Установка для обессеривания мазута методом газификации

УДК 621.311

УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕССЕРИВАНИЯ МАЗУТА МЕТОДОМ

ГАЗИФИКАЦИИ

Р.Е. ЛИПАНТЬЕВ, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет

Разработана экспериментальная установка для обессеривания мазута методом газификации.

Ключевые слова: коррозия, оксиды серы, электродуговой реактор, барботер, электроды.

За последние годы значительно возросла доля высокосернистых нефтей в общей добыче нефти Российской Федерации. Их разведанные запасы обеспечивают возможность получения десятков миллионов тонн жидкого котельного топлива ежегодно.

Однако широкое применение мазутов с высоким содержанием серы в энергетике связано с рядом трудностей. При непосредственном сжигании сернистого топлива в котлах мощных тепловых электростанций дымовые газы содержат большой процент оксидов серы, включая SO 3. Это снижает эффективность работы котлоагрегатов, так как повышается точка росы, что сопровождается коррозией, загрязнением низкотемпературных поверхностей нагрева и повышением температуры уходящих газов.

В связи с этим мазуты с высоким содержанием серы перед сжиганием в топках котлов должны подвергаться очистке от серы.

С этой целью авторами был разработан и испытан электродуговой реактор, снабженный неподвижными и подвижными электродами. На рис. 1 приведен вид установки для обессеривания мазута в электродуговом реакторе.

© Р.Е. Липантьев, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2010, № 5-6

Установка включает: 1 - электродуговой реактор, 2 - напорный бачок, 3 -линию топлива, 4 - линию азота, 5 - холодильник, 6 - барботер, 7 - газовый счетчик, 8 - сливной бак, 9 - приемник, 10 - насос байпасной линии, 11 - насадку.

Электродуговой реактор имеет:

12 - основание, 13 - доску, изолирующую днище реактора, 14 - штуцер с перфорированным диском-решеткой для подачи мазута в реактор, 15 - тройник, 16 - графитовый электрод, 17 - карман термопары, 18 - крышку, 19,20,21,22 -штуцеры.

В электродуговом реакторе обессеривание мазута происходит в электрической дуге. В электродуговом разряде под воздействием высоких температур, достигающих в искре 1300 - 1500 °С, происходит избирательное разрушение сернистых соединений с последующим их переходом в парогазовое состояние. Результаты экспериментов представлены в таблице.

Таблица

Результаты опытов электрокрекинга сернистого мазута с содержанием общей серы 3,05 % в

электродуговом реакторе

№ опыта Загрузка мазута, г Остаток серы в мазуте, % Разложилось мазута Степень обессеривания мазута

г %

1 6600 0,41 1750 26,5 0,903

2 6590 0,49 1670 25,3 0,882

3 6605 0,61 1620 24,5 0,850

4 6580 0,69 1570 23,9 0,821

5 6570 0,81 1520 23,1 0,796

6 6615 0,90 1470 22,2 0,771

7 6585 1,03 1420 21,6 0,735

8 6575 1,10 1370 20,9 0,715

9 6593 1,20 1330 20,2 0,686

10 6582 1,25 1300 20,0 0,670

11 6612 1,50 1185 17,9 0,596

12 6620 1,85 1015 15,3 0,486

13 6595 2,10 893 13,5 0,405

Анализ данных таблицы показывает, что сернистые соединения мазута являются менее термостойкими по сравнению с его углеводородной частью, вследствие чего более 90 % всей серы мазута переходит в газообразное состояние, а содержание серы в мазуте снижается от 3,05 % до 0,41-2,1 % в зависимости от условий проведения опыта.

В реакторе подвергают десульфированию сернистые топлива в межэлектродном промежутке в электродуговом разряде подвижных насыпных графитовых электродов, расположенных над решеткой. При этом неподвижные электроды соединены между собой и расположены вертикально в шахматном порядке.

Схема расположения электродов и включения в электросеть показана на

рис. 2.

Реактор содержит от 2 до 12 неподвижных электродов, верхние концы которых закреплены непосредственно в крышке реактора, а их нижние концы погружены в слой подвижных графитовых частиц, выполняющих функцию подвижных электродов. Такой порядок размещения электродов стабилизирует микроразряды, увеличивая их в объеме, поскольку одновременно возникает множество центров параллельных и перекрестных микродуг в промежутках между соседними электродами.

1 ~ I

Рис. 2. Электрическая схема установки: токоподводящие электроды 1, а; 3, а; 5, а; 6, б и 1, в; 2, г; 4, г; 6, г; промежуточные электроды 2, б; 4, б; и 3, в; 5, в

Более того, плотность электрических разрядов в объеме мазута увеличивается за счет образования множества электродуг не только около нижних концов токопроводящих электродов, но и при контакте их по всей рабочей длине с взвешенными в жидкой фазе графитовыми твердыми частицами - подвижными электродами.

Значительная часть графитовых подвижных электродов постоянно находится во взвешенном состоянии под действием восходящего потока мазута, поступающего в реактор снизу через перфорированную решетку.

Для равномерного распределения электрических дуг по контурам в искровых промежутках токопроводящих электродов вертикально установлен ряд промежуточных контактирующих неподвижных электродов, неподключенных к токоподводу. Наличие постоянных контактирующих электродов между противостоящими основными токоподводящими электродами повышает кратность контактирования с подвижными электродами - твердыми графитовыми частицами, а следовательно, возрастает надежность дискретной разрядки в системе.

Выводы

Конструкция электродугового реактора позволяет сократить время контактирования мазута в области высоких температур, обеспечивает необходимые условия тепломассообмена для осуществления термического крекинга без локального перегрева при оптимальном режиме обессеривания мазута. Высокая стабильность электрических дуг обеспечивает максимальную селективность процесса. Реактор может работать в широком диапазоне нагрузок по жидкой фазе при эффективном тепломасообмене и оптимальном режиме обессеривания мазута.

Простота и надежность конструкции реактора, высокая турбулизация жидкой среды, отсутствие ограничений размеров и производительности реактора открывают широкие возможности его использования для осуществления гетерофазного процесса в системе жидкость - твердое тело, в частности обессеривания жидких энергетических топлив для котлов тепловых электрических станций.

Summary

Experimental installation is designed for fuel oil desulphurization by gasification method.

Key words: corrosion, sulphur oxides, arc spraying reactor, barboter, electrodes.

Литература

1. Росляков П.В., Закиров И.А. Нестехиометрическое сжигание природного газа и мазута на тепловых электростанциях. М.: Изд. МЭИ, 2001.

2. Верховский Н.И., Красноселов Г.К., Машилов Е.В., Цирульников Л. М. Сжигание высокосернистого мазута на электростанциях. М.: Энергия, 1989.

3. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. М.: Недра, 1989.

Поступила в редакцию 28 декабря 2009 г.

Липантьев Роман Евгеньевич - аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-950-3120928. E-mail: dozor_energo@mail. ru.

Тутубалина Валерия Павловна - д-р техн. наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел. 8 (843) 273-42-06.