1. Аналитический обзор
1.1. Разновидности и основные эксплуатационные характеристики жидких котельных топлив
Котельное топливо - это самое крупнотоннажное и массовое топливо, вырабатываемое для котельных агрегатов электростанций, технологических печей (в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве), судовых котельных установок и тихоходных дизелей. Котельное топливо вырабатывается как многокомпонентное топливо на основе остатков перегонки нефти, термокрекинга и висбрекинга.
Компонентами котельных топлив являются:
• мазут первичной перегонки (или гудрон выше 480 °С);
• крекинг-остаток термокрекинга и висбрекинга;
• тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования;
• отходы масляного производства (асфальты, экстракты, гачи);
• легкие газойли (250-360 °С) любого вторичного процесса.
Общая выработка котельных топлив составляет в настоящее время в России около 60 млн т/год/
1.1.1. Виды котельных топлив
Топочные мазуты выпускаются по ГОСТ 10585-99. Они бывают:
• легкие (флотские) марок Ф-5 и Ф-12 (для судовых дизелей и котельных установок);
• средние марки М-40 (топочное и печное топливо общего назначения);
• тяжелые марки М-100 (топочное и печное общего назначения).
Печные топлива выпускаются по ГОСТ 14298-79 марок МП, МП-1 и МПВА (для металлургических печей), различающихся по содержанию серы и коксуемости.
Экспортные технологические топлива марок Э-2, Э-3, Э-4 и Э-5 маловязкие, с добавлением до 25 % дизельного топлива.
1.1.2. Основные эксплуатационные характеристики
Основные физико-химические свойства котельных топлив.
Вязкость - основной показатель, входящий в обозначение марок. Вязкостью определяются:
• распыление топлива (т.е. полнота его сгорания);
• условия слива и налива при транспортировке топлива;
• схема топливных систем у потребителя (обогрев, перекачка, гидравлические сопротивления при транспортировке топлива по трубопроводам, эффективность работы форсунок).
От вязкости в значительной мере зависят скорость осаждения механических примесей при хранении, а также способность топлива отстаиваться от воды. В ряде спецификаций указывают вязкость, найденную экспериментально и пересчитанную в кинематическую. На практике часто используют вязкостно-температурные кривые. С повышением температуры различие в вязкости топлив существенно уменьшается. Вязкость не является аддитивным свойством и при смешении различных котельных топлив ее следует определять экспериментально.
Нормы по вязкости при 50 °С составляют от 5 до 12°ВУ (36 и 89 мм2/с), а при 80 °С для М-40 и М-100 - 8 и 16 °ВУ (59 и 118 мм2/с). Экспортные топлива - более маловязкие и для них допускается вязкость ВУ80 не более 2-5°ВУ. Котельные и тяжелые моторные топлива являются структурированными системами, поэтому при сливно-наливных операциях для их характеристики помимо ньютоновской вязкости необходимо учитывать реологические свойства (напряжение сдвига и динамическую вязкость). Для всех остаточных топлив характерна аномалия вязкости: после термической обработки или механического воздействия повторно определяемая вязкость при той же температуре оказывается ниже начальной.
Содержание серы - важнейший показатель топлива, определяющий работу топок и печей. Содержание серы в остаточном топливе зависит от класса перерабатываемой нефти (сернистая или высокосернистая) и определяется соотношением:
Sост = Sнеф (ρост / ρнеф – 1)*1.25
где Sост и Sнеф - содержание серы в остатке и нефти; ρост и ρнеф - относительные плотности остатка и нефти.
Тяжелые топлива не содержат меркаптановой серы, поэтому продукты их сгорания менее коррозионно-активны, чем продукты сгорания светлых сернистых нефтепродуктов.
Вредное влияние серы проявляется в трех аспектах. Во-первых, это образующиеся при ее сгорании оксиды S03 и S02. Наличие в газах S03 повышает температуру начала конденсации влаги - точку росы. Она повышается на 50-60 °С при повышении содержания серы от 0 до 2 %. А поскольку температура "хвостовых" поверхностей котлов, печей и т.д. (воздухоподогревателей, экономайзеров) равна точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая вызывает усиленную коррозию. Во-вторых, в металлургических печах оксиды серы реагируют с расплавленным металлом, ухудшая его качество (особенно легированного металла). В-третьих, оксиды серы, выброшенные в атмосферу, сильно загрязняют окружающую среду. По этим трем причинам, в ряде зарубежных стран приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5-1,0 %. Обессеривание мазутов очень сложно технологически, особенно если учесть, что количества их очень велики, очистка же дымовых газов от оксидов серы - не менее сложный процесс и поэтому он не внедряется. Ниже приведены нормы по содержанию серы в котельных топливах, полученных из разных нефтей:
Из малосернистых нефтей…………….. 0,5-1,0
Из сернистых нефтей………………….. 2,0
Из высокосернистых нефтей………….. 3,5
Если учесть, что котельных топлив сжигается в год около 60 млн т, то выбросы S02 и S03 составляют около 2 млн т в год, а это грозит плохой экологической обстановкой для человечества. [2]
Температура застывания, как и вязкость, характеризует условия транспортировки, слива и налива, перекачивания топлива и топливоподготовки. Нормы температуры застывания для разных марок топочных мазутов таковы(°С):
Ф-5 …………… - 5
Ф-12 ………….. – 8
М-40 ………….. + 10
М – 100 ……….. + 25
МП …………… + 25
МП-1 …………. + 30
Эта температура зависит от качества перерабатываемой нефти и от способа получения топлива. Большое влияние на температуру застывания оказывает температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания. Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, действие которых основано на том, что они модифицируют структуру кристаллизирующегося парафина и тем самым препятствуют образованию прочной кристаллической решетки. Эффективность действия депрессорной присадки зависит прежде всего от содержания н-парафинов и их температуры плавления: чем их больше, тем менее эффективен депрессатор. Наибольшее депрессорное действие оказывает присадка на асфальто-смолистые вещества, и чем их больше, тем больше депрессорное действие присадки.
Температура вспышки определяет пожарную безопасность топлива в котельных установках и местах хранения. При разогреве топлив в открытых хранилищах и местах хранения не рекомендуется нагревать их до температуры вспышки. Максимальная температура нагрева должна быть не менее чем на 150С ниже температуры вспышки.
Коксуемость котельных топлив - это в первую очередь показатель коксо отложений у устья форсунок, в результате чего искажается форма факела и ухудшается распыление и полнота горения топлива. Нормируется только для легких топлив Ф-5 и Ф-12 (не более 6 %), а для тяжелых котельных топлив М-4,0 и М-100 не нормируется вообще. Для печных топлив наоборот: чем больше, тем лучше. Это связано не с работой форсунок (это здесь не главное), а с технологией плавки металлов. Для плавки металла должен быть интенсивный лучистый теплообмен от пламени к металлу, а значит, интенсивная светимость пламени. Светимость же пламени тем больше, чем выше в топливе содержание высокомолекулярной ароматики и асфальтенов, т.е. чем больше коксуемость топлива. Поэтому нормы для печных топлив:
МП-1…………………………. не менее 5 %
МП и МПВА………………… не менее 8 %
Теплота сгорания - одна из важнейших характеристик, от которой зависит расход топлива. Особенно важно это для судов, так как от теплоты сгорания топлива зависит дальность плавания. Теплота сгорания зависит от элементного состава топлива и определяется отношением Н:С и зольностью, а также содержанием серы. Стандарты на топливо устанавливают следующие нормы на теплоту сгорания: не менее 41,5 МДж/кг (флотские), не менее 40,5 МДж/кг (тяжелые малосернистые) и не менее 39,9 МДж/кг (тяжелые сернистые). Такая высокая теплота сгорания топлива способствует его широкому использованию в котельных и нагревательных установках с высокими тепловыми напряжениями. Плотность в данном случае не является показателем группового состава топлива, а определяет возможность расслоения с водой, попадающей при паро-подогреве топлива или при водном его транспорте. Поэтому норма по плотности для разных марок котельных топлив при 200С составляет (кг/м3, не более):
Ф-5 ………………….. 955
Ф-12 ………………… 960
М-40 ………………… 965
М-100 ……………….. 1015
Значение плотности необходимо знать для определения объёма ёмкостей, особенно бункерного хозяйства судовых котельных установок. Жидкие топлива плотностью более 1 г/см3 не рекомендуется подогревать острым паром, так как они плохо отстаиваются от воды.Зольность. Зола - минеральный остаток после полного сжигания топлива. Ее содержание зависит от качества исходной нефти, технологии переработки, подготовки нефти (попадание деэмульгаторов), технологии получения компонентов котельного топлива (катализаторная пыль) и продуктов коррозии аппаратуры. Зола состоит из неорганических соединений, среди которых наиболее вредный компонент - это пентоксид ванадия (V205), вызывающий коррозию легированных труб котлов. Нормы по содержанию золы (%, не более):
Ф-5 ………………….. 0,05
Ф-12 ………………… 0,10
М-40 ………………… 0,12
М-100 ……………….. 0,14
МП …………………... 0,30
Механические примеси - это взвешенные в топливе инородные частицы (пыль, ржавчина и др.), а также органические вещества, способные осложнить топливоподачу и нормальную работу форсунок. Механические примеси в котельном топливе состоят из органической и не органической частей. Органическая часть примесей в процессе сжигания топлива сгорает, а не органическая выпадает вместе с золой и является балластом. Органическая часть механических примесей образуется при образовании кокса в процессе переработки нефти, неорганические примеси попадают в котельное топливо вместе с нефтями, а так же в виде продуктов коррозии товаротранспортного оборудования и технологической аппаратуры. Содержание неорганических примесей в котельных топливах, как правило, не превышает нормы по этому показателю (%, не более):
Ф-5 ………………….. 0,10
Ф-12 ………………… 0,12
М-40 ………………… 0,8
М-100 ……………….. 1,5
Вода для судовых моторных топлив полезна, так как является элементом ВТЭ (воднотопливных эмульсий), а для котельных и печных топлив она вредна, поскольку уменьшает теплоту сгорания, ухудшает стабильность горения и способствует образованию кислот. Нормы содержания воды (%, не более):
Ф-5 ………………….. 0,3
Ф-12 ………………… 0,3
М-40 ………………… 1,5
М-100 ……………….. 1,5
При водном транспорте тяжелых топлив норма содержания воды увеличивается до 2 % (Ф-5, Ф-12) и 5 % (М-40 и М-100). Вода в котельное топливо попадает главным образом при товаротранспортных операциях (нагрев топлив острым паром, транспортирование в неисправных судах). На нефтеперерабатывающих заводах котельные топлива, как правило, вырабатываются с незначительным содержанием воды. Вода в топливах является балластом при транспортировании, а при сжигании снижает к.п.д. котельных и других нагревательных установок.
0 комментариев