Котельное топливо показатели качества

Обновлено: 17.05.2024

Основные виды топлива для промышленных котельных

Топливо – краеугольный камень при создании любой котельной. Вид топлива и способ его сжигания влияют не только на конструктивные особенности котла, в котором оно будет сжигаться, перечень необходимого вспомогательного котельного оборудования, но, что самое важное, на технико-экономическую эффективность всего объекта в целом.

Виды топлива (см. табл. 1) принято делить по способу получения - на природные и искусственные, которые получены в процессе человеческой деятельности (специально или попутно). Кроме того, топливо подразделяют по типу его агрегатного состояния – твердое, жидкое и газообразное.

Таблица 1. Классификация видов топлива для котельных

Топливо	Агрегатное состояние
Топливо	Твердое	Жидкое	Газообразное
Природное	Ископаемые угли (каменные, бурые, антрацит), торф, горючие сланцы, древесина	Нефть	Природный газ
Искусственное	Брикеты, гранулы (пеллеты) (из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства), древесные отходы (щепа, дроблёнка, стружка, опилки, древесная мука, древесная пыль), отходы сельского хозяйства (лузга, солома, костра льна, шелуха)	Нефтяные топлива (мазут, соляровое масло, печное топливо) Масла (сланцевое, отработанное машинное) Эмульсии (ВУТ - водоугольное топливо)	Доменный газ, коксовый газ, газы нефтепереработки, биогаз

Уголь, торф, древесину, мазут и природный газ принято считать традиционными видами топлива. К нетрадиционным видам топлива относят различные горючие отходы - угольные, нефтяные, промышленные, древесные, сельскохозяйственные. Они сжигаются либо как «самостоятельные» материалы, или из них предварительно изготавливают брикеты, гранулы (пеллеты) или смеси (например, водноугольное топливо).

Нетрадиционные виды топлива еще часто называют альтернативными видами топлива. Особое место среди них занимает биотопливо, получаемое в основном из органических промышленных отходов и растительного сырья.

К твердому биотопливу относятся все горючие отходы деревообработки, сельскохозяйственного производства, торфа, в том числе, брикеты и гранулы (пеллеты) из них. У нас в стране твердое биотопливо пока все еще слабо используется для сжигания в котельных установках, в то время как Европа, например, с удовольствием покупает пеллеты российских производителей. Потому, что котельная на пеллетах выдерживает самые жесткие требования экологов. Например, одна из построенных нами пеллетных котельных успешно работает в заповедном районе Алтая:

По оценке экспертов энергетического рынка у газообразного биотоплива (биогаза) в России тоже неплохие перспективы. На биогазе, например, можно строить мини-ТЭЦ мощностью до 10 МВт.

Жидкое биотопливо – это в основном этанол, биодизель, используемые на транспорте и для «котельщиков» оно не представляет особого интереса.

Различные виды топлива сравнивают между собой с помощью удельной теплоты сгорания - специального показателя, характеризующего теплотворную способность топлива. Он показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. Удельная теплота сгорания измеряется в Дж/кг или калориях/кг. Чем больше удельная теплота сгорания топлива, тем меньше удельный расход топлива при той же величине коэффициента полезного действия (КПД) агрегата.

Для удобства проведения теплотехнических расчетов, связанных с различными видами топлива, используют понятие условного топлива (у.т.). В России удельная теплота сгорания 1 кг условного топлива равна 29,3 МДж или 7000 ккал, что соответствует теплотворной способности одного из видов каменного угля – антрацита (см. табл.2)

Таблица 2. Удельная теплота сгорания некоторых веществ в воздухе, МДж/кг.

Наименование вещества (топлива)	МДж/кг.
Торф	от 8 до 15
Дрова (березовые, сосновые)	10,2
Бурый уголь	от 14 до 15
Каменный уголь	от 22 до 29,3
1 у. т. (антрацит)	29.3 (7000 ккал/кг)
Газ (метан)	50,1
Мазут	39,2
Дизельное топливо	42,7

В теплоэнергетике не всегда нужно стремиться к выбору топлива с высокой удельной теплотой сгорания. Используемое топливо необходимо оценивать с разных сторон. Например, нередко бывает очень выгодно в качестве топлива использовать различные нетрадиционные виды топлива (горючие отходы), которые позволяют не только получать «бесплатное» тепло, но, что еще очень важно, одновременно решать проблему их утилизации. А это, согласитесь, тоже стоит денег.

К выбору вида топлива для проектируемой котельной нужно подходить очень внимательно, чтобы выбрать правильный («под себя») вид топлива. Рассматривают обычно топливо, которое доступно в этом регионе по соотношению «цена-качество».

Лучшим топливом по многим показателям, безусловно, является природный газ, однако, он есть далеко не везде. Необходимо взвесить все «за» и «против». В данном случае, под правильным выбором понимают такое топливо, которое позволяет достигать требуемых технологических характеристик котельной установки, при ее максимальной технико-экономической эффективности.

2.2.4. Котельные и тяжелые моторные топлива

Требования предъявляемые к качеству котельных и тяжелых моторных топлив и устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Ниже рассмотрим основные свойства тяжелых топлив.

Вязкость. Эта техническая характеристика является важнейшей для котельных и тяжелых моторных топлив. Она определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и перекачки, гидравлические сопротивления при транспорте топлива по трубопроводам, эффективность работы форсунок. От вязкости в значительной мере зависят скорость осаждения механических примесей при храниении, а также способность топлива отстаиваться от воды.

При положительных температурах (50 и 80 о С) условную вязкость топлив определяют по ГОСТ 6258 – 85 с помощью вискозиметра ВУМ. В США для определения вязкости используют вискозиметр Сейболта универсальный (для маловязких мазутов) и Сейболта Фурола (для высоковязких мазутов), в Англии – вискозиметр Редвуда. Между всеми этими вязкостями существует определенная зависимость.В ряде спецификаций указывают вязкость, найденную экспериментально и пересчитанную в кинематическую (мм 2 /с).

Для мазутов, как и для всех темных нефтепродуктов, зависимость вязкости от температуры приближенно описывается уравнением Вальтера:

lg lg(ν . 10 -6 +0,8)=A-BlgT,

<где ν – кинематическая вязкость, мм 2 /с. А и В – коэффициенты; Т – абсолютная температура, о К.

Вязкость не является аддитивным свойством топлива. При смешении различных котельных топлив вязкость смеси следует определять экспериментально. Ориентировочно вязкость таких смесей можно определить по формуле:

где ν₁, ν₂, ν_cm - вязкость кинематическая компонентов 1, 2 и смеси, мм 2 /с; х₁, х₂ – содержание компонентов, % об.

Котельные и тяжелые моторные топлива являются структурированными системами. Для их характеристики, особенно при выполнении сливно-наливных операций, помимо ньютоновской вязкости необходимо учитывать реологоческие свойства топлив. Вязкость при низких температурах определяют по ГОСТ 1929 – 87 с помощью ротационного вискозиметра <<Реотест>>.

Принцип действия прибора <<Реотест>> основан на изменении сопротивления, которое оказывает испытуемый продукт вращающемуся внутреннему цилиндру. Это сопротивление зависит только от внутреннего трения жидкости и прямо пропорционально абсолютной вязкости. По мере того как скорость сдвига увеличивается, вязкость уменьшается. Когда вся структура полностью разрушена, вязкость становится постоянной. Эта вязкость называется динамической. Методика позволяет определять как вязкость полностью разрушенной структуры мазута, так и начальное напряжение, являющееся мерой прочности структуры мазута, значение которого необходимо знать при расчете трубопроводов.

Для всех остаточных топлив характерна аномалия вязкости: после термической обработки или соответствующего механического воздействия повторно определяемая вязкость при той же температуре оказывается ниже начальной. Объясняется это присутствием в котельных топливах высокомолекулярных парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ: чем их больше в топливе, тем выше вязкость и начальное напряжение сдвига:

Содержание серы. В остаточных топливах содержание серы зависит от типа перерабатываемой нефти (сернистой или высокосернистой) и технологии получения топлива. Сера в остаточных топливах находится в свободном состоянии или в связанном – меркаптановая сера, сероводород. Наиболее коррозионно-агрессивных соединений – меркаптановой серы – в остаточных топливах меньше, чем в среднедистиллятных фракциях. Поэтому коррозионная активность сернистых мазутов ниже, чем сернистых светлых нефтепродуктов.

При сжигании сернистых топлив сера превращается в оксиды – SO₂ и SO₃. Наличие в дымовых газах SO₃ повышает температуру начала конденсации влаги – точку росы. В связи с тем, что температура хвостовых поверхностей котлов (воздухоподогревателей, экономайзеров) равна точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая и вызывает усиленную коррозию металла. Содержание серы в мазутах оказывает значительное влияние на экологическое состояние воздушного бассейна. В ряде ведущих стран мира в последние годы приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5 – 0,1%.

Теплота сгорания.. Это одна из важнейших характеристик топлива, от которой зависит его расход, особенно для топлив применяемых в судовых энергетических установках, так как при заправке топливом с более высокой теплотой сгорания увеличивается дальность плавания. Теплота сгорания зависит от элементного состава топлива и определяется отношением Н/С и зольностью. Для котельных топлив она находится в пределах 39900 – 41580 Дж/кг при плотности 940 – 970 кг/м 3 Q_н=42000 Дж/кг. Теплота сгорания высокосернистых топлив всегда ниже, чем сернистых или малосернистых.

Температура застывания. Как и вязкость, температура застывания характеризует условия слива и перекачки топлива. Она зависит от двух основных факторов: качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Для топочных мазутов марок 40 и 100 t_заст находится в пределах 22 – 25 о С и практически постоянна при храниении топлив. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно нестабильны, и их t_заст при хранении может повышаться на 4 – 15 о С. Явление это присуще только топливам, содержащим остаточные компоненты, таким как флотский мазут Ф-5, моторное топливо ДТ и ДМ и экспортный мазут. Полагают, что повышение t_заст при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием во времени более жесткой кристаллической структуры. Это свойство топлив очень затрудняет их применение и не позволяет гарантировать сохранение качества после хранения и транспортирования топлив.

Большое влияние на t_заст оказывают температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания и даже диаметр сосуда, в котором она определяется. Для котельных топлив t_заст изменяется в зависимости от условий термической обработки. С повышением температуры термообработки до 40 – 70 о С t_заст топлива возрастает. Дальнейшее повышение температуры термообработки до 100 о С приводит к резкому ее снижению, что связано с изменением структуры топлива, а именно: с повышением температуры в структуре мазута, представляющего собой сплошную сетку, составленную из мелких игл с вкраплениями в нее крупных кристаллических конгломератов парафинов, последние постепенно исчезают и структура становится однородно сетчатой. Не менее важна и скорость охлаждения топлив. С увеличением скорости охлаждения t_заст , как правило, повышается за счет возникновения большого числа центров кристаллизации, равномерно распределенных по всему объему и способствующих созданию прочной структурной решетки парафина.

Учитывая нестабильность t_заст , стандарты на мазут флотский, экспортный и на моторное топливо предусматривают гарантии изготовителя: по истечении 3 месяцев хранения температура застывания не должна превышать установленную стандартом величину: минус 5 о С – для флотского мазута Ф-5 и моторного топлива, плюс 10 о С – для экспортного. Срок гарантии установлен, исходя из экспериментальных данных. Как правило, изменение t_заст после 3 месяцев Хранения крайне редко.

Регрессия t_заст обусловливает необходимость выработки топлива с запасом качества по этому показателю, что приводит к вовлечению в состав таких продуктов неоправданно большого количества дизельного топлива. Так, для получения флотского мазута Ф-5 на нефтеперерабатывающем предприятии вовлекают в мазут 50 – 70% дизельного топлива, а для получения топлива, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 10585 – 75 по всем показателям качества, кроме t_заст , достаточно 12,5 – 40% дизельного топлива.

Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом. Механизм их действия заключается в модификации структуры кристаллизующегося парафина, препятствующей образованию прочной кристаллической решетки. Эффективность действия депрессорных присадок к котельным топливам зависит, прежде всего от содержания н-парафиновых углеводородов и их температуры плавления: чем больше их в топливе и чем выше t_пл , тем менее эффективен депрессор.

Наибольшее депрессорное действие оказывают асфальтено-смолистые вещества. Это свойство асфальтено-смолистых веществ использовали ранее как единственный способ улучшения низкотемпературных свойств котельных топлив. Количество вводимых в топливо компонентов, содержащих асфальтено-смолистые вещества, например крекинг-остаток, ограничено, тат как последний повышает вязкость и содержание серы. Наличие в топливах крекинг-остатка вызывает при эксплуатации повышенное нагарообразование, высокотемпературную коррозию за счет ванадия, концентрирующегося в асфальтено-смолистой части, делает топлива нестабильными при хранении. Асфальтено-смолистые вещества оседают и отлагаются на днищах резервуаров, мазутопроводов, что затрудняет их очистку и приводит к дополнительным затратам в эксплуатации. Отложения асфальтено-смолистых веществ на поверхности нагрева теплообменной аппаратуры увеличивают сопротивление стенки и ухудшают теплообмен.

С углублением переработки нефти содержание асфальтено-смолистых веществ в топливах будет увеличиваться, поэтому все более острой становится проблема производства стабильных котельных топлив. Асфальтены в мазутах находятся в коллоидном состоянии. Устойчивость асфальтено-содержащих дисперсных систем зависит от природы циклического углеводорода и его концентрации в дисперсионной среде. Наличие ароматических и нафтеновых углеводородов повышает седиментационную устойчивость дисперсной системы, причем для ароматических углеводородов этот эффект значительно больше, чем для нафтеновых углеводородов: ароматические углеводороды более склонны к взаимодействию с молекулами асфальтенов,растворимость последних тем больше, чем выше концентрация ароматического компонента. В такой среде асфальтены диспергируются с образованием тонкодисперсных коллоидных и молекулярно-дисперсных частиц. В среде парафиновых углеводородов образуется преимущественно грубодисперсная система. Так как нафтеновые углеводороды по строению являются промежуточными между парафиновыми и ароматическими углеводородами,то и кинетическая и агрегативная устойчивость асфальтенов в них меньше, чем в ароматических, и больше, чем в парафиновых углеводородах.

Температура вспышки определяет требования к пожарной безопасности остаточных топлив. Для топлив, используемых в судовых энергетических установках, нормируется температура вспышки в закрытом тигле (>75-80 о С), для котельных топлив – в открытом тигле ( 90 – 100 о С); эти нормы обеспечивают безопасную работу судовых энергетических и котельных установок. Разница между температурами вспышки в открытом и закрытом тигле составляет примерно 30 о С:

Мазут марки 40 Мазут марки 100

Температура вспышки. о С

в открытом тигле 92 120

в закрытом тигле 61 93

Содержание воды, механических примесей и зольность. Эти компоненты являются нежелательными составляющими котельных топлив, так как присутствие их ухудшает экономические показатели работы котельного агрегата, увеличивает коррозию хвостовых поверхностей его нагрева. При использовании обводненного котельного топлива в судовых энергетических установках в результате попадания глобул воды на трущиеся поверхности деталей, прецизионных пар и нарушения таким образом условий смазывающей способности топлива возможно зависание плунжеров или форсуночных игл. Как правило, вода образует с котельным топливом очень стойкие эмульсии. Большая стойкость эмульсий обусловлена высокой вязкостью мазута и наличием в нем поверхностно- активных асфальтено-смолистых стабилизаторов. С повышением температуры эмульсии разрушаются за счет уменьшения поверхностного натяжения и вязкости.

В то же время наличие воды, равномерно распределенной по всему объему, оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства топлив. Испарение мелкодисперсных частиц воды происходит мгновенно в виде <<микровзрыва>>, процесс сгорания протекает плавно и с достаточной полнотой, что приводит к снижению удельного расхода топлива и дымности отходящих газов.

Механические примеси, как и вода, засоряют фильтры и форсунки, при этом нарушается процесс распыливания топлива. Установлены требования к содержанию механических примесей: для мазута марки 40 – не более 0,8% , для мазута марки 100 – не более 1,5% . Фактически топочные мазуты вырабатывают с более низким содержанием механических примесей – до 0,1% и лишь на отдельных нефтеперерабатывающих предприятиях эти значения приближаются к установленным по ГОСТ 10585 – 75.

Зола, определяемая показателем зольность, характеризует наличие в топливе солей металлов. Она отлагается при сжигании топлив на поверхностях нагрева котлов и проточной части газовых турбин. Это ухудшает теплопередачу, повышает температуру отходящих газов, снижает к.п.д. котлов и газовых турбин.

Зольность топлив зависит, прежде всего, от содержания солей в нефти, Улучшение обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях в последние годы позволило получать обессоленные нефти с содержанием солей не более 3-5 мг/л . Это, в свою очередь, позволило ужесточить требования стандарта по зольности котельных и тяжелых моторных топлив до 0,14 и 0,10% соответственно, а при использовании топлив увеличить сроки между чистками котлов.

АССОРТИМЕНТ, СОСТАВ И КАЧЕСТВО

Стандарт на котельное топливо – ГОСТ 10585 – 75 (см. Табл.) предусматривает выпуск 4 марок топлива: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12. Которые по вязкости классифицируются как легкие топлива. Топочных мазутов марки 40 – как средние и марки 100 – как тяжелое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 о С. В зависимости от содержания серы топочные мазуты подразделяют на малосернистые – до 10%. Сернистые – от 0,1 до 2,0% и высокосернистые – от 2,0 до 3,5%. Для топлив, вырабатываемых из арланской, чекмагушской и бугурусланской нефтей, допускается содержание серы в мазутах до 4,3%.

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготавливают из остатков переработки нефти. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10 о С вовлекают 8 – 15% среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют.

Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 предназначены для сжигания в судовых энергетических установках. По сравнению с топочными мазутами марок 40 и 100 они обладают лучшими характеристиками: меньшей вязкостью, содержанием механических примесей, воды, зольностью и более низкой температурой застывания. Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 45 – 55% мазута прямогонного и 55 – 45% дизельного топлива. Допускается использовать в его составе до 22% керосино-газойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого и тяжелого газойля каталитического и термического крекинга.

1.10. Котельные и тяжелые моторные топлива

К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, к тяжелым моторным топливам — флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585-75, моторные топлива ДТ и ДМ — по ГОСТ 1667-68. В общем балансе перечисленных топлив основное место занимают мазуты нефтяного происхождения. Жидкие котельные топлива из сланцев, получаемые на установках полукоксования горючих сланцев и угля, — продукты коксохимической промышленности — составляют лишь небольшую долю общего объема производства топлив.

Требования, предъявляемые к качеству котельных и тяжелых моторных топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Вязкость.Эта техническая характеристика является важнейшей для котельных и тяжелых моторных топлив. Она определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и перекачки, гидравлические сопротивления при транспортировании топлива по трубопроводам, эффективность работы форсунок. От вязкости в значительной мере зависят скорость осаждения механических примесей при хранении, а также способность топлива отстаиваться от воды.

При положительных температурах (50 и 80°С) условную вязкость топлив определяют с помощью вискозиметра ВУМ.

Содержание серы. В остаточных топливах содержание серы зависит от типа перерабатываемой нефти (сернистой или высокосернистой) и технологии получения топлива. Сера в остаточных топливах находится в связанном состоянии (меркаптановая сера, сероводород). Наиболее коррозионно-агрессивных соединений — меркаптановой серы — в остаточных топливах меньше, чем в среднедистиллятных фракциях. Поэтому коррозионная агрессивность сернистых мазутов ниже, чем сернистых светлых нефтепродуктов.

При сжигании сернистых топлив сера превращается в оксиды — SO₂ и SO₃ Наличие в дымовых газах SO₃повышает температуру начала конденсации влаги — точку росы. В связи с тем, что температура хвостовых поверхностей котлов (воздухоподогревателей, экономайзеров) близка к точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая и вызывает усиленную коррозию металла.

Содержание серы в мазутах оказывает значительное влияние на экологическое состояние воздушного бассейна. В ряде ведущих капиталистических стран в последние годы приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5—1,0 %.

Теплота сгорания. Это одна из важнейших характеристик топлива, от которой зависит его расход. Теплота сгорания зависит от отношения Н/С, а также элементного состава топлива и его зольности. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. При определении высшей теплоты сгорания учитывают, что часть тепла, выделяющегося при сгораний топлива, расходуется на конденсацию паров воды, образовавшейся при сгорании водорода в топливе. При определении низшей теплоты сгорания тепло, затрачиваемое на образование воды, не учитывается.

Температура застывания. Как и вязкость, температура застывания характеризует условия слива и перекачки топлива. Она зависит от двух основных факторов: качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Для топочных мазутов марок 40 и 100 t_заст находится в пределах 22—25°С и практически постоянна при хранении топлив. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно не стабильны, их tпри хранении может повышаться на 4—15 °С. Явление это присуще только топливам, содержащим остаточные компоненты — такие как флотский мазут Ф-5, моторное топливо ДТ и ДМ и экспортный мазут. Полагают, что повышение t_заст при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием более жесткой кристаллической структуры. Это свойство топлив очень затрудняет их применение и не позволяет гарантировать соответствующее качество после хранения и транспортирования.

Учитывая нестабильность t_заст, стандарты на флотский мазут, моторное топливо предусматривают гарантии изготовителя: по истечении 3 мес. хранения температура застывания не должна превышать установленного стандартом значения минус 5°С — для флотского мазута и моторного топлива.

Температура вспышкиопределяет требования к пожарной безопасности остаточных топлив. Для котельных топлив нормируется температура вспышки в открытом тигле (90—100°С); эти нормы обеспечивают безопасную работу котельных установок.

Температура вспышки, °С:

в открытом тигле

Мазут марки 100

В то же время наличие воды, равномерно распределенной по всему объему, оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства топлив. Испарение мелкодисперсных частиц воды происходит мгновенно в виде «микровзрыва», процесс сгорания протекает плавно и с достаточной полнотой, что приводит к снижению удельного расхода топлива и дымности отработавших газов. Равномерное распределение и образование воды в виде мелкодисперсных частиц обеспечивается с помощью специальных устройств: кавитаторов, смесителей.

Механические примеси засоряют фильтры и форсунки, нарушая процесс распыливания топлива. Установлены требования к содержанию механических примесей: для мазута марки 40 — не более 0,5 %, марки 100 — не более 1,0 %. Фактически топочные мазуты вырабатывают с более низким содержанием механических примесей — до 0,2 %.

Зола,определяемая показателем зольность, характеризует наличие в топливе солей металлов. Она отлагается при сжигании топлив на поверхностях нагрева котлов и проточной части газовых турбин. Это ухудшает теплоотдачу, повышает температуру отходящих газов, снижает КПД котлов и газовых турбин.

Зольность топлив зависит, прежде всего, от содержания солей в нефти. Улучшение обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях в последние годы позволило получить обессоленные нефти с содержанием солей не более 3—5 мг/л и вырабатывать котельные топлива с лучшими показателями зольности.

С углублением переработки нефти изменяется компонентный состав мазута вследствие более полного отбора из него дизельных фракций на установках вторичной переработки нефти. В результате, в топочном мазуте увеличивается содержание асфальто-смолистых веществ. Это приводит к снижению эффективности горения и ухудшению стабильности при хранении, образованию осадков и увеличению выбросов сажи в окружающую среду. Для таких топлив целесообразно использование полифункциональной присадки, например, ВНИИНП-200. Механизм ее действия основан на разрушении структуры асфальто-смолистых веществ мазута, благодаря чему улучшается его гомогенность и физическая стабильность, улучшается качество распыливания.

Склонность к образованию отложений

Этот весьма важный эксплуатационный показатель принято оценивать по содержанию смолистых веществ, асфальтено-смолистых веществ, зольностью, термостабильностью и нагарообразованием.

Совместимость топлив

Данный показатель характеризует устойчивость топлива к коагуляции и расслоению при смешении с другими марками топлив в процессе хранения и эксплуатации.

Коррозионная активность топлив

Надежная работа двигательной установки во многом определяется совместимостью топлива и конструкционных материалов, которую принято оценивать, в случае остаточных топлив, коррозионной активностью, определяемой, в свою очередь, содержанием сернистых соединений, водорастворимых кислот и щелочей, а также коррозионно-активных металлов.

Защитные свойства топлив

Антикоррозионные свойства оцениваются эффектом воздействия обычной и морской воды на металлы в присутствии топлива. Контроль этих свойств весьма важен, поскольку специфика хранения и эксплуатации разрабатываемых топлив, их высокая вязкость и низкие деэмульгирующие свойства создают благоприятные условия для электрохимической коррозии.

Суть квалификационных методов оценки защитных свойств состоит в оценке изменения массы металлических тел, подвергающихся воздействию пресной или морской воды.

Стабильность топлив

Для компаундированных систем, какими являются разрабатываемые топлива, данное качество принято оценивать временем расслаивания и выпадения второй фазы, которые определяются по выпадению осадка из топлива при центрифугировании.

В качестве критерия стабильности используется фактор устойчивости, определяемый отношением концентраций асфальтенов в слоях, отстоящих на определенном расстоянии друг от друга в направлении градиента центробежного поля.

Прокачиваемость топлив

Определяющим этот показатель являются вязкостно-температурные свойства, содержание воды, механических примесей и ПАВ.

Низкотемпературные свойства

Характеризуют условия слива и перекачки топлива. Они зависят от двух основных факторов: качества перерабатываемой нефти и способа получения топлива. Тяжелые моторные топлива, получаемые смешением остаточных и дистиллятных фракций, довольно не стабильны, их tпри хранении может повышаться на 4—15°С. Это явление присуще только топливам, содержащим остаточные компоненты — такие, как флотский мазут Ф-5, моторное топливо ДТ и ДМ и экспортный мазут. Полагают, что повышение t_заст при хранении (регрессия) обусловлено взаимодействием парафиновых углеводородов и асфальтено-смолистых веществ с образованием более жесткой кристаллической структуры. Это свойство топлив очень затрудняет их применение и не позволяет гарантировать соответствующее качество после хранения и транспортирования.

Ассортимент, качество и состав тяжелых видов моторных топлив

Стандарт на котельное топливо предусматривает выпуск четырех его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как легкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжелое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость (соответствующих марок мазутов при 50°С). В зависимости от содержания серы топочные мазуты подразделяют на низкосернистые — до 0,5%, малосернистые — от 0,5% до 1,0%, сернистые — от 1,0 до 2,0% и высоко-сернистые от 2,0 до 3,5%.

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготовляют из остатков переработки нефти. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10°С добавляют 8—15% среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют.

Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 по сравнению с топочными мазутами марок 40 и 100 обладают лучшими характеристиками: меньшими вязкостью, содержанием механических примесей и воды, зольностью и более низкой температурой застывания. Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60—70% мазута прямогонного и 30—40% дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Флотский мазут марки Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установках прямой перегонки нефти. Основными отличиями мазута Ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (<0,8 % против <2,0 %) и менее жесткие требования по вязкости при 50°С.

Кроме флотских и топочных мазутов, промышленность выпускает технологическое экспортное топливо, изготовляемое только из продуктов прямой перегонки нефти. Мазут марокМ-40 и М-100 применяют в стационарных паровых котлах и промышленных печах.

Цифры в маркировке этих топлив обозначают вязкость условную, определенную при 50°С. Вязкость - основной показатель этого вида топлива.

Флотский мазут получают из прямогонных остаточных фракций нефти. Флотский мазут Ф-5 представляет собой смесь продуктов прямой перегонки нефти, т.е. состоит из 45-55% мазута и, соответственно, 55-45% дизельной фракции. Дизельную фракцию добавляют для уменьшения вязкости (также могут добавить до 22% керосино-газойливой фракции в качестве альтернативы). Керосино-газойливую фракцию получают путем деструктивной (разложением углеводородов) переработки нефтяного сырья, как продукт каталитического или термического крекинга.

Флотский мазут Ф-12 получают из прямогонных фракций, выкипающих выше 350°С, и в зависимости от характеристик мазута добавляется до 30% дизельной фракции.

Мазут М-100 это чистый продукт прямогонной перегонки нефти, выкипающий выше 350°С и дизельное топливо здесь не добавляют.

Мазут экспортный - смесь 85-90% мазута прямой перегонки и 10-15% дистиллятных фракций (дизельной или керосиново-газойлевой фракции. Маркируется М-1,0; в маркировке указано содержание серы (1%) - это верхний предел для экспортного мазута.

Основные эксплуатационные характеристики котельных и тяжелых топлив

Эксплуатационные характеристики определяются поведением топлива в условиях хранения, транспортировки и эксплуатации. Эти показатели определяются следующими физико-химическими характеристиками:

1. Вязкость - определяет методы и продолжительность сливно-наливных операций, условия перевозки и перекачки, гидравлическое сопротивление при транспортировке по трубопроводам и эффективность работы форсунок. От вязкости будет зависеть способность отстаивания от воды, чем выше вязкость, тем труднее отделяется вода. По химическому составу все темные топлива отличаются наличием твердых парафинов, асфальто-смолистых веществ.

2. Содержание серы - нормы по содержанию серы определяются характеристиками нефти, из которой получен мазут. Сера в легких дистиллятах темных топлив содержится в виде различных соединений. В остаточных фракциях сера неактивная: сульфиды, теофены, теофаны. Наличие в дымовых газах SO₃повышает температуру начала конденсации газа (повышает точку росы), в результате чего на поверхностях котлов конденсируются капли серной кислоты.

3. Теплота сгорания - от теплоты сгорания зависит расход топлива, измеренного кДж/кг, т.е. это выделение тепла на единицу топлива. ГОСТом нормируется низшая теплота сгорания - это теплота сгорания, не учитывающая расход тепла на конденсацию паров воды. Высшая теплота сгорания - это теплота сгорания, учитывающая затраты тепла на конденсацию воды. Теплота сгорания зависит от химического состава и от соотношения углерод-водород. Кроме того, низшая теплота сгорания зависит от содержания сернистых соединений. Для топлив высокосернистых она ниже, чем для малосернистых. Для котельных топлив низшая теплота сгорания Q_H=39900-41580 дж/кг, при ρ=940-970 кг/м 3 .

4. Температура застывания - характеризует условия хранения, слива и перекачки. Зависит от качества перерабатываемой нефти и от способа получения топлива. Для топочных мазутов М-40 и М- 100 температура застывания должна быть до +25 0 С.

5. Температура вспышки для флотских мазутов определяют в закрытом тигле (не ниже 75-80°С), для котельных топлив определяют в открытом тигле (не ниже 90-100°С).

6. Содержание примесей - содержание примесей воды, механических примесей, определение зольности. Показатель зольности характеризует содержание в топливе солей металла.

Котельные топлива

Источник материала: Кузнецов А.И., Тимофеев Ф.В., Кузнецов А.А., Кормилицына В.Е. Учебно-справочное пособие. Нефтепродукты. в 2 ч. Часть 1. Классификация, номенклатура, нормативные требования к качеству. Изд. Ульяновский государственный университет, Ульяновск, 2018 г. 249 с.

Котельные топлива предназначены для применения в паровых котлах, промышленных печах и судовых энергетических установках (СЭУ). В зависимости от предназначения котельные топлива подразделяются на три подгруппы (рис. 1).

Рис. 1. Подразделение котельных топлив по подгруппам

1. Мазуты

Топлива, представляющие собой фракцию нефти, выкипающую при температуре выше 360 °С (при давлении 760 мм рт. ст.), получаемую при переработке нефти либо в результате вторичных процессов ее переработки, принято называть мазутами.

В соответствии с ТР ТС 013/2011 определены требования к показателям качества, обеспечивающие безопасность применения мазутов. Так, массовая доля серы не должна превышать 3,5 процента, температура вспышки в открытом тигле не должна быть менее 90 °С, а содержание сероводорода в Российской Федерации не должно превышать 10 ppm, для республик Белоруссия и Казахстан эта норма вступает в силу с 01.01.2017.

1.1 Топочные мазуты

Топочные мазуты применяют в стационарных и передвижных паровых котлах и печах промышленного назначения. К топочным мазутам относятся топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические условия». Исторически маркировка топочных мазутов ориентировочно соответствовала показателю уровня условной вязкости при 50 °C. В настоящее время данный показатель не определяется. Тем не менее, мазут топочный 100, обладает значительно большей вязкостью, чем мазут топочный 40, что предопределяет условия их применения. Условное обозначение топочного мазута включает в себя марку, массовую долю серы, зольность и температуру застывания, например: «Мазут топочный 100, 2,00%, малозольный, 25 °С по ГОСТ 10585-2013», где 2,00% – содержание серы, а 25 °С – температура застывания соответственно.

1.2 Флотские мазуты

Флотский мазут предназначен для использования в качестве энергоносителя в паровых котлах судовых установок и двигателях с воспламенением топливо-воздушной смеси от сжатия. В соответствии с требованиями
ГОСТ 10585-2013 вырабатывается флотский мазут марки Ф-5. Свое наименование данный вид мазута получил в сочетании литеры «Ф», определяющей его назначение как флотского мазута и цифры «5», что соответствовало уровню условной вязкости при 50 °C, которая для данной марки мазута не превышала 5 0 ВУ (вязкость условная, ед.). В настоящее время требования к уровню условной вязкости для флотского мазута не установлены.

Требования ГОСТ 10585-2013 к топочным и флотским мазутам приведены в таблице 1.

Котельное топливо и его отличия от печного

Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Ассортимент, качество и состав

Топочные мазуты

Флотский мазут

Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60-70 % мазута прямогонного и 30-40 % дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использовать в его составе до 22 % керосино-газойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого газойля каталитического и термического крекинга. Флотский мазут марки Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установках прямой перегонки нефти. Основными отличиями мазута Ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (0,6 % против 2,0 %) и менее жесткие требования по вязкости при 50 °С (12 °ВУ против 5 °ВУ).

Читайте также: