До какой температуры подогревают мазут

Мазуты продолжают играть важную роль в топливно-энергетическом балансе России. Согласно проектам Энергетической стратегии России, даже в случае самых жестких ограничений, добыча нефти в 2020 г будет на уровне 450-520 млн. т. Свыше 30 % добываемой нефти в процессе ее переработки переходит в топочный мазут, основным потребителем которого являются электростанции и котельные. Анализ структуры топливно-энергетического баланса России показывает, что основой электроэнергетики остаются тепловые электростанции, удельный вес которых в структуре установленной мощности отрасли сохраняется на уровне 60-70 %.
В последние годы наметилась тенденция к ухудшению свойств жидкого котельного топлива, что вызвано углублением переработки нефти, с ростом объемов получения высококачественных легких нефтепродуктов, при этом доля гудрона и тяжелых нефтепродуктов в котельном топливе растет[1].
Снижение качества мазута для потребителя означает ухудшение его физической стабильности и уменьшение эффективности горения. При хранении мазутов увеличивается количество осадков в емкостях, при эксплуатации котлового оборудования снижается эффективность его работы, а с дымовыми газами в окружающую среду выбрасывается повышенное количество сажи.
Необходимость решения взаимосвязанных задач экономии топлива, улучшения технико-экономич еских показателей котельных агрегатов, уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу требует изыскания эффективных способов воздействия на процесс горения топлива.
Данная проблема существенно осложняется тем, что в настоящее время котельные установки отопительных и отопительно-производственных котельных почти повсеместно снабжаются мазутом тяжелых марок, которые, как правило, во многих случаях имеют низкие характеристики.
Чтобы мазут легче воспламенился и приобрел определенную вязкость нужно его подогреть, для этого существуют специальные подогреватели мазута. Мазутные подогреватели служат для изменения вязкости мазута до величины, обеспечивающей его эффективное распыление. Подогрев мазута осуществляется паром, горячей водой, электричеством, маслом или комбинированным способом. Подогреватели проектируются и изготавливаются в соответствии с техническим заданием.
Так как мазут перевозят в цистернах, для того чтобы его слить оттуда, его разогревают. Для экономии топлива и тепла необходима замена разогрева мазута в железнодорожных цистернах «открытым» паром другими методами разогрева. Наиболее целесообразна доставка топочных мазутов в цистернах, оборудованных паровыми рубашками в сливном приборе и в нижней части бака. Конструкция таких цистерн разработана ЦНИИ МПС. Безостаточный слив мазута из 60 т цистерны, снабженной паровой рубашкой, обеспечивается за 4 ч вместо 10 — 14 ч, удельный расход пара на слив уменьшается в среднем в 2 раза, исключается обводнение топлива, соответственно на 5 — 10% увеличивается полезная емкость мазутохранилищ, исключается трудоемкая ручная зачистка цистерн от остатков мазута, значительно повышается производительность и улучшаются условия труда по разгрузке топлива. По расчетам Теплоэлектропроекта [3] затраты на внедрение цистерн, оборудованных паровыми рубашками, окупятся примерно за полтора года. В научно- исследовательских организациях и на предприятиях разрабатываются и другие экономичные методы разогрева мазута для слива из железнодорожных цистерн.
Виброподогреватели мазута позволяют примерно в 20 раз увеличить коэффициент теплоотдачи по сравнению с коэффициентом для неподвижной поверхности. Продолжительность разогрева мазута на 60 °С в цистерне 50 м3 составляет 3,5 ч, тепловая мощность около 0,4 Гккал/ч, мощность парового привода 4,8 кет, поверхность нагрева подогревателя 5,65 м , скорость вибрации 0,83 м/сек.
На ГРЭС-1 Ленэнерго разработан и внедрен разогрев мазута методом электроиндукционных потерь. Основное достоинство метода — исключение обводнения мазута, сокращение времени слива до 4 — 6 ч, исключение тяжелого труда по ручной зачистке. Электрическая мощность установки — 160 кВт. Разрабатываются также установки для разогрева цистерн прокачкой горячего мазута, при помощи инфракрасных лучей и др.
Для возможности систематического получения топочных мазутов в специализированных цистернах с паровыми рубашками и при отсутствии других устройств целесообразно применять для разогрева мазута перед сливом взамен «открытого» пара переносные змеевиковые подогреватели системы Гластовецкого и Чекмарева, состоящие из трех секций, соединяемых при помощи шлангов. Поверхность нагрева подогревателя, применяемого для цистерн емкостью 50 — 25 м3, составляет 23,1 м2, вес 228 кг. Подогреватели изготовляют из стальных или дюралюминиевых труб. В качестве теплоносителя применяют сухой насыщенный или слабо перегретый (до 200 °С) пар давлением 6 — 8 кгс/см2. Основные недостатки переносных змеевиковых подогревателей: значительный вес и громоздкость, затрудняющие обслуживание, большая продолжительность разогрева, необходимость зачистки цистерны после слива. Существенные преимущества таких подогревателей перед разогревом «открытым» паром: исключение обводнения мазута, экономия топлива.
Некоторое ускорение разогрева «открытым» паром достигается путем применения пара повышенных параметров — давлением до 6 — 8 кгс/см2, лучше слегка перегретого, до 200°С. Хорошая тепловая изоляция подводящих паропроводов и правильно организованный дренаж способствуют уменьшению обводнения мазута и ускорению разогрева.
Потери мазута во время слива из цистерн сокращаются при замене переносных лотков на стационарные междурельсовые, как это принято в действующих типовых проектах установок для мазутоснабжения котельных (Сантехпроект, 1967 г.). Потери тепла сокращаются при закрытых крышками сливных лотках, что способствует также ускорению слива топлива. Давление пара в рубашке обогреваемого междурельсового лотка не должно превышать 2 кгс/см2. Использование паровых рубашек или встроенных змеевиков, которыми оборудована часть цистерн, должно быть обязательным при разогреве мазута перед сливом.
В мазутных хозяйствах котельных, в которых еще сохранился способ разогрева мазута в резервуарах при помощи змеевиковых или секционных подогревателей, целесообразно заменить его на циркуляционный, разработанный проф. Геллером. В последние годы циркуляционный способ разогрева мазута, обладающий многими преимуществами, получает все более широкое распространение. Затраты на реконструкцию мазутного хозяйства окупаются в короткий срок за счет улучшения качества подготовки топлива, его экономии при сжигании, повышения надежности эксплуатации, удешевления очистки и ремонта резервуаров. Циркуляционный подогрев осуществляется подачей топлива насосом из нижней части хранилища через внешний подогреватель к насадкам, расположенным в хранилище. Турбулентные затопленные струи горячего мазута, выбрасываемые из насадков, обеспечивают быстрое и эффективное перемешивание, однородный состав и равномерную температуру топлива, препятствуют отложению карбоидов. В качестве внешних подогревателей применяются трубчатые секционные конструкции. Относительно высокие скорости мазута в трубчатых подогревателях обеспечивают благоприятные условия теплопередачи от греющего теплоносителя мазуту и длительную работу без образования отложений.
В современных типовых установках для мазутоснабжения котельных нашли применение подогреватели мазута ПМ-25-6 и ПМ-40-15. Каждая секция такого подогревателя состоит из пучка труб диаметром 38*3 мм, заключенного в кожух диаметром 219х6 мм. Удельная поверхность нагрева этого подогревателя, отнесенная к 1 т подогреваемого мазута, благодаря высокому коэффициенту теплопередачи и рациональной компоновке трубных пучков в 2,5 раза, а вес металла в 6 раз меньше, чем у широко распространенных подогревателей мазута типа «труба в трубе». Благодаря возможному быстрому повышению температуры массы мазута в резервуаре циркуляционный подогрев позволяет уменьшить температуру мазута при его хранении, что сокращает расход тепла на подогрев и уменьшает потери топлива от испарения. Местный подогрев мазута внутри резервуара выполняют при этом только в зоне всасывающей трубы.

Литература:
1. Гумеров А.Г., Карамышев В.Г., Тогашева А.Р., Хазипов Р.Х. Применение деэмульгаторов в процессах подготовки нефти к транспорту // Тр. ин-тапроблем транспорта энергоресурсов.- 2006.- вып. 66.- С.27-54.

2. Соколов БА. Котельные установки и их эксплуатация. М.: изд. Академия, 2008. 432 с.

Источник: Международный научно-исследовательский журнал / ноябрь 2012г.

Журнал “Новости теплоснабжения”, № 6 (10) июнь 2001, С. 15 – 18, www.ntsn.ru

Я.М. Щелоков

Мазут обладает рядом несомненных качеств как топливо:

1. Высокая теплотворность -9500 ккал/кг.

2. Малое содержание золы -0,3-0,5%.

3. Возможность получения светящегося пламени, обеспечивающего высокий радиационный теплообмен в топочном пространстве.

4. Возможность организации при определенных условиях, его сжигание в малых по габаритам топках.

Но мазут, как топливо, имеет ряд серьезных недостатков:

1. Нестабильный состав каждой партии мазута – от близкого к нефти до преимущественно в виде высоковязких крекинг-остатков. В последнем случае быстро закоксовываются форсунки, затягивается процесс горения.

2. Повышенные требования к технике безопасности. Например, температура вспышки не выше 100-120°С.

3. Высокое содержание серы, около 3,5%>

4. Высокая температура застывания +(25-30 °С).

5. Высокая цена, особенно в последнее время.

Но, на наш взгляд, наиболее существенные недостатки мазута следующие: неудобство в эксплуатации, вызванное многоступенчатостью в подготовке мазута к использованию: разогрев, слив, организация хранения без расслоения на мазут и воду, разогрев и перемешивание в баках, транспортировка по трубопроводам, дополнительный подогрев перед форсунками, распыл, сжигание, предотвращение коррозионных процессов в котлах и экологических последствий по составу выбросов в атмосферу и по сливу замазученных вод, обеспечение требований техники безопасности. И по каждому этапу подготовки и использования должно быть обеспечено высокое качество исполнения. Это требование не допускает исключений.

Высокозатратный механизм использования мазута:

– только норматив тепловых потерь на собственные нужды более 10% (у природного газа – 3%);

– затраты электроэнергии на перекачку;

– дополнительный персонал на слив мазута, организацию его хранения и т.д.;

– повышенные температуры для дымовых газов за котлом, для снижения их коррозионной активности и др.

То есть мазут требует к себе ответственного, квалифицированного и трезвого отношения на всех этапах его использования.

Подготовка мазута к сжиганию

Подготовка мазута к использованию начинается с одной из самых важных операций – разогрев его в цистернах и слив для хранения. Разогрев в этом случае производится подачей свежего пара в слой мазута с помощью штанг или гибких металлических рукавов. При этом происходят большие утечки пара и обводнение мазута. Причем основная часть влаги попадает в мазут в период зачистки цистерн. За это время мазут обводняется на 2-4,5%. Основные показатели работы устройств при разогреве мазута марки М-100 свежим паром с параметрами 12 ати и 280 °С (объем цистерны 50 м3, температура воздуха-10 °С):

– Обеспечение оптимальной температуры для слива не ниже 60 °С при общем расходе пара на цистерну около 2,7 тонны при продолжительности слива – 5,5 часов.

В случае применения пара с более низкими параметрами его расход увеличивается на 15-20%.

В этом случае большую часть топлива до начала зачистки цистерны рекомендуется сливать в основные мазутные резервуары. А обводненный мазут при зачистке цистерны сливать в специальный промежуточный бак. В этом случае количество конденсата, подаваемого с топливом в основные мазутные резервуары, можно сократить в 2-5 раз, т.е. уменьшить обводненность до 0,5-1,0%. Такое разделение топлива по влажности позволит дифференцирование подойти к вопросу организации его сжигания. Вода в мазуте влияет на эффективность его использования. В случае подачи в форсунки плохо перемешанного обводненного мазута наблюдаются пульсации горения, которые приводят и к срыву пламени. Наблюдается также перерасход топлива за счет недожога.

Вместе с тем при сжигании мазута с хорошо диспергированной в нем водой, при ее содержании 5-10% и даже более, усиливается эффективность распыливания, повышается устойчивость горения, снижается содержание вредных выбросов (оксиды азота, углерода и др). Поэтому при подготовке мазута к сжиганию следует обеспечить:

– невысокое (до 3%) содержание воды в мазуте;

– глубокое перемешивание воды с мазутом;

– необходимые температуры подогрева мазута.

О снижении содержания воды было сказано выше. При невысокой степени обводнения необходимое перемешивание мазута можно обеспечить при реализации циркуляционного его подогрева. В этом случае топливо из резервуара подается насосом в специальный внешний подогреватель и затем подогретым возвращается в резервуар. При наличии подогревателей внутри бака, как правило, достаточна организация рециркуляция мазута в баке перед подачей его к форсункам.

Желателен дополнительный подогрев мазута перед форсунками, особенно при механическом распыливании. Но при этом следует следить за тем, чтобы трубы теплообменника обеспечивали необходимую паровую плотность, для избежания дополнительного обводнения мазута.

Параметры температурного режима при подогреве мазута приведены в табл.1.

На всех этапах подготовки мазута должна быть обеспечена возможность замера и контроля его температуры.

Мазутопроводы

Для исключения забивания мазугопроводов и особенно форсунок следует предусматривать установку фильтров грубой и тонкой очистки. Должен быть обеспечен 100% запас по их пропускной способности.

Размеры подводящих мазутопроводов зависят от расхода топлива (см. табл. 2).

При расчете подводящих паре- и воздухопроводов рекомендуется принимать следующие скорости движения среды (м/с): для насыщенного пара 20-30, перегретого пара 30-60, вентиляторного и компрессорного воздуха – соответственно 10-15 и 15-20.

Трубопроводы мазута прокладываются со спутниками-паропроводами в одной изоляции. Обязательно предусматривать возможность продувки мазутопроводов паром.

Сжигание мазута

Температурные параметры мазута перед его сжиганием указаны в табл.1. В котлах для распыла мазута используются паровые (паромеханические) или механические форсунки. Какие требования по их выбору?

В настоящее время на котлах чаще всего предусматривается установка механических форсунок. Минимально допустимое давление мазута перед ними – 18 атм. В табл.3 приводятся необходимые размеры сопла форсунки в зависимости от расхода мазута (давление мазута 18 атм).

Диаметр выходного сечения мазутного сопла следует принимать во избежание засорения и закоксовывания не менее 3 мм, даже если по расчету получено меньшее значение. То есть все форсунки с расходом менее 500-550 кг/ч должны иметь сопло не менее 3 мм диаметром, и следовательно должны быть по своей конструкции паромехаиическими или паровыми с расходом пара до 10% от расхода мазута. Скорость мазута из сопла должна быть около 60-80 м/с. В случае применения на водогрейных котлах паромеханических форсунок следует максимально ограничивать расход пара для избежания сернистой коррозии экранных труб.

Из табл. 3 видно также, что при изменении диаметра сопла на 0,5 мм расход мазута увеличивается с 500 до 680 кг/ч, то есть почти на 40%. Поэтому необходима обязательная тарировка форсунок на стенде при подаче воды, что позволяет:

– подобрать форсунки, одинаковые по расходу;

– обеспечить визуальное качество распыления;

-определить угол раскрытия факела;

– обеспечить соответствие расхода топлива через форсунку требуемому по параметрам горелки (котла).

Скорость воздуха в горелке должна быть около 40 м/с. В этом случае удается избежать химического недожога. Целесообразно при этом обеспечивать высокую степень турбулентности воздушного потока из горелки (применение лопаточных аппаратов). В этом случае обеспечивается отсутствие механического недожога. Целесообразен также и подогрев воздуха до температуры 15б-200°С.

Для горелок с расходом мазута 450 – 550 кг/ч длина факела в топке не должна превышать 2,5 м. Если длина факела больше, следует искать причину (распыл плохой, форсунка нетарированная и т.д.). Допускается увеличение визуальной длины факела примерно на 1 м на каждые 200 кг/ч роста расхода топлива через горелку. Мазутный факел не должен ударять в обмуровку и тем более в поверхности нагрева. Это недопустимо.

На мазутных котлах обязательно необходимо обеспечить безнакипный режим работы котлов за счет умягчения воды или обработки ее антинакипином СК-110. Одно только это позволяет снизить расход топлива на 20-25%, сократить объем ремонтных работ.

Если на мазутном котле имеются конвективные поверхности нагрева, воздухоподогреватель, то температура уходящих газов не должна быть ниже155- 160 °С с целью избежания сернокислотной коррозии. Недопустимы локальные “переохлаждения” труб, металлической обмуровки и тд. за счет приео-сов холодного воздуха в газоход и т.п. В этих местах неизбежны коррозионные повреждения.

Заключение

В советское время мазут был нормативно (в СНиП, ОСТ, ГОСТ) прописан как основное, резервное, аварийное, технологическое топливо. В результате появилось большое число объектов, где мазут был единственным и незаменимым топливом. Что и пытаются многие сохранить до сих пор. Но ситуация в корне изменилась:

-цена на мазут в 3-5 раз выше средней по топливам;

-мазут не распределяется, а приобретается на т.н. рынке;

– использование его становится многозатратным (большие собственные нужды, высокое содержание серы и т.д.).

Поэтому мазут практически по всем своим параметрам не отвечает требованиям, которые должно обеспечивать одновременно основное и резервное топливо. Отсюда следует:

– эксплуатация теплоисточников, на которых мазут и основное и резервное топливо не может быть надежной с точки зрения исключения чрезвычайных ситуаций;

– мазут теперь сам требует наличия резервного топлива, а в отдельных случаях и полной его замены на местные виды топлив.

В табл. 4 для сравнения приведены примерные показатели работы водогрейной котельной с котлами с номинальной мощностью 6,5-10 Гкал/час в зависимости от вида сжигания топлива. Экономические показатели местных видов топлив выше, чем по угольному топливу, да и мазуту, а по экономическим показателям у местных топлив потенциальная вредность (опасность) продуктов сгорания находится практически на уровне опасности продуктов сгорания природного газа.