Мазут как топливо. Рекомендации по рациональному использованию

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

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 м 3 , 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.

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.

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.

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.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . Настоящие Нормы являются обязательными для тепловых электростанций, сжигающих торф и сланцы, а также управлений и организаций Минэнерго СССР, планирующих, распределяющих, анализирующих и контролирующих расход мазута и газа на этих ТЭС.

1.2 . Нормы вводятся взамен действующих норм расхода мазута для ТЭС, сжигающих торф и сланцы, и вошедших во «Временные нормы расхода мазута при сжигании различных видов твердого топлива на тепловых электростанциях Минэнерго СССР». (М.: ХОЗУ Минэнерго СССР, 1976).

1.3 . Нормы предназначены для определения расхода мазута для газа:

при сжигании торфа в зависимости от его влажности, нагрузки энергоблоков и паропроизводительности котлоагрегатов;

при сжигании сланцев по типам оборудования.

1.4 . Необходимое количество мазута или газа складывается из расхода при использовании торфа:

на растопки котлов и пуски энергоблоков;

на технологические нужды при неустойчивом горении факела в топке из-за различных отклонений в работе основного и вспомогательного оборудования;

на подсвечивание факела в топке при повышенной влажности торфа.

При использовании сланцев:

на растопки котлов и пуски энергоблоков;

на технологические нужды при неустойчивом режиме в топке из-за отклонений в работе основного и вспомогательного оборудования.

2. НОРМЫ РАСХОДА МАЗУТА ИЛИ ГАЗА НА РАСТОПКИ КОТЛОВ И ПУСКИ ЭНЕРГОБЛОКОВ

2.1 . На электростанциях, работающих на торфе и сланцах, растопки котлов и пуски энергоблоков, как правило, осуществляются на мазуте или газе, которые расходуются при пуске (растопке) до момента достижения устойчивого горения основного твердого топлива.

2.2 . Нормы расхода мазута или газа на растопки котлов и пуски энергоблоков составлены на основе графиков-заданий и типовых эксплуатационных инструкций, разработанных электростанциями, пусконаладочными организациями, ПО «Союзтехэнерго», ВТИ, а также анализа фактических расходов растопочного топлива.

2.3 . Нормы расхода мазута или газа (в пересчете на условное топливо) на одну растопку котлов различных параметров и типоразмеров из холодного состояния приведены в табл. 1 .

Расходы мазута или газа при растопках из других тепловых состояний определяются по рис. 1 в зависимости от длительности простоя котла или остаточного давления пара в барабане.

2.4 . Нормы расхода мазута или газа на пуск энергоблоков различной мощности из холодного состояния приведены в табл. 2 .

При пусках из других тепловых состояний расход мазута или газа определяется по рис. 2 в зависимости от длительности простоя блока в процентах расхода из холодного состояния.

Норма расхода мазута или газа на одну растопку котла из холодного состояния (в пересчете на условное топливо)

Давление, МПа (кгс/см 2 )

Котлы барабанные на давление пара 14 МПа (140 кгс/см 2 )

Котлы барабанные на давление пара 10 МПа (100 кгс/см 2 )

Котлы барабанные на давление пара менее 4,5 МПа (45 кгс/см 2 )

Примечани е. Для котлов, не вошедших в табл. 1, норма расхода мазута принимается равной норме ближайшего по параметрам котла.

Рис. 1 . Расход мазута или газа на растопки котлов из различных тепловых состояний

Расход мазута или газа на пуск блока из холодного состояния (в пересчете на условное топливо).

Норма условного топлива, т

Рис. 2 . Расход мазута или газа на пуски энергоблоков из различных тепловых состояний

3. НОРМЫ РАСХОДА МАЗУТА ПРИ СЖИГАНИИ ТОРФА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ НУЖДЫ, СВЯЗАННЫЕ С РАЗЛИЧНЫМИ ОТКЛОНЕНИЯМИ В РАБОТЕ ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

3.1 . На технологические нужды для поддержания устойчивого горения расходуется только мазут.

3.2 . Расход мазута на технологические нужды включает в себя расход на поддержание устойчивого горения в топке во время кратковременных непредусмотренных разгрузок и остановов, связанных с отключением основного и вспомогательного оборудования, срабатыванием торфа из бункеров, нарушением режима горения по разным причинам, включения автомата подхвата факела и др.

3.3 . Для котлов электростанций, работающих на торфе, расход мазута на технологические нужды для поддержания устойчивого горения в топке, связанного с различными отклонениями в работе основного и вспомогательного оборудования, а также при нарушениях режима горения по другим причинам составляет не более 2,5 % общего расхода топлива в условном исчислении.

4. НОРМА РАСХОДА МАЗУТА ИЛИ ГАЗА НА ПОДСВЕЧИВАНИЕ ФАКЕЛА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ ТОРФА

4.1 . Расход мазута (газа) на подсвечивание факела в топке в зависимости от влажности — W p торфа, а также нагрузки котлов в процентах номинальной определяется по графику рис. 3 .

4.2 . В тех случаях, когда влажность торфа ( W p £ 52 %) и нагрузка котла не обусловливают необходимость подсвечивания факела мазутом или газом, норма расхода мазута (на технологические нужды) составляет не более 2,5 % по тепловыделению сжигаемого топлива.

4.3 . Пример расчета расхода мазута (газа) при сжигании торфа повышенной влажности при различных нагрузках котла приведен в приложении.

Рис. 3. Зависимость расходов мазута на подсвечивание торфяного факела X м (в % по тепловыделению) от влажности торфа — W р и нагрузки котла —

5. НОРМЫ РАСХОДА МАЗУТА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ НУЖДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПРИ СЖИГАНИИ СЛАНЦЕВ

5.1 . При сжигании сланцев подсвечивание их факела мазутом не требуется. При их сжигании мазут расходуется лишь на технологические нужды, связанные с кратковременными нарушениями работы основного и вспомогательного оборудования котла.

5.2 . Нормы расхода мазута при сжигания сланцев определены на базе обработки и обобщения статистических материалов. Их значения связаны с типом основного оборудования электростанции и приведены в табл. 3 .

Расход мазута при сжигании сланцев (процент по тепловыделению топлива)