Состав и характеристики мазутов

Основной вид жидкого топлива, сжигаемого на ТЭС, — сернистые мазу­ты. Мазут представляет собой смесь тяжелых остатков прямой перегонки и крегинга нефти и является сложной коллоидной системой, способной образовывать в области температуры застывания псевдокристаллическую структуру с пониженной текучестью. По сравнению с нефтью мазут характеризуется повышенной вязкостью и плотностью, содержит значительное количество асфальто-смолистых² веществ и большее, чем исходные неф­ти, количество серы и ванадия. Соединения, образующие мазут, построены из пяти основных элементов: углерода, водорода, серы, кислорода и азота. Элементарный состав малосернистого мазута практически такой же, как и нефти, из которой он получен. Высокосернистый мазут содер­жит по сравнению с исходной нефтью пониженное количество водорода и углерода, и как следствие этого, у него пониженная теплота сгорания. Нефтяные мазуты подразделяются на марки в зависимости от значения их условной вязкости, представляющей собой отношение времени исте­чения 200 мл мазута при заданной температуре ко времени истечения та­кого же объема дистиллированной воды при 20 °С. Условная вязкость при температуре t, °С. обозначается °УВ:

(4.1)

где — водное число вискозиметра. Значение этого отношения выражает число условных градусов.

Марка мазута характеризует максимальное значение его условной вязкости при температуре 50 °С.

При расчете мазутопроводов необходимо знать кинематическую вяз­кость мазута. Условная вязкость пересчитывается в кинематическую и, см²/с, по формуле

(4.2)

В соответствии с ГОСТ 10585—75 мазут, предназначенный для электростанций, относится к категории тяжелых топлив и имеет марки: топочный с государственным Знаком качества 100В и топочный 100. На электро­станциях сжигается в основном мазут марки 100. В пределах марок то­почные мазуты подразделяются на три сорта в зависимости от содержания в них серы: малосернистые (S^p < 0,5%), сернистые (S^Р = 0,5 -г 2,0%) и высокосернистые (S^Р > 2,0%) — табл. 4.1.

Вязкостью мазута определяются способы и длительность наливных и сливных операций, условия транспортировки, эффективность работы форсунок. Вязкость влияет на скорость осаждения механических приме­сей при транспортировке, подогреве и хранении мазута, а также на полно­ту отстаивания его от воды. В процессе хранения мазута вязкость его увеличивается. Для стабилизации мазута и облегчения очистки поверхностей нагрева котлов применяются различные жидкие присадки.

При понижении температуры ниже 75 °С вязкость мазута резко повышается. Температуру, при которой он загустевает настолько, что при наклоне пробирки с мазутом под углом 45° уровень его остается неподвижным в течение 1 минуты, принимают за температуру застывания мазута. Температура застывания — величина довольно условная, она может весьма сильно различаться для одного и того же мазута при различной длитель­ности его хранения. Наряду с вязкостью температура застывания опреде­ляет прокачиваемость жидкого топлива. Она влияет на выбор способа слива мазута, системы обогрева мазутопроводов и т.д.

Таблица 4.1. Технические требования и нормы качества топочных мазутов

Плотность мазута указывают при температуре 20 °С, и обычно пользуются относительной плотностью мазута — отношением физической плотности мазута при температуре 20 °С к плотности воды при темпера­туре 4 °С. Для прямогонных мазутов < 1, а для крекинг-мазутов > 1. С повышением плотности мазутов увеличивается и их вязкость.

При плотности мазута значительно ниже плотности воды мазут отстаи­вается быстро — за 100-200 ч. При = 0,98 - 1,01 время отстоя мазу­та значительно превышает 200 ч. При =1,05 мазут располагается в резервуарах ниже воды и отстой его становится практически невозмож­ным. Повышенная плотность и высокая вязкость крекинг-остатков за­трудняют отстой их от воды, так что вода находится в крекинг-остатках в виде отдельных слоев (линз). При температуре, отличающейся от 20 °С, относительная плотность мазута может быть определена по формуле

(4.3)

где t — температура мазута, °С; β — коэффициент объемного расширения мазута на 1°С при температуре 20 °С, зависящий от плотности топлива:

(4.4)

Температура вспышки и температура воспламенения мазута характери­зуют пожарную опасность при его хранении. Температурой вспышки называют наинизшую температуру, при которой нагретый в определенных условиях мазут выделяет такое количество паров, что их смесь с воздухом при атмосферном давлении вспыхивает при поднесении к ней пламени. При этом сам мазут еще не загорается. Температурой воспламенения называется температура мазута, при которой при поднесении к мазуту пламени вслед за вспышкой паров загорается сам мазут и горит в течение не менее 5 с. Температура вспышки мазута существенно ниже температуры воспламенения, составляющей в среднем 500—600 °С. Для прямогонных мазутов, не содержащих парафинов, температура вспышки составляет 135—235 °С. Для парафинистых мазутов она близка к 60 °С, а для высоковязких крекинг-остатков составляет 185—240 °С.

При использовании мазута с низкой температурой вспышки эксплуатация мазутного хозяйства требует особого внимания, потому что при по­догреве мазута до температуры, близкой к температуре вспышки, возра­стает пожарная опасность, ухудшаются условия труда вследствие выделе­ния вредных паров.При высокой температуре вспышки мазута особых затруднений в эксплуатации мазутного хозяйства не возникает, но даже высоковязкий крекинг-мазут в открытых баках не. рекомендуется нагре­вать выше 95 °С.

Вода и механические примеси — балласт в мазуте. Из-за них снижается теплота сгорания мазута, усложняется эксплуатация мазутного хозяйства, ухудшается КПД котельной установки. Содержание воды в мазутах колеблется от 0,5—1 до 3—5%, а в обводненных мазутах может быть и больше. Механические примеси в мазуте составляют 0,1—2%. Присутствие воды в сернистом мазуте ведет к коррозии мазутопроводов, арматуры, низкотемпературных поверхностей нагрева котлов.

Для нормальной эксплуатации важно отсутствие волокнистых и абразивных механических примесей, вызывающих быстрый износ и засорение фильтров, форсунок, арматуры.

Зола в мазуте представлена главным образом солями, которые попадают в нефть с буровыми водами либо растворены в самой нефти. Основ­ные компоненты золы мазута — ванадий, никель, в меньшем количестве — натрий, кальций, магний, алюминий, железо.

Топочный мазут не стабилен по своему составу. При его хранении в резервуарах появляются осадки, и количество их пропорционально содержанию в мазуте смол, асфальтенов, продуктов окисления кокса. Стабильность мазута связана также с его эмульгируемостью — способностью образовывать водомазутные эмульсии. Активными стабилизато­рами эмульсий являются асфальтены, а в крекинг-мазутах — и смолы. Их избыток способствует интенсивному образованию весьма устойчивых эмульсий. Мазут, не содержащий водных эмульсий, более стабилен при хранении и менее склонен к выделению осадков.

При расчете поверхности нагрева мазутных подогревателей и определении расхода теплоты на разогрев необходимо знать теплофизическиё свойства мазутов — теплоемкость и теплопроводность. Теплоемкость мазута е_р, кДж/ (кг • К), в зависимости от температуры может быть определена по приближенной формуле

(4.5)

где Т – абсолютная температура мазута, К

Более точно теплоемкость мазута определяется экспериментально.

Теплопроводность мазутов при стандартных условиях (атмосферном давлении и температуре 20 °С) в зависимости от их плотности находится в пределах 0,16- 0,12 Вт/(м • К). С увеличением температуры теплопровод­ность снижается по линейному закону. При этом теплопроводность высо­ковязких крекинг-остатков выше, чем маловязких и мазутов прямой перегонки.