Как сжечь отработку. Использование отработанных масел для сжигания в котлах, теплогенераторах. А если головка уже готова

При использовании отработанных масел для отопления частного дома возникает вечная проблема – предварительная подготовка горючего, очистка от примесей и воды. Упростить задачу поможет горелка Бабингтона, сжигающая отработку и другое жидкое топливо любого качества. Поскольку ее конструкция и принцип работы вызывает немалый интерес, рассмотрим эти вопросы в данном материале. Заодно расскажем, как сделать «всеядную» масляную горелку своими руками.

Принцип работы горелки Бабингтона

Несколько слов об истории изобретения. Рассматриваемый способ сжигания тяжелых фракций жидкого топлива появился относительно недавно – в середине прошлого века. Если точнее, то изобретатель Роберт С. Бабингтон (R.S. Babington) запатентовал свою горелку на дизельном топливе в 1969 году. Однако, срок действия патента давно истек и теперь ее устройство доступно всем интересующимся.

Изобретение Бабингтона по принципу работы в корне отличается от традиционных масляных горелок, где смесь воздуха и топлива впрыскивается форсункой под давлением:

1. Отработка или дизель подается из бака насосом малой производительности.
2. Топливо капает на рабочую поверхность – сферическую или наклонную. По ней горючее стекает вниз, образуя тонкую пленку.
3. В центре указанной поверхности проделано отверстие малого диаметра (не более 0.3 мм), сквозь которое компрессор нагнетает сжатый воздух.
4. Горелка Бабингтона на отработанном масле работает по следующему принципу: поток сжатого воздуха, выходящего через малое отверстие под давлением, отрывает часть масляной пленки от поверхности.
5. В результате получаем струю топливовоздушной смеси, которая после розжига образует устойчивый факел пламени. Он направляется в топку печи или котла, нагревая стенки камеры либо водяную рубашку. Ниже на рисунке показана схема работы горелочного устройства:

Поскольку часть топлива течет мимо отверстия, организован сток обратно в бак

Здесь хорошо видно, что несгоревшие остатки отработанного масла стекают с полусферы в специальную емкость, а оттуда - обратно в главный бак. Из него топливо поступает на сжигание уже под небольшим давлением, причем предварительно подогревается для разжижения. Как видите, никаких фильтрующих элементов конструкцией не предусмотрено.

Подогрев отработанного масла или дизельного топлива перед сжиганием горелкой Бабингтона очень важен и вот почему:

1. Нагретая отработка разжижается и образует более тонкую пленку на рабочей поверхности, которая хорошо распыляется потоком воздуха. Это способствует более эффективному горению.
2. Чем мельче капельки жидкого топлива, взвешенные в струе, тем легче произвести розжиг котла или печи Бабингтона в ручном/автоматическом режиме.

Справка. Найти и купить готовую горелку Бабингтона в заводском исполнении нереально. Известные производители масляных и дизельных агрегатов, например, KROLL или EURONORD, таковых не производят. Выход один – заказать горелку хорошему мастеру или же сделать ее самому.

Плюсы и минусы горелки Бабингтона

Особенность этого типа горелочных устройств состоит в том, что их позитивные и негативные стороны уравновешивают друг друга. Как вы уже могли догадаться, главное преимущество – использование тяжелых видов жидкого топлива любого качества. Даже при большом количестве примесей в отработанном масле самодельная горелка с воздушным наддувом будет исправно функционировать (в отличие от ).

Не помеха и наличие в отработке воды или автомобильного антифриза (в разумных пределах), хотя небольшие сбои могут иметь место. Дело в том, что сила поверхностного натяжения воды выше, чем у жидких углеводородов. Соответственно, пленка из отработки легче отрывается от рабочей поверхности под воздействием воздушного наддува в горелке Бабингтона. Если в масле имеется немного воды, то последняя практически не попадает в зону горения, а стекает вниз, в отстойник.

Совет. Злоупотреблять «всеядностью» горелочного устройства все же не стоит. Лучше перед применением отработку прогнать через грубый сетчатый фильтр.

Другой приятный для пользователя факт – большой выбор используемых видов жидкого горючего. Правда, при переходе с одного на другое придется перенастраивать горелку по дозировке топлива и воздуха. Вот перечень этих видов:

• отработанные масла и ГСМ любого происхождения и вязкости – из автомобилей, станков и прочих машин и механизмов;
• солярка и биодизель;
• свежие, старые и перегоревшие растительные масла;
• мазут;
• светлое печное топливо, керосин.

Отработанное масло предварительно нагревается в трубке, опоясывающей корпус горелки

Теперь о недостатках, коих тоже хватает:

1. Масляная горелка Бабингтона - устройство относительно простое. А вот система дозированной подачи и стока горючего выйдет посложнее. В схеме участвует 2 емкости, насос и топливный тракт с регулировкой интенсивности горения. Важно обеспечить качество соединений, иначе масло начнет подтекать.
2. При использовании жидких видов топлива, особенно отработки, в котельной редко бывает чисто. Надо понимать, что грязь и запахи в помещении топочной неизбежны. Недостаток проявляется в процессе настройки горелки Бабингтона для совместной работы с или . Сюда же относится перенастройка оборудования для перехода с отработки на дизельное, мазутное или растительное топливо.
3. Изредка при работе горелки возникают сбои из-за того, что засоряется сопло, точнее, крошечное отверстие для воздуха. Скорее всего, причина кроется на стороне компрессора. К примеру, изношенность поршневой группы приводит к попаданию масла из картера в сопло и может стать причиной сбоев.

Отдельно стоит упомянуть о мерах пожарной безопасности. При выполнении работ, связанных с установкой масляного горелочного устройства, рекомендуется держать под рукой огнетушитель. Последний должен постоянно находиться в помещении котельной.

Как сделать горелку самостоятельно

Чтобы понимать, как сделать горелочное устройство Бабингтона, нужно изучить его конструкцию по чертежам. Таковых на просторах интернета можно отыскать немало, но для изготовления лучше перенять опыт специалистов и взять в работу проверенный прототип. Ниже представлен чертеж горелки, сделанной и испытанной одним из опытных участников одного из специализированных форумов:

Теперь несколько слов о том, из чего можно смастерить агрегат по этому чертежу. Автор в качестве корпуса использовал обычный стальной тройник с резьбами для присоединения труб диаметром 2 дюйма (ДУ50). Вместо тройника сгодится и крестовина такого же размера. Остальные элементы – в соответствии с перечнем:

Также понадобится небольшой насос для перекачки отработанного масла. С этой задачей неплохо справляются агрегаты от автомобиля ВАЗ или мотоцикла, нужно только обеспечить их вращение от электродвигателя. Компрессор подойдет любой маломощный, в том числе от холодильника, поскольку давление в воздушном тракте должно быть небольшим (номинальное - около 2 Бар, максимум – 4 Бар).

Совет. Для дозирования или перекрывания топливной магистрали на ней стоит установить специальный вентиль.

Важная операция – просверлить в импровизированной форсунке калиброванное отверстие очень малого диаметра. Но сначала необходимо подобрать сверло требуемого размера, ведь от величины отверстия будет зависеть мощность будущей самодельной горелки Бабингтона. О расчете мощности будет сказано в следующем разделе, а о том, как самому сделать маленькое отверстие, подробно показано на видео:

Подбор мощности

Фокус в том, что самостоятельно произвести такой расчет по формулам довольно затруднительно. Есть данные, полученные на практике, и они гласят, что разные мастера-умельцы делают одно или несколько отверстий диаметром от 0.1 до 0.3 мм. Есть и более точная информация: если изготовить горелку с 1 отверстием размером 0.25 мм, то получится добиться мощности котла до 15 кВт (в зависимости от вида топлива).

Совет. Не стоит сверлить отверстие слишком большого размера (более 0.3 мм), это приведет к ухудшению распыления и сгорания отработки. Кроме того, устройство будет сложнее разжечь, да и расход жидкого топлива неоправданно увеличится.

Опираясь на эти данные, можно подобрать тепловую мощность агрегата количеством отверстий. Чтобы выйти на 30-35 кВт, придется просверлить не 1 отверстие на 0.25 мм, а два. Причем расстояние между ними нужно выдержать не менее 8 мм, чтобы факелы топливовоздушной смеси не гасили друг друга. По опыту, при работе горелки Бабингтона на отработке через одно отверстие 0.25 мм приблизительный расход масла в максимальном режиме составит до 2 л в час.

Когда отверстие готово, к шару надо прикрепить трубку подачи воздуха и установить его внутрь тройника. Для герметичного вывода трубки из корпуса придется изготовить резьбовую заглушку. В ней просверливается отверстие, куда и вставляется трубка. Сверху в тройник методом пайки врезается штуцер, а к нему присоединяется медная магистраль топливоподачи. Для подогрева отработанного масла перед сжиганием используем такие способы:

1. В бак, откуда происходит подача отработки на полусферу, встраивается электрический ТЭН с терморегулятором.
2. Трубка, ведущая из бака, делает несколько витков вокруг разогретого сопла, за счет чего проходящее по ней топливо разогревается.

К тройнику сначала прикручивается сопло, а потом на него надевается предварительно согнутая в спираль медная трубка. А уж потом она подключается к штуцеру. Кстати говоря, в сопле следует проделать 2 отверстия диаметром не менее 8 мм для поступления вторичного воздуха. Подробное описание, как изготовить горелку Бабингтона самому, дано в представленном ниже видео:

Нижний выход из тройника предназначается для стекания отработанного масла в бак-отстойник. Его можно расположить прямо под горелкой, но это не эстетично и небезопасно, - пламя слишком близко. Лучше отнести бак в сторону, а для отвода отработки придумать штуцер с резьбовой пробкой и трубкой. Тот, кто силен в области электроники, может приладить к горелке комплект автоматики розжига и безопасности с контроллером.

Электрический розжиг может обеспечиваться одной или двумя автомобильными свечами зажигания, вкрученными в начале сопла. Это даст возможность останавливать и запускать котел в автоматическом режиме, перекрывая и возобновляя подачу отработанного масла и воздуха в горелку. Контроллер может получать сигналы от датчика пламени, температуры воды в котле и уровня топлива в баке и на их основании отключать насос и закрывать клапан топливной магистрали.

О переделке паяльной лампы на отработку

Некоторые домашние мастера, изучив принцип работы горелки Бабингтона, пытаются переделать под сжигание отработанного масла обычную паяльную лампу. Цель – удешевление и упрощение изготовления, ведь процессы в этих двух устройствах якобы схожи. Такое мнение ошибочно, так как паяльная лампа функционирует иначе, нежели описанная здесь самодельная горелка.

В лампе воздух нагнетается в бачок с бензином с одной целью – вытолкнуть его и подать к форсунке. При этом горючее проходит стадию нагрева и испарения. Форсунка подает в зону сжигания уже пары бензина, жидкость там можно наблюдать только на стадии розжига, когда «голова» паяльной лампы еще не прогрелась. Отработанное же масло испарить не удастся и форсунка будет подавать его в виде крупных капель, что не способствует нормальному горению. Да и сечение жиклера быстро засорится от различных примесей.

Вывод прост: переделать паяльную лампу для сжигания тяжелого жидкого топлива не удастся.

Заключение

На данный момент универсальная горелка, работающая по принципу Бабингтона, - это прерогатива мастеров–самодельщиков. Хотя она обладает массой достоинств, известные бренды не торопятся налаживать производство подобных агрегатов. Можно предположить, что причиной тому – пожарная опасность такого изделия и слишком высокая прогнозируемая цена из-за сложной системы подачи топлива с воздухом.

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

Утилизация отработанного моторного масла (отработки) достаточно серьезная проблема во всем мире. Вместе с тем энергетический потенциал отработки высок; сжигая ее, можно получить много тепла, несравненно более дешевого, чем от любого другого энергоносителя. Вопросом, как делается горелка на отработке своими руками, интересуются не только профессионально связанные с автохозяйством – запас отработки поможет сэкономить значительную сумму и на отоплении подсобных помещений в частном домовладении. Для отопления жилых помещений отработка совершенно непригодна из-за содержащихся в ней изначальных присадок в моторное масло и попавших в него в процессе эксплуатации примесей. Однако отработка – весьма специфичное горючее, и любая иная горелка для жидкого топлива на нем не заработает. В этой статье рассматривается, горелки каких типов «едят» отработку и что нужно учесть при их изготовлении.

Особенности топлива

Отработка топливо не только грязное, но и очень липкое. Одна из задач присадок в моторное масло – обеспечить облипание им тонким слоем трущихся поверхностей, работающих в тяжелых условиях. Поэтому горелки на отработке работают почти исключительно с подогревом топлива, увеличивающим его текучесть: слишком вязкое горючее не смешается как следует с воздухом, не пройдет через сопло форсунки, или не облечет ровным слоем распылительную головку (см. далее).

Поджечь отработку тоже не так-то просто: чтобы это было за моторное масло, горящее в сильно нагретом двигателе? Фактически для быстрого и надежного поджига отработки пригодны только электрическая искра и газовый факел. Есть, правда, одно исключение, см. далее.

И третье – отработка загрязнена не только твердыми частицами, но также водой и/или антифризом, попавшими в нее из системы охлаждения ДВС. Фильтрация топлива – достаточно сложный процесс. Организовывать его имеет смысл, только если отработка на топливо постоянно есть в наличии, напр., в достаточно крупной и загруженной работой автомастерской, а горелка на отработке для нерегулярного использования должна быть нечувствительна не только к твердым загрязениям, но и к обводненности топлива.

Электричество для горелки

Отсюда следует неблагоприятный вывод: энергонезависимых горелок на отработке не бывает. Есть способы сжигания отработки без наддува и подогрева, но такие устройства (см. далее) дают приемлемые технические и экологические показатели только в составе разработанных заодно с ними теплогенерирующих приборов и горелками как таковыми не являются. Поэтому, если у вас электроснабжение ненадежно, а отработки довольно, лучше будет или котел.

Какую делать?

Исходя из перечисленных особенностей, самодельная горелка на отработанном масле может быть выполнена по одной из след. систем:

• Эжекционной с наддувом.
• Распылительной инжекторной (горелка Бабингтона).
• Топливо-воздушной свободного объемного горения (чашечная испарительная горелка).

Сравнительные достоинства и недостатки

Эжекционная

Эжекционная горелка обеспечивает полное сгорание топлива и минимально возможное количество побочных продуктов в отходящих газах. Пламя горячее, свыше 1200 градусов, расход топлива минимален для данного класса устройств (см. также в конце). Мощность домодельных – 1,5-100 кВт. Регулировка мощности (модуляция) горелки возможна во всем указанном диапазоне. Без ограничений применима в технологических целях, а в исключительных случаях применима для временного отопления жилых помещений, если топочная дверца штатной отопительной печи или котла выходит в нежилое помещение – в прихожую, чулан, топочную и т.п.

Примечание: кухня и баня считаются жилыми помещениями.

Недостатки эжекционной горелки на отработке также существенны:

1. Технически сложна: используются точные металлические детали, требующие для изготовления станочного парка;
2. На неочищенной отработке сразу выходит из строя, поэтому делать эжекционную горелку на отработке, не обзаведясь фильтровальной топливной станцией, бессмысленно;
3. Наиболее энергозависима – собственное удельное электропотребление составляет ок. 20 Вт на 1 кВт тепловой мощности в диапазоне последней 5-40 кВт. Ниже и выше этих значений собственное удельное электропотребление увеличивается.
4. Требует снабжения управляющей автоматикой, т.к. весьма чувствительна к свойствам и качеству топлива, которые и у очищенной отработки нестабильны;
5. Более других типов горелок на отработке склонна к устранимым отказам в работе.

Используются эжекционные горелки для сжигания отработки преимущественно для отопления больших помещений или обеспечения технологических процессов в условиях, когда топливо для них постоянно имеется в наличии.

Инжекторная

Инжекторная горелка совершенно нечувствительна к степени загрязненности топлива, лишь бы в нем осталось 30-40% чего-то горючего. Технически проще предыдущей – горелку Бабингтона можно сделать дома из подручных материалов (см. далее), если есть настольный сверлильный станок. Диапазон мощностей в любительском исполнении – прим. 3-20 кВт. Модуляция горелки возможна начиная прим. от 30% максимальной мощности. Можно добиться модуляции от 10% максимума, то техническая сложность изготовления возрастает при этом в разы, а склонность к отказам увеличивается. Может работать без электроподогрева топлива; в таком случае собственное энергопотребление до 300 Вт независимо от тепловой мощности; в подавляющем большинстве случаев – до 100 Вт. Если же топливо греется ТЭНом в накопительном баке, то собственное энергопотребление как в пред. случае. Без управляющей автоматики склонна к отказам при смене партии топлива без перенастройки горелки.

Для самодельщиков важное преимущество горелки Бабингтона в том, что ее наддув способен обеспечить компрессов от старого поломанного холодильника, см. далее. Однако и недостатков у горелки Бабингтона хватает:

• Топливо не сгорает полностью. КПД по топливу простейшей горелки Бабингтона (см. далее) ок. 80% Довести степень сжигания топлива до 95-97% возможно, но тогда ее техническая сложность возрастает до сравнимой с эжекционной. Правда, токарно-фрезерных станков для изготовления все равно не потребуется, а собственное энергопотребление горелки не увеличивается;
• Как следствие из пред. п., горелка Бабингтона источает в воздух много паров топлива, что делает ее абсолютно непригодной для жилых помещений и ограниченно пригодной для помещений с временно находящимися там людьми и/или предметами, чувствительными к замасливанию. Однако гнать пламя горелки Бабингтона в трубу (см. далее) можно, что значительно уменьшает указанные недостатки;
• Пламя тоже грязное и не очень горячее, до 900-1000 градусов. Поэтому инжекционая горелка на отработке ограниченно применима для термических технологических процессов с черными металлами, а цветные и тем более драгоценные испортит.

Самодельные горелки Бабингтона чаще всего и применяются для временного отопления подсобных помещений или в простых технологических процессах, напр., для разогрева обычной конструкционной стали под гнутье.

Испарительная

Топливо-воздушная горелка на отработке может быть изготовлена из подручного хлама без использования сложных технологических операций. Мощность – ок. 5-15 кВт. Топливо без перенастройки жрет любое тяжелое: помимо отработки другое минеральное и растительное масло, мазут, нефтешлам. Отказывает только при неправильном пользовании. Побочных продуктов сгорания топлива источает больше предыдущей, поэтому применима либо для временного запуска отопительных приборов с хорошим дымоходом в нежилых помещениях, либо на открытом воздухе. В технологических целях применима весьма ограниченно, т.к. дает столб горячих газов с температурой менее 600 градусов. Наиболее доступный для изготовления начинающими умельцами тип горелки на отработке.

Схемы и конструкции

Эжекционная

Еще одна особенность отработки как топлива заключается в том, что подать весь необходимый для ее сжигания воздух под наддувом очень сложно, его требуется много. Поэтому наддувом в горелках такого типа преимущественно вытягивают топливо из сопла эжектора и распыляют его, а воздух для дожигания подсасывается непосредственно в факел пламени. Такая схема дает возможность обойтись для наддува электрической мощностью до 100 Вт, а остальное расходуется на подогрев топлива ТЭНом. В общем идея такова: часть электрической мощности (с существенной прибавкой, кстати), необходимой для наддува с топливом более текучим, используем на подогрев отработки, и обычная в общем эжекционная горелка на ней работает.

Хорошо известная схема устройства эжекционной горелки на отработке и чертежи ее сердца – форсунки на прим. 3-30 кВт даны на рис. Устанавливается такая горелка на глухом фланце в топочный проем печи/котла, а вторичный воздух в факел подсасывается через поддувало. Однако, кроме форсунки, в данной конструкции имеются еще тонкие моменты.

Турбулизатор

Первый из них – турбулизатор воздушного потока (завихритель в схеме на рис. выше). Наддув эжекторной горелки на отработке может быть обеспечен встроенным вентилятором-улиткой либо, через редуктор, пневмосистемой предприятия или промышленным (возможно, бытовым аналогичной конструкции) поршневым компрессором. На мощность горелки где-то 3-15 кВт возможен также наддув от холодильного компрессора от 250 Вт электрических.

В зависимости от способа наддува меняется конструкция турбулизатора. Компрессор или разводка сжатого воздуха для привода пневмоинструмента дают, при необходимых для эжекции топлива условиях в воздушной рубашке горелки, слишком мощный и быстрый поток воздуха. То же возможно со слишком мощной улиткой, напр., взятой из старого хлама. В таком случае турбулизатор должен являться кольцевой диафрагмой вокруг сопла с широкими слабо изогнутыми наружными лопастями, поз. 1 и 2 на рис. Псевдо-ламинарная струя воздуха из диафрагмы вытянет топливо из форсунки и обеспечит его стабильный поджиг (см. ниже), а в 3-5 см от диафрагмы горящий масляный туман будет подхвачен мощным вихрем, распылен до испарения и полностью сожжен.

Если же воздушный поток оптимален (встроенная улитка по расчету) или слабоват (компрессор от холодильника), то турбулизатор из многих узких более изогнутых внутренних лопастей совмещается с диафрагмой, а по краю турбулизатора оставляют кольцевой зазор в 0,5-1,5 см. Диафрагма-завихритель оказывает меньшее сопротивление воздушному потоку, слабый, но сразу хорошо закрученный вихрь эффективно высасывает и распыляет топливо, а кольцевой поток из зазора не дает вихрю расползаться в стороны, пока топливо не испарится в факеле.

Примечание: целесообразность того или другого турбулизатора для конкретной горелки определяется опытом – поджиг топлива должен быть стабилен, а срывов пламени не должно быть во всем диапазоне регулировки мощность горелки. Начинать нужно с диафрагмы с внешними лопастями, подгибая их больше и больше. Не выходит – надо переходить на диафрагму-турбулизатор с внутренними лопастями.

Зажигание

Вторая тонкость – поджиг факела. Автосвеча с удаленной «лапкой» (корпусной ламелью) мало подходит, т.к. рассчитана на поджиг паров легкого топлива короткой искрой, а не тумана тяжелого длинной.

Зажигать факел горелки на отработке нужно электродами для зажигания котлов на жидком топливе, см. рис. Расстояние между разрядниками (носиками, остриями) электродов требуется 3-8 мм (для горелок на 3-30 кВт), а расстояние от оголенных металлических частей электродов до ближайших металлических деталей конструкции должно быть как минимум втрое больше. Включая форсунку: в момент зажигания разрядники должны находиться в извергаемом соплом масляном тумане и поджигать его искрой между собой. Зажигание искрой от разрядника на форсунку даст слабый нестабильный факел, который легко сорвется от колебаний наддува или подачи топлива.

Для зажигания двумя разрядниками необходим специальный трансформатор зажигания с изолированной вторичной обмоткой на 6-8 кВ. Ее выводы соединяются с электродами зажигания проводами в толстой, от 2 мм, термостойкой изоляции из силикона или тефлона (фторопласта). Лучше – в последней: при нагреве до 150 градусов пробивная стойкость фторопласта-4 остается ок. 80 кВ на 1 мм, а силикона будет не выше 20 кВ/мм. Такой огромный запас электрической прочности необходим ввиду сильного загрязнения проводов в процессе эксплуатации.

Спецтрансформатор зажигания стоит дорого, т.к. выпускаются такие для котлов от 20 кВт. Если мощность горелки до 15 кВт (и для описываемой далее горелки Бабингтона), можно применить однопроводную схему поджига от автомобильной катушки зажигания искрой от электрода на форсунку; имеется в виду наличие только одного высоковольтного провода. Условие – ручной вывод на режим: горелку зажигают на минимальной мощности и вручную выводят на штатную, следя, чтобы факел не забился в судорогах и не сорвался.

Для зажигания горелки на отработке по однопроводной схеме корпусную клемму трансформатора соединяют с корпусом горелки и форсункой разными обратными проводами. Искра не постоянный ток, а импульсный разряд, и электрическая цепь становится чувствительной к наличию в ней реактивности. Электрическая реактивность массивного корпуса горелки больше, чем форсунки, что уже облегчает искре выбор в пользу сопла. Если же дополнительно включить в корпусный обратный провод небольшую индуктивность (см. рис.), то и однопроводное зажигание станет вполне стабильным.

Об автоматике

Горелки на отработке, режим работы которых задается с пульта (напр., известные NORTEC) стоят очень дорого, но без автоматики городить самодельную эжекционную горелку на отработке нет смысла: даже при фиксированной мощности и заправке топливом из одной партии нужно для получения стабильного пламени регулировать одновременно подогрев топлива и подачу воздуха. Поэтому самодельные эжекционные горелки на отработке (исключая образцы, лишь бы повозиться с ними) делаются полуавтоматическими с установкой мощности вручную и применением относительно недорогой автоматики от котлов отопления, см. напр. видео

Видео: горелка на отработке с автоматикой

Горелка Бабингтона

Сам Роберт Бабингтон, запатентовавший свою горелку в 1979 г., признавался, что, отчаявшись придумать форсунку, не засоряющуюся от отработки, вспомнил об одном из законов Мэрфи, гласящем: «Если железина ну вот все равно никак не хочет работать, попробуй сделать в ней все наоборот». Бабингтон попробовал продувать воздух сквозь тонкий слой масла – получилось. Пошел туман, а уж как его сжечь, дело известное.

Такое техническое решение оказалось возможным благодаря тому, что масло реологическая жидкость. Попросту – сверхтекучая. Сверхтекуч не только экзотический гелий II. Реологических жидкостей хватает и вокруг нас. Кто забывал на столе открытую банку с подсолнечным маслом, сразу поймет.

Конструкция горелки Бабингтона показана слева на рис., а справа – устройство камеры сгорания (дожигателя) для нее. Здесь уже виден недостаток данной горелки: чтобы сжечь отработку более чем на 95%, требуется 3-х ступенчатая подача воздуха (кроме как для распыления), причем частично с подогревом. Хотя наддува все равно не требуется.

Действует горелка Бабингтона довольно просто: топливо капает на распылительную головку со сферической поверхностью, что обеспечивает равномерное его растекание. Капает с избытком, чтобы воздуху всегда было что сдуть. Выброшенное воздушной струей из сопла в головке масло образует туман, который поджигается. Топливная пленка постоянно наползает на сопло благодаря реологическим свойствам масла. Избыток топлива стекает в сборник, откуда питательным насосом подается через подогреватель обратно в расходный бак (питатель). Часто вместо поплавка, включающего насос, питатель снабжается стоком избытка в баке прямо в сборник; питательный насос в таком случае работает непрерывно. Однако и в горелке Бабингтона достаточно конструктивных нюансов.

Нужна ли полная сфера?

Мощность, снимаемая с одного сопла горелки Бабингтона, ограничена конечной величиной текучести масла. Поэтому головки мощных горелок Бабингтона буквально истыканы порами. Если от горелки требуется не более 5-7 кВт, вместо технологически сложной полносферической головки возможно применить часть сферической поверхности.

Устройство горелки Бабингтона с частично сферической распылительной головкой показано на рис; (ак такую сделать, во всех подробностях и с фото описано здесь: diyworkplace.ru/14-diy-oil-burner.html ). Помимо доступности материалов, на этой горелке хорошо учиться настраивать подачу топлива: чуть больше дал, масло затекает за лепесток головки, воняет, подгорает, забивает распылительную камеру.

Сфера все же лучше

Сферическая головка в горелке Бабингтона лучше еще и тем, что экономит топливо: в горелке с частично сферической головкой добрая доля обратки пригорает до невозможности использования. В конце концов оказывается, что в баке еще четверть и более, а горелка не запускается.

Как сделать распылительную головку горелки Бабингтона из недорогих материалов совсем иного назначения, имеющихся в широкой продаже, показано на рис.:

Заглушка от карниза штор хороша тем, что ее срезанная поверхность плоская и ровная. Просверлить в такой заготовке головки отверстие сопла не составит труда на обычном сверлильном станке. Если оно уйдет от полюса сферы в пределах 1-2 мм, это ничего. Главное – оси сопла и сферы будут параллельны и факел будет бить ровно. Можно даже увеличить мощность горелки, просверлив вокруг полюса сферы 3-4 отверстия не ближе 6 мм друг от друга треугольником или квадратом. Осталось решить – как сверлить?

Как сверлом 0,6 проделать отверстие 0,25

Допустимые пределы диаметра сопла горелки Бабингтона 0,1-0,5 мм. С узкого сопла снимается меньшая максимальная мощность, но расширяется диапазон ее регулировки, которая осуществляется изменением давления воздуха на распыление. Последнее для сопла 0,1 мм может меняться в пределах 0,5-5 атм, для сопла 0,25 мм – 1-3 атм, а давление перед соплом 0,5 мм нужно держать в пределах 2(+/-)0,2 атм, иначе пламя или срывается, или гаснет. Величину диаметра сопла 0,25 мм еще Бабингтон признал оптимальной; более узкие сопла забиваются пылью из воздуха, что требует как минимум 2-ступенной его очистки.

Но как просверлить отверстие диаметром 0,25 мм? Сверла такие далеко не везде купишь, а станок нужен повышенной точности, иначе сверло сразу ломается.

Выход из положения – сделать сопло из части иглы от медицинского шприца. Диаметры канала игл шприцов на 0,2-1 куб. см. находятся как раз в оптимальных пределах, а их наружный диаметр 0,4-0,6 мм. Сверла такие есть в широкой продаже, а заправлять их можно в обычную настольную сверлилку. Изготовление сопла горелки Бабингтона из медицинской иглы производится след. образом:

• Вырезаем из иглы кусок длиной на 2-3 мм больше толщины стенки головки.
• Прочищаем тонкой жесткой проволокой от опилок и заусенцев.
• Сверлом чуть больше наружного диаметра иглы сверлим в головке пионерный канал. Если сверлом 0,6 засверлить канал под иглу 0,4 по наружи, ничего страшного.
• Сверлом диаметром на 0,15-0,2 мм больше пионерного зенкуем отверстие с обеих сторон. Фаску нужно снять крошечную, поэтому зенкуем вручную, обмотав хвостовик сверла изолентой и поворачивая его пальцами.
• Вставляем отрезок иглы в пионерное отверстие.
• Двумя острыми шильями или, лучше, слесарными чертилками, разворачиваем концы отрезка иглы. Разворачивать из нужно одновременно, слегка надавливая и проворачивая инструменты в противоположные стороны.
• Раструб внутри оставляем как есть, он ничему не мешает.
• Наружный излишек снимаем наждачным камнем не грубее №360.
• Еще раз прочищаем канал сопла, продуваем – головка готова.

А если головка уже готова?

Очень даже возможный вариант. Если на головку взять готовую форсунку для дизтоплива; подойдет дефектная из хлама или по дешевке. Любителей смущает, что выпускаются они на мощность от 20 кВт, но в данном случае бояться нечего, т.к. в форсунку пойдет не соляра, а воздух. Зато ее рабочая поверхность точно полусферическая, зеркально гладкая, с воротником, не дающим маслу затекать куда не надо и пригорать. Сопло, правда, будет от 0,7 мм, но его можно сузить, как описано выше. Как из дизельной форсунки сделать головку горелки Бабингтона, пригодной для долговременного интенсивного использования, да еще и с автоматикой от водогрейного котла, см. сюжет

Видео: горелка Бабингтона с автоматикой

Компрессор для распыления

Воздуха на распыление в горелке Бабингтона нужно немного, но под приличным давлением. Лучше всего для этой цели подойдет компрессор от старого холодильника, только перед ним надо поставить автомобильный воздухофильтр, иначе вакуумный насос быстро выйдет из строя. Нужен также ресивер, т.к. струю такой компрессор даст сильно пульсирующую.

Как приспособить компрессор от холодильника для воздушного питания горелки Бабингтона на отработке

Большое достоинство такой системы – возможность автоматизации зажигания горелки без электроники. Используем для этого предохранительный клапан (см. рис.), т.к. холодильный компрессор нагоняет давление больше 5 атм. Клапан возьмем самый плохой, тарельчатый с плоским седлом (тарелку и седло нужно будет притереть друг к другу с абразивом №600 или тоньше и промыть спиртом). У таких клапанов большой гистерезис (отношение давлений открывания и закрывания), но в данном случае нам того и нужно. Мы еще и усилим гистерезис клапана, надев на его шток грузик. Когда компрессор накачает ресивер до давления первоначального срабатывания, клапан резко «пшикнет», подпрыгнет вверх и на 1-2 с замкнет микровыключатель, подающий питание на трансформатор зажигания. Пойдет расход масла на горение, увеличится расход воздуха (холодную масляную пленку продуть труднее), и клапан станет подрабатывать, не доставая до микрика. Регулировочной гайкой удобно менять давление воздуха для изменения мощности горелки.

Смазка компрессора

В холодильнике компрессор смазывается хладоагентом, т.к. выкачивает из испарителя не чистый пар, а фреоновый туман. Вдруго компрессор зачавкал, это значит, что хладоагента слишком много и в системе он циркулирует в капельно-жидком состоянии. Если заставить холодильный компрессор качать воздух, он без смазки скоро испортится.

Смазывать компрессор от холодильника можно веретенкой или другим машинным маслом для точной механики. Сначала нужно сделать дозатор смазки, из бачка на 50-100 мл, иглы от обычного шприца на 2-10 кубиков, трубки от аппарата для переливания крови и пары зажимов от него же. Верхним перекрывают подачу смазки, а нижним регулируют ее величину.

Настройку дозатора производят в свободном пространстве. Нужно добиться, чтобы капля смазочного масла накапливалась на острие иглы, направленной точно вниз, в течение 2-4 мин, и еще столько же висела, пока не оторвется. Тогда иглу перпендикулярно вводят в подающий воздуховод компрессора так, чтобы ее скос находился посередине просвета и был ориентирован по потоку. Если иглу повернуть скосом вбок или против воздуха, масло не пойдет.

Система готова к использованию, но в процессе работы нужно будет еще за ней последить. Вдруг спустя некоторое время после запуска горелки характер горения изменится, это значит, что масла в компрессор идет много и он гонит его излишек с воздухом. Если до этого проходит не менее 10 мин, а пламя остается, только начинает пульсировать или коптить, поправить дело можно, немного повернув иглу, не более чем на 45 градусов. Не помогает или симптомы появляются раньше – нужно перенастраивать дозатор смазки на большее время накопления капли.

Пламя – в трубу!

С горелкой на отработке можно проделать любопытный опыт, результаты которого видны на след. рис.:

Пропустив пламя горелки сквозь всего 1 м широкой трубы, увидим его уже не таким бешеным и сильно остывшим (поз. 1), а от трубы вверх заметен будет мощный поток нагретого воздуха. Если взять трубу диаметром от 200 мм и длиной от 3 м (поз. 2), то температура газов на ее выходе упадет менее чем до 100 градусов. Выставим устье трубы наружу – масляная вонь в помещении перестанет ощущаться, хотя газоанализатор и покажет превышение примесями жилищной нормы. Осталось герметически присоединить устье трубы к дымоходу, и получим систему отопления с КПД более 80%.

Испарительные

Отработку можно сжечь вовсе без наддува и подогрева, пуская по каплям в раскаленную чашу. Но такие устройства, как сказано выше, более-менее прилично работают только в составе котла или печи на отработке, так что горелками в собственном смысле не являются и рассматриваются в других публикациях.

В чашу испарительной горелки на отработке подается топливо-воздушная смесь, т.е. необходим небольшой наддув (вентилятор от 20 Вт). Чаша предварительно нагревается или газовым факелом (поз. 1 на рис.), или подаваемым по каплям (пока без наддува) штатным топливом, поджигаемым калильной свечой (поз. 2). Последнее проще, но первые 3-5 мин копоти будет много. Когда пламя от очередной капли очистится и начнет взвиваться с шумом, свечу выключают и пускают воздух. В чаше появятся синие язычки (поз. 3 и 4), свидетельствующие о полном сгорании масла, но примеси к нему перейдут при этом в химически более агрессивную форму и уйдут в воздух, поэтому пользоваться испарительными горелками на отработке нужно осторожно, см. выше. К размерам деталей испарительная горелка не критична; основа – водопроводные трубы 1/2″ и 2”.

Примечание: для временного запуска на отработке, напр., гаражной буржуйки, удобнее будет испарительная горелка, действующая по тому же принципу, но в которую топливо-воздушная смесь подается сбоку по касательной, см. видео ниже:

Видео: испарительная горелка на отработке для печи

Подведем итоги

Итак, горелка на отработке устройство достаточно сложное, дома на столе такую не сделаешь. Тем не менее, решая, быть или не быть горелке на отработке из ваших рук, учтите еще одно существенное обстоятельство. А именно, удельный расход топлива на обогрев отработкой наименьший: ок. 100 мл на 1 кВт тепловой мощности в час. Лучшие дизельные и мазутные горелки расходуют от 130 мл*кВт/час, а керосиновые и бензиновые от 160 мл*кВт/час. Стоимость отопления от тех, других и третьих сравнивать не приходится, т.к. отработка уже отработала свою цену в моторе.

Утилизация отработанного масла путем его сжигания с целью выработки тепловой энергии значительно снижает затраты на отопление. При определенных использовании традиционных энергоресурсов предприятиям и организациям при новом строительстве или реконструкции следует обращать внимание на использование отработанных масел.

В распоряжении многих станций технического обслуживания и других сервисных организаций постоянно в достатке отработанное масло. Отработанное масло собирают при замене масел в двигателях и узлах трения автомобилей, тепловозов, электровозов, швейных, метало и деревообрабатывающих станков, танков, тракторов, кораблей, самоходных барж и катеров, подводных лодок, строительной техники, бензо- и дизель- генераторов, турбин электростанций, буровых установок и т.д. Утилизация топливных отходов для большинства предприятий - это проблема, дорогая в финансировании содержания пунктов сбора, хранения, транспортировании, переработки и отжига. Владельцы этих предприятий, установившие воздухонагреватели или котлы на отработке, решают проблему не только утилизации отработанного масла, но и значительно экономят на отоплении технических и офисных помещений. Если у предприятия нет отработанного масла, то оно может рассмотреть возможность его закупки и транспортировки, в сравнении с затратами на традиционное топливо.

Оборудование на отработанных маслах хоть и имеет высокую стоимость, но отопление на нем значительно дешевле в эксплуатации из-за дешевизны топлива. К концу первого года эксплуатации стоимость котла и израсходованного топлива на отработке сравняется со стоимостью котла на дизельном топливе, а в дальнейшей эксплуатации Вы получите существенную экономию. Кроме того, горелки на отработке,в большинстве случаев являются универсальными, работая и на отработанном масле и на дизеле. Тем самым решается проблема резервного топлива, в случае экстренных ситуаций.

Также отработанные масла можно использовать в специальных печах. Печь соответствует классу простейших приборов, не требующих особого ухода и обслуживания. Профилактическое обслуживание производится владельцем печи. Конструкция печи позволяет:
- регулировать расход топлива;
- регулировать степень нагрева воздуха в помещении;
- использовать для отопления доступные типы топлива (масло отработанное нефтяное и т.п.);
- утилизировать, не подлежащие регенерации нефтепродукты тяжелых углеводородных фракций.
Конструкция печи позволяет использовать верхнюю часть изделия в качестве нагревательного элемента для приготовления пищи, нагрева воды и т.п. Процесс горения проходит в оптимальном режиме с наименьшими выбросами загрязняющих веществ в атмосферу.

Анализ ситуации

Анализ, подтверждённый энергоаудиторскими обследованиями, современного технического состояния источников тепловой энергии энергетических и промышленных предприятий, аграрного сектора и транспорта, систем теплоснабжения городов и населенных пунктов России, выполненными специалистами Московского энергетического института (технический университет) и ОАО «ВНИПИэнергопром», позволяет сделать следующие выводы.

1) В предприятиях ЖКХ доля жидко-топливных котельных мощностей в десятки раз ниже по сравнению с предприятиями ТЭК и промышленности. Следует отметить, что котельные установки, предназначенные для отжига дизельного и мазутного топлива, отличны технологически от установок отжига ОтМ. Этот факт игнорируется: эффективность отжига ОтМ в котлах, предназначенных для дизельного и мазутного топлива, крайне низкая. По установившейся традиции многие промышленные и транспортные предприятия свозят топливные отходы для переработки на нефтехимические предприятия или на отжиг ТЭЦ, концентрация выбросов которых отягощает экологию. Причем, подавляющее большинство предприятий платит деньги за утилизацию ОтМ, сдавая при этом ценный топливный ресурс, либо едва окупает только транспортные расходы, что крайне невыгодно им самим и приводит к сокрытию фактического объема жидко-топливных отходов.

2) Тепловая мощность источников АО-Энерго обычно существенно выше присоединённой нагрузки. Очевидно, что перевод нагрузки муниципальных и ведомственных котельных на теплоснабжение от предприятий АО-Энерго мог бы способствовать снижению расхода топлива в системе и снижению тарифа на тепловую энергию. К схожему результату привёл бы перевод менее экономичных источников в режим пиковых, а более экономичных источников - в режим базовых. Однако, в настоящее время неэкономичные муниципальные и ведомственные котельные, как правило, являются основными источниками в изолированных 9

системах теплоснабжения. Их тепловые сети обычно не связаны с тепловыми сетями предприятий АО-Энерго. В тоже время, источники на утилизации ОтМ несут в себе автономный характер, не требующие подключения к сетям систем теплоснабжения и предназначены в основном для производственных потребителей, сокращают тем самым потери в централизованных сетях. Что вполне вписывается в генеральные стратегии развития систем теплоснабжения секторов ЖКХ и ТЭК, посредством отсечки концевых потребителей или ограничения в передаче тепла и горячей воды в зачёт собственной генерации (перевод на децентрализованное теплоснабжение), особенно в промзонах.

3) Анализ методов формирования тарифов предприятий ЖКХ и ТЭК в большинстве своем позволяет сказать, что в структуре тарифов практически не рассматриваются базовые потенциалы тарифных моделей на потребляемые ресурсы, т.к. построены на обобщенных показателях удельного топливопотребления. Это касается электроэнергии и топлива, что в свою очередь перекладывается на тепловые тарифы. В тоже время, их структуры позволяют выделять средства в форме льготных или индивидуальных тарифов при внедрении энергосберегающих мероприятий, снижающих потребление топлива на источниках генерации энергоресурсов из доли выпадающих доходов (прибыли) и доли участия города (бюджетные дотации). В последних, в свою очередь, упущено наличие собственных топливных ресурсов, в т.ч. ОтМ, хотя часто вложенный в содержание централизованных систем теплоснабжения 1 рубль окупается только на 7÷8 копеек.

Есть и другие составляющие, что позволяет развивать налоговые и акцизные преференции, моделировать схемы консолидированного финансирования, в чем потребители чаще не имеют четкого представления. Например, бизнес-планы промышленных предприятий или ТЭО проектов внедрения теплогенераторов на ОтМ содержат оценку эффективности, построенную на разнице тарифов за потребленные энергоресурсы в виде покупного тепла, электроэнергии или газа. При этом упускаются из виду расходы на утилизацию ОтМ, платы за выбросы и стоки, расходы на содержание очистных систем и прочистку канализации, затраты на 10

содержание персонала, амортизационные начисления в собственных бухгалтерских балансах, расходы на содержание, резервирование и реконструкцию тепловых сетей, насосных станций, тепловых пунктов и источников, расходы на содержание транспорта и перевозку отходов, и много иных статей, из которых формируются источники финансирования, и, как следствие, сами финансовые схемы и механизмы зачета средств, позволяющие сократить сроки окупаемости внедрения теплогенераторов от 2 лет (или более) до 1 года (или менее).

Помимо собственных источников финансирования, следовало бы прорабатывать аспекты, способные повысить эффективность внедрения оборудования, включающие энергосберегающие меры, повышение качества эксплуатации оборудования и используемого топлива, оптимизацию теплообмена в помещении (или тепломассообмена в технологическом процессе) или схемы подключения, экологическую оценку пунктов сбора и хранения ОтМ, и пр. В зависимости от формы собственности и структуры предприятия, назначения оборудования и места расположения потребителя, могут быть применимы и административные методы, повышающие рентабельность внедрения теплогенераторов на ОтМ и схемы децентрализации теплоснабжения (аналогична децентрализация теплоснабжения, частичная или полная, для промышленных и транспортных предприятий). Существуют и действуют профессиональные схемы привлечения финансирования в виде экологических фондов, тарифных регуляторов, киотских механизмов, лизинговых, др. энергосервисных и локальных схем.

Большинство описанных выше приёмов, конечно, могут быть реализованы с участием квалифицированных энергоаудиторов, но это не исключает административно-правового урегулирования проблем на местах. Например, при разработке схем развития систем теплоснабжения силами специализированных организаций. Однако, это мероприятие, проводившееся ещё 15-20 лет назад, наравне с комплексным энергоаудитом систем теплоснабжения, сейчас не практикуется за отсутствием государственного заказчика и средств на их осуществление.

4) Модернизация парка энергетических котлов АО-Энерго для утилизации ОтМ практически не производится из-за незначительной доли производительности в общем объёме генерируемой тепловой энергии ТЭЦ (ТЭС), сам парк морально и технически устарел, его КПД составляет 50÷60%. Причем, коэффициент полезного использования топлива в централизованных системах теплоснабжения, в схеме источник-потребитель, в среднем по стране не выше КПД паровоза.

На сегодняшний день в России осваивается в год специального отопительного оборудования для отжига ОтМ не более 140 Гкал/час тепловой мощности, из которых производится у нас и ввозится в страну не более тысячи единиц специальной техники мощностью до 0,3 Гкал/час. Единичные поставщики и производители могут предоставить оборудование тепловой мощностью порядка 1,0 Гкал/час и выше. С такими темпами освоения передовых технологий утилизации ОтМ мы будем ещё лет 100 загрязнять окружающую среду, губить здоровье поколений и всё живое вокруг, при этом, закапывая в землю (загрязняя атмосферу, сливая в водоёмы и в канализацию) десятки миллиардов рублей ежегодно. Учитывая тот факт, что оборудование имеет ограниченный срок эксплуатации, то и 100 лет нам не хватит, если уже сейчас не будут приняты правовые регламенты.

5) В тоже время, в процессе утилизации ОтМ выявлены следующие недостатки, часто имеющие место в централизованных системах отжига:

Большинство предприятий смешивают ОтМ, что в последствии при отжиге приводит к снижению эффективности процессов горения и работы оборудования.

Ситуация усугубляется тем, что в состав примесей при смешивании попадают воды, неочищенные отходы гальванических производств и взрывоопасные компоненты;

Поступающие для централизованного отжига ОтМ редко контролируются качественно-химическим анализом и сопровождаются формальным документом качества (топливный паспорт). Фактически, утрачен качественный контроль топлива, как на стадии его приемки (и не только ОтМ), так и на стадии выработки;

На стадии пуско-наладочных работ и при эксплуатации недостаточно выполняются режимно-наладочные испытания, влекущие к потере тепла в газоходах из-за высоких температур уходящих газов (до 300ºС и выше), что приводит к снижению коэффициента полезного использования топлива на 15-20% и выше, и противоречит принципам энергосбережения и экологической безопасности;

ОтМ сжигаются в морально, физически и технологически устаревших котлах и печах, не оборудованных специальной автоматикой горения, или в не предусмотренных для этих целей, существенно уступающих по экономическим и экологическим показателям современным образцам;

При эксплуатации оборудования отжига ОтМ не соблюдаются режимы эксплуатации и инструкции производителей. Оборудование, на которое распространяются действующие правила котлонадзора, практически не имеет режимных карт;

При отжиге ОтМ чаще используется схема подмеса топливных отходов в состав мазута или дизтоплива, что не всегда приводит к выбросам, допускаемых нормами ПДК;

Тепло сожженных ОтМ не всегда используется на нужды генерации, технологий и отопления, и уходит на сброс, что противоречит принципам энергосбережения.

Также, следует отметить, что ГОСТ 21046-86 «Нефтепродукты отработанные» не всегда корректно применяется на местах. Например, для того чтобы поднять эффективность использования топлива, снизить ПДК выбросов и повысить КПД оборудования отжига целесообразно произвести режимно-наладочные испытания 13

или выполнить настройки оборудования на определенную группу (тип или партию) топлива. Однако, указанный ГОСТ, принятый в рамках Международного стандарта, допускает смешивание, что сводит экологически чистые и энергосберегающие намерения к нулю. Эта формулировка с определением «допускается» перекочевала в инструкции по эксплуатации предприятий и паспорта оборудования производителей, что при нашей бесхозяйственности превратилось в норму, позволяющую смешивать топливные отходы. В итоге, потери ресурса при отжиге превышают нормы в 1,5 раза и выше, а превышение вредных выбросов - в 2-3 раза.

Для предприятий, на которых в результате их деятельности скапливаются большие объемы отработанного масла, внедрение отопительного оборудования, использующего «отработку» в качестве топлива, представляет выгодное решение целого ряда проблем.

Идея использования отработанных масел (ОМ) в качестве топлива для отопления в ряде зарубежных стран эксплуатируется уже достаточно давно и весьма эффективно и регулируется четкой законодательной базой. В США это целая индустрия: около 60 % собранной «отработки» отправляется на вторичную переработку, остальное утилизируется, в том числе сжигается в теплогенераторах малых и средних отопительных систем. Во многих странах ЕС существует полный запрет на сжигание ОМ. В целом в западно-европейских странах собирается около 75 % «отработки» - при этом 25 % регенерируется, а 50 % используется в качестве топлива.

В России же процесс использования топлива из отработанного масла пока не имеет под собой четкой законодательной базы. Соответствующее оборудование сертифицируется как отопительное, работающее на жидком топливе. Для организации системы теплоснабжения на ОМ необходимо составить проект, учитывающий воздействие на окружающую среду всего объекта в целом.

В России также не существует налаженной системы сбора, восстановления и утилизации ОМ, а действующие перерабатывающие предприятия из собранных масел восстанавливают солидол и низкосортные масла, которые в технике на сегодняшний день малоприменимы. Однако использование «отработки» для отопления в нашей стране весьма перспективно, потенциал топливной базы на основе отработанных технических масел от автотранспорта и иных видов техники в России составляет до 500 млн т/год и более. Повторно используется меньше половины (40-48 %): 14-15 % из них идет на регенерацию, остальное используется как топливо.

Одно из самых перспективных направлений утилизации ОМ подразумевает использование его в качестве топлива для обогрева промышленных объектов. Такой подход позволяет предприятию сократить расходы на теплоснабжение за счет отказа: от услуг энергоснабжающих организаций, потребления традиционного газового или жидкого топлива, затрат на утилизацию отработанного масла как опасного промышленного отхода. При этом снижается и нагрузка на окружающую среду - сжигание «отработки» с помощью высокотехнологичного оборудования экологически безопаснее ее неконтролируемой «утилизации». Содержание вредных соединений в продуктах сгорания горелок на ОМ должно соответствовать нормативам, установленным для горелочных устройств на обычном дизтопливе.

Очевидно, что для таких предприятий, как автотехцентры, судоремонтные верфи, автопарки, насосные станции, где постоянно идет сбор ОМ, его использование для обогрева собственных производственных помещений особенно выгодно. В то же время, по оценкам специалистов, средняя цена на отработанное масло в два-три раза ниже, чем на дизельное топливо, при почти одинаковой калорийности. Поэтому использование этого топлива оказывается рентабельным даже независимо от объемов собственного «производства» масла. Конечно, при проведении технико-экономического обоснования применения отопительного оборудования на ОМ необходимо учитывать затраты на проведение регулярных регламентных работ по очистке нагревателей и теплообменных поверхностей.

Наибольшее распространение в качестве теплоагрегатов, работающих на отработанном масле, получили печи и воздушные теплогенераторы.

Печи на отработанном топливе

Печи, работающие на ОМ, обычно не отличаются большой мощностью и используются для обогрева отдельных помещений автомастерских, складов запчастей и др. В этих теплогенераторах сжигание топлива производится в камере сгорания в особой чаше, обычно чугунной, топливо на которую подается капельным способом. Под действием высокой температуры масло выпаривается, а образовавшиеся пары смешиваются с воздухом и сгорают. Воздух в камеру сгорания подается принудительно под небольшим давлением, что обеспечивает стабильный режим горения.

В частности, нагнетательным вентилятором оснащены теплогенераторы на отработанном масле ЖАР-25 и ЖАР-100. В этих устройствах вентилятор управляется электронным контролером, и благодаря этому появляется возможность изменения мощности, что приводит к более экономному расходованию топлива. К тому же блок управления таких теплогенераторов снабжен функцией автоматического поддержания температуры.

Продукты сгорания топлива нагревают теплообменник и отводятся на улицу по дымоходу, который должен иметь протяженность не менее 4 м. Тепло отдается с теплообменника печи излучением или отводится с помощью вентилятора.

Розжиг в таких печах часто производится вручную, предварительно чаша прогревается сжиганием в ней небольшого количества топлива. Во время работы топливо подается из топливного бака (закрепленного на печи или находящегося в удалении) автоматически с помощью насоса.

Безопасность работы теплогенератора обычно обеспечивается с помощью датчика температуры, защищающего печь от перегрева, и датчика перелива топлива.

Датчик температуры размещается на внутренней стенке корпуса и включается в цепь привода насоса подачи топлива. В случае срабатывания датчика насос отключается, топливо перестает подаваться в камеру сгорания, горение прекращается.

При нарушении режима горения возможен перелив топлива через края тарелки. В этом случае срабатывает датчик перелива и также отключает насос подачи топлива.

При освоении топливной ниши ОМ в России изначально распространение получили печи зарубежных производителей, такие как Kroll W401, W401L (США), Thermobile AT 306, 307, 400, 500 (Нидерланды). Появились и аналоги отечественного производства - например , отопители нa отработанном масле «Tеплон Т 603» (ЗАО «Беламос»), «Тайфун ТГМ 300» (ООО «Фирма Биляр»), «Жар 25» (ООО «Лепта») и др.

Более эффективного сжигания топлива в печах на «отработке» удается добиться с помощью распыления его тонким слоем. В этом случае ОМ подается из встроенного или внешнего бака дозирующим насосом в камеру сгорания, где и происходит распыление. Насосом создается давление в 4-5 атм, за счет подключения к магистрали сжатого воздуха, что и вызывает сверхтонкое распыление.

Но даже распыление ОМ сжатым воздухом позволяет сжечь только около 70 % топлива. Остальная часть осаждается на теплообменнике и значительно снижает теплоотдачу, поэтому чаши в печах на отработанном топливе, как и стенки теплообменника, нуждаются в периодической очистке. Для разных агрегатов время между очистками колеблется от 6 до 800 ч работы и более, в зависимости от применяемой в них технологии сжигания и чистоты используемого топлива.

Для еще большего повышения эффективности работы печей на ОМ американской компанией Clean Burn была разработана технология вторичного дожига отработанного масла на мишени. Она размещается в камере сгорания на небольшом расстоянии от задней стенки, и на ней оседают капельки ОМ. В печах с применением мишени дожига чистка теплообменников стала необходима лишь через каждые 800 ч работы.

Площадь теплопередачи в таких печах определяется площадью камеры сгорания. Для увеличения теплопередачи ряд компаний-производителей стали использовать трубчатый теплообменник, а эффективность теплоотдачи повышается с помощью принудительной вентиляции.

Компанией «Техно-Климат» на базе отопителя Kroll W401 разработана модель теплогенератора на ОМ Euronord EcoHeat, в которой испарительная (капельная) схема сгорания топлива сочетается с высокоэффективным радиальным вентилятором обдува (рис. 1). Теплогенератор обеспечивает подачу в помещение большого объема нагретого воздуха при полном отсутствии побочного теплового излучения, за счет этого увеличивается КПД прибора и появляется возможность более гибко регулировать обогрев помещения.

Рис. 1. Теплогенератор, работающий на отработанном масле

При установке особого устройства подачи топлива такой теплогенератор способен работать в полностью автоматическом режиме (без ручной дозаправки). Данное устройство имеет в своем составе поплавок, контролирующий уровень топлива в баке отопителя, и схему управления, которая включает насос стандартного агрегата подачи топлива Kroll или Euronord при снижении уровня топлива в баке ниже заданного.

Воздушное отопление на «отработке»

Наибольшая эффективность сжигания отработанного топлива достигается в камерах сгорания воздушных теплогенераторов с помощью дутьевых горелок. КПД таких стационарных агрегатов достигает 93 %. Камеры сгорания теплогенераторов выполняются из высокотемпературной нержавеющей стали и могут работать с любыми типами горелок. В качестве топлива может быть использовано дизтопливо, газ, животные жиры, отработанное или растительное масло. Таким образом, п реимущества воздушного отопления, не требующего промежуточного теплоносителя, сочетаются в таких системах с экономическими преимуществами топлива из ОМ.

В воздушных теплогенераторах (рис. 2) раскаленные продукты сгорания, проходя внутри теплообменника, нагревают его и отводятся за пределы помещения. Нагнетаемый вентилятором воздух обдувает теплообменник, нагревается и поступает в помещение через регулируемые жалюзи или систему воздуховодов. Теплоотдача начинается сразу после включения установки.

Мощность таких теплоагрегатов достигает 1,5 МВт, благодаря чему с их помощью можно создавать автономные системы отопления помещений большого объема и любого назначения: складов, ангаров, цехов, торгово-выставочных комплексов, сельскохозяйственных объектов, спортивных сооружений, помещений автосервисов и др. Их можно использовать в технологических процессах, на специфических производствах - для подготовки горячего воздуха, сушки и нагрева материалов и изделий.

Рис. 2. Теплогенераторы воздушного отопления на отработанном масле

На российский рынок такие воздушные теплогенераторы часто поставляют те же компании, которые производят и печи, работающие на ОМ, например, Kroll (Германия) - установки серий S и SKE, EnergyLogic (США) и др.

Для предотвращения отрыва пламени от горелки и возникновения эффекта обратной тяги в воздухонагревателях EnergyLogic предусмотрена автоматическая система регулирования по разряжению в дымоходе.

Для удобства размещения производители предусматривают вертикальные и горизонтальные модули теплогенераторов. Воздухонагреватели EnergyLogic могут быть установлены под потолком обогреваемого помещения, прикреплены к стене, размещены на платформе из негорючего материала либо расположены на стойках на топливном баке. Конструкция аппаратов позволяет подавать нагретый воздух в разных направлениях, разделять воздушные потоки и направлять их в систему вентиляции. Для обогрева больших помещений возможно проектирование коллекторной системы подачи топлива к нескольким горелкам, установленным на работающих в каскаде воздушных теплогенераторах.

Очистка теплообменных поверхностей воздушных теплогенераторов производится при помощи промышленного пылесоса каждые 2-6 мес.

Водяное отопление на ОМ

Отопление на отработанном масле может быть не только воздушным, но и водяным. Примером такого котельного оборудования могут служить водогрейные котлыEL-200B и EL-500B (максимальная мощность - 58,3 и 146 кВт) фирмы EnergyLogic. Они оснащены двумя топливными баками, в первом из которых происходит отстаивание нерастворимых примесей и твердых частиц. Масло после отстаивания подается через фильтр, задерживающий частицы размером более 100 мкм, в основной питающий бак. Перед подачей на форсунку горелки топливо еще раз очищается на фильтре тонкой очистки, разогревается до температуры 50-75 °С, в зависимости от состава масла, и смешивается в форсуночном блоке с первичным воздухом, нагнетаемым встроенным компрессором. В зону горения от вентилятора горелки поступает также вторичный воздух. Качество сжигания ОМ по такой технологии сопоставимо со сжиганием обычного печного топлива. Блок подогрева топлива изготовлен из особого сплава. Его очистку следует проводить примерно раз в два месяца.

Система подачи топлива EnergyLogyc включает и запатентованный дозирующий насос, регулирующий подачу горючего в зависимости от его характеристик, - для обеспечения оптимальных условий горения. Насос может подавать топливо на расстояние до 45 м.

Котел EL имеет двухходовую конструкцию с полностью водоохлаждаемой топкой. В дымогарные трубки встроены турбулизаторы из нержавеющей стали. Корпус котла имеет теплоизоляцию из плотного слоя стекловолокна. Крышка дымосборной камеры - съемная, что облегчает осмотр, техническое обслуживание и очистку внутренних поверхностей котла. При этом не требуется демонтировать горелку. Котел оснащен змеевиком для подготовки горячей воды, а при необходимости подключается также к отдельному бойлеру.

Горелки на «отработке»

Принцип работы большинства горелок на ОМ европейского производства схож с описанным выше. Встроенный топливный насос закачивает горючее в герметичную промежуточную камеру с электронагревателем. После нагрева масла до температуры, на которую настроен регулировочный термостат, включается роторно-компрессорная группа горелки. Вращающийся в гильзе ротор с лопатками осуществляет забор первичного воздуха из помещения и смешивает с ним топливо из промежуточной камеры. Затем готовая топливно-воздушная эмульсия через форсунку подается под давлением в камеру сгорания. Вентилятор горелки нагнетает вторичный воздух.

Euronord EcoLogiс мощностью от 20 до 240 кВт.

Горелки с ротационными форсунками выпускает и немецкая компания Saacke. Высокая эффективность сжигания топлива (в том числе битумов, гудронов и остатков тяжелых минеральных масел) при их использовании обеспечивается за счет качественной регулировки различных потоков топлива. Подаваемый в горелку воздух разделяется на первичный (25 %), распыляющий топливную пленку после кромок вращающегося стакана, вторичный (70 %), обеспечивающий сгорание основной массы топлива, и третичный (5 %), защищающий вращающиеся лопатки от перегрева и препятствующий отложению продуктов сгорания.

Снижение образования оксидов азота в ротационных горелках Saacke обеспечивается подачей газов рециркуляции в область зоны первичного сжигания.

Ротационные горелки обладают широким диапазоном регулирования (1:10), причем избыток воздуха остается практически неизменным при снижении нагрузки до 20 % номинальной.

Модели горелок Euronord EcoLogiс, которые поставляет на российский рынок ООО «Техно-Климат», оснащены двухступенчатым нагревателем топлива в камере подогрева. Это позволяет быстро нагреть первую порцию топлива до рабочей температуры и обеспечить быстрый запуск горелки, а также поддерживать температуру в камере подогрева самым экономичным способом. На мощных моделях горелок Euronord EcoLogic используется сдвоенная схема подключения сжатого воздуха для стабильной работы горелки в режиме максимальной мощности.

«Рекордсменами» по мощности можно назвать универсальные горелки итальянской фирмы Ar-Co. Их типоразмерный ряд включает модели мощностью от 23 до 1395 кВт. Самая мощная горелка этого ряда расходует 120 кг топлива в час, а ее габариты составляют 1520х920х600 мм.

Появились и отечественные разработки в этой области. Так, ООО «Общемаш» производит автоматическую горелку ОМС-600 мощностью 11,8-117,7 кВт (расход топлива - 1,2-11,3 кг/ч; габаритные размеры - 275х300х475 мм; потребляемая электрическая мощность - 0,35 кВт).

Все упомянутые выше горелки являются универсальными, т. е. могут работать как на ОМ, так и на дизельном и печном топливе, мазуте, а также на рапсовом и растительном масле. Форма факела - правильный овал, близкий к сфере. При переходе с одного вида топлива на другое не требуется демонтаж горелки, необходимо лишь произвести регулировку подачи первичного и вторичного воздуха, а также температуры предварительного разогрева топлива. Температура нагрева должна обеспечивать вязкость, необходимую для оптимального сгорания конкретного горючего. Например, отработанное масло требует подогрева до 70 °С при вязкости 7 °Е, а дизельное топливо - до 20 °С (вязкость - 1,6 °Е). От вида топлива зависит содержание СО 2 и сажи в дымовых газах. Содержание углекислого газа должно составлять 8-14 %, а сажи - 1-2,5 (по шкале Бахараха). Корректировка этих значений возможна изменением количества воздуха в смеси. Температура отходящих газов - примерно 260 °С.

К. Калейников

Утилизация отработанных масел (ОМ) - актуальная проблема. Ведь возникают большие расходы по содержанию пунктов сбора, хранения, транспортировки и переработки. С другой стороны отработанные масла являются источником тепловой энергии, пригодной для отопления общественных и производственных помещений, поскольку при их сжигании выделяется до 35 МДж/л тепловой энергии. В данной статье рассматривается способ отопления с использованием теплоты при сжигании отработанных моторных масел в потоке пиролизного газа

На сегодняшний день в мире существует много патентованных способов и оборудования для утилизации низкосортного топлива: SU 1548601, A1, 07.03.1990; RU 2079051, C1, 10.05.1997; RU 2227251, C2, 20.04.2004; US 4291636, 29.09.1981, UA 59465, С2, 15.09.2003. На рынке представлено достаточно эффективных горелок (рис. 1), печей и котлов (рис. 2) длясжигания предварительно фильтрованного ОМ, однако стоимость оборудования высока, в результате часть масла сжигается в неприспособленных котельных и печах.

Рис. 1. Горелка для сжигания отработанного моторного масла

Вопросы экологии

Производители оборудования умалчивают о проблемах защиты окружающей среды в процессе сжигания ОМ: происходит выброс в атмосферу вредных веществ. По мировым требованиям природоохранных стандартов содержание в газовых выбросах вредных веществ должно быть: пыли - не более 10 мг/м 3 , SO 2 - 50, HСl - 10, HF - 1, CO - 50, NO х - 200, диоксинов - 0,1 нг/м 3 . Содержание оксидов тяжелых металлов не должно превышать 3 мг/м 3 , в том числе кадмия, ртути, свинца - 0,1 мг/м 3 .

Анализ современных технологий сжигания ОМ выявляет ряд эколого-экономических недостатков. В частности, при этом в атмосферу выбрасывается высокодисперсная пыль (1-2 кг/м 3 ОМ) и вредные газы. В состав высокодисперсной летучей золы входят минеральные частицы и несгоревшие остатки органических веществ. Газообразные выбросы состоят из: диоксида углерода (СО 2) и водяного пара, соединений тяжелых металлов, продуктов неполного сгорания, а именно полиароматические и галоидсодержащие углеводороды. До 7% от массы сжигаемых отработанных моторных масел составляет зола, загрязненная тяжелыми металлами.

Таким образом, при утилизации ОМ следует учитывать следующие моменты:

• сжигание - это высоко технологичный сложный процесс, требующий многоуровневого очистного оборудования из-за повышенных санитарных норм;
• необходимость предварительного отстаивания после транспортировки, отделения осадка, воды и антифриза;
• большие капитальные и эксплуатационные затраты на котельное оборудование и системы воздухоочистки.

При сжигании 1 т ОМ образуется около 7 тыс. м 3 дымовых газов, в которых содержатся оксиды азота и серы, хлористый водород, полиароматические углеводороды, хлорбензол и тяжелые металлы. Последние сорбируются частицами летучей золы и в среднем содержат: алюминия - 3,1 мг/м 3 ; цинка - 2,7; свинца - 1,6; меди - 0,15; хрома - 1,4.

Методы пиролиза

В последнее время в мировой практике повышенное внимание уделяется термохимическим процессам сжигания, а именно пиролизу, как наиболее совершенному технически и безопасномуэкологически. Этот способ (по сравнению с другими) имеет ряд преимуществ: скорость реакций возрастает экспоненциально с увеличением температуры, в то время как тепловые потери растут линейно, поэтому происходит более интенсивное преобразование исходных составляющих ОМ; наблюдается более полный выход летучих продуктов; количество остатка после окончания процесса уменьшается. Однако есть много недостатков: разрушение высокотоксичных соединений внутри котла не препятствует повторному их синтезу за его пределами, необходима дополнительная очистка газов с помощью сорбционных установок.

По методу пиролиза Torrax (пиролиз со шлакованием) топливо подают сверху в котел, и под влиянием силы тяжести оно последовательно проходит зоны сушки, пиролиза, первичного горения и плавления.

Разложение органической части сырья в зоне пиролиза происходит практически без доступа свободного кислорода благодаря теплу восходящего потока горячих газов из зоны первичного горения и плавления. В нижней части котла происходит горение твердых углеродсодержащих продуктов, именно сюда подается подогретый до температуры 1100 °С воздух. Температура, необходимая для плавления неорганических компонентов, в этой зоне достигает 1650 °С. Образующийся расплав непрерывно выводится из реактора в шлаковую ванну, а газообразные продукты при температуре 430 - 480 °С выводятся из реактора и направляются в камеру сгорания.

В описанном способе введения тепла в котел исключить попадание свободного кислорода в зону пиролиза можно только при сжигании топлива с недостатком кислорода, поэтому получить стабильно высокие температуры, которые обеспечивали бы расплавление всех неорганических компонентов, в таких условиях трудно. В связи с этим не все минеральные компоненты отходов расплавляются. За счет этого дестабилизируется процесс в целом.

Газообразные продукты пиролиза, которые выводятся из котла при температуре 430-480 °С непригодны для непосредственного использования из-за большого количество масел, влаги, других окислителей. Для получения товарного энергетического газа проводят его многоуровневое очистку и, в результате, получают газ, содержащий: водорода - 11,2%; метана - 1,9; других углеводородов - 0,8; оксида углерода - 10,3, диоксида углерода - 10,5; кислорода - 3 и азота - 62,3%. Такой химический состав газа свидетельствует о низком его качестве, что обусловлено высоким содержанием балластных примесей (N 2 , СО 2) и сложных углеводородов, в состав которых входит бензапирен (С 20 Н 12). Поэтому улучшить качество газа и очистить его от вредных химических примесей по данному методу невозможно.

По методу Purox (с подачей кислорода) отходы также подаются в верхнюю часть котла, а в нижнюю его часть вдувается кислород, а не воздух. При взаимодействии кислорода с твердым углеродсодержащим остатком пиролиза получают рабочую температуру в нижней зоне реактора равную 1650 °С. Это обеспечивает плавление неорганических компонентов отходов, а горячие газы, которые получаются в результате горения углеродистого остатка, поднимаясь вверх по высоте реактора, обеспечивают пиролиз отходов и их подсушивание. Из зоны пиролиза газ отсасывается при температуре около 100 °С, с высоким содержанием влаги, масел и других балластных компонентов, то есть газ непригоден для непосредственного использования. После многоуровневой очистки газ содержит: водорода - 24%; оксида углерода - 40; метана - 5,6; других углеводородов - 5,4; диоксида углерода - 24 и азота - 1%.

Рис. 2. Котел, работающий на отработанном масле

Наличие большого количества примесей в газе при выходе из зоны пиролиза обусловлено образованием при температурах 200-300 °С токсичных соединений в смеси с другими летучими веществами. Потому что, поднимаясь вверх навстречу топливу, которое подается сверху, и частично остыв, они выводятся из реактора, без химических превращений, а температурные условия для дальнейшего их разложения отсутствуют. При этом невозможно: обеспечить стабильное плавление неорганических компонентов произвольного химического состава без нарушения технологических основ процесса пиролиза; предотвратить разведение производимого газа маслами, влагой и окислителями; обеспечить обезвреживание образованных в процессе пиролиза токсичных соединений, улучшить качество производимого энергетического газа, а также повысить стабильность протекания процесса и его экологическую безопасность.

Метод «Пироксел» базируется на таких процессах: сушка, пиролиз, сжигание, электрошлаковая обработка, химико-термическое обезвреживание газов. Данная технология имеет ряд преимуществ: высокотемпературная обработка топлива без предварительного фильтрования, практически не остается отходов после переработки, которые необходимо отдельно захоронить. Также есть в этой технологии и недостатки: переработка небольших объемов отходов и большой расход электроэнергии.

Возможно также проводить сжигание распыленной водомасляной эмульсии в закрученном двухфазном потоке пиролизного газа. При этом ОМ вводят в топку в зону пиролиза для разложения органической составляющей. Оптимальная концентрация водной фазы составляет 12-15%. Управляющие параметры процесса горения следующие:

• отношение объема избыточного воздуха к объему водяного пара, который испаряется из эмульсии (коэффициент а);
• внутренние источники тепловой энергии, которые влияют на рабочую температуру реакций, происходящих на границе окислительно-восстановительной зоны.

Для оценки эффективности данного метода проведено математическое моделирование по заданным значениям управляющих параметров и известному элементному составу отработанного масла. Математическая модель строится на основе баланса составляющих ОМ, заданного коэффициента а и уравнений Гиббса для термодинамического равновесия реакций, происходящих в окислительно-восстановительной зоне при фиксированной температуре. Полученные модели позволили выбрать рациональные режимы протекания процессов горения эмульсий с ОМ и определить состав пиролизного газа при заданной температуре процесса.