Жидкое и газообразное топливо котельной

  К жидкому топливу, используемому для сжигания в печах и очагах, относятся сырая нефть и нефтяные остатки, которые получают на местах ее добычи, а также продукты переработки нефти, более легкие сорта нефтяного топлива (соляровое масло, керосин).

  Плотность легких сортов нефтяного топлива около 0,8 г/см³; тяжелых - 0,9 г/см³. Плотность мазута от 0,9 до 0,93 г/см³. Содержание серы в мазуте незначительно - от 0,5 до 0,8%. Теплотворная способность всех перечисленных видов жидкого топлива примерно одна и та же и равна 10000 ккал/кг.

Крупные котельные установки в большинстве случаев переведены на жидкое топливо. В домовых мелких очагах и бытовых печах сжигание мазута и других видов нефтяного топлива происходит до сих пор весьма примитивно и неудовлетворительно. Горение сопровождается обильным выделением черной копоти, которая проникает и распространяется по всему помещению, при этом она загрязняет воздух и комнатную обстановку. В последнее время начинают входить в употребление безнапорные горелки на жидком топливе.

К газообразному топливу относится природный и искусственный газ.

Различают два способа получения природного газа: из газовых месторождений, содержащих газ без нефтяных добавок (Шебалинское, Ставропольское, Саратовское, Дашавское, Ухтинское месторождения); из месторождений жидких нефтяных источников в сопровождении горючего газа (Баку, Грозный, Майкоп, Ишимбаево и т. д.).

Природный газ, теплотворная способность которого высокая и равна 8500 ккал/м³, экономически целесообразно транспортировать на значительные расстояния.

В химический состав природных газов входят как горючие части - метан (СН₄), водород (Н₂) и окись углерода (СО) - так и негорючие, которые называются балластом - азот (N₂) и углекислота (СО₂). Один из наиболее часто встречающихся газов входящих в состав природных горючих газов, - метан (СН₄). Теплотворная способность метана 8500 ккал/м³.

Особенностью другого газа - бутана (С₄Н₁₀), входящего также в состав горючих газов, является то, что он при нормальном атмосферном давлении и минусовой температуре (-10°С) переходит в жидкое состояние.

Природные газы ядовиты и не имеют запаха, поэтому для быстрого обнаружения их в воздухе к газам перед подачей их в городскую сеть подмешивают пары жидкостей, обладающих резким запахом.

Искусственный газ, реже применяемый в быту, получают из твердого топлива в специальных газогенераторных установках. Теплотворная способность искусственного газа значительно ниже теплотворной способности природного газа и равна примерно 1400 ккал/м³.

Мазутное хозяйство - комплекс устройств, обеспечивающих приемку, хранение и подачу необходимого количества мазута в котельную и подготовку его для сжигания в топках котлов. Мазут может быть основным топливом, резервным (например, в зимнее время), аварийным, растопочным, когда основным является сжигаемое в пылевидном состоянии твердое топливо. 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. Мазут к потребителю доставляется железнодорожным транспортом, нефтеналивными судами, по трубопроводам (если нефтеперерабатывающие заводы находятся на небольших расстояниях).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. Возможно также использование для этой цели переносных змеевиковых подогревателей, что исключает обводнение мазута. 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. Мазутное хозяйство при доставке мазута железнодорожным транспортом состоит из следующих сооружений и устройств: сливной эстакады с промежуточной емкостью; мазутохранилища; мазутонасосной станции; системы мазутопроводов между емкостями мазута, мазутонасосной и котельными установками, устройствами для подогревамазута; установок для приема, хранения и ввода в мазут жидких присадок.

Подготовка топлива к сгоранию

  Подготовка твердого топлива к сжиганию

При снабжении котельной углем, требующим дробления, на тракте топливоподачи от приемных разгрузочных устройств до бункеров котлов или на складе уголь подвергается дроблению в установках, состоящих из грохотов и дробилки.

  Для извлечения из топлива случайно попавших металлических предметов на тракте топливоподачи предусматривается установка магнитных сепараторов. Как правило, они устанавливаются перед дробилками во избежание поломок или повреждений последних.

При слоевом сжигании твердого топлива сырой уголь из бункеров перед котлами поступает через специальные питатели и забрасыватели в топку котлов.

При камерном сжигании твердого топлива необходима его дополнительная подготовка, для чего в котельных используется система пылеприготовления. Система пылеприготовления представляет собой совокупность оборудования, необходимого для размола топлива, его сушки и подачи готовой пыли в горелки топочной камеры.

Основной установкой любой пылесистемы является углеразмольная мельница. Наиболее широкое распространение получили шаровые барабанные (ШБМ) и молотковые (ММ) мельницы, причем в ШБМ размалывают преимущественно топливо с относительно малым выходом летучих веществ, а ММ используются при размоле молодых каменных и бурых углей, торфа и сланцев. На долю этих видов мельниц приходится около 98% размалываемых твердых топлив. Размол некоторых видов каменных углей более экономично происходит с применением валковых среднеходных мельниц. В отдельных случаях при размоле «мягких» сильно влажных бурых углей используется мельница-вентилятор.

Для размола мягких бурых углей с высокой влажностью применяют мельницу-вентилятор. Ротор мельницы имеет мельничное колесо с закрепленными на нем лопатками-билами. Размол топлива происходит за счет удара по нему вращающихся с большой скоростью лопаток-бил. Лопатки создают за мельницей относительно небольшой напор (1200–1500 Па), поэтому эта мельница не требует установки специального мельничного вентилятора.

К основным элементам системы пылеприготовления относятся также сепараторы, циклоны, питатели сырого угля и пыли, бункера.

Сепаратор служит для регулирования тонкости выдаваемой мельницей пыли. Для отделения мелких фракций пыли от крупных в сепараторах используют центробежные, инерционные и гравитационные силы.

Циклон применяется в схеме с промежуточным бункером пыли для отделения готовой пыли от транспортирующего воздуха. Отделение происходит за счет центробежного эффекта, а также при повороте воздушного потока в центральную отводную трубу.

Питатели сырого угля устанавливают для равномерной и регулируемой подачи топлива в углеразмольные мельницы. Для сухих углей находят применение ленточные питатели угля, для влажных, склонных к замазыванию углей – скребковые.

Питатели пыли устанавливают под бункером пыли для регулирования подачи ее в пылепроводы. Наиболее употребительны в энергетических установках шнековые и лопастные питатели.

Бункера пыли являются емкостью для хранения определенного запаса топлива. Объем пылевого бункера определяют исходя из работы котла с номинальной нагрузкой в течение 2–3 ч при отключенной пылесистеме и сохранением минимальной высоты слоя пыли в бункере не менее 3 м для равномерной загрузки пылепитателей.

Подготовка жидкого топлива к сжиганию

В качестве жидкого топлива в стационарных и мобильных энергетических установках используются мазуты различных марок, мартеновское топливо, стабилизированная нефть, соляровое и сланцевое масло и легкие топлива (керосин, соляр, бензин и др.) Наиболее распространенным топливом для сжигания в печах, промышленных и энергетических котлах является мазут. Мазуты характеризуются значительной вязкостью, плотностью, содержанием высокомолекулярных веществ и смол.

Жидкие топлива перед сжиганием должны пройти цикл специальной подготовки. Это необходимо для эффективного сжигания с одновременным обеспечением надежности топочного устройства, хвостовых поверхностей нагрева, уменьшения загрязняющих выбросов. Подготовка включает в себя следующие мероприятия:

- первичный подогрев для обеспечения вязкости, необходимой при транспортировке;

- фильтрация;

- обработка присадками;

- обессоливание;

- обеспечение рабочего давления перед сжиганием;

- подогрев до вязкости, необходимой для оптимальной работы форсунок.

   Первичный подогрев

Условия сливных и наливных операций, транспортировки мазутов, а также эффективность работы форсунок определяются вязкостью мазута. Вяз­кость мазутов в значительной степени зависит от температуры, поэтому необходимо, чтобы мазут был нагрет до определенной температуры в соответствии с условиями его использования. Недогрев топлива ухудшает его транспортирование по трубам, качество распыливания; перегрев может привести к испарению, вспениванию, вследствие чего возможно воспламенение топлива в баках, пульсационному режиму работы форсунок, ухудшению работы насо­сов. Подогреватели устанавливаются в непосредственной близости от заборных патрубков основных и циркуляционных насосов.

    Фильтрация

Для очистки мазута от механических примесей ис­пользуются фильтры грубой и тонкой очистки. В зависимости от конструкции фильтры бывают щелевые, шариковые и сетчатые. На рис. 1.4 приведена конструкция сетчатого фильтра мазута. Грубые сетчатые фильтры имеют от 5 до 64 отверстий на 1 см фильтрующей поверхности, фильтры тонкой очистки – от 64 до 400 отверстий на 1 см. Фильтры грубой очистки устанавливаются перед топливными насосами, фильтры тонкой очистки – перед форсунками. Необходимая степень фильтрации жидкого топлива определяется используемым оборудованием мазутного хозяйства и типом форсуночных устройств. Снижение требований к фильтрации не допускается, минимальный размер отфильтрованных частиц не должен превышать 5 мкм.    

    О бработка присадками и обессоливание

В структурном отношении мазут представляет собой многофазную дисперсную систему. К частицам дисперсной фазы относятся высокоплавкие парафиновые углеводороды, карбены и карбоиды, твердые минеральные примеси, глобулы воды, газовые пузырьки. Осаждение частиц дисперсной фазы и образование трудноудаляемых отложений приводит к определенным трудностям на всех стадиях транспортирования, хранения и сжигания мазута. Карбоиды и минеральные примеси вызывают абразивный износ насосов, арматуры и форсунок. Присутствие глобул воды усложняет эксплуатацию мазутного хозяйства, отрицательно влияет на полноту сгорания, дестабилизирует процесс горения и может привести к срыву факела. Наличие в мазуте вредных примесей вызывает генерацию производных соединений, коррозию и загрязнение рабочих поверхностей, уменьшение теплопередачи. Для снижения негативных явлений, возникающих при использовании мазутного топлива, его необходимо подвергать спецобработке на нефтеперегонном заводе или непосредственно перед сжиганием. Существуют следующие методы обработки мазута: гидромеханический, физический и химический.

Гидромеханическая обработка (ГМО ) производится в специальных аппаратах (ротационных, струйных, вибрационных и др.), позволяющих создавать тонкодисперсную смесь мазута с вязкими отложениями и с водой. Способ ГМО перспективен при сжигании высокообводненных и крекинг мазутов. В результате ГМО вода и мазут перемешиваются до микроэмульсии. Поскольку температура кипения воды значительно ниже температуры ки­пения мазута (280…320°С), то при попадании капель мазута в топочную камеру происходит быстрое испарение эмульгированной в топливе воды, приводящее к микровзрыву капель мазута и к их вторичному дроблению. При этом факел более равномерно распределяется в топочном пространстве, возрастает полнота и скорость сгорания, выравнивается температурное поле, снижается максимум температур а зоне горения, вследствие чего на 30…40% уменьшается образование “термических” оксидов азота. Содержание эмульгированной воды в мазуте рекомендуется 6…12% при дисперсности воды 10…15 мкм.

К физическим методам относится обработка топлива магнитным, электрическим, тепловым и другими физическими полями с целью повышения его дисперсности, стабильности и, в конечном счете, полноты сгорания.

Для обессоливания применяют водную промывку мазута. В мазут вводится пресная вода, создается водно-топливная эмульсия, затем промывочная вода, насыщенная солями (в основном щелочных и щелочноземельных метал­лов), удаляется с помощью центробежных сепараторов.

Химический метод обработки мазута заключается в использовании присадок. Присадки к мазуту имеют различные назначения.

Депрессорные присадки улучшают текучесть мазута. В качестве депрессантов используют сополимеры этилена с винилацетатом.

Диспергирующие присадки препятствуют образованию смолистых отложений, повышают полноту сгорания топлива. В качестве диспергирующих и противодымных присадок используют соединения Мп, Бе, Сг и др. (катализаторы горения), соединения щелочноземельных металлов Ва и Са, алюмосиликаты. Последние ускоряют процесс термоокислительного крекинга топлива, что положительно влияет на полноту сгорания, снижает коррозионную активность дымовых газов; в энергетике алюмосиликаты пока не используются.     

    Обеспечение рабочего давления перед сжиганием.

Давление жидкого топлива выбирается, исходя из требуемой дисперсности распыления при необходимой единичной производительности форсунки. Давление мазута перед форсунками условно подразделяются на низкое (< 0,7 МПа), среднее (< 3,5 МПа) и высокое (> 3,5 МПа). Необходимое давление достигается использованием насосов различного типа и назначения.

Шестеренные насосы типа Ш применяются для перекачивания мазута с температурой до 80°С и используются как циркуляционные и основные насосы в промышленных котельных; подача от 0,22 до 9 м /ч, давление от 0,6 до 2,5 МПа.

Винтовые насосы типа ЗВ (трехвинтовые) применяются для перекачивания мазута с температурой до 100°С в мазутных хозяйствах промышленных ко­тельных в качестве основных насосов; подача от 0,45 до 6,84 м /ч, давление от 2,5 до 4 МПа.

  Подогрев мазута перед форсунками. Перед подачей жидкого топлива в топку оно дополнительно подогревается для обеспечения необходимой вязкости. Температура подогрева мазута определяется маркой мазута и способом распыления (см. табл.1).

 

    Таблица 1. Температура подогрева мазута перед форсунками, ^оС.

Марка мазута	Форсунки механического распыления	Форсунки паромеханические	Форсунки ротационные и парового распыления
100	150 (135)	125	100
100 В	125	115	—
40	120	110	90
40 В	110	100	—
Ф	80	—	80

 

    Особенности сжигания газа в топках котлов требуют правильного выбора типа, тепловой мощности, количества горелок и их рационального размещения.

Газовое топливо создает хорошие условия для автоматизации его сжигания, что значительно повышает безопасность и эффективность эксплуатации котлов и обеспечивает их работу в соответствии с заданным режимом. Современная комплексная автоматика газифицированных котельных включает в себя приборы автоматики безопасности, регулирования, контроля и сигнализации. Автоматика безопасности обеспечивает прекращение подачи газа к горелкам при нарушениях режима работы агрегата, способных привести к аварии. Автоматика регулирования поддерживает заданный режим работы котла.

Приборы контроля и сигнализации обеспечивают условия для дистанционного управления работой агрегата с диспетчерского пульта. Установлен минимально необходимый объем автоматики газифицированных котельных, обеспечивающий прекращение подачи газа к горелкам при недопустимом отклонении давления газа, погасании пламени горелок, отсутствии разрежения и прекращении подачи воздуха к горелкам.

6. Водоподготовка в котельной

 Водоподготовка - это обработка воды, поступающей из природного водоисточника, например, водозаборных сооружений, для различных нужд, например, хозяйственно-бытовых, технологических: на питание паровых и водогрейных котлов или для технологических целей. Водоподготовка производится на тепловых электростанциях, в коммунальном хозяйстве, на промышленных предприятиях.

Водоподготовка заключается в освобождении воды от грубодисперсных и коллоидных примесей и содержащихся в ней солей, что предотвращает отложение накипи, унос солей паром, коррозия металлов, а также загрязнение обрабатываемых материалов при использовании воды в технологических процессах.

Водоподготовка включает следующие основные методы (этапы) обработки:

- осветление (удаление из воды коагуляцией, отстаиванием и фильтрованием коллоидальных и суспензированных загрязнений);

- умягчение (устранение жёсткости воды осаждением солей кальция и магния, известью и содой или удаление их из воды катионированием);

- обессоливание и обескремнивание (ионный обмен или дистилляцией в испарителях);

- удаление растворённых газов (термическим или химическим методом) и окислов железа и меди (фильтрованием).

Водно-химический режим должен обеспечивать работу котла и питательного тракта без повреждения их элементов вследствие отложений накипи и шлама, повышения относительной щелочности котловой воды до опасных пределов или в результате коррозии металла.

Все паровые котлы с естественной и многократной принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более, все паровые прямоточные котлы независимо от паропроизводительности, а также все водогрейные котлы должны быть оборудованы установками для докотловой обработки воды.

Выбор способа обработки воды для питания котлов должен проводиться специализированной организацией.

У котлов паропроизводительностью менее 0,7 т/ч период между чистками должен быть таким, чтобы толщина отложений на наиболее теплонапряженных участках поверхности нагрева котла к моменту его остановки на чистку не превышала 0,5 мм.

Подпитка сырой водой котлов, оборудованных устройствами для докотловой обработки воды, не допускается.

В тех случаях, когда проектом предусматривается в аварийных ситуациях подпитка котла сырой водой, на линиях сырой воды, присоединенных к линиям умягченной добавочной воды или конденсата, а также к питательным бакам, должны устанавливаться по два запорных органа и контрольный кран между ними. Во время нормальной эксплуатации запорные органы должны находиться в закрытом положении и быть опломбированы, а контрольный кран - открыт.

Каждый случай подпитки котлов сырой водой должен фиксироваться в журнале по водоподготовке (водно-химическому режиму) с указанием длительности подпитки и качества питательной воды в этот период.

Инструкции по эксплуатации установок докотловой обработки воды должны разрабатываться организациями - изготовителями установок.

Инструкции и режимные карты должны быть утверждены руководителем организации - владельца котла и находиться на рабочих местах персонала.

        Требования к качеству питательной воды

Показатели качества питательной воды для котлов с естественной и многократной принудительной циркуляцией паропроизводительностью 0,7 т/ч и более не должны превышать значений, указанных:

а) для паровых газотрубных котлов - в табл. 2;

   Таблица 2

Нормы качества питательной воды для паровых газотрубных котлов

Показатель	Для котлов, работающих
	на жидком топливе	на других видах топлива
Прозрачность по шрифту, см, не менее	40	20
Общая жесткость, мкг.экв/кг	30	100
Содержание раст- воренного кисло- рода (для котлов паропроизводи- тельностью 2 т/ч и более), мкг/кг	50 <1>	100