Обводнених мазут і методи його спалювання

На газифікованих котелень, в якості резервного палива використовується мазут та запаси мазуту на котельнях повинні становити не менше десятидобовий витрати.

Робота котелень на мазуті здійснюється дуже рідко (в періоди обмеження споживання газового палива), тому його оновлення розтягується на тривалий час. При тривалому зберіганні мазут поступово погіршує свої якості і створює додаткові технічні складності експлуатаційного персоналу.

Розглянемо проблеми, які виникають перед експлуатаційним персоналом котелень в процесі надходження, тривалого зберігання. транспортування з мазутохраніліще. підготовки та спалювання в топці котлів в'язких важких мазутів.

Як відомо. нафта видобувається з підземних пластів разом з водою. І. незважаючи на те. що нафтопереробна промисловість повинна по ГОСТ 10585-75 * поставляти мазут з вологістю від 0,3 до 1,5%, насправді його вологість в результаті зливо - наливних операцій і зберігання в резервуарах досягає 3-5%, а при тривалому зберіганні і до 20%. Вода в мазуті частково відстоюється. розподіляючись у вигляді лінз. прошарків і т. д. або присутній у вигляді глобул (крапельок) з розмірами від одиниць до сотень мікрометрів. Спроби видалення води за допомогою відстоювання не досягають мети. оскільки щільність важкого мазуту практично не відрізняється від щільності води навіть при нагріванні до 90 ° С.

Таблиця. Окремі показники мазуту.

В енергетичній стратегії розвитку передбачається не тільки зростання обсягів видобутку нафти, а й одночасне збільшення глибини її переробки. що призведе до погіршення якості мазуту. Уже найближчим часом слід очікувати поставку мазуту. має показники. представлені в таблиці.

У процесі видобутку. транспортування. зберігання та глибокої переробки нафти на нафтопереробних заводах до складу високов'язких важких топкових мазутів потрапляють тверді мінеральні домішки. разом з якими в мазут переходять солі лужних металів. продукти корозії трубопроводів. резервуарів і устаткування.

В процесі Крекінгові переробки нафти утворюються високореакційні з'єднання ненасичених вуглеводнів. в тому числі асфальтосмолисті речовини. які можуть переходити в первісному вигляді або трансформуватися в процесі термокаталітіческого крекінгу в асфальтени. карб і карбоіди. Асфальтени є природними поверхнево - активними сполуками. які схильні до коагуляції і справляють істотний вплив на в'язкість мазуту. При зберіганні і транспортуванні мазуту по трубопроводах його температура для забезпечення низької в'язкості повинна підтримуватися на рівні 50-90 ° С. У той же час зниження в'язкості мазуту тільки сприяє збільшенню швидкості осадження грубодисперсних частинок. які не здатна підтримувати в підвішеному стані навіть теплове (броунівський) рух молекул дисперсійного середовища.

Недостатньо ефективна стабілізація дисперсних частинок поверхнево - активними речовинами призводить до коагуляції і утворення агломератів. випадають в осад.
Карбени і карбоіди. що є основою грубодисперсной частини асфальтосмолисті речовин. збільшують нестабільність мазутів внаслідок їх схильності до коагуляції і осадження при відстоюванні. Швидкість процесу осадження. обумовлена різницею щільності твердих коксових частинок і рідких компонентів мазуту. в залежності від температури змінюється. збільшуючись з її ростом. Осад накопичується в придонному частини ємностей мазутохраніліще. і його приріст становить від 0,3 до 0,7 м в рік і більше. При тривалому зберіганні мазуту осад покриває підігрівачі. розплоджені в мазутних ємностях. що призводить до істотного збільшення термічного опору і зниження ефективності їх роботи.

З іншого боку. випадають в осад асфальтени. Корба і карбоіди включають в свій склад сірчисті з'єднання. в результаті чого відбувається корозія трубної системи дніщевих підігрівачів. що призводить до додаткового обводнення мазуту за рахунок утворилися свищів. Необхідно відзначити. що існуюча на котельні технологія підготовки мазуту до спалювання сприяє підвищенню швидкості полімеризації асфальтеносмолістих включень. Полімеризація асфальтеносмолістих включень призводить до зростання коксування і появі відкладень на поверхнях нагріву підігрівачів мазуту. котлів. В результаті появи відкладень погіршується ефективність роботи підігрівачів, збільшуються втрати тепла з димовими газами. внаслідок погіршення коефіцієнта теплопередачі і появи додаткової витрати палива.

Крім того. неоднорідність складу мазуту (змінна в'язкість і щільність середовища, що перекачується) є причиною порушення не тільки гідродинамічних. але і теплових процесів, що відбуваються в теплообмінних апаратах мазутного господарства. до підвищеної коксованості мазуту. до зниження якості його розпилювання. погіршення функціонування пальників. до зниження якості процесу горіння палива в топках котлів. Це в кінцевому підсумку призводить до зниження економічності. надійності. погіршення екології. до зменшення міжремонтного циклу котельного агрегату в цілому.

Проблеми підготовки мазуту до спалювання

За існуючою традиційною технологією підготовки до спалювання і транспортуванні температура мазуту в резервуарах знаходиться в межах 80-95 ° С і підтримується за рахунок місцевого підігріву паровими підігрівниками. розташованими на днище мазутної ємності. Потім. за допомогою рециркуляційного розігріву виносними підігрівниками. розігрітий мазут. з необхідною в'язкістю. подається в котельню до казанів. Залишки мазуту надходять по рециркуляционной лінії назад в мазутні ємності. Розтікання в резервуарі турбулентних затоплених струменів і супутні їм вихрові струми забезпечують перемішування мазуту в резервуарах і рівномірний розподіл температур в обсязі резервуарів. В той же час. за рахунок багаторазового прокачування мазуту. виходить груба водопаливної суміш, якість якої не відповідає вимогам за умовами горіння.
Низька якість паливної суміші призводить до пульсуючому горіння мазуту в топці котлів.

Іншою проблемою. істотно впливає на економічну ефективність роботи котельні. є те. що в існуючих схемах мазутного господарства котелень відпрацьований конденсат пара з мазутоподогревателей виносних і знаходяться в ємностях після охолодження водою міського водопроводу до необхідної температури (40 ° С) скидається в систему виробничо - дощової каналізації та після очищення в міський колектор.

Застосовувані зараз методи очищення стічних вод від нафтопродуктів є дорогими і не завжди ефективними. Особливо це відноситься до очищення сильно забруднених нафтопродуктами вод. які можуть з'явитися при розривах або свищах в мазутних подогревателях. Тому повернення забрудненого нафтопродуктами конденсату в живильний контур парових котлів може привести до виходу їх з робочого стану. Втрата конденсату від підігрівачів мазуту призводить до необхідності доповнення подпиточной хімочіщенной водою котла і додаткового палива.

У теперішній час на котельних застосовуються підігрівачі мазуту - поверхневі теплообмінники з протитечійним рухом середовищ. з трубчастої теплообмінної поверхнею, з компенсацією температурного подовження за рахунок нежорстких конструкцій. Підігрівачі мазуту типу ПМ є кожухотрубний апарат з горизонтальним виконанням.

У процесі тривалої експлуатації на ряді підприємств виявлені серйозні недоліки в роботі даних підігрівачів. до яких слід віднести.
- неможливість використання даних підігрівачів на високов'язких мазутах з УВ °> 100 з температурою підігріву до 120-135 ° С;
- підвищену швидкість відкладень на внутрішній поверхні труб зі зниженням теплової потужності (коефіцієнт теплопередачі знижується за оцінками ЦКТИ до 70%);
- труднощі. пов'язані з очищенням внутрішньої поверхні труб від відкладень окислених продуктів полімеризації мазуту при температурах пара на стінці понад 120 ° С;
- відносно низькі швидкості руху мазуту (0,2-0,5 м / с);
- низька гідравлічна щільність (як по пару. так і по мазуту) не дозволяє повторно використовувати конденсат пари, що гріє в технологічній схемі котельні. який після охолодження скидається через очисні споруди в каналізацію;
- обводнення мазуту за рахунок можливого попадання пара або конденсату в паливо у випадках появи свищів в трубній системі підігрівачів.

Сучасні методи промислового спалювання мазуту в топках котлів засновані на факельній спалюванні мелкораспиленном палива при обов'язковій умові попереднього його нагрівання і примусового розпилювання за допомогою форсунок. Для розпилення мазуту в опалювальних котлах найчастіше використовуються форсунки з механічним або паровим розпилюванням. а також з комбінованим паромеханіческім розпилом. Механічні форсунки вимагають високого тиску і навіть за цих умов не можуть забезпечити широкий діапазон регулювання навантаження. Форсунки з паровим розпилом вимагають витрата пара. що важко здійснити в котельні з водогрійними котлами. У 70-80-х роках деяке поширення вУкаіни отримали ротаційні форсунки. випускаються заводом «Ільмарінен». Ці форсунки не потребували підвищеному тиску мазуту. Однак складність конструкції і шум в роботі не дозволили забезпечити широке поширення їх в енергетиці. Всі вітчизняні форсунки мають певні недоліки. які особливо позначаються при спалюванні низькосортного мазуту.

В останні роки на українському ринку з'явилися ротаційні форсунки. позбавлені цих недоліків. Одним з таких зразків є форсунки фірми «ЗААКЕ (м Бремен. Німеччина). Вони можуть спалювати будь рідке котельне паливо. в тому числі мазути марок 40 і 100, залишки важких мінеральних масел. гудрон і т. д. Вони не вимагають ретельної фільтрації мазуту. Однак всі перераховані вище форсунки не забезпечують стабільність вогню при спалюванні сильно обводненного мазуту. повноту згоряння грубодисперсних фракцій. які накопичуються в донних відкладеннях при тривалому зберіганні мазуту. Вирішити ці проблеми шляхом вдосконалення конструкції форсунок не представляється можливим.

Тут слід зазначити. що в рішенні проблеми спалювання обводненного мазуту зроблено чимало. Розроблено досить багато різних диспергирующих пристроїв. забезпечують диспергації знаходиться в мазуті води.

Найбільший ефект при стабільних експлуатаційних параметрах досягається при використанні струменевих диспергаторов, послідовно здійснюють перемішування мазуту з водою. подрібнення твердих фракцій мазуту до частинок розміром не більше 5 мкм і приготування гомогенної суміші (емульсії) з високим ступенем дисперсності. Емульсія виходить зворотного виду - вода в паливі. Це забезпечує додаткове розпорошення мазуту за рахунок вибуху крапельок води в камері згоряння і як наслідок - більш повне згоряння палива і його економію.

Струменеві диспергатори дозволяють вирішувати відразу кілька завдань:

- подрібнення і спалювання твердих фракцій мазуту;
- стійке спалювання обводненного до 55% мазуту;
- утилізацію нафтовмісних вод (при наявності пристроїв контролю і регулювання вмісту вологи мазуту) .;
- збільшення повноти згоряння мазуту;
- зниження шкідливих викидів, при спалюванні мазуту і можливість спалювати більше сірчисті мазути при тому ж рівні викидів SO2

Застосування струменевих гомогенізатори мазуту дозволяє успішно вирішувати такі проблеми.
- подрібнення і спалювання мазутного шламу, що запобігає збільшенню термічного опору на поверхнях нагріву;
- зниження коксованості мазуту;
- збільшення якості його розпилювання.
- поліпшення функціонування пальників;
- поліпшення якості процесу горіння палива в топках котлів;
- збільшення надійності. маневреності продуктивності котельного агрегату і зменшення його міжремонтного ресурсу в цілому;
- зниження втрат палива. електроенергії та води.