Підвищення ефективності функціонування мазутного господарства опалювальних котелень
B. C. Сліпченок, Ст. До. Тучков, Ст. В. Черніков , м . Санкт - Петербург
На опалювальних газифікованих котельнях із встановленою потужністю понад 20 МВт як резервне паливо використовується мазут. Відповідно до СНиП 11-35-76 «Котельні установки» запаси мазуту на котельних повинні складати не менше десятидобової витрати при доставці залізницею та п'ятидобовим автомобільним транспортом. Робота котелень на мазуті здійснюється дуже рідко (у періоди обмеження споживання газового палива), тому його оновлення розтягується на тривалий час. При тривалому зберіганні мазут поступово погіршує свої якості та створює додаткові технічні складності експлуатаційному персоналу. Розглянемо проблеми, які постають перед експлуатаційним персоналом котелень у процесі надходження, тривалого зберігання, транспортування з мазутосховища, підготовки та спалювання в топці котлів важких важких мазутів.
Як відомо, нафта видобувається із підземних пластів разом із водою. І, незважаючи на те, що нафтопереробна промисловість повинна за ГОСТ 10585-75* постачати мазут з вологістю від 0,3 до 1,5%, насправді його вологість в результаті зливно-наливних операцій та зберігання в резервуарах досягає 3-5%. а при тривалому зберіганні і до 20%. Вода в мазуті частково відстоюється, розподіляючись у вигляді лінз, прошарків тощо. д., або є у вигляді глобул (крапель) з розмірами від одиниць до сотень мікрометрів. Спроби видалення води за допомогою відстоювання не досягають мети, оскільки густина важкого мазуту практично не відрізняється від густини води навіть при нагріванні до 90 °С.
Таблиця. Окремі показники мазуту.
В'язкість за 50 °С
В енергетичній стратегіїрозвитку України до 2020 р . передбачається не лише зростання обсягів видобутку нафти, а й одночасне збільшення глибини її переробки, що призведе до погіршення якості мазуту. Вже найближчим часом слід очікувати на поставку мазуту, що 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 та обладнання. У процесі крекінгової переробки нафти утворюються високореакційні сполуки ненасичених вуглеводнів, у тому числі асфальтосмолисті речовини, які можуть переходити в початковому вигляді або трансформуватися в процесі термокаталітичного крекінгу в асфальтени, карбени та карбоїди. Асфальтени є природними поверхнево-активними сполуками, які схильні до коагуляції та істотно впливають на в'язкість мазуту. При зберіганні та транспортуванні мазуту трубопроводами 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 здатні підтримувати у зваженому стані навіть тепловий (броунівський) рух молекул дисперсійного середовища. Недостатньо ефективна стабілізація дисперсних частинок поверхнево-активними речовинами призводить до коагуляції та утворення агломератів, що випадають в осад. Карбени і карбоїди, що є основою грубодисперсної частини асфальтосмолистих речовин, збільшують нестабільність мазутів внаслідок їх схильності до коагуляції та осадження привідстоюванні. Швидкість процесу осадження, обумовлена різницею щільностей твердих коксових частинок і рідких компонентів мазуту, залежно від температури змінюється, збільшуючись із її зростанням. Осад накопичується в придонній частині ємностей мазутосховищ і його приріст становить від 0,3 до 0,7 м на рік і більше. При тривалому зберіганні мазуту осад покриває підігрівачі, розташовані в мазутних ємностях, що призводить до суттєвого збільшення термічного опору та зниження ефективності їх роботи. З іншого боку, асфальтени, корбени і карбоїди, що випадають в осад, включають до свого складу сірчисті сполуки, в результаті чого відбувається корозія трубної системи днищових підігрівачів, що призводить до додаткового обводнення мазуту за рахунок свищів, що утворилися. Необхідно відзначити, що існуюча на котельні технологія підготовки мазуту до спалювання сприяє підвищенню швидкості полімеризації асфальтеносмолистих включень. Полімеризація асфальтеносмолистих включень призводить до зростання коксування та появи відкладень на поверхнях нагрівання підігрівачів мазуту, котлів. В результаті появи відкладень погіршується ефективність роботи підігрівачів, збільшуються втрати тепла з газами, що йдуть, внаслідок погіршення коефіцієнта теплопередачі та появи додаткової витрати палива.
Крім того , неоднорідність складу мазуту ( змінна в'язкість і щільність середовища , що перекачується ) є причиною порушення не тільки гідродинамічних , а й теплових процесів , що відбуваються в теплообмінних апаратах мазутного господарства , до підвищеної коксування мазуту , до зниження якості його розпилювання , зниження якості процесу горіння палива у топках котлів. Це взрештою призводить до зниження економічності, надійності, погіршення екології, до зменшення міжремонтного циклу котельного агрегату в цілому.
Проблеми підготовки мазуту до спалювання