Мазут, или нефтяные остатки, получаемые в процессе переработки і&фти, применяют для отопления паровых котлов и промышленных печей.

Ресурсы котельно-печного топлива в СССР увеличиваются в основ­ном за счет природного газа и мазута. Повышению эффективности ис­пользования мазута, являющемуся делом большой государственной важности, способствуют следующие мероприятия:

1. Обеспечение полноты сгорания мазута и устранение сажеобразо — вания. При этом наряду с экономией топлива устраняется загрязнение воздушного бассейна копотью, сажей и окисью углерода.

2. Уменьшение избытка воздуха в продуктах сгорания путем поддер1- жания оптимальной вязкости мазута, применения прогрессивных типов форсунок, оснащения котельных и печных установок газоанализатора­ми и систематического контроля процесса горения.

3. Снижение температуры уходящих газов применением рекуперато­ров, воздухонагревателей, экономайзеров, использование тепла продук­тов сгорания, отводимых из промышленных печей и котлов, в сушилках и других низкотемпературных установках. Это положение особенно су­щественно при работе на малосернистом мазуте.

Области оптимального применения мазута определяются его соста­вом и свойствами, зависящими от состава исходной сырой нефти, глу­бины ее переработки и характера технологического процесса на нефте­перерабатывающих заводах.

В мазут переходят нефтяные смолы и асфальтены, содержащиеся в сырой нефти.

Содержание водорода в мазуте ниже, чем в сырой нефти, а углерода выше. Мазут характеризуется большей сернистостью, чем сырая исход­ная нефть. Значительно выше также плотность и вязкость мазута, что вызывает необходимость его разогрева и осложняет применение мазута в небольших установках.

В соответствии с ГОСТом 10585-63 нефтеперерабатывающая про­мышленность производит следующие сорта мазута.

Мазут флотский предназначен для судовых котлов, а также га­зовых турбин и двигателей. Он представляет собой смесь собственно мазута, т. е. нефтяных остатков, с нефтяными дистиллятами. Вследствие этого его плотность и вязкость значительно ниже, чем у других сортов мазута.

Флотский мазут марки Ф5 характеризуется условной вязкостью (ВУ), при температуре 50 °С не превышающей 5°. Он состоит из 60— 70% мазута, получаемого при прямой перегонке сернистой нефти, и 30—40% газойля прямой перегонки. По ГОСТу допускается добавление до 22% керосиново-газойлевых фракций каталитического или термическо­го крекинга. Сернистость мазута Ф5 ограничивается довольно высоким пределом — 2%.

223

Технические условия на мазут Мазут флотский Мазут топочный Топливо для мартеновских печей МП Показатели Ф5 Ф12 40 100 200 Вязкость условная, °ВУ, (не более) Прн 50 °С 5,0 12,0 — — — — При 80 °С — — 8,0 15,5 — 5.0—16,0 Прн 100 °С — — — — 6,5—9,5 — Вязкость динамическая, пз (не более) При 10 °С 17,0 — — — — — При 0°С 27,0 — — — — — Зольность, % (не более) 0,1 0,1 0,15 0,15 0,3 0,3 Содержание механиче­ских прнмесей, % (не бо­лее) 0,1 0,15 1,0 2,5 2,5 1,5 Содержание воды, %, (не более) 1,0 1.0 2,0 2,0 1,0 1,0 Содержание водораство­римых кнслот н щелочей Отсут Ствуют Содержание S, % (не более) 2,0 0,8 0,5м 2,0" 3,5" 0,5м 2,О*2 3,5" 0,5м 2,0" 3,5" 0,5 1,5 Содержание сероводоро­да Отсутст­вует Н Г нормиру Ется Содержание смолистых веществ, % (не более) 50 50 — — — — Коксуемость, % (не ме­нее) — — — — — 8 Температура вспышки, °С (не ниже:) В закрытом тнгле 80 90 — — — — В открытом тигле — — 90 ПО 140 110 Температура застывания °С (ие выше) -5 —8 + 10 +25 +36 +25 Теплота сгорания низшая в пересчете на сухое топ­ливо (небраковочная) ккал/кг 9870 9870 9700** 9550" 9650*4 9500" 9600** 9450*» 9650м 9600" Плотность при 20 °С г/см3 (не более) — — — 1,015 — 1,015

*’ Для малосерннстого. " Для сернистого. ** Для высокосерннстого. *’ Для малосерккстого к сер- нкстого.

Флотский мазут марки Ф12 имеет условную вязкость не более 12° ВУ при температуре 50 °С. В его состав входит 60—70% мазута, полу­чаемого в процессе прямой перегонки малосернистой нефти, 10—12% газойлевых фракций (черного солярового масла) и 20—30% крекинг — остатков [139].

Мазут топочный (котельное топливо) состоит из тяжелых кре- кинг-остатков, иногда в смеси с мазутом, получаемым в процессе пря­мой перегонки нефти. Его выпускают трех марок — 40, 100 и 200.

Топочный мазут марки 40 характеризуется условной вязкостью не более 40° ВУ при температуре 50 °С, что соответствует 8° ВУ при 80 °С. Определение при этой температуре является более удобным для оценки вязкого топлива, и оно включено в ГОСТ.

Мазут средней вязкости марки 40 предназначен для использования в судовых котлах, небольших котельных установках и в промышленных печах.

Топочный мазут марки 100 должен обладать условной вязкостью не более 100° ВУ при температуре 50 °С, что соответствует условной вяз­кости 15,5° ВУ при 80 °С. Этот показатель как более удобный для опре­деления нормируется и включен в ГОСТ.

Топочный мазут марки 100 предназначен в основном для сжигания в крупных стационарных котлах.

Наиболее вязкий мазут марки 200 с условной вязкостью до 200° ВУ при 50 °С и 6,5—9,5°ВУ при 100 °С поставляют только крупным потре­бителям по трубопроводам непосредственно с нефтеперерабатывающих заводов.

Содержание серы в малосернистом топочном мазуте по ГОСТу не должно превышать 0,5%, в сернистом мазуте 2,0% и высокосернистом 3,5%. Для мазута, производимого из некоторых высокосернистых неф — тей, допускается содержание до 4,3% S.

Топливо для мартеновских печей марки МП по своим характеристикам близко к малосернистому топочному мазуту мар­ки 100.

Технические условия на мазут различных марок в соответствии с ГОСТами 10585-63 и 14298-69 приведены в табл. 106.

Состав мазута. Элементарный состав горючей массы мазута (табл. 107) зависит в основном от соотношения в нем углерода и водо­рода, определяемого глубиной переработки нефти и содержанием серы [131, 141].

Таблица 107

Элементарный состав горючей массы мазута, % Мазут Нг Сг Sr Or+Nr Малосерннстый флотский Ф12 12,1 87,0 0,3 0,6 Малосеринстый топочный Т40 11,2 87,4 0,5 0,9 Малосериистый крекинг-мазут то­почный Т200 10,3 87,7 0,3 1,7 Сернистый флотский Ф5 12,2 85,8 1,7 0,3 Сернистый топочный 10,8 87,7 0,7 0,8 Сернистый крекинг-мазут топоч­ный Т100 10,2 87,1 1,7 1,0 Сернистый крекинг-мазут топоч­ный Т200 9,7 89,1 0,6 0,6 ВысоКосернистый топочный Т40 10,6 86,1 2,8 0,5 Высокосериистый топочный Т100 10,3 86,3 2,8 0,6 Высокосернистый топочиый Т200 9,6 86,5 3,2 0,7

Приведем некоторые характеристики мазута, вырабатываемого за рубежом

В США выпускают нефтяное топливо № 4, предназначенное для ис­пользования без предварительного нагрева и состоящее обычно из смеси мазута и газойля. Вязкость этого топлива при температуре 37,8 °С не более 3,7 °ВУ.

8МБ Равич 225

Температура вспышки в закрытом тигле не ниже 54 °С, застывания не выше —7°С; содержание воды до 0,5%. золы до 0,1%, серы не огра­ничено.

Для котельных установок в США выпускают мазут марок № 5 и 6.

Вязкость топлива № 5 не более 11 °ВУ при 50 °С, температура вспышки в закрытом тигле не ниже 54 °С; содержание воды до 1%, зо­лы до 0,1%.

Вязкость топлива № 6 не более 12°ВУ при температуре 50 °С, тем­пература вспышки в закрытом тигле не ниже 65 °С, содержание воды до 2%.

Жидкое топливо для котлов и печей, применяемое в ФРГ по нор­мам DIN 51603, подразделяется на четыре марки: EL — весьма мало­вязкое, L — маловязкое, М — средней вязкости, S — вязкое (густое). Однако в последнее время практически применяют лишь два сорта жид­кого топлива — в небольших установках весьма маловязкое марки EL, и в установках теплопроизводительностью более 0,8—1,0 Гкал/ч, а боль­шей частью в котельных суммарной теплопроизводительностью не менее 5 Гкал/ч, более дешевое марки S.

Жидкое топливо для котлов и печей всех марок отличается от бен­зина и керосина тем, что при температуре 250 °С перегоняется не более 65% топлива по объему. Различием между топливом марок EL и S является то, что топливо EL должно состоять практически полностью из дистиллятов и 96% его должно перегоняться при температуре не выше 370 °С.

Состав топлива марки EL, %: 86,0 С; 13,6 Н; 0,4 S, а топлива S: 86,7 С; 11,3 Н; 2,0% S. С02Шах продуктов сгорания топлива EL равно 15,5%, а топлива S — 16,0%.

Жидкое топливо, поступающее на рынок ФРГ, характеризуется не­сколько более высокими показателями по сравнению с нормами DIN.

Таблица 108 Характеристики жидкого топлива ФРГ Топливо марки EL Топливо марки S ‘ Показатель Нормы DIN Фактические данные Нормы DIN Фактичес"’ Данные Плотность при 15 °С, г/мл (не бо­лее) 0,860 0,83 — 0,95 Температура вспышки при опре­делении в закрытом тигле, °С (не ниже) 55 60 65 120 Вязкость условная °ВУ, (не бо­лее), при t, °С: 20 1,5 1,3 — — 50 — 1,1 59 28 100 — — 5,3 3,5 Температура застывания, °С (не более) —10 -15 — +20 Содержание серы, %, (не более) 0,8 0,4 2,8 2,0 Теплота сгорания низшая не ме­нее, ккал/кг 10 000 10 250 9500 9700 Зольность, % (не более) 0,01 Следы 0,15 0,02 Температура перегонки 96% топ­лива, °С (ие более) 370 ‘ 345

Так, теплота сгорания выше нормативной на 200—250 ккал/кг, среднее содержание серы ниже, вязкость и плотность ниже, а температура вспышки выше (табл. 108) [144].

Плотность мазута. В стандарте на мазут фиксируется плотность при 20 °С. С повышением температуры на 1 °С плотность мазута снижается приблизительно на 0,05%. Плотность мазута, получаемого при прямой перегонке нефти, обычно находится в пределах от 0,88 до 0,95 г/см3 при 20°С [131].

Значительно выше плотность товарного топочного мазута, в особен­ности высоковязкого. Плотность мазута, поставляемого электростан­циям, обычно составляет 0,94—1,02 г/см3, возрастая с увеличением вяз­кости топлива [142]. В табл. 109 приведены примерные данные по плот­ности (при 20 °С) мазута различных марок и содержанию водорода в горючей массе. Плотность мазута в значительной степени определяет ход процесса отделения содержащейся в нем воды отстаиванием.

Таблица 109 Плотность топочного мазута и содержание в ием водорода Марка мазута Плотность мазута прн 20 °С. г/смЗ Содержание водо­рода в горючей массе, % Т40 0,94—0,99 10,6—11,0 ТЮ0 0,98—0,01 10,0—10,8 Т200 1,00-1,06 9,6—10,3

Плотность мазута и других нефтепродуктов определяют с помощью ареометров, гидростатических весов или пикнометров.

Вязкость мазута. Вязкость, или внутреннее трение, жидкости пред­ставляет собой способность среды оказывать сопротивление относитель­ному перемещению своих слоев.

Условной вязкостью, нормируемой в стандартах на мазут и дизель­ное топливо, называется отношение времени истечения 200 мл топлива при заданной температуре ко времени истечения равного объема дис­тиллированной воды при 20 °С.

Вязкость мазута возрастает с увеличением содержания в нем смолы и тяжелых фракций углеводородов.

В сопоставимых условиях, т. е. при выработке из того же сырья, вязкость мазута тесно взаимосвязана с его плотностью. Первостепенное значение она имеет для определения круга его потребителей.

При перекачивании и сжигании мазута его вязкость необходимо поддерживать на уровне 1,5—3°ВУ в зависимости от типа применяемых форсунок и других условий. Поэтому вязкий мазут приходится разогре­вать [142, 143]. На рис. 19 показано снижение вязкости топочного ма­зута при его нагреве. Кривая 1 иллюстрирует снижение вязкости мазу­та марки 40, кривая 2 — марки 100 и кривая 3 — марки 200.

Трудности, связанные с необходимостью поддержания заданной тем­пературы вязкого мазута, затрудняют его применение в небольших уста­новках и требуют точного поддержания оптимальной вязкости. Осо­бенно важно точно поддерживать заданную вязкость при сжигании мазута с малым избытком воздуха и минимальным сажеобразованием. Так, при сжигании топочного мазута марки 100 в котлах при а поряд­ка 1,02—1,04 мазут подогревают приблизительно до 130 °С, чтобы его вязкость соответствовала 2,5 °ВУ.

Сжигание мазута марки S (ФРГ) с минимальным сажеобразова­нием было достигнуто при поддержании вязкости топлива 1,5 °ВУ. При

8* 227

Этом отклонение температуры мазута на ±10 град от оптимальной (70°С для марки S) приводило к увеличению в 2—3 раза содержания сажи в продуктах сгорания.

Вязкость флотского мазута определяют по ГОСТу 6258-52 при тем­пературе 50 °С, топочного мазута марок 40 и 100 — при 80 °С, а мар­ки 200 —при 100 °С.

3. И. Геллер рекомендует для определения вязкости мазута виско­зиметр веиглера, основанный на фиксации времени движения шарика, катящегося внутри наклонной трубки, заполненной мазутом [131].

Температура застывания. Температура застывания мазута в значи­тельной степени зависит от состава исходной нефти. У нефтяных остат­ков, получаемых в процессе перегонки высокопарафиновой нефти, тем­пература застывания обычно выше, чем у остатков, получаемых при перегонке нефти с высоким содержанием нафтеновых и ароматических углеводородов при той же степени отгонки дистиллятов.

Согласно ГОСТу 10585-63 температура застывания мазута марки 40 из высокопарафиновой нефти может на 15 град превышать температу­ру застывания мазута, выработанного из других нефтей. Температура застывания мазута обычно возрастает с увеличением его плотности и вязкости.

Вязкость условная, прн 50 °С °ВУ 5 12 40 100 200

Температура застывания, °С —5 —8 +10 +25 +36

Температура вспышки и воспламенения. Мазут, застывающий при высокой температуре и обладающий высокой вязкостью, приходится разогревать при его транспортировке и использовании. При этом во из­бежание возникновения пожара необходимо контролировать темпера­туру вспышки и воспламенения.

Температурой вспышки называется температура, при которой пары нагреваемого нефтепродукта образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени.

Температура вспышки резко снижается при попадании в нефтепро­дукт хотя бы весьма малого количества легких углеводородов с низкой температурой вспышки.

Рассматриваемая характеристика не является аддитивной величиной и практически характеризуется температурой вспышки наиболее лег­кого компонента.

Температуру вспышки определяют по стандартным методам в открытых или за­крытых тиглях. Поскольку в закрытых тиг­лях пары, образующиеся при нагревании нефтепродукта, не удаляются в окружаю­щее пространство, концентрация паров неф­тепродукта в смеси с воздухом, при которой происходит их вспышка, достигается при нагреве до более низкой температуры.

Различие между температурой вспышки, определяемой в открытом и закрытом тиг­лях, составляет от 20 до 60 °С.

При низкой температуре вспышки нефте­продуктов ее определяют обычно в закры­тых, а при высокой — в открытых тиглях.

В соответствии с ГОСТоїм температура вспышки мазута различных марок должна быть не ниже 80—140 °С (см. табл. 106).

Температурой воспламенения называется температура, при которой нагреваемый в в стандартных условиях нефтепродукт заго­рается при поднесении к нему пламени и горит в течение по меньшей мере 5 с. Температуру вспышки и воспламенения в открытом тигле оп­ределяют >в (соответствии с ГОСТом 4333-48 следующим образом:

Мазут наливают, в стальной тигель высотой 47 мм, диаметром вверху 64 и внизу 36 мм, так, чтобы его уровень был ниже края тигля на 12 мм. Тигель с мазутом / устанавливают в полушаровидный стальной тигель 2 высотой 45 мм и диаметром по верху 100 мм с иракаленным песком (рис. 20).

Между тиглями 1 и 2 находится слой песка толщиной 5—8 мм. Уровень песка во внешнем тигле должен быть на 12 мм ниже края внутреннего тигля. Тигель 2 ставят на кольцо внутренним диаметрам 80 мм, закрепленное, на штативе, и устанавливают термометр 3 так, чтобы шарик ртути находился «а равном расстоянии от дна тигля и поверхности мазута. (На рис. 20 термометр зажат в лапке штатива 4. Это не позволяет быстро вынуть термометр из тигля при воспламенении нефтепродукта).

Наружный тигель (песчаиую баню) нагревают на газовой горелке так, чтобы тем­пература мазута повышалась на 1 град/мин, а за 40 град до ожидаемой температуры вспышки — на 4 град/мин. За 10 мин до ожидаемой температуры вспышки на высоте 10—14 мм от поверхности мазута медленно проводят по краю тигля пламя зажигатель­ного приспособления, выполненного из стеклянной или металлической трубки с диамет­ром выходного отверстия для г. аза 1 мм. Длина пламени должна быть 3—4 мм. Время продвижения трубки над тиглем 2—3 с. Повторно проводят пламя при повышении тем­пературы. мазута на каждые 2 град.

Температуру вспышки фиксируют при появлении синего пламени над поверхностью нагреваемого мазута. Для определения температуры воспламенения продолжают нагрев мазута со скоростью 4 град/мин.

Температуру воспламенения фиксируют в момент, когда мазут при поднесении к нему пламени загорается и горит не менее 5 с. По окончании определения термометр вынимают и тигель закрывают крышкой, чтобы погасить пламя.

Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать 4 град при температуре вспышки до 150 °С и 6 град —при более высокой температуре вспышки.

Расхождение в определении температуры воспламенения должно быть не более 6 град.

Содержание серы в мазуте. В мазуте обычно содержится на 25— 50% больше серы, чем в исходной сырой нефти.

Топочный мазут подразделяют на малосернистый, содержащий до 0,5% S; сернистый, характеризуемый содержанием от 0,5 до 2,0% S,

Рис. 20. Прибор для определе­ния температуры вспышки и воспламенения

229

И ъысокосернистый, содержащий от 2,0 до 3,5% S. В отдельных слу­чаях при переработке высокосернистой нефти электростанциям постав­ляют мазут с содержанием до 4,3% S.

При сжигании топлива сера сгорает с образованием S02. Однако при содержании избыточного кислорода в продуктах сгорания часть

502 Окисляется до SO3, взаимодействующей с Н20 с образованием H2S04.

Содержащийся в минеральной массе нефти ванадий каталитически воздействует на процесс окисления S02 до SO3. В связи с этим инте­ресно отметить, что пятиокись ванадия (V2Os) широко используют на сернокислотных заводах в качестве катализатора в процессе получения

503 Из S02 по контактному методу.

Окислы серы, в особенности S03, сильно корродируют металл. По­этому содержание серы в топливе для мартеновских печей согласно ГОСТу 14298-69 не должно превышать 0,5%. Аналогичные требования предъявляют к жидкому топливу, применяемому для отопления нагре­вательных и термических печей металлургических и машиностроитель­ных заводов.

При использовании мазута в котельных установках следует считать­ся с тем, что температура уходящих газов должна быть выше их точки росы во избежание образования конденсата, корродирующего хвосто­вые поверхности нагрева котлов.

При сжигании малосернистого мазута точка росы определяется тем­пературой конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, с учетом их парциального давления.

При сжигании мазута в продуктах сгорания содержится не более 12% водяного пара. При парциальном давлении порядка 0,10 кгс/см2 водяной пар конденсируется при температуре около 40 °С, что практи­чески не лимитирует температуру отводимых из котельной установки продуктов сгорания.

Иное положение при сжигании сернистого и в особенности высоко­сернистого мазута. В этих случаях точка росы продуктов сгорания обу­словливается температурой конденсации не водяного пара, а паров серной кислоты и определяется температурой порядка 140—150 °С. Это превышает температуру дымовых газов, с которой их целесообразно от­водить из современных котельных установок, исходя из возможностей использования тепла уходящих газов в воздухонагревателях и водяных экономайзерах.

Повышение температуры дымовых газов на 20 град снижает КПД на 1 —1,5% в связи с увеличением потерь тепла с уходящими. газами.

Вместе с тем повышение температуры уходящих газов не позволяет полностью устранить сернокислотную коррозию металла вследствие воз­можности локального снижения температуры дымовых газов, соприка­сающихся с хвостовыми поверхностями нагрева, и капельной конденса­ции H2S04.

При работе на сернистом и в особенности высокосернистом мазуте необходимо считаться с загрязнением воздушного бассейна городов окислами серы и в особенности парами серной кислоты. Во избежание этого приходится сооружать высокие дымовые трубы, удорожающие стоимость топливо-‘использующих установок, и в некоторых случаях да­же ограничивать мощность электростанций, рассчитанных на работу на высокосернистом мазуте.

Основным методом снижения содержания SO3 в продуктах сгора­ния сернистого мазута является его сжигание с минимальным избыт­ком воздуха, предотвращающим окисление S02 в SO3.

Возможность сжигания мазута без образования сажи и других про­дуктов неполного сгорания (С0=0,0%) при коэффициенте избытка воздуха около 1,03 в небольших форсунках с воздушным распылива — ниєм была показана еще тридцать лет назад [145, 146]. В современной технике сжигают мазут в мощных форсунках различного типа с коэф­фициентом избытка воздуха а = 1,02-ь1,04 [147, 148].

Для уменьшения коррозии и снижения точки росы продуктов сгора­ния окислы серы, содержащиеся в продуктах сгорания, связывают маг­незитом и другими присадками или вводят в газоход котлоагрегата (в зону с температурой продуктов сгорания 190—200 °С) аммиак в ко­личестве до 0,07% от веса сжигаемого мазута. При этом серный ангид­рид нейтрализуется с образованием сернокислого аммония:

SOs — f 2NH3 + Н20 — (NH4),S94.

Для коренного-решения вопроса необходима очистка мазута от серы с последующей утилизацией извлеченной серы или ее соединений.

Для этого предложены следующие методы:

1. Выделение из мазута асфальтенов, смол и других содержащих се­ру соединений с использованием их в химической технологии [129].

2. Гидрогенизационная десульфация с использованием выделяемого сероводорода для производства серной кислоты или элементарной се­ры [135].

3. Газификация сернистого жидкого топлива с переводом серы в сероводород и использованием H2S для производства серы.

Содержание азота в мазуте. В процессе переработки нефти азот, со­держащийся в смолах и асфальтенах, переходит вместе с ними в мазут, в результате чего в мазуте содержится значительно больше азота, чем в исходной сырой нефти.

В качестве примера приведем распределение азота в продуктах пере­работки нефти, содержащей 0,65 N. В мазуте (выход ~40% по отно­шению к перерабатываемой нефти) содержится 1,4% N. В тяжелой фракции асфальтенов, выделенной из нефти (выход 7%) содержится 2,3% N.

В дистиллированном жидком топливе (выход 53%) содержится 0,07% N. При разделении нефти на дистилляты и мазут, т. е. без выде­ления фракции асфальтенов, содержание азота в мазуте составило около 1,5% при выходе мазута 47%.

Лишь около 3% N, содержащегося в сырой нефти, переходит в дис­тиллированное жидкое топливо, а 97% остается в составе мазута.

При сжигании мазута, содержащего азот, необходимо принимать ме­ры по предупреждению загрязнения воздушного бассейна окислами азота. Образование окислов азота вследствие окисления азота топлива происходит с большой легкостью и при более низкой температуре, чем молекулярного азота, входящего в состав воздуха и природных газов.

Содержание золы в мазуте. Содержание в мазуте минеральной мас­сы, образующей при его сгорании золу, составляет всего 0,1—0,4%. Однако, несмотря на такое малое ее содержание, она существенно влияет на характеристики мазута. Зола отлагается на поверхностях на­грева котлов, уменьшает теплопередачу, что снижает КПД вследствие повышения температуры уходящих газов. Необходимость очистки кот­лов от отложений золы осложняет и удорожает их эксплуатацию.

Значительная часть минеральной массы мазута приходится на долю ванадия. Ванадий содержится в нефтяных смолах и асфальтенах, яв­ляющихся также основными содержащими серу компонентами мазута. Поэтому мазут, получаемый при переработке высокосмолистой и ас — фальтеновой нефти, характеризуется одновременно высоким содержа­нием серы и (ванадия, катализирующего образование S03 из S02.

Таким образом, ванадий — усиливает низкотемпературную коррозию металла при работе котлов на сернистом мазуте. Помимо этого, ванадий обусловливает коррозию металла при более высоких температурах (по­рядка 600—700 °С) в связи с образованием кислотного окисла V2O5.

Ванадиевая коррозия возрастает при содержании в золе окислов натрия вследствие возможности образования комплексных соединений типа Na20-V204-5V205, отлагающихся на поверхностях нагрева паро­перегревателей котлоагрегатов и лопатках газовых турбин. При взаимо­действии с кислородом V204 окисляется до УгОв:

Na20.V204-5V205 + VA = Na20 • 6V205

С последующим восстановлением V205 до V204 в результате окисления железа:

Na20 • 6V205 + Fe = Na20-V204-5V205 FeO.

Согласно ГОСТу 10586-63 зольность флотского мазута не должна превышать 0,1%, топочного мазута марок 40 и 100 — 0,15%, а топочно­го мазута 200 и топлива для мартеновских печей — 0,3%.

Зольность мазута определяют по ГОСТу 1461-59.

Сущность анализа заключается в сжигании навески мазута при по­мощи фитиля из бумажного обеззоленного фильтра и прокаливании по­лученного остатка до постоянной массы.

Содержание воды в мазуте. Содержание в мазуте воды заметно ска­зывается на его теплоте сгорания. Каждый процент влаги снижает теп­лоту сгорания мазута примерно на 100 ккал, из которых около 94 ккал обусловлено уменьшением содержания горючей массы топлива и 6 ккал — расходом тепла на испарение 1% воды.

Вместе с тем влага затрудняет сжигание мазута вследствие возмож­ности образования пробок воды, прерывающих равномерную подачу топлива к форсункам и осложняющих эксплуатацию котлов.

При отстаивании мазута влага отделяется. Однако в тяжелых и вяз­ких мазутах это происходит с большими трудностями. Поэтому было предложено мазут с высоким содержанием влаги сжигать в виде мазу — то-водной эмульсии, создаваемой перемешиванием мазута с водой ост­рым паром или пропусканием обводненного мазута через эмульгаторы.

По ГОСТу 10585-63 содержание воды в мазуте ограничивается 1—2%. Однако при водном транспорте мазута или его разогреве ост­рым паром в топочном мазуте марок 40 и 100, а также в топливе для мартеновских печей допускается содержание до 5% Н20.

Содержание воды в мазуте определяют по ГОСТу 2477-65 объемным методом. Сущность определения заключается в отгоне содержащейся в мазуте воды из смеси мазута с обезвоженным и профильтрованным растворителем. В качестве растворителя используют лигроин трактор­ный и бензин для резиновой промышленности.

Содержание механических примесей в мазуте. Содержание механи­ческих примесей во флотском мазуте не должно превышать 0,1—0,15%, в топочном мазуте марки 40—1% и в мазуте прочих марок — 2,5%.

Содержание механических примесей в мазуте определяют по ГОСТу 6370-59.

Транспорт и хранение мазута. Мазут транспортируют по трубопрово­дам, в судах, железнодорожных и автомобильных цистернах.

При транспортировке высоковязкого мазута необходимо предусмат­ривать условия его разогрева с целью снижения вязкости до уровня, обеспечивающего возможность перекачки и слива.

Широко распространенные методы разогрева мазута острым паром, т. е. пропуском пара через дырчатые змеевики или патрубки, приводят к значительному обводнению мазута. Так, при разогреве мазута в же­лезнодорожных цистернах острым паром расход пара составляет при­мерно 100 кг на 1 т топлива, а содержание воды в мазуте достигает 10%. Во избежание этого рекомендуется применять для перевозки мазу­та цистерны, нижняя часть которых снабжена паровыми рубашка­ми [142].

Особенно нежелательно применение острого пара для разогрева тя­желого мазута, отстаивание которого от воды практически невозможно. Наиболее тяжелый и вязкий мазут марки 200 в соответствии с ГОСТом 10585-63 разрешается транспортировать только по трубопроводам.

Для хранения мазута на электростанциях и в крупных котельных установках сооружают железобетонные резервуары сборной конструк­ции. Для разогрева топлива применяют циркуляционный метод, осно­ванный на прокачивании мазута через поверхностный нагреватель, установленный вблизи от резервуара. Из внешнего подогревателя мазут возвращают в нижнюю часть резервуара [131].

За рубежом при хранении мазута в небольших емкостях во избе­жание возможной утечки топлива и загрязнения грунтовых вод исполь­зуют резервуары с двойными стенками и автоматической сигнализацией о проникновении топлива в пространство между стенками резервуара.

Для уменьшения отложений осадков в резервуарах и снижения за­грязнения поверхностей нагрева котлов при сжигании мазута предло­жено добавлять к мазуту присадки ВНИИ-НП-102 или 103 в количе­стве около 0,2%.

Теплота сгорания мазута. Теплота сгорания горючей массы мазута обусловлена в основном соотношением водорода и углерода, а также содержанием серы, кислорода и азота.

Содержание в мазуте нефтяных смол и асфальтенов с пониженным соотношением Н: С и высоким содержанием серы и кислорода соответ­ственно снижает теплоту сгорания мазута. Вследствие этого теплота сгорания высоковязкого тяжелого мазута с повышенным содержанием омол и асфальтенов обычно ниже, чем легкого мазута (ом. табл. 106).

В табл. 110 приведены примерные значения низшей теплоты сгора­ния горючей массы мазута в зависимости от его плотности при 15,5°, а также СОг max продуктов сгорания малосернистого мазута (по дан­ным Бюро стандартов США). Высшая теплота сгорания горючей мас­сы мазута на 550—650 ккал превышает низшую теплоту сгорания.

Таблица 110 Теплота сгорания, плотность и С02 max малосернистого мазута Низшая теплота сгорания, ккал/кг Плотность, Г/емЗ С°2 max Низшая теплота сгорания, ккал кг Плотность. г/смЗ 00 2 max 9500 1,070 16,55 9790 0,986 16,08 9530 1,060 16,50 9810 0,979 16,05 9560 1,052 16,46 9840 0,972 16,01 9590 1,044 16,41 9860 0,966 15,97 9620 1,037 16,37 9880 0,959 15,94 9650 1,030 16,33 9900 0,953 15,90 9670 1,022 16,29 9920 0,946 15,86 9690 1,014 16,25 9940 0,940 15,83 9720 1,007 16,21 9960 0,934 15,80 9740 1,000 16,17 9980 0,928 15,77 9770 0,993 16,12 10 000 0,922 15,73

Средняя теплота сгорания. мазута, а также жаропроизводительность и другие теплотехнические характеристики приведены в табл. 153 (ом. стр. 315).

Теплоту сгорания мазута определяют в калориметрической бомбе или подсчитывают по формуле Д. И. Менделеева.

233

Таблица для подсчета низшей теплоты сгорания жидкого топлива Водород Сера Кислород Азот+зола Влага Н. % Q, ккал S. % Q, ккал О, % Q, ккал N+A % Q, ккал W, % Q, ккал 0,1 15 0,1 -5 0,1 —10 0,1 —10 0,1 — 10 0,2 30 0,2 —10 0,2 —20 0,2 -15 0,2 -20 0,3 50 0,3 —15 0,3 —30 0,3 —20 0,3 -30 0,4 7Q 0,4 —20 0,4 —40 0,4 —30 0,4 —35 0,5 80 0,5 -25 0,5 —50 0,5 —40 0,5 —45 0,6 100 0,6 —30 0,6 —60 0,6 —50 0,6 —55 0,7 115 0,7 —35 0,7 -75 0,7 -55 0,7 —60 0,8 130 0,8 —40 0,8 —85 0,8 -65 0,8 —70 0,9 150 0,9 —45 0,9 -95 0,9 —75 0,9 —80 1 165 1 —55 1 —110 1 —80 1 —90 2 330 2 —110 2 —215 2 —160 2 —175 3 495 3 — 165 3 —320 3 —240 3 —260 4 660 4 —220 4 —430 4 —320 4 —350 5 825 5 —275 5 —535 5 -405 5 -435 ? 990 — — 6 —640 6 —485 6 -525 7 1155 — — 7 —750 7 —565 7 —610 8 1320 — — 8 —860 8 —645 8 —700 9, ■ 1485 — — 9 —965 9 —730 9 —790 10 1650 — — 10 —1070 10 —810 10 —870 11 1815 • — — — — — — — — 12 1980 — — — — — — — —

Низшую теплоту сгорания мазута и других видов жидкого топлива можно легко подсчитать по формуле

Qp=8130+ 165 HP —55 SP —107 OP—87 WP—81 (Ap + Np).

С использованием вспомогательной расчетной табл. 111.

Подсчет. Подсчитать низшую теплоту огораиия мазута следующего состава: 83,5% СР; 10,3% HP; 2,8% S"; 0,5% О*; 2,9% Wp. По таблице

Для Н = 1650 + 50 = 1700 ккал,

Для S = —(110+40) = —150 ккал,

Для О = —50 ккал,

Для W = —(175 + 80) = — 255 ккал.

QP = 8100 + 1700 — (150 + 50 + 255) = 9345 ккал/кг.

Жаропроизводительность и другие теплотехнические характеристики мазута. Жаропроизводительность безводного мазута в абсолютно сухом воздухе ^тах составляет около 2150 °С, при этом жаропроизводитель­ность мало меняется при изменении элементарного состава топлива в пределах, характерных для мазута.

При учете содержания в воздухе 1% (по массе) НгО жаропроизво­дительность мазута /max составляет около 2110 °С. Содержание 1% вла­ги в мазуте снижает его жаропроизводительность «сего лишь на 3° [37].

Повысить температуру горения мазута можно, подогревая воздух до температуры 500 °С и применяя обогащенный кислородом воздух. При этом, естественно, необходимо считаться с эндотермическим процессом диссоциации продуктов сгорания при высокой температуре, рассмотрен­ным в гл. VII.

При повышении содержания кислорода в воздухе до 50% расчетная температура горения достигает 2600 °С. При сжигании в атмосфере чис­того кислорода расчетная температура горения мазута превышает 2800 °С.

Объем воздуха, необходимый для сгорания мазута в стехиометриче­ских условиях, составляет 10,1—10,3 м3/кг.

При этом получают 10,9—11,1 м3 продуктов сгорания Vjf, в том чис­ле — 1,6 м3 ROr, 8—8,1 м3 N2 и 1,2—1,4 м3 водяного пара.

Максимальная энтальпия продуктов сгорания R равна примерно 840 ккал/м3, а максимальная энтальпия сухих продуктов сгорания Р, т. е. Qн : (Vro2+ составляет около 960 ккал/м3.

Отношение объемов сухих и влажных продуктов сгорания (В = • fs ) приблизительно равно 0,88.

R02 max флотского мазута порядка 16,2%, топочного мазута марки 40 около 16,3%, топочного мазута марки 100 и 200 16,4—16,5%, высоко­вязких крекинг-остатков 16,5—16,7%. В среднем для топочного мазута МОЖНО принять значение величины ROzmax равным 16,5%.

Теплоемкость мазута возрастает с уменьшением его плотности и повышением температуры. Округленно теплоемкость мазута в темпера­турном интервале от 50 до 100 °С можно принять равной 0,5 ккал/(кг — град).

Коэффициент теплопроводности флотского мазута — около 0,10, а топочного мазута 0,11 ккал/(м-ч-град).

Определение эффективности использования мазута. В табл. 112 при­веден состав сухих продуктов полного сгорания легкого мазута при различном разбавлении продуктов сгорания воздухом. Аналогичные данные для топочного мазута с і? Огтах = 16,5% приведены в табл. 113. Пользуясь этими таблицами, можно оценить правильность анализа про­дуктов сгорания и определить значение коэффициентов избытка воз­духа а и коэффициента разбавления сухих продуктов сгорания h [37].

Подсчет 1. Состав продуктов сгорания тяжелого топочного мазута: 10,2% /Юг; 8,0% Ог. Определить коэффициент избытка воздуха а.

По табл. 113 для продуктов сгорания данного состава находим а=1,58.

Подсчет 2. В результате анализа продуктов сгорания топочного мазута получен состав: 10,6% R02; 9,5% 02. Определить коэффициент разбавления сухих продуктов сгорания Л.

Согласно данным табл. 113 при наличии в продуктах сгорания мазута 10,6% ЯОг в них должно содержаться не 9,5, а всего около 7,5% Ог.

Из та<бл. 31 видно, что при содержании в продуктах полного сгорания топлива 10,6% Ж)2 и 9,5% 02 R02 max равно около 19,4%, что превышает ROi max мазута при­мерно на 3%. В соответствии с этим следует провести повторный анализ продуктов сгорания.

При сжигании мазута в надлежащих условиях потери тепла вслед­ствие механической неполноты сгорания, обусловленной сажеобразова — нием, незначительны и составляют величину около 0,2%, что лежит в пределах точности подсчета КПД топливоиспользующих установок.

В соответствии с этим коэффициент использования топлива можно подсчитать по формуле

К. и.т. = 100 —(<7ї + <73) %- ‘ (XXI. 1)

В тех случаях, когда потери тепла в окружающую среду невелики и могут быть определены по графикам в зависимости от производи-

235

Состав и теплотехнические характеристики продуктов полного сгорания легкого мазута (малосериистого и высокосернистого) в зависимости от содержания в них R02 Состав сухих продуктов сгорания, % Ft А Калоримет­рическая темпера­тура горения ‘кал — °с І І/хтав сухих продуктов сгораниі, % Ft A Калоримет­рическая темпера­тура горения Ґ °С ■кал’ Ло2 Оа N2 ROz ОІ N2 16,0 0,0 84,0 1,00 1,00 2100 11,4 6,0 82,6 1,40 1,38 1600 15,8 0,3 83,9 1,01 1,01 2080 11,2 6,3 82,5 1,43 1,41 1570 15,6 0,5 83,9 1,03 1,03 2050 11,0 6,6 82,4 1,45 1,43 1550 15,4 0,8 83,8 1,04 1,04 2030 10,8 6,8 82,4 1,48 1,46 1520 15,2 1,1 83,7 1,05 1,05 2020 10,6 7,1 82,3 1,51 1,48 1500 15,0 1,3 83,7 1,07 1,07 2000 10,4 7,4 82,2 1,54 1,51 — 14,8 1,6 83,6 1,08 1,08 1980 10,2 7,6 82,2 1,57 1,54 — 14,6 1,8 83,6 1,10 1,10 1950 10,0 7,9 82,1 1,60 1,57 — 14,4 2,1 83,5 1,11 1,10 1930 9,8 8,1 82,1 1,63 1,60 — 14,2 2,4 83,4 1,13 1,12 1910 9,6 8,4 82,0 1,67 1,64 — 14,0 2,6 83,4 1,14 1,13 1890 9,4 8,7 81,9 1,70 1,67 — 13,8 2,9 83,3 1,16 1,15 1860 9,2 8,9 81,9 1,74 1,70 — 13,6 3,2 83,2 1,18 1,17 1840 9,0 9,2 81,8 1,78 1,74 — 13,4 3,4 83,2 1,19 1,18 1820 8,8 9,5 81,7 1,82 1,78 — 13,2 3,7 83,1 1,21 1,20 1800 8,6 9,7 81,7 1,86 1,82 — 13,0 3,9 83,1 1,23 1,22 1780 8,4 10,0 81,6 1,90 1,86 — 12,8 4,2 83,0 1,25 1,24 1750 8,2 10,2 81,6 1,95 1,90 — 12,6 4,5 82,9 1,27 1,26 1730 8,0 10,5 81,5 2,00 1,95 — 12,4 4,7 82,9 1,29 1,27 1710 7,8 10,8 81,4 2,05 2,00 — 12,2 5,0 82,8 1,31 1,29 1690 7,6 11,0 81,4 2,10 2,05 — 12,0 5,3 82,7 1,33 1,31 1670 7,4 11,3 81,3 2,16 2,10 — 11,8 5,5 82,7 1,35 1,33 1650 7,2 11,5 81,3 2,22 2,16 — 11,6 5,8 82,6 1,38 1,36 1620 І 7,0 11,8 81,2 2,28 2,22 —

Тельности установки, как это делается, например, при испытаниях па­ровых котлов, по обратному балансу можно вычислять не только ко­эффициент использования топлива, но и коэффициент полезного дейст­вия установок

КПД = 100-(<72 + <7з + <75). (XXI.2)

Потери тепла с уходящими газами и вследствие химической не­полноты сгорания <7з требуют определения состава и температуры ухо­дящих газов. При этом подсчет указанных потерь тепла можно вести по различным методам: с привлечением данных о составе и терЛоте сгорания сжигаемого топлива или по упрощенной методике наЛоснове обобщенных характеристик топлива, без замеров расхода сжигаемого мазута, отбора средней пробы и определения состава мазута и теплоты сгорания. і

Проверка сходимости результатов, проведенная энергетическим ин­ститутом им. Г. М. Кржижановского, Институтом нефтехимической и газовой промышленности им. И М. Губкина, Орггрэсом, Ленэнерго и другими организациями, показала, что совпадение результатов лежит в пределах точности применяемых приборов. ‘ і н ‘

Состав и теплотехнические характеристики продуктов полного сгорании тяжелого мазута (мало — и высокосериистого) в зависимости от содержания в иих R02 Состав сухих продуктов сгорания, % Л А Калоримет­рическая темпера­тура горения ‘кал — °С Состав сухих продуктов сгорания, % H А Калоримет­рическая темпера­тура горения ‘кал — ^ RO-2 О2 N2 ROi О2 N2 16,5 0,0 I 83,5 1 1,00 1,00 2100 10,2 8,0 81,8 1,61 1,58 _ 16,3 0,3 83,4 1,01 1,01 2080 10,0 8,3 81,7 1,65 1,61 — 16,0 0,6 83,4 1,03 1,03 2040 9,8 8,5 81,7 1,68 1,64 — 15,8 0,9 83,3 1,05 1,05 2020 9,6 8,8 81,6 1,72 1,68 — 15,6 1,2 83,2 1,06 1,08 2000 9,4 9,0 81,6 1,75 1,71 — 15,4 1,4 83,2 1,07 1,07 1980 9,2 9,3 81,5 1,79 1,75 1350 15,2 1,7 83,1 1,08 1,08 1970 9,0 9,5 81,5 1,83 1,79 — 15,0 1,9 83,1 1,10 1,09 1960 8,8 9,8 81,4 1,87 1,82 — 14,8 2,2 83,0 1,11 1,10 1940 8,6 10,0 81,4 1,92 1,87 — 14,6 2,4 83,0 1,13 1,12 1910 8,4 10,3 81,3 1,97 1,92 — 14,4 2,7 82,9 1,15 1,14 1890 8,2 10,5 81,3 2,00 1,95 — 14,2 2,9 82,9 1,16 1,15 1870 8,0 10,8 81,2 2,06 2,00 1200 14,0 3,2 82,8 1,18 1,17 1850 7,8 11,0 81,2 2,12 2,06 — 13,8 3,4 82,8 1,20 1,19 1830 7,6 11,3 81,1 2,17 2,10 — 13,6 3,7 82,7 1,21 1,20 1820 7,4 11,6 81,0 2,23 2,16 — 13,4 4,0 82,6 1,23 1,22 1800 7,2 11,8 81,0 2,29 2,22 — 13,2 4,2 82,6 1,25 1,24 1780 7,0 12,1 80,9 2,35 2,28 — 13,0 4,5 82,5 1,27 1,25 1750 6,8 12,3 80,9 2,42 2,35 — 12,8 4,7 82,5 1,29 1,27 1730 6,6 12,6 80,8 2,50 2,42 — 12,6 5,0 82,4 1,31 1,29 1710 6,4 12,8 80,8 2,58 2,50 1000 12,4 5,2 82,4 1,33 1,31 1700 6,2 13,0 80,8 2,66 2,57 — 12,2 5,5 82,3 1,35 1,33 1680 6,0 13,3 80,7 2,75 2,66 — 12,0 5,7 82,3 1,37 1,35 1660 5,8 13,6 80,6 2,84 2,74 — 11,8 6,0 82,2 1,40 1,38 1640 5,6 13,9 80,5 2,95 2,85 • 11,6 6,2 82,2 1,42 1,40 1620 5,4 14,1 80,5 3,06 2,95 11,4 6,5 82,1 1,45 1,42 1600 Б," 14,4 80,4 3,18 3,06 — 11,2 6,7 82,1 1,48 1,45 1580 5,0 14,6 80,4 3,30 3,18 — 11,0 7,0 82,0 1,50 1,47 1550 4,8 14,9 83,3 3,44 3,30 — 10,8 7,2 82,0 1,53 1,50 1520 4,6 15,1 80,3 3,58 3,44 — 10,6 7,5 81,9 1,55 1,52 — 4,4 15,4 80,2 3,74 3,59 — 10,4 7,8 81,8 1,58 1,55 — 4,2 15,6 80,2 3,92 3,76 — 4,0 15,9 80,1 4,12. 3,95 —

На основе проведенных испытаний Орггрэс пришел к выводу, что при работе на жидком и газообразном топливе представляется воз­можно «точно проводить сравнительные теплотехнические расчеты и подсчитывать потери тепла с уходящими газами и от химической не­полноты горения, не прибегая во время испытаний к отбору средней пробы топлива, определению его состава и теплоты сгорания» [147].

При подсчетах q2 и Цз по упрощенной методике можно пользоваться универсальными формулами или более простыми локальными форму-

237

Значения величины Z для легкого (флотского) мазута Содержание ДО2+СО+СН4 в сухих продуктах сгорания, % Температура продуктов сгорания, °С 0—250 250—350 350—500 500—700 700—900 900—1100 1100—1300 1300—1600 16,0 3,95 4,05 4,10 4,20 4,30 4,40 4,50 4,60 15,8 3,98 4,08 4,13 4,23 4,34 4,44 4,54 4,64 15,6 4,05 4,15 4,20 4,30 4,41 4,51 4,61 4,71 15,4 4,08 4,18 4,24 4,34 4,44 4,54 4,64 4,75 15,2 4,12 4,22 4,27 4,37 4,48 4,58 4,68 4,79 15,0 4,18 4,28 4,34 4,44 4,54 4,65 4,75 4,86 14,8 4,21 4,31 4,37 4,47 4,58 4,69 4,79 4,90 14,6 4,28 4,38 4,44 4,54 4,65 4,76 4,86 4,97 14,4 4,31 4,41 4,47 4,57 4,69 4,80 4,90 5,01 14,2 4,38 4,48 4,54 4,64 4,76 4,87 4,97 5,08 14,0 4,41 4,51 4,58 4,68 4,79 4,90 5,00 5,12 13,8 4,48 4,58 4,64 4,74 4,86 4,98 5,08 5,19 13,6 4,54 4,64 4,71 4,81 4,93 5,05 5,15 5,27 13,4 4,58 4,68 4,75 4,85 4,97 5,08 5,18 5,30 13,2 4,64 4,74 4,81 4,91 5,04 5,16 5,26 5,38 13,0 4,71 4,81 4,88 4,98 5,11 5,23 5,33 5,45 12,8 4,78 4,88 4,95 5,05 5,18 5,30 5,40 5,53 12,6 4,84 4,94 5,02 5,12 5,24 5,34 5,47 5,60 12,4 4,91 5,01 5,09 5,19 5,32 5,44 5,54 5,67 12,2 4,97 5,07 5,15 5,25 5,39 5,52 5,62 •5,75 12,0 5,04 ?,14 5,22 5,32 5,46 5,59 5,69 5,82 11,8 5,11 5,21 5,29 5,39 5,53 5,66 5,76 5,90 11,6 5,20 5,30 5,39 5,49 5,63 5,77 5,87 6,01 11,4 5,27 5,37 5,46 5,56 5,70 5,84 5,94 6,08 И,2 5,37 5,47 5,56 5,66 5,80 5,95 6,05 6,19 11,0 5,44 5,54 5,63 5,73 5,88 6,02 6,12 6,27 10,8 5,53 5,63 5,73 5,83 5,98 6,13 6,23 6,38 10,6 5,63 5,73 5,83 5,93 6,09 6,24 6,34 6,49 10,4 5,73 5,83 5,94 6,04 6,19 6,34 6,44 6,60 10,2 5,83 5,93 6,04 6,14 6,30 6,45 6,55 6,71 10,0 5,93 6,03 6,14 6,24 6,40 6,56 6,66 6,82 9,8 6,03 6,13 6,24 6,34 6,50 6,67 6,77 6,93 9,6 6,16 6,26 6,38 6,48 6,64 6,81 6,91 7,08 9,4 6,26 6,36 6,48 6,58 6,75 6,92 7,02 7,19 9,2 6,39 6,49 6,62 6,72 6,89 7,06 7,16 7,34 9,0 6,53 6,63 6,75 6,85 7,03 7,21 7,31 7,49 8,8 6,66 6,76 6,86 6,99 7,17 7,35 7,45 7,63 8,6 6,79 6,89 7,02 7,12 7,31 7,50 7,60 7,78 8,4 6,92 7,02 7,16 7,26 7,45 7,64 7,74 7,93 8,2 7,09 7,19 7,33 7,43 7,62 7,82 7,92 8,12 8,0 7,25 7,35 7,44 7,54 7,80 8,00 8,10 8,30 7,8 7,41 7,51 7,67 7,77 7,97 8,18 8,28 8,48 7,6 7,58 7,68 7,84 7,94 8,15 8,36 8,46 8,67 7,4 7,78 7,88 8,04 8,14 8,36 8,57 8,67 8,89 7,2 7,97 8,07 8,24 8,34 8,57 8,78 8,88 9,11 7,0 8,17 8,27 8,45 8,55 8,78 8,88 9,10 9,33

В продуктах сгорания	0-250	250—350	350-500	500—700	700—900	900—1100	1100—1300	1300—1600
16,5	3,95	4,00	4,05	4,17	4,28	4,38	4,48	4,58
16,3	4,00	4,05	4,10	4,22	4,32	4,42	4,53	4,62
16,0	4,05	4,10	4,14	4,27	4,37	4,47	4,58	4,66
15,8	4,10	4,14	4,18	4,32	4,42	4,52	4,63	4,72
15,6	4,14	4,18	4,22	4,37	4,47	4,57	4,68	4,76
15,4	4,18	4,22	4,27	4,42	4,52	4,62	4,73	4,83
15,2	4,22	4,27	4,32	4,47	4,57	4,67	4,78	4,87
15,0	4,27	4,32	4,37	4,52	4,63	4,74	4,85	4,93
14,8	4,32	4,37	4,42	4,57	4,70	4,80	4,90	4,98
14,6	4,37	4,42	4,47	4,63	4,75	4,85	4,95	5,05
14,4	4,42	4,47	4,52	4,70	4,80	4,90	5,00	5,10
14,2	4,47	4,52	4,57	4,75	4,85	4,95	5,05	5,15
14,0	4,52	4,57	4,63	4,81	4,90	5,00	5,10	5,20
13,8	4,57	4,63	4,70	4,85	4,95	5,05	5,15	5,25
13,6	4,63	4,70	4,75	4,91	5,00	5,10	5,20	5,30
13,4	4,70	4,75	4,81	4,97	5,05	5,15.	5,25	5,35
13,2	4,75	4,81	4,88	5,05	5,15	5,25	5,35	5,45
13,0	4.81	4,88	4,96	5,13	5,25	5,35	5,45	5,55
12,8	4,88	4,96	5,05	5,20	5,32	5,42	5,52	5,62
12,6	4,96	5,03	5,10	5,27	5,40	5,50	5,60	5,70
12,4	5,03	5,10	5,17	5,33	5,45	5,55	5,65	5,75
12,2	5,10	5,17	5,25	5,40	5,50	5,60	5,70	5,80
12,0	5,17	5,25	5,33	5,45	5,60	5,70	5,80	5,90
11,8	5,25	5,34	5,40	5,52	5,70	5,80	5,90	6,00
11,6	5,34	5,40	5,43	5,62	5,80	5,90	6,00	6,10
11,4	5,43	5,50	5,56	5,72	5,90	6,00	—	—
11,2	5,52	5,60	5,64	5,82	5,97	6,10	—	—
11,0	5,61	5,68	5,72	5,92	6,05	6,20	—	—
10,8	5,70	5,75	5,80	6,02	6,15	6,30	—	—
10,6	5,79	5,83	5,88	6,13	6,25	6,40	—	— ‘
10,4	5,88	5,92	5,96	6,20	6,35	6,50	—	—
10,2	5,97	6,06	6,05	6,30	6,45	6,60	—	—
10,0	6,05	6,16	6,17	6,40	6,55	6,70	—	—
9,8	6,16	6,27	6,30	6,50	6,65	6,80	—	—
9,6	6,27	6,36	6,40	6,60	6,75	6,90	—	—
9,4	6,40	6,48	6,55	6,75	6,90	7,05	—	—
9,2	6,55	6,65	6,70	6,90	7,05	7,20	—	—
9,0	6,70	6,78	6,85	7,05	7,20	7,35	—	—
8,8	6,85	6,92	7,00	7,20	7,35	7,50	—	—
8,6	7,00	7,08	7,15	7,35	7,50	7,65	—	—
8,4	7,15	7,22	7,30	7,50	7,65	7,80	—	—

Таблица 115

Содержание

Температура продуктов сгорания, °С

239

Значения величины 2для тяжелого (топочного) мазута (R02 mai=16,5%)

В продуктах сгорания	0—250 250—350	350—500	500—700	700—900	900—1100	I 1100—1300	1300-1600
8,2	7,30	7,38	7,45	7,65	7,80	8,00	_	—
8,0	7,45	7,52	7,60	7,85	7,95	8,15	—	—
7,8	7,60	7,68	7,75	8,00	8,15	8,35	—	—
7,6	7,75	7,82	7,90	8,20	8,40	8,55	—	—
7,4	7,90	8,00	8,10	8,40	8,60	8,80	—	—
7,2	8,10	8,25	8,35	8,60	8,80	9,00	—	—
7,0	8,35	8,50	8,60	8,80	9,00	9,20	—	—
6,8	8,60	8,75	8,85	9,10	9,25	9,45	—	—
6,6	8,85	9,00	9,10	9,30	9,50	9,75	—	—
6,4	9,10	9,25	9,35	9,55	9,75	10,00	—	—
6,2	9,35	9,50	9,60	9,80	10,00	10,30	—	—
6,0	9,60	9,80	9,90	10,10	10,30	10,60	—	—

Содержание

Температура продуктов сгорания, "С

Лами с коэффициентами, подсчитанными для определенного вида топ­лива. По мнению автора, при определении эффективности использова­ния мазута удобнее применять локальные формулы и составленные для мазута расчетные таблицы.

Потери тепла с уходящими газами можно подсчитать по формуле

<72=0,01 -{ty. r—QZ %. (XXI.3)

Значение величины Z для продуктов сгорания флотского мазута приведены в табл. 114, а для топочного мазута — в табл. 115.

Располагаемое тепло продуктов сгорания определяют по формуле

<7расп = 0,0ltz %. (XXI.4)

Табл. 114 и 115 составлены для мазута с содержанием влаги от О до 2%. При увеличении содержания влаги в мазуте потери тепла с ухо­дящими газами, подсчитанные по формуле (XXI.3), можно скорректи­ровать, умножая <72 на коэффициент, равный 1,005 (при содержании влаги от 5 до 8%); 1,010 (от 8 до 12% Н20); 1,015 (от 12 до 16% Н20).

Практически корректировку целесообразно осуществлять лишь при высоких значениях величины q2 — 20% и выше — и при содержании в мазуте более 10% Н20.

Подсчет 3. При сжигании топочного мазута в трубчатой печи нефтеперерабаты­вающего завода у перевальной стенки зафиксированы следующие данные. Состав про­дуктов сгорания: 12,2% R02; 5,5% 02; температура 600 °С.

Подсчитать располагаемое тепло продуктов сгорания.

Величина Z по табл. 115 равна 5,40.

В соответствии с этим располагаемое тепло продуктов сгорания равно

<7рас=0,01 -600-5,40=32,4%.

Подсчет 4. Подсчитать потери тепла с уходящими газами, отводимыми из уста­новки npv сжигании топочного мазута.

Состав продуктов сгорания: 10,2% R02-, 8,0% 02. Температура уходящих газов 220 °С, температура воздуха 20 °С.

Проверяем по табл. 31 R02 max продуктов сгорания Он равен 16,50, т. е. соответ­ствует R02 max для мазута.

Находим по табл. 115 величину Z=5,97.

Отсюда </2=0,01 • (220—20) -5,97=12,0%.

При сжигании мазута в шаровых форсунках дополнительное количество тепла, уно­симое водяным паром, вдуваемым ® форсунки, можно подсчитать по формуле p. C{t2— fJ-100

Q5

Где D — количество пара, кг на 1 кг мазута; ti—температура вдуваемого пара, °С; t2 — температура уходящих газов, °С; С—средняя теплоемкость водяного пара (весо­вая) в температурном интервале от 0 до t2, ккал/(кг-°С); — низшая теплота сгора­ния мазута, ккал/кг.

Величина q2 составляет незначительную часть суммарных потерь тепла с уходящими газами, в особенности с учетом температуры вду­ваемого пара. В соответствии с этим теплоту сгорания мазута при определении q2 можно округленно принять равной 10 000 ккал/кг, сред­нюю теплоемкость водяного пара 0,5 ккал/(кг-°С). Расход водяного пара на 1 кг мазута D определяют по характеристике форсунок. При этом формула приобретает вид

Q2 = D(t2—1^/200%. (XXI.6)

Теплоту нагрева мазута q2 в процентах к его теплоте сгорания мож­но подсчитать по формуле

^ = C/Ma3-100/QS%, (XXI.7)

Где /маз — температура нагрева мазута, °С; С„аз — средняя теплоемкость мазута в интервале температур от 0 до /°С, ккал/(кг-°С); QS —низшая теплота сгорания мазута, ккал/кг.

Принимая аналогично предыдущему низшую теплоту сгорания мазу­та равной 10 000 ккал/кг и теплоемкость 0,5 ккал/(кг-°С), получаем значение

V 0,5-100/маз fMa3 /YYT й

Ъ = 10000———— = "200" (XXI.8)

= Яг(XXI. 9)

Подсчет 5. Подсчитать потери тепла с уходящими газами, отводимыми из кот ла, при сжигании топочного мазута иа основе следующих данных.

Состав продуктов сгорания: 12,2% Я02; 5,5% Ог; 0,1% СО.

Температура уходящих газов 180 °С; температура воздуха 30 "С.

Мазут сжигают в форсунках с паровым распиливанием; расход пара около 0,3 kt на 1 кг мазута; температура пара 120 °С;

Мазут поступает подогретым до температуры 80 °С.

Поскольку в продуктах сгорания содержится незначительное количество СО, прове­ряем соответствие данных их анализа по табл. 113, после чего продолжаем расчет.

По табл. 115 величина Z равна 5,07.

Следовательно,

?2=0,01 • (180—30) -5,07=7,6%.

По формуле (XXI.6)

Qi=0,3-(180—120)/200= 0,09% « 0,1%.

По формуле (XXI.8)

<72 = 80/200 = 0,4%.

Суммарные потери тепла с уходящими газами равны = q2 + q’t — q"2 = /,6 + 0,1 — 0,4 = 7,3%.

По формуле (XXI.9) подсчитывают потери тепла по отношению к потенциальному теплу сжигаемого мазута, т. е. к его низшей теплоте сгорания, умноженной на количество сжигаемого топлива. При подсче­те потерь тепла по отношению к суммарному теплу, подведенному в

Чі =————- ———————— % . (ХХІ -5>

241

Топку, т. е. к потенциальному и физическому теплу мазута и физиче­скому теплу нагретого воздуха, подсчет ведут по формулам, приведен­ным в гл. X.

Потери тепла вследствие химической неполноты сгорания флотского мазута можно подсчитать по формуле

50СР+40На+ 140CHt, уу. .ft Ч*~ *02+ СО+СН< ‘ (AAI.1U)

А при сжигании топочного мазута с более высоким значением величи­ны ROz max ПО формуле

52СО + 45На + 145СН« Юг + СО + СН4

(XXI.11)

По данным В. В. Карпова и Л. М. Цирюльникова, соотношение СО : Нг: СН4 в продуктах неполного сгорания мазута в первом прибли­жении равно 5:2:1 [148]. По другим данным, это соотношение в боль­шей степени сдвинуто в сторону СО.

Если содержание Нг и СН4 не определено, то суммарные потери теп­ла вследствие химической неполноты сгорания мазута ‘можно прибли­женно оценить по формуле

<XXU2)

В табл. 116 приведены примерные значения выходов нефтепродуктов при переработке нефти їв США и странах Западной Европы.

Таблица 116 Выход нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности Выход (%) в Выход / Продукт Странах Продукт США Странах США Западной Западной [ Европы Европы Нефтезаводский газ 5 5 Средние дистиллаты и 20 25 Бензин 55 35 Смазочные масла Дизельное топливо 15 10 Мазут и асфальт 5 25

Другие виды жидкого топлива. Помимо мазута, для отопления кот­лов и печей применяют сырую нефть и продукты переработки твердого топлива. Однако эти виды топлива используют в народном хозяйстве в гораздо меньшем’ количестве, чем мазут.

В СССР сжигают ограниченное количество весьма высокосернистой нефти, переработка которой затруднена.

При транспортировке, хранении и сжигании сырой нефти необхо­димо считаться с ее низкой температурой вспышки, обусловливающей повышенную пожарную опасность.

Так, температура вспышки арланской сырой нефти, стабилизиро­ванной отгонкой 4% наиболее легких углеводородов (отбензиненной), равна 45—60°С (при определении в открытом тигле). Содержание се­ры в этой нефти превышает 3%. Условная вязкость при 50°С составля­ет 3—8° ВУ.

Жидкое топливо для котлов и печей вырабатывают также из слан­цев и смолы, получаемой в процессе полукоксования углей.

Условная вязкость сланцевого масла при 80°С равна 3—5° ВУ, зольность до 0,3%, содержание серы до 1%, воды до 2—3%. Темпера­тура вспышки не ниже 65 и 80 °С, температура застывания не выше 10 °С. Теплота сгорания в бомбе в пересчете на сухое топливо не ниже 9300 ккал/кг.

Наряду с этими видами топлива в качестве жидкого горючего иногда используют смолу, получаемую в процессе коксования камен­ные углей. Элементарный состав смолы: 90% Сг; 7% Нг; 1% Sr; 2% (Ог+№): содержание воды: ~5% Н20, 1% золы. Низшая теплота сгорания 8500 ккал/кг, жаропроизводительность около 2000 °С. Вязкость при 50 °С около 25°ВУ. Плотность при 20 °С 1,04—1,20 г/ом3.

Смола, получаемая в процессе газификации торфа и бурых углей, содержит 8—10% кислорода. Теплота сгорания этой смолы около 8000 ккал/кг, а жаропроизводительность ~2000 °С.

В процессе термической переработки древесины получают в каче­стве побочного продукта метанол (метиловый или древесный спирт) СН3ОН. Метанол является ценным сырьем для химической технологии^ и с развитием химической промышленности стали стремиться к уве­личению его ресурсов. Теперь метанол получают в основном конверсией природного газа с образованием Н2 и СО, на базе которых его синте­зируют.

В последнее время метанол начали рассматривать как перспектив­ный вид легкого жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания и других установок.

Теплота сгорания метанола около 5100 ккал/кг, более чем в 2 раза ниже теплоты сгорания метана (около 11 900 ккал/кг). Однако жаро­производительность метанола практически равна жаропроизводитель­ности метана и природного газа. Это обусловлено тем, что расход воз­духа на горение метанола, содержащего 50% (по массе) О, соответ­ственно меньше, чем на горение метана. Указанное положение справед­ливо также для других углеводородов и спиртов (табл. 117, см. также рис. 8).

Таблица 117

Сопоставление теплоты сгорания и жаропроизводительности углеводородов и спиртов1 Углеводо­род Формула углеводорода А ч | Ь І «І- All Т И » И, о р Я Ч Ь> Спирт Формула спирта Низшая теплота сгорания 0Н сг, тыс. ккал/кг Жаропроизводи­тельность /тах. °С § В о Су" ®н. угл О О 5 X со Ч И >v X Со ^Е Метан СН4 11,9 2043 Метиловый СН40 5,1 2046 43 100 Этан С2Н, 11,3 2097 Этиловый С2Н,0 6,6 2080 58 99 Пропан С„н8 11,0 2110 Пропиловый С„н8о 7,5 2085 68 99 Бутан СлНю 10,9 2118 Бутиловый С4н10о 8,0 2095 73 99 Пентан CsH12 10,8 2119 Амиловый С5н12о 8,5 2100 78 99 Гексан С, н14 10,7 2124 Гексиловый Свн14о 8,7 2107 81 99 Гептан С, н1в 10,7 2126 Гептиловый С7Н1вО 8,9 2112 83 99 Октан С8н18 10,7 2128 Октиловый С8н18о 9,1 2113 85 99 Нонан С„н20 10,7 2128 Нониловый С„н20о 9,2 2116 86 99

1 Жаропроизводительности вычислены для парообразного состояния углеводородов, спиртов и су­хого воздуха.

Транспортировка метанола на дальние расстояния в танкерах об­ходится дешевле, чем сжиженного природного газа, так как отпадают трудности, связанные с перевозкой сжиженного природного газа при низких температурах. Поэтому проектируется производство метанола на заводах, сооружаемых вблизи от месторождений природного или ис-

243

Точников нефтепромыслового газа, добываемого совместно с нефтью, с последующей транспортировкой метанола по трубопроводам и в тан­керах.

Метанол можно синтезировать также при ‘взаимодействии водорода и углекислого газа. Водород получают электролизом воды или раство­ров солей с использованием энергии атомных электростанций, а угле­кислый газ — в качестве побочного продукта при производстве извести:

ЗН2 + С02 = СН3ОН + Н20.

Приводим расчетные эквиваленты для различных видов жидкого топлива.

При сопоставлении различных видов топлива в качестве эталона принимают условное топливо с низшей теплотой сгорания 7000 ккал/кг, что соответствует теплоте сгорания каменного угля и антрацита с не­высоким содержанием балласта.

Топливо

Угольный иефтякой 1,43 1,00 1,57 1,10 1,50 1,05 1,47 1,03 1,43 1,00 1,40 0,98 1,35 0,95 1,34 0,94 1,20 0,85 0,73 0,51

Отношение низшей теплоты сгорания 1 кг твердого и жидкого или 1 м3 газообразного топлива к теплоте сгорания условного топлива назы­вают расчетным эквивалентом или угольным эквивалентом. В качестве эталона для сопоставления различных видов горючего по теплоте сго­рания удобнее применять топливо с низшей теплотой сгорания 10 000 ккал/кг, что примерно соответствует теплоте сгорания сырой неф­ти и дизельного топлива. Это соотношение можно именовать нефтяным эквивалентом.

Эквивалент

Нефть

Сжиженный газ

Беизнн

Керосин

Дизельное топливо

Мазут флотский

Мазут топочный малосернистый

Мазут топочный высокосернистый

Смола каменноугольная

Метанол