Спалювання високосірчистих мазутів - Журнал АКВА-ТЕРМ - опалення, водопостачання, водопідготовка
Мазути отримують на нафтопереробних заводах (НПЗ) одночасно з виробництвом інших продуктів переробки нафти: моторних палив, олій та більш важких вуглеводнів (гудрон та тверді речовини). Топкові мазути на НПЗ отримують або у процесі прямої перегонки нафти, або за високотемпературної переробки її проміжних фракцій (крекінг-процес). Спалювання мазутів вимагає спеціального пальникового обладнання.
Підписатися на статті можна наголовній сторінці сайту.
Проблемна сірчистість
Головною проблемою при використанні мазуту як основне паливо в промислових та опалювальних котельнях є його сірчистість. Сірка, що знаходиться в мазуті у вигляді різних сполук, створює проблеми ще до надходження мазуту в котел: при зберіганні високосірчистого мазуту в паливних ємностях утворюються донні опади. При згорянні сірка окислюється з утворенням, головним чином, діоксиду SO2 та в невеликих кількостях (1–2 % загальної кількості оксидів сірки) – триоксиду сірки SO3. Останній за температури нижче «точки роси» утворює сірчану кислоту, яка конденсується і осідає на поверхнях нагріву. Концентрація сірчаної кислоти досягає 60–95 %, і її взаємодія з металом призводить до утворення сульфатів заліза – FeSO4 та Fe2(SO4)3. Саме цей процес є причиною корозійних пошкоджень металу низькотемпературних (хвостових) поверхонь нагріву. Щоб викликати інтенсивну корозію металу, достатньо кількох тисячних часток відсотка SO3 в обсязі димових газів: «точка роси» димових газів при спалюванні високосірчистого мазуту (
140 °С) виявляється значно вище температури конденсації чистих водяних парів. Інтенсивність корозії у значнійступеня залежить і від температури стінки конвективної поверхні нагріву. На графіці (рис. 1) видно, що з звичайному для промислових котлів надлишку повітря (αт=1,15–1,25) швидкість загальної зовнішньої корозії без використання присадок перевищує 1,2 г/(м²•ч), а величина локальної корозії може бути ще вищою.
Мал. 1. Залежність швидкості корозії від температури стінки при спалюванні високосірчистого мазуту: 1 – без присадки; 2 - з рідкою присадкою ВНІІНП-102; o – з присадкою каустичного магнезиту в топку та газохід котла
Крім низькотемпературної корозії, спалювання високосірчистих мазутів супроводжується інтенсивним утворенням відкладень на поверхнях нагріву, що знижує тепловідведення від димових газів. В результаті підвищується температура газів і знижується ККД котла. Вимірювання, виконані співробітниками ВТІ при спалюванні високосірчистого мазуту на водогрійному котлі типу ПТВМ, показали, що при температурі води на вході в котел 50-60 ° С зростання температури газів найбільш інтенсивно відбувається в перші 15-20 год і становить в середньому 2-2 ,5 °С/год при навантаженні 80 % номінальному та близько 1,5 °С/год – при навантаженні 40–50 %. При роботі того ж казана в піковому режимі з температурою води на вході 95–100 °С швидкість зростання температури не перевищує 0,25 °С/год.
Мал. 2. Пальник для спалювання мазуту
Вимірювання, виконані на котлах при спалюванні високосірчистого мазуту, показали, що сірка може частково з'єднуватися з твердими продуктами згоряння або особливими присадками, що вводяться у факел. Зола високосірчистих мазутів містить ванадій, натрій, нікель та ін. При горінні значна частина цих компонентів виганяється, а потім конденсується на поверхнях нагріву. На первинні відкладення осаджуються частинки золи, і навітьсажові частки. Через це в області високих температур утворюються щільні відкладення, що знижують інтенсивність теплообміну і навіть не піддаються механічному очищенню.
Подолання труднощів при спалюванні високосірчистих мазутів
Мал. 3. Залежність концентрації SO3 від коефіцієнта надлишку повітря при спалюванні високосірчистого мазуту на двох котлах (I та II). Штрихові лінії отримані розрахунковим шляхом, суцільні – дослідні криві.
Мал. 4. Водогрійний котел ПТВМ
Тривалість міжобмивної кампанії залежить не лише від якості палива, а й від режиму його роботи. На водогрійних котлах ПТВМ під час спалювання сірчистого мазуту протягом місяця температура газів за котлом зростала на 40–80 °С, що призводило до зниження економічності на 2–4 %. Тому обмивку мережевою чи продувною водою доводилося проводити раз на місяць. Необхідно враховувати, що застосування водних обмивок потребує спорудження на ТЕЦ або в котельні спеціальних установок для очищення обмивних вод. На деяких водогрійних котлах було випробувано метод дробоочищення конвективних поверхонь нагріву. Очищення проводилося на працюючих котлах з навантаженням до 50% номінального. Після очищення температура газів знижувалася на 10–20 %, що підвищувало ККД котла. І все ж найбільш надійним способом зменшити забруднення та корозію конвективного пучка є робота з мінімальними надлишками повітря і підтримання температури стінки труб конвективного пучка на рівні 115 °С і вище.