Что образуется при сжигании мазута

Что образуется при сжигании мазута

В топочных устройствах мазут сжигается в распыленном состоянии, в виде капель в потоке воздуха. Горение происходит в паровой фазе, поскольку процессу горения капли всегда предшествует процесс испарения с ее поверхности. Поступившая в топочное устройство капля прогревается и начинает испаряться. Вокруг капли образуется сферическая зона, насыщенная парами испаряющейся жидкости. В условиях наличия окислителя и достижения в зоне температуры воспламенения в тонком слое на внешней части сферической поверхности начинается горение паров жидкости. Этот слой называется фронтом горения. Выделяющаяся при этом теплота способствует еще более интенсивному испарению капли. Скорость сгорания мазута определяется скоростью его испарения с поверхности, которая многократно увеличивается при распылении жидкого топлива на мелкие капли.

Поскольку скорость сгорания мазута в значительной мере определяется интенсивностью его испарения, важнейшим и первым этапом подготовки жидкого топлива к сжиганию является распыление его на мельчайшие частицы. Например, из капли диаметром 1 мм дроблением удается получать 1 млн (106) капель диаметром 10 мкм. Площадь поверхности испарения при этом увеличивается в 100 раз. При распылении мазута получаются капли размером от нескольких десятков до сотен микрометров. Наиболее мелкие капли испаряются и воспламеняются первыми, способствуя испарению и воспламенению более крупных.

При сжигании мазута для испарения его наиболее тяжелых фракций требуется прогрев капель до температур порядка 400 °С и даже выше. По мере нагревания происходит термическое разложение топлива с образованием как газообразной, так и твердой (сажа, кокс) фаз, которые выгорают так же, как частицы твердого топлива. Раскаленные частицы сажи и кокса в пламени придают высокую светимость факелу.

Таким образом, процесс сжигания мазута состоит из следующих последовательных этапов:

• образование горючей смеси, состоящей из окислителя, а также продуктов испарения и термического разложения углеводородов топлива;

• воспламенение горючей смеси в зоне фронта горения;

• горение горючей смеси.

Эффективность сжигания мазута в значительной степени зависит от начальных подготовительных этапов, определяемых работой топливосжигающих устройств — мазутных форсунок.

Источник

Характеристика продуктов сгорания выбрасываемых котельными в атмосферу

При сжигании органических топлив в топках котлов образуются различные продукты сгорания, такие как ок­сиды углерода СО_х = СО + СО₂, водяные пары Н₂О, оксиды серы SO_x = SO₂ + SО₃, оксиды азота NO_x = NO + NО₂, полициклические арома­тические углеводороды (ПАУ), фтористые соединения, соединения ванадия V₂O₅, твердые частицы и др. [1, 2] (см. табл. 7.1.1). При неполном сгорании топлива в топках уходящие газы могут также содержать углеводороды СН₄, С₂Н₄ и др. Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако при современной технике сжигания топлива их образование можно свести к минимуму [ 1 ].

Таблица 7.1.1. Удельные выбросы при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах [ 3 ]

3000

Критерием санитарной оценки среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне земли. Под ПДК следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест приведены в табл. 7.1.2 [ 4 ]. Максимально-разовая концентрация вредных веществ определяется по пробам, отобранным в течение 20 мин, среднесуточная — за сутки.

Таблица 7.1.2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест

Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности, с тем чтобы концентрация каждого из них не превышала значений, приведенных в табл. 7.1.2. Для котельных эти условия ужесточены введением дополнительных требований о необходимости суммирования воздействия оксидов серы и азота, которое определяется выражением

Основными продуктами полного сгорания органических углеводород­ных топлив C_mH_n являются диоксид углерода СО₂ и водяные пары Н₂О:

В то же время, вследствие локальных недостатков воздуха или неблаго­приятных тепловых и аэродинамических условий, в топках и камерах сго­рания образуются продукты неполного сгорания, состоящие в основном из монооксида углерода СО (угарного газа), водорода Н₂ и различных углево­дородов, которые характеризуют потери тепла в котлоагрегате от химиче­ской неполноты сгорания (химический недожог).

Содержание СО в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов обычно не превышает сотых долей процента (0,0005÷0,025%). Концентрация СО₂ в уходящих газах существенно выше и составляет 10÷14% в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Кроме этого, в процессе сжигания получается целый ряд химических соединений, образующихся вследствие окисления различных составляю­щих топлива и азота воздуха N₂. Наиболее существенную их часть состав­ляют оксиды азота NO_x и серы SO_x.

Оксиды азота образуются за счет окисления как молекулярного азота воздуха, так и азота, содержащегося в топливе. Экспериментальные иссле­дования показали, что основная доля образовавшихся в топках котлов NO_х, а именно 96÷100%, приходится на монооксид (оксид) азота NO. Ди­оксид NO₂ и гемиоксид N₂O азота образуются в значительно меньших ко­личествах, и их доля приблизительно составляет: для NO₂ – до 4%, а для N₂O – сотые доли процента от общего выброса NO_x. При типичных усло­виях факельного сжигания топлив в котлах концентрации диоксида азота NO₂, как правило, пренебрежительно малы по сравнению с содержанием NO и обычно составляют от 0÷7 ррm до 20÷30 ррm. В то же время быстрое перемешивание горячих и холодных областей в турбулентном пламени может привести к появлению относительно больших концентраций диок­сида азота в холодных зонах потока. Кроме этого, частичная эмиссия NO₂ происходит в верхней части топки и в горизонтальном газоходе (при T > 900÷1000 К) и при определенных условиях также может достигать за­метных размеров.

Гемиоксид азота N₂O, образующийся при сжигании топлив, является, по всей видимости, кратковременным промежуточным веществом. N₂O практически отсутствует в продуктах сгорания за котлами.

Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает большая группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Многие ПАУ обладают высокой канцерогенной и (или) мутагенной актив­ностью, активизируют фотохимические смоги в городах, что требует строгого контроля и ограничения их эмиссии. В то же время некоторые ПАУ, например, фенантрен, флуорантен, пирен и ряд других, физиологи­чески почти инертны и не являются канцерогенно-опасными.

ПАУ образуются в результате неполного сгорания любых углеводо­родных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) ло­кальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избыт­ком топлива.

Вследствие большого количества разных ПАУ в дымовых газах и трудности измерения их концентраций принято уровень канцерогенной загрязненности продуктов сгорания и атмосферного воздуха оценивать по концентрации наиболее сильного и стабильного канцерогена – бенз(а)пирена (Б(а)П) C₂₀H₁₂.

Ввиду высокой токсичности, следует особо отметить такие продукты сжигания мазута, как оксиды ванадия. Ванадий содержится в минеральной части мазута и при его сжигании образует оксиды ванадия VO, VO₂. Одна­ко при образовании отложений на конвективных поверхностях оксиды ва­надия представлены в основном в виде V₂O₅. Пентаоксид ванадия V₂O₅ яв­ляется наиболее токсичной формой оксидов ванадия, поэтому учет их вы­бросов производится в пересчете на V₂O₅.

Таблица 7.1.3. Примерная концентрация вредных веществ в продуктах сгорания при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах

Источник

Экология сжигания мазутного топлива и метод уменьшения вредных веществ в выбросах

Категории

Экология сжигания мазутного топлива и метод уменьшения вредных веществ в выбросах

Давно изучены вредности выбросов, но мы не научились уменьшать их содержание одновременно: уменьшая одних, мы увеличиваем выбросы других. Но оказалось, что метод одновременного уменьшения все же есть.

При нормальной работе котельных установок происходит непрерывный выброс в атмосферу продуктов сгорания, в которых всегда присутствуют вещества, оказывающие вредное воздействие на жизнедеятельность растений, животных и человека. Сжигание газообразных топлив сопровождается поступлением в атмосферу углекислоты (углекислого газа) СО₂ оксидов азота NO_x (NO + NO₂), небольшого количества продуктов неполного сгорания – оксида углерода СО.

Попробуем разобраться в их токсичности.

Сернистый ангидрид (диоксид серы) SO_2.

Класс опасности – 3

Бесцветный газ с характерным резким запахом. Токсичен.

Диоксид серы образуется при использовании резервных видов топлива предприятиями теплоэнергетического комплекса (мазут, уголь, газ низкого качества) и выбросов дизельного автотранспорта.

В лёгких случаях отравления сернистым ангидридом появляются кашель, насморк, слезотечение, чувство сухости в горле, осиплость, боль в груди; при острых отравлениях средней тяжести, кроме того, головная боль, головокружение, общая слабость, боль в подложечной области; при осмотре — признаки химического ожога слизистых оболочек дыхательных путей. Длительное воздействие сернистого ангидрида может вызвать хроническое отравление. Оно проявляется атрофическим Ринитом, поражением зубов, часто обостряющимся токсическим бронхитом с приступами удушья. Возможны поражение печени, развитие пневмосклероза. Особенно высокая чувствительность к диоксиду серы наблюдается у людей с хроническими заболеваниями органов дыхания, в частности, с бронхиальной астмой.

Весьма вредным является выброс в атмосферу сернистого газа. Он обладает резким запахом, но не имеет цвета. Запах газа начинает ощущаться при концентрации 0,006 мг/л. Содержание оксидов серы в продуктах сгорания практически не зависит от качества организации топочного процесса и определяется в основном содержанием серы в топливе.

При концентрации газа 0,05 мг/л газ вызывает раздражение слизистой оболочки глаз и кашель. Такую концентрацию человек может выдержать всего 3 минуты, а 0,3 мг/л – всего одну минуту. Высокие концентрации сернистого газа вызывают острый бронхит, одышку, потерю сознания. Кроме вредного воздействия на всё живое сернистый газ вызывает усиленную коррозию металлических поверхностей и порчу различных веществ и материалов. При наличии сернистого газа снижается также прозрачность атмосферы.

Содержание серного ангидрида в продуктах сгорания котельных топлив не превышает 3 % содержания сернистого газа, однако при выходе из дымовой трубы, под действием солнечной радиации, сернистый ангидрид окисляется в серный, а за тем, соединяясь с водой, может образовывать серную кислоту.

Токсичным веществом является также оксид углерода СО. Это соединение образуются в случае неполного сгорания углерода практически при сжигании всех видов топлива. Количество оксида углерода при сжигании газа и мазута может составлять 0,05 %. Оксид углерода не имеет запаха и цвета, что затрудняет его обнаружение.

Углерода окись СО (угарный газ)

Класс опасности – 4

Газ без цвета и запаха. Токсичен.

Углерода окись образуется в результате неполного сгорания углерода в топливе. В частности при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода. Подобное образование происходит в печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли).

При острых отравлениях головная боль, головокружение, тошнота, слабость, одышка, учащенный пульс. Возможна потеря сознания, судороги, кома, нарушение кровообращения и дыхания. СО, попадая в кровь, связывается с гемоглобином вместо кислорода — в результате чего наступает удушье. При хронических отравлениях появляются головная боль, бессонница, возникает эмоциональная неустойчивость, ухудшаются внимание и память. Возможны органические поражения нервной системы, сосудистые спазмы.

Сероводород

Класс опасности – 2

Сажа

Класс опасности – 3

Дисперсный углеродный продукт неполного сгорания. Сажевые частицы не взаимодействуют с кислородом воздуха и поэтому удаляются только за счет коагуляции и осаждения, которые идут очень медленно. Поэтому, для сохранения чистоты окружающей среды нужен очень жесткий контроль за выбросами сажи. Канцероген, способствует возникновению рака кожи.

Высокотоксичными соединениями, возникающими при работе котель­ных установок, являются оксиды азота, образующиеся в результате прямо­го окисления азота в ядре факела при горении всех видов топлива. При температурах (1800 ÷ 1900)° С и наличии свободного кислорода концентрация оксидов азота, образующихся в факеле, превышает допустимую в свежем воздухе норму в 1000 – 20000 раз.

Оксиды азота окрашены в красно – бурый цвет и являются отравляющими газами, причем диоксид азота в 4 раза более токсичен, чем оксид. Кроме отравляющего действия на организм человека, оксиды азота вызывают интенсивную коррозию металлических поверхностей. Очистка продуктов сгорания от оксидов азота способами улавливания технически сложна и в большинстве случаев экономически не рентабельна.

Азота оксид (окись азота) NO.

Бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, известен под названием «веселящий газ», т.к. значительные количества его возбуждающе действуют на нервную систему. В смеси с кислородом применяют для наркоза в легких операциях.

Оксид азота образуется при горении угля, нефти и газа. Он образуется при взаимодействии азота N2 и кислорода O2 воздуха при высокой температуре: чем выше температура горения угля, нефти и газа, тем больше образуется оксида азота. Далее при обычной температуре NO окисляется до NO2 который уже является вредным веществом.

Азота диоксид (двуокись азота) NO_2.

Класс опасности – 2

При высоких концентрациях бурый газ с удушливым запахом. Действует как острый раздражитель. Однако при тех концентрациях, которые присутствуют в атмосфере. Однако у детей в возрасте 2-3 года наблюдался некоторый рост заболеваний бронхитом. Под воздействием солнечной радиации и при наличии несгоревших углеводородов окислы азота вступают в реакции с образованием фотохимического смога. Часто различные окислы азота, которые образуются при сгорании любых видов топлива, объединяют в одну группу «NOx». Однако наибольшую опасность представляет именно двуокись азота NO2

Общее количество выбросов оксидов азота в атмосферу в мире составляет величину порядка 51 млн. тонн в год. При этом 95% от общих выбросов поступает в атмосферу вместе с продуктами сгорания топлив.

Влияние на обоняние, даже если концентрация диоксида азота будет невысокой, люди способны ощущать его специфический запах. Пороговым значением фиксации газа в воздухе для человека считается 0,23 мг на куб. метр. При этом наблюдаются неприятная сухость в горле и раздражение слизистой, которые проходят при концентрации, превышающей пороговое значение обнаружения в 15 раз.

Влияние диоксида азота на зрение. Одним из последствий комплексного воздействия на слизистые оболочки является ухудшение способности человека видеть в сумерках. Теряется возможность приспособления к отсутствию света. Пороговая концентрация по изменению световой чувствительности глаза составляет 0,14 мг на куб. метр.

Влияние на органы дыхания. При относительно невысоких концентрациях диоксид азота в атмосфере способен нарушать дыхание. Так, уже при содержании его в воздухе 0,056 мг на куб. метр у здорового человека наблюдается повышение сопротивления дыхательных путей.

Результатом воздействия больших концентраций оксидов азота может быть отек легких. Это объясняется следующим:

При попадании в организм и взаимодействии с влагой диоксид и оксид азота образуют азотистую и азотную кислоты, разъедающие стенки альвеол легких.

У детей, проживающих на территориях, где диоксид азота присутствовал в концентрациях 0,117-0,205 мг на куб. метр, выявлены изменения объема форсированного выдоха. Кроме того, в мазках крови наблюдались значительные изменения

Первый класс опасности — это вещества с чрезвычайно высоким опасным воздействием на окружающую среду, при этом изменения, вызываемые ими, необратимы и восстановлению не подлежат. Бенз(а)пирен — один из самых мощных и при этом широко распространенный канцероген. Будучи химически и термически устойчивым, обладая свойствами биоаккумуляции*, он, попав и накапливаясь в организме, действует постоянно и мощно. Помимо канцерогенного, бенз(а)пирен оказывает мутагенное, эмбриотоксическое, гематотоксическое действие.

Пути проникновения бенз(а)пирена в организм разнообразны: с пищей и водой, через кожу и путем вдыхания. Степень опасности находится вне зависимости от того, каким путем произошло попадание бенз(а)пирена в организм. В экспериментах, а также по данным мониторинга экологически неблагоприятных районов, бенз(а)пирен внедряется в комплекс ДНК, вызывая необратимые мутации. Особую тревожность вызывает факт биоаккумуляции бензапирена : вероятность развития мутаций у ближайших поколений потомства возрастает из-за биоаккумуляции во много раз.

При сжигании гидростабилизированного топлива обводненностью 15- 20% позволяет достигнуть низких концентраций оксидов азота в составе дымовых газах, отвечающих современным экологическим требований, повысить экономичность котловых агрегатов и одновременно снизить концентрации бенз(а)пирена.

Литература:

1.Кормилицын В. И. Экологические аспекты сжигания топлива в паровых котлах./М., издательство МЭИ, 1998. с. 244-255

2. Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Румынский А. А. Комплексная экосовместимая технология сжигания водомазутной эмульсии и природного газа с добавкой сбросных вод./ Теплоэнергетика, 1996.

3. Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Третьяков Ю. М. Экономичность работы парового котла при управлении процессом сжигания топлива вводом влаги в зону горения./Тепло-энергетика, 1988.

4.Кормилицын В. И. Оптимизация технологических методов подавления оксида азота при сжигании топлива в паровых котлах./Теплоэнергетика, 1989.

5.Кормилицын В. И., Лысков М. Г., Липов Ю. М., Кормилицына А. В. Приготовление водомазутной эмульсии и ее сжигание в топках котлов для снижения загрязнения природной среды и улучшения технико-экономических показателей котельных установок./Научно-техническая конференция (с международным участием) «Инженерная экология — ХХIвек».

6. «УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ЭКОЛОГИЯ Практикум для бакалавров всех профилей Составители: Е. Н. Калюкова В. В. Савиных Ульяновск УлГТУ 2013

Источник

Сжигание высокосернистых мазутов

Опубликовано: 21 июня 2011 г.

В. Котлер

Мазуты получают на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) одновременно с производством других продуктов переработки нефти: моторных топлив, масел и более тяжелых углеводородов (гудрон и твердые вещества). Топочные мазуты на НПЗ получают либо в процессе прямой перегонки нефти, либо при высокотемпературной переработке ее промежуточных фракций (крекинг-процесс). Сжигание мазутов требует специального горелочного оборудования.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Важнейшей характеристикой любого жидкого топлива является вязкость. Именно этот параметр положен в основу маркировки нефтяных мазутов. Российским стандартом установлены следующие марки: флотские Ф5 и Ф12, топочные 40 и 100 (раньше к этим цифрам иногда добавляли букву «В», что означало наличие государственного Знака качества). Именно эти марки мазута предназначены для транспортных и стационарных котельных, а также технологических установок.
В пределах указанных марок топочные мазуты делятся на 3 сорта в зависимости от содержания серы: малосернистые (Sr≤0,5 %), сернистые (Sr=0,5–2,0 %) и высокосернистые (Sr=2,0–3,5 %). Содержание серы в мазуте находится в прямой связи с сернистостью нефти, из которой был получен данный мазут на НПЗ.
Вязкость определяет затраты энергии на транспортировку мазута по трубопроводам, длительность сливных и наливных операций. От нее зависит эффективность работы форсунок, которые необходимы для сжигания жидкого топлива в котельных установках. Кроме того, вязкость влияет на скорость осаждения механических примесей при хранении, транспортировке и подогреве мазута.
Как физическую величину ее выражают либо в виде динамической (Н•с/м²), либо в виде кинематической (м²/с). Но чаще используется другая единица – градусы условной вязкости (°ВУ). Эта величина представляет собой отношение времени истечения одинаковых объемов нефтепродукта и дистиллированной воды при определенных условиях.
Приведенные выше марки мазутов как раз и характеризуют вязкость (при определенной температуре). Например, Ф5 – это флотский мазут, у которого при t=50 °C вязкость равна 5 °ВУ, а у Ф12 (при той же температуре) – 12 °ВУ. У менее качественных мазутов, которые обычно поставляются на стационарные котельные и на тепловые электростанции, вязкость оценивается уже при t=80 °C. Мазут марки 40 должен иметь вязкость не более 8 °ВУ, а марки 100 – не более 16 °ВУ.
Для каждой марки мазута нормируются еще и зольность (диапазон – от 0,05 до 0,14 %), содержание механических примесей (от 0,1 для мазута Ф5 до 1,5 для мазута марки 100) и содержание воды (от 0,3 до 1,5 %). Впрочем, таким должно быть содержание воды только при отправке мазута потребителям с НПЗ. Значительное обводнение мазута обычно происходит в процессе его доставки и приемки (в основном – при разогреве мазута паром перед сливом из цистерн). Влага в мазуте усложняет эксплуатацию мазутного хозяйства и может привести к нарушению режима горения из-за образования пробок воды при подаче топлива к форсункам. Кроме того, повышенное содержание воды в сернистых мазутах увеличивает коррозионное разрушение мазутопроводов и аппаратуры вследствие растворения в воде некоторых агрессивных сернистых соединений (например, сероводорода).
Для выяснения степени огнеопасности жидкого топлива при хранении, а также для установления максимально-допустимой температуры его подогрева большое значение имеют такие параметры, как температура вспышки (нижний предел взрываемости) и температура воспламенения (верхний предел температуры вспышки).

Проблемная сернистость

Главной проблемой при использовании мазута в качестве основного топлива в промышленных и отопительных котельных является его сернистость. Сера, находящаяся в мазуте в виде различных соединений, создает проблемы еще до поступления мазута в котел: при хранении высокосернистого мазута в топливных емкостях образуются донные осадки.
При сгорании сера окисляется с образованием, главным образом, диоксида SO2 и в небольших количествах (1–2 % общего количества оксидов серы) – триоксида серы SO3. Последний при температуре ниже «точки росы» образует серную кислоту, которая конденсируется и оседает на поверхностях нагрева. Концентрация серной кислоты достигает 60–95 %, и ее взаимодействие с металлом приводит к образованию сульфатов железа – FeSO4 и Fe2(SO4)3. Именно этот процесс является причиной коррозионных повреждений металла низкотемпературных (хвостовых) поверхностей нагрева.
Чтобы вызвать интенсивную коррозию металла, достаточно нескольких тысячных долей процента SO3 в объеме дымовых газов: «точка росы» дымовых газов при сжигании высокосернистого мазута (

140 °С) оказывается значительно выше температуры конденсации чистых водяных паров.
Интенсивность коррозии в значительной степени зависит еще и от температуры стенки конвективной поверхности нагрева. На графике (рис. 1) видно, что при обычном для промышленных котлов избытке воздуха (αт=1,15–1,25) скорость общей наружной коррозии без использования присадок превышает 1,2 г/(м²•ч), а величина локальной коррозии может быть еще выше.

Рис. 1. Зависимость скорости коррозии от температуры стенки при сжигании высокосернистого мазута: 1 – без присадки; 2 – с жидкой присадкой ВНИИНП-102; o – с присадкой каустического магнезита в топку и газоход котла

Кроме низкотемпературной коррозии, сжигание высокосернистых мазутов сопровождается интенсивным образованием отложений на поверхностях нагрева, что снижает теплоотвод от дымовых газов. В результате повышается температура уходящих газов и снижается КПД котла. Измерения, выполненные сотрудниками ВТИ при сжигании высокосернистого мазута на водогрейном котле типа ПТВМ, показали, что при температуре воды на входе в котел 50–60 °С рост температуры уходящих газов наиболее интенсивно происходит в первые 15–20 ч и составляет в среднем 2–2,5 °С/ч при нагрузке 80 % номинальной и около 1,5 °С/ч – при нагрузке 40–50 %. При работе того же котла в пиковом режиме с температурой воды на входе 95–100 °С скорость роста температуры не превышает 0,25 °С/ч.

Рис. 2. Горелка для сжигания мазута

Измерения, выполненные на котлах при сжигании высокосернистого мазута, показали, что сера может частично соединяться с твердыми продуктами сгорания или особыми присадками, вводимыми в факел. Зола высокосернистых мазутов содержит ванадий, натрий, никель и др. При горении значительная часть этих компонентов возгоняется, а затем конденсируется на поверхностях нагрева. На первичные отложения осаждаются частицы золы, а также сажевые частицы. Из-за этого в области высоких температур образуются плотные отложения, снижающие интенсивность теплообмена и не поддающиеся даже механической очистке.

Преодоление трудностей при сжигании высокосернистых мазутов

При сжигании в промышленных котлах мазутов с высоким содержанием серы, наиболее отработанным и эффективным способом борьбы с низкотемпературной коррозией является создание условий, уменьшающих образование серного ангидрида SO3. Расчетные и экспериментальные результаты (рис. 2) подтверждают, что снижение избытка воздуха заметно уменьшает содержание SO3. Благодаря этому «точка росы» дымовых газов приближается к «точке росы» водяных паров, т.е. к 50–60 °С, и скорость коррозии снижается в несколько раз. Имеются надежные данные по сжиганию высокосернистого мазута на большом числе котлов. Использование метода малых избытков воздуха (αт=1,01–1,02) в сочетании с предварительным подогревом воздуха позволило увеличить непрерывную рабочую кампанию до семи–восьми месяцев, снизить в несколько раз интенсивность низкотемпературной коррозии и повысить КПД котла.

Рис. 3. Зависимость концентрации SO3 от коэффициента избытка воздуха при сжигании высокосернистого мазута на двух котлах (I и II). Штриховые линии получены расчетным путем, сплошные – опытные кривые

Другим эффективным средством предотвращения загрязнения и коррозии поверхностей нагрева является применение присадок. Еще в середине прошлого века для устранения этих проблем при сжигании сернистого мазута начали применять твердые (порошкообразные) минеральные присадки (каустический магнезит и др.). Позже широкое распространение получили жидкие присадки, при использовании которых значительно упрощается система ввода присадок и повышается их эффективность. Чаще других использовались жидкие присадки на органической основе, разработанные ВНИИНП, и водорастворимые минеральные присадки ВТИ.
При сжигании мазута с содержанием серы 3,5 % и золы – до 0,2 % на котле паропроизводительностью 75 т/ч значительный успех удалось получить при использовании присадки ВНИИНП-106, содержащей азотистые добавки: скорость низкотемпературной коррозии была снижена до значений, не превышающих 0,2 г/(м²•ч) при температурах металла 90 °С и выше. Однако за счет применения режимов с малыми избытками воздуха коррозия такой же интенсивности достигалась и при более низкой температуре металла (75 °С).
Многие специалисты считают, что практически полное устранение коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева может быть обеспечено только при работе котлов с предельно низкими избытками воздуха (α=1,01–1,02). Но такие режимы могут быть реализованы только в котлах, оборудованных бесприсосными топками, т.е. работающих под наддувом, или с уравновешенной тягой, но с газоплотными экранами в топочной камере. Такие котлы, естественно, будут несколько дороже обычных, но возможность работы с предельно низкими избытками воздуха, во-первых, приведет к повышению КПД котла, а во-вторых, устранит еще и высокотемпературную ванадиевую коррозию, которая также снижает надежность работы мазутных котлов.
При сжигании сернистых мазутов на водогрейных котлах ПТВМ загрязнению и коррозии подвержены в первую очередь трубы конвективного пучка. На интенсивность загрязнения определяющее влияние оказывают температура металла труб и, конечно, серосодержание сжигаемого мазута. Для борьбы с загрязнением конвективных пучков часто используют различные методы очистки (паровая и воздушная обдувка, газоимпульсная очистка). Иногда используется и водная обмывка, но в этом случае (для снижения вредного влияния обмывки на коррозию) в начальный период обмывки подается 3%-й раствор щелочи.

Рис. 4. Водогрейный котел ПТВМ

Длительность межобмывочной кампании зависит не только от качества топлива, но и от режима его работы. На водогрейных котлах ПТВМ при сжигании сернистого мазута в течение месяца температура газов за котлом вырастала на 40–80 °С, что приводило к снижению экономичности на 2–4 %. Поэтому обмывку сетевой или продувочной водой приходилось проводить раз в месяц. Необходимо учитывать, что применение водных обмывок требует сооружения на ТЭЦ или в котельной специальных установок для очистки обмывочных вод.
На некоторых водогрейных котлах был опробован метод дробеочистки конвективных поверхностей нагрева. Очистка проводилась на работающих котлах с нагрузкой до 50 % номинальной. После очистки температура уходящих газов снижалась на 10–20 %, что повышало КПД котла.
И все же наиболее надежным способом уменьшить загрязнение и коррозию конвективного пучка являются – работа с минимальными избытками воздуха и поддержание температуры стенки труб конвективного пучка на уровне 115 °С и выше.

Источник