Жидкое топливо: состав, сжигание

В качестве жидкого топлива применяют мазут, являющийся остаточным продуктом переработки нефти. Качество мазута как топлива определяется его плотностью, вязкостью и температурой застывания.

Жидкое котельное топливо (топочный котельный мазут) по своему элемен­тарному составу мало отличается от сырой нефти. Мазут обычно содержит некоторое количество воды, увеличивающееся после вод­ных перевозок, а также при разогреве в цистернах острым паром. В стационарных котельных установках сжигают мазут трех марок — М40, М100 и М200, с увеличением марки возрастают плотность и температура застывания мазута.

Котельный мазут относится к высококалорийным топливам: Qнр = 38,3 МДж/кг (9150 ккал/кг).

По элементарному составу котельный мазут, характеризуется высоким содержанием углерода до 87%, водорода до 11,1%, кислорода и азота до 1%.

По содержанию серы SO2 нефть и мазут делят на два класса: малосернистые топлива с содержанием серы 1% и высокосернистые топлива — 2,5%.

Котельный мазут бывает маловязкий и высоковязкий с большим содержанием смолистых веществ и парафина. Вязкость мазута является важным эксплуатационным фактором, определяющим способность транспортировки, слива, перекачки и сжигания. С повышением температуры вязкость мазута уменьшается, поэтому все операции с мазутом производят с подогревом.

Сжигание мазута

Основными условиями сжигания мазута в котлах являются: разогрев его до необходимой температуры, тонкое и однородное распыливание и хорошее смешение с воздухом. Сгорание мазута происходит в парогазовом состоянии. При нагревании сначала испаряются легкие углеводороды, входящие в состав мазута, а затем более тяжелые. Чем меньше размеры капель топлива, тем больше площадь испарения и тем быстрее происходит сгорание. Для распыливания жидкого топлива применяют различного типа форсунки: механические (центробежные и ротационные), паровые, паромеханические, воздушные (высоконапорные и низконапорные).

В механических форсунках распыливание происходит при подаче мазута под давлением через сопло небольшого диаметра или за счет центробежных сил, создаваемых при закручивании топлива, или дробления его при вращении элементов форсунки. В форсунках с распыливающей средой, в качестве которой применяют пар или воздух, распыливание происходит вследствие механического воздействия потока распылителя на струю мазута. Механические форсунки используют в котлах средней и большой производительности, для которых мазут является основным топливом. Достоинством их является небольшой расход электроэнергии, недостатками — установка специальных насосов, узкие пределы регулирования, необходимость периодической очистки от нагара и твердых отложений. Эти горелки нельзя изготавливать небольшой единичной мощности, так как выходные отверстия для мазута получаются очень малыми, что привело бы к их частым засорениям.

Паровые форсунки проще механических по конструкции и в обслуживании, менее подвержены засорению, обладают более широким пределом регулирования мощности. Недостатком этих форсунок является расход пара, составляющий 2—3% от общего количества пара, вырабатываемого котлом. Работа горелок сопровождается сильным шумом. В форсунках с воздушным распыливанием воздух может подаваться от компрессора, что усложняет обслуживание и снижает эксплуатационные показатели, или от вентилятора. Воздушные форсунки работают с меньшим шумом, чем паровые, и экономичнее их.

Существенным недостатком работы котлов на мазуте является загрязнение поверхностей нагрева котла, что вызывает ухудшение условий теплопередачи по сравнению с работой на газе. Несколько выше и коэффициент избытка воздуха, что приводит к снижению КПД котла.

При сжигании мазута необходимо следить за тем, чтобы на внутренних поверхностях форсунок не накапливались нагарообразования, смолистые и другие отложения, ухудшающие условия распыливания мазута, что вызывает неполноту его сгорания. О наличии таких отложений можно судить по появлению в топке летающих капель — «звездочек». Поэтому форсунки следует периодически вынимать из горелок, очищать их от отложений и промывать соляровым маслом или другим легким топливом.

Мазутное хозяйство котельных

Основными элементами мазутного хозяйства являются: приемное устройство, мазутохранилище, резервуар для присадки мазута, расходный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута, охладители конденсата, системы трубопроводов (мазутопроводы, паро- и конденсатопроводы, дренажный трубопровод), насосы различного назначения. Доставленный в железнодорожных и автомобильных цистернах мазут подогревают до температуры 30—60 °С в зависимости от его марки. Для этой цели чаще всего применяют сухой насыщенный или слабоперегретый пар с давлением 5—6 кгс/см2, подаваемый непосредственно в цистерну. Сливаемый из цистерны мазут должен пройти через специальный фильтр, предохраняющий от попадания механических примесей в мазутохранилище. Площадки, где расположены сливные устройства, должны иметь твердые покрытия со стоком для отвода пролитого мазута к местному очистному сооружению.

Схема мазутного хозяйства

Схема мазутного хозяйства

1-железнодорожная цистерна; 2-эстакада; 3-переносный сливной лоток; 4-сливной желоб; 5-отводящая труба; 6-приемная емкость; 7-мазутохранилище; 8, 11-фильтры тонкой очистки; 9, 12-насосы; 10-фильтр грубой очистки; 13-подогреватель; 14-горелки котлов; 15-линия рециркуляции.

При циркуляционной схеме мазут отбирается в нижней части резервуара, насосом перекачивается через выносной подогреватель в котельную, а затем в резервуар. При этом улучшается разогрев мазута и уменьшается отложение примесей в резервуаре. Для перекачки мазута применяют поршневые и винтовые насосы. Мазутопроводы от хранилищ до котельной и рециркуляционный мазутопровод прокладывают в траншеях или туннелях совместно с паропроводами и покрывают их общей изоляцией. Паропроводы должны иметь надежный отвод конденсата. Чтобы обеспечить давление мазута перед форсункой около 20 кгс/см2, применяют специальные насосы (шестеренные, лопаточные, винтовые, плунжерные).