新方向,提高鍋爐熱效率的主要方法有改進(jìn)鍋爐結(jié)構(gòu)、合理布置換熱面、充分燃燒燃料、減少散熱和排煙熱損失。本篇研究采用乳化柴油,將燃燒介質(zhì)發(fā)生改變在提高鍋爐熱效率方面的作用。

3 乳化油燃燒分析

3.1 燃燒狀況

如果單純的往柴油中注入水分,會造成燃料燃燒不穩(wěn)定,甚至?xí)缁鹧?。但采用乳化油并通過燃燒器的噴嘴被霧化噴出,與空氣混合燃燒,不但不會影響燃燒,反而會得到更佳的燃燒效果。此時乳化油顆粒為油包水,水在燃燒過程中只能起到一種媒介作用,以水的形式進(jìn)去,最后又以水的形式排出,不會放出熱量,可見在乳化油的燃燒過程中起到了很重要的作用。

通常燃燒的乳化油是以油包水的形式存在,即油為連續(xù)相,水為分散相。由于水的沸點比油低,因此總是水先到沸點而蒸發(fā),當(dāng)乳化油中的水溫度超過油的表面張力及環(huán)境壓力之和所對應(yīng)的飽和溫度時,水蒸氣將沖破油膜而使油滴發(fā)生爆炸,[2]霧化為更小的油滴,形成二次霧化,改善油氣混合質(zhì)量,提高燃燒效率,即為微爆現(xiàn)象。

3.2 煙灰

排煙中的煙灰來自兩方面:(1)燃料油的不可燃雜質(zhì),雜質(zhì)不能被燃燒,最后經(jīng)過排煙從鍋爐中排放出;(2)燃料油的不完全燃燒,燃料油是由C、H、O三種元素組成,如果燃料能夠完全燃燒,燃燒產(chǎn)物全部為CO2和H2O,但由于燃料和氧氣不能完全的混合燃燒,故會產(chǎn)生殘?zhí)?殘?zhí)砍士梢暊顟B(tài)隨排煙從鍋爐中排放出。

在乳化油燃燒時,由于水的微爆作用,使得燃料的燃燒更加充分,燃料的不完全燃燒率降低,燃燒后產(chǎn)生的殘?zhí)繙p少,故排煙中的煙灰量減少。

3.3 排煙中的氧化物

雖然乳化油中的水分最后還是以水蒸氣的形式排出,但是在燃燒過程中,水分子參與了很重要的化學(xué)反應(yīng)。在燃燒時,爐膛內(nèi)的能達(dá)到1300℃的高溫,乳化油中在高溫環(huán)境下會析出C,C與水反應(yīng)發(fā)生如下反應(yīng):

這種化學(xué)反應(yīng)更有利于乳化油的燃燒,降低了排煙中CO的含量。

同時,NOX是在高溫的環(huán)境下產(chǎn)生的,水的微爆作用使得燃料的燃燒更加均勻,溫度分布也比較均衡,從而在一定程度上抑制了N OX的產(chǎn)生。

3.4 燃燒效率

由于乳化油燃燒的微爆作用,乳化油燃燒的更加充分,不完全燃燒減少,燃料將會釋放出更多的熱量用于鍋爐換熱,顯然鍋爐的燃料效率會相應(yīng)的提高。但是,由于燃燒中的水分并沒有釋放出熱量,以液態(tài)水的形式進(jìn)入,最終以水蒸汽的形式排出,無形中會帶走一部分熱量。這就需要一個平衡點來平衡水的微爆作用來促進(jìn)燃料充分燃燒的效果與水分吸收帶走的熱量,這個平衡點即為乳化油的油水混合比例和混合的效果。研究表明,乳化油的含水率一般在10%時,燃燒的效果比較好,并且排煙中的水蒸氣帶走的熱量低于微爆作用燃燒更多釋放的熱量。

4 乳化油燃燒對鍋爐本身的影響

由于燃料中含有水分,對于燃料系統(tǒng)的要求比較高,特別是燃燒器噴嘴的霧化效果,如果出現(xiàn)噴霧不均勻,容易造成鍋爐局部腐蝕。燃燒乳化柴油相對單純?nèi)紵裼团艧煖囟纫?需注意不得低于露點溫度,否則在尾部煙道會產(chǎn)生大量冷凝水,容易造成露點腐蝕。

5 結(jié)語

鍋爐采用乳化柴油作為燃料,雖然在一定程度上可以提高燃料的燃燒效果,降低鍋爐排煙中的污染物,但乳化油的放置具有時效性,一旦出現(xiàn)油水分層,乳化油需重新配制,燃燒乳化柴油的鍋爐對于系統(tǒng)的要求比較高,這里將不加以贅述。總之,乳化柴油對于鍋爐的節(jié)能減排有著非常深遠(yuǎn)的意義,有待于技術(shù)人員們?nèi)ラ_發(fā)研究。

[1]苑宇.新型乳化節(jié)能柴油[D].大連理工大學(xué),2003年.

[2]于茂軍,仇性啟,崔運靜.燃油鍋爐改燒乳化油的可行性分析.節(jié)能,2006(11).