Реализация хладоресурса углеводородных топлив в силовых и энергетических установках

Недостатком этого метода является высокая энергоемкость процесса, и кроме того, сам процесс удаления кокса путем выжигания осуществляется при высоких температурах (800-950 ^оС), при которых возможны деформация и разрушение очищаемых элементов.

Таблица 4.

Эффективность очистки химико-термическими методами

Автором разработана технология (Рис.15) и опробован на реальных объектах метод удаления коксоотложений посредством озонолиза.

Рис.15 Схема технологического процесса удаления коксоотложений озонированием

1 -баллон с кислородом; 2 - генератор озона; 3 - реактор; 4 - электропечь;

5 - очищаемый элемент; 6 - анализатор двойных связей АДС-4;

7 - бак для промывки органическими растворителями;

8 - бак для промывки водными растворами неорганических веществ;

9 - бак для промывки водой; 10 - бак для сушки.

Удаление коксоотложений посредством озонирования проводилось следующим образом: трубка с коксом продувалась смесью О₂+О₃ при температурах 20-150 ^оС в течение 15 мин. В качестве источника О₃ использовали генератор озона ГО-3 (концентрация О₃ в кислороде 4% объемн.). После обработки озоном отложения последовательно обрабатывались ацетоном и 18%-ным водным раствором едкого натрия при температурах 70-85 ^оС.

В таблице 5 приведены данные по степеням удаления кокса на стадиях озонирования и последовательной обработки растворителями.

Таблица 5.

Эффективность очистки методом озонирования

Изложенное выше свидетельствует о том, что предложенный метод удаления коксоотложений является весьма эффективным. Технология удаления коксоотложений на базе этого метода включает следующие операции:

1. Обработку отложений озоном при температуре 100 ^оС; время обработки определяется по прекращению изменения концентрации озона.

2. Промывку продуктов озонирования отложений ацетоном при температуре начала кипения.

3. Промывку продуктов озонирования отложений 18% _ным раствором NaOH при температурах 70-85 ^оС.

Рис.16. Удаление отложений методом озонирования и последующей промывки ацетоном и 18%-ным водным раствором NaOH.

Разработанная технология была использована для удаления кокса из полостей форсунок и топливного коллектора камеры сгорания в МКБ «Гранит» (Рис.16). Очистка проводилась без их предварительной разборки. После очистки посредством озонолиза получен положительный результат, заключающийся в увеличении прокачки топлива, а также в увеличении равномерности распределения расходов топлива через форсунки.

Кроме того, разработанная технология была использована для очистки от кокса закалочно-испарительных аппаратов (ЗИА) и теплообменников нефтехимических производств.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных комплексных и систематических исследований по изучению закономерностей образования коксоотложений, методов подавления и удаления отложений и процессов теплообмена установлено следующее:

· Проблема с охлаждением силовых и энергетических установок может быть решена за счет повышения охлаждающей способности топлива (реализация теплоты парообразования и приращения энтальпии их паров), при которой суммарный хладоресурс достигает 1200-1400 кДж/кг.

· Процесс образования кокса происходит при нагреве жидких углеводородных горючих и обусловлен окислением растворенным в них кислородом. Основными факторами, оказывающими влияние на процесс образования коксоотложений, являются: химический состав топлива, его фазовое состояние и температура, давление и скорость потока, температура, материал и состояние поверхности нагрева, контактирующей с горючим.

· С повышением температуры увеличивается количество образующегося за определенное время осадка. При значениях температуры топлив 150 - 170 ^оС количество образовавшегося осадка достигает максимума, и с дальнейшим повышением температуры оно снижается, что объясняется уменьшением доступа кислорода к топливу по мере роста температуры.

· Уменьшение шероховатости поверхности греющей стенки способствует снижению образования на ней отложений и повышению стабильности работы топливных систем и систем охлаждения двигателей.

· Получены расчетные соотношения, позволяющие оценить влияние образования отложений на коэффициент теплоотдачи как в условиях естественной конвекции, так и в режиме развитого пузырькового кипения.

· Разработан метод удаления отложений посредством озонолиза с последующей обработкой ацетоном и 18% -ным водным раствором NaOH,

· Разработаны рекомендации по подавлению образования отложений при нагреве топлив, заключающиеся в удалении непредельных соединений путем предварительной обработки топлив озоном и дальнейшей его очистке через селикогелевый фильтр, обескислороживании путем барботажа инертным или нейтральным газом, подборе каталитически пассивных материалов, что позволяет повысить ресурс силовых, энергетических и технологических установок в 10 и более раз.

Проведенные исследования позволили разработать научные основы применения топлив в силовых, энергетических и технологических установках и обеспечить эффективное использование ГСМ в перспективных технических устройствах.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

В Монографиях

1. Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Кипение смесей. Казань, Издательство НПО «Пищепромпроектмаш», 1994. -133 с.

2. Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Тепло­ и массообмен при фазовых превращениях топлив и масел. Казань, Издательство НПО «Пищепромпроектмаш», 1995. ­58 с.

3. Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Эндотермические топлива и рабочие тела силовых и энергетических установок. Казань. Издательство «Абак», 1996. ­264 с.

4. Яновский Л.С., Дубовкин Н.Ф., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Экология легких моторных топлив. Казань, Издательство «Абак», 1997. ­204 с.

5. Яновский Л.С., Дубовкин Н.Ф., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф., Сагидуллин Р.Н. Энергоемкие горючие. Казань, Издательство «Абак», 1997. ­131 с

6. Дубовкин Н.Ф., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф., Сагидуллин Р.Н. Авиационные криогенные углеводородные топлива. Казань, Издательство «Абак», 1998. ­255 с.

7. Яновский Л.С., Иванов В.Ф., Галимов Ф.М., Сапгир Г.Б. Коксоотложения в авиационных и ракетных двигателях. Казань, Издательство «Абак», 1999. -284 с.

8. Дубовкин Н.Ф., Яновский Л.С., Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Иванов В.Ф. Инженерные методы определения физико-химических и эксплуатационных свойств топлив. Казань, Издательство «Мастер Лайн», 2000. _378 с.

9. Шигабиев Т.Н., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Иванов В.Ф. Физический и химический хладоресурс углеводородных топлив. Казань, Издательство «Мастер Лайн», 2000. -240 с.

В статьях и трудах научных конференций с открытой публикацией

1. Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Теплоотдача при кипении реактивного топлива ТС­1. /В сб. Тепло­ и массообмен в химической технологии. Казань. 1989. С.117­120.

2. Галимов Ф.М. Шигабиев Т.Н. Обобщение опытных данных по теплоотдаче при кипении реактивных топлив //В сб. Тепло­ и массообмен в хим. технологии. Казань, 1990. С.99­102.

3. Галимов Ф.М., Шигабиев Т.Н. Влияние длительности кипения реактивного топлива ТС­1 на состояние поверхности нагрева //В сб. Тепло­ и массообмен в хим. технологии. Казань, 1991. С.11­14.

4. Галимов Ф.М., Головин С.В. Теплообмен при кипении многокомпонентных смесей углеводородов /Материалы IV Всесоюзной конференции молодых исследователей. ­Новосибирск, 1991. С.142­143.

5. Галимов Ф.М. Теплоотдача при кипении реактивных топлив в условиях естественной конвекции /Автореферат диссертации на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Казань, 1991. 16с.

6. Галимов Ф.М., Шигабиев Т.Н., Усманов А.Г. Теплообмен при кипении реактивных топлив в условиях естественной конвекции. /В сб. Тепло­ и массообмен в химической технологии. Казань. 1991. С.14­21.

7. Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Теплообмен при кипении многокомпонентных смесей углеводородов. //Химическая промышленность. №11. 1992. С.678-681.

8. Усманов А.Г., Гумеров Ф.М., Галимов Ф.М. и др. Исследование теплообмена при кипении реактивных и моторных топлив /Научно­технический отчет №14, кафедра ТОТ КХТИ. Казань 1992­1993 гг. 65 с.

9. Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Теплообмен при кипении реактивных топлив в диапазоне давлений 0.1­1.1 МПа. //Промышленная теплотехника. Т.16, №1, 1994. С.7­9.

10. Галимов Ф.М., Шигабиев Т.Н. Теплообмен при кипении автомобильных бензинов и дизельных топлив в условии естественной конвекции //В сб. Тепло­ и массообмен в химической технологии. ­ Казань. _1994. С.46­50.

11. Ягов В.В., Яновский Л.С., Галимов Ф.М., Тимошенко А.В. Теплообмен при пузырьковом кипении реактивных топлив //Теплофизика высоких температур. ­ 1994. _Т.32, №6. ­С.867­872.

12. Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М.. Теплоотдача при кипении углеводородных топлив в условиях естественной конвекции //Инженерно_физический журнал. ­1995. ­Т.68. ­№3. ­С.438­443.

13. Шигабиев Т.Н., Галимов Ф.М. Влияние процесса фракционирования на коэффициент теплоотдачи при кипении углеводородных топлив в условии естественной конвекции //Химическая промышленность ­№2. ­1995. С.87­90.

14. Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновский Л.С. Образование коксоотложений при нагреве углеводородных топлив. /Сборник докладов и сообщений на 11­м научно­техническом семинаре “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань. 1999. С.48­50.

15. Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновский Л.С. Использование хладоресурса реактивных топлив для охлаждения узлов и конструкций летательных аппаратов /Сборник докладов и сообщений на 11­м научно­техническом семинаре “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань. 1999. С.52­54.

16. Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Расчет коэффициента теплоотдачи при кипении однокомпонентных систем /Сборник докладов и сообщений на 11­м научно-техническом семинаре “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 1999. С.50­51.

17. Галимов Ф.М. Возможности реализации химического хладоресурса топлив летательных аппаратов /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 2000. С.76_78.

18. Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Кипение суспензионных горючих на примере смеси топлива ТС-1 и алюминия /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 2000. С.84_85.

19. Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А., Яновский Л.С. Структура и состав коксоотложений в каналах ГТД и ВРД. /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань, 2000. С.80_82.

20. Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Обобщение экспериментальных данных по теплоотдаче при кипении суспензионной смеси топлива ТС-1 и алюминия //Химическая промышленность. №10, 2000. С.53-56.

21. Галимов Ф.М. Влияние отложений на начало образования пузырей при поверхностном кипении топлив /Тезисы докладов 12­го Межвузовского научно­технического семинара “Внутрикамерные процессы в энергетических установках, акустика, диагностика”. Казань. 2000. С.82_83.

22. Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Кипение жидких суспензионных горючих в большом объеме //Материалы международной научной конференции «Двигатели XXI века». Москва, 2000. С.226-227.

23. Галимов Ф.М. Возникновение кипения углеводородных топлив на поверхности при наличии отложений //Материалы всероссийской научной конференции «Тепло и массообмен в химической технологии». Казань, 2000. С.82-86.

24. Фадеев Д.А., Галимов Ф.М., Гарифуллин Ф.А. Обобщенные зависимости для расчета интенсивности теплоотдачи при кипении однокомпонентных жидкостей в условии естественной конвекции //Материалы международной научной конференции «Двигатели XXI века». Москва, 2000. С.228-229.

Соискатель Ф.М.Галимов

Заказ Тираж 100 экз

Офсетная лаборатория КГТУ

420015, г.Казань, ул.К.Маркса, 68