СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЖИДКОГО УГОЛЬНОГО ТОПЛИВА
METHOD OF STABILISATION OF LIQUID COAL FUEL

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.