CC BY
49
УДК 621.371.622.181
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ НА СЕРНИСТЫХ И МАЛОСЕРНИСТЫХ МАЗУТАХ
Р.Е. ЛИПАНТЬЕВ, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет
Для изучения влияния использования сернистых мазутов на экономику работы электрических станций были изучены мазуты, содержащие в своем составе 0,5 % и 3,5 % серы. Экспериментальным методом было установлено, что при использовании малосернистого мазута срок службы кубов воздухоподогревателей в 5,45 раза больше, чем при сжигании в топках котлов сернистого мазута.
Ключевые слова: коррозия, оксиды серы, воздухоподогреватель, котлоагрегат.
В настоящее время во всем мире наметилась тенденция увеличения добычи и переработки высокосернистых нефтей и непрерывного возрастания их доли в нефтяном мировом балансе. Технологические схемы переработки высокосернистых нефтей позволяют получать котельные топлива с высоким содержанием серы 2^3,5 % [1].
Сжигание мазутов с высоким содержанием серы на тепловых электрических станциях сопровождается интенсивным золоотложением на поверхностях нагрева котельных агрегатов, выделением огромного количества серосодержащих веществ в продуктах сгорания и высоким коррозионным износом хвостовых поверхностей нагрева котла.
С целью изучения влияния использования сернистых мазутов на экономику работы электрических станций были изучены мазуты, содержащие в своем составе 0,5 % и 3,5 % серы, т.е. малосернистый и сернистый мазуты, применяемые на электрических станциях в качестве котельного топлива. С использованием анализа был проведен ряд расчетов по определению тепловых потерь с уходящими газами при сжигании мазутов на электростанциях [2].
При сжигании в топках котельных агрегатов сернистых мазутов образующиеся зольные отложения плотно сцепляются с трубами котла, что снижает коэффициент теплопередачи. Для конкретизации данных эксперимент проводился на котлоагрегате ТГМ-84Б, установленном на КТЭЦ №1. Расчетами установлено, что при использовании мазута с содержанием серы 3,5 %, коэффициент теплопередачи снижается в 2,1 раза при образовании золового слоя на поверхностях нагрева котла толщиной 1 мм. Покрытие поверхностей нагрева котельного агрегата зольными отложениями сопровождается повышением температуры уходящих из котла газов, а следовательно, увеличением тепловых потерь котельного агрегата и снижением его КПД [3, 4].
Сравнительные расчеты показали, что при использовании малосернистого мазута с содержанием 0,5 % серы температура уходящих газов из котла на 32 °С ниже по сравнению с сжиганием мазута, содержащего в своем составе 3,5 % серы. Поэтому КПД котлоагрегата, работающего на малосернистом мазуте, на 1,94 % выше, чем при работе этого же котлоагрегата на сернистом мазуте.
Температура уходящих газов из котлоагрегатов, работающих на сернистом мазуте, составляет 170°С, а при работе на малосернистом мазуте не превышает 150°С. Потери теплоты с уходящими газами при температуре 170 °С составляют 10,7 %, а при температуре 150 - 7,1 %. Повышенные потери теплоты приводят к
© Р.Е. Липантьев, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2010, № 7-8
снижению паропроизводительности котлов и возрастанию удельных расходов топлива на производство пара или горячей воды. При работе на сернистом мазуте производительность котлов на 20,2 % ниже, чем при работе на малосернистом мазуте. При этом перерасход условного топлива составляет 9,1 %, в перерасчете на натуральное топливо 12,1 %, или 121 тонну на тысячу тонн мазута, сжигаемого на электрической станции.
При сжигании в топках котлов сернистых мазутов происходит сужение сечения газоходов и повышение газового сопротивления по всему газовому тракту котельного агрегата. Данное обстоятельство сопровождается ростом расхода электрической энергии на тягу и дутье котельных агрегатов. По расчетным данным расход электрической энергии при использовании сернистого мазута с содержанием 3,5 % серы составляет 3,49 кВт-ч на 1 тонну пара или на 79 % расходуется электрической энергии на тягу меньше, чем при использовании сернистого мазута. В пересчете на 1 тонну натурального топлива эта величина составляет 32,82 кВт-ч.
При сжигании сернистых мазутов в топках котельных агрегатов в продуктах сгорания образуется большее количество оксидов серы, в частности диоксида серы, который интенсивно корродирует металлические хвостовые поверхности котельных агрегатов и относится к основным коррозирующим факторам, вызывающим разрушение котла. Наличие в дымовых газах диоксида серы сопровождается повышением температуры «точки росы» водяных паров в уходящих дымовых газах, а следовательно и температуры уходящих газов. [5]
Для изучения влияния температуры на скорость коррозии металла в дымовых газах, образующихся при сжигании сернистого мазута с содержанием серы 3,5 % и малосернистого мазута с содержанием серы 0,5 %, были изготовлены металлические пластины марки стали Ст3 размерами 70 X150 X 3, мм. Пластины помещали в емкость, заполненную дымовыми газами, содержащими диоксид серы, образовавшийся при сжигании сернистого и малосернистого мазутов. Температура дымовых газов изменялась в широком интервале от 60°С до 170°С, что соответствует работе котельного агрегата на электрической станции. Продолжительность опыта составляла 6 ч. Скорость коррозии металлических пластин определяли весовым методом по ГОСТ 24104-1988 на электронных весах марки МВ 210-А.
Экспериментальные данные в виде графических зависимостей приведены на рис. 1.
1,8
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Температура, °С
Рис. 1. Влияние температуры на скорость коррозии металла: ряд 1 - малосернистый мазут;
ряд 2 - сернистый мазут
В соответствии с данными рис. 1 наиболее интенсивно коррозия наблюдается в дымовых газах сернистого и малосернистого мазутов в температурном интервале от 110°С до 130°С и составляет 0,000133 мм/ч и 0,000156 мм/ч для сернистого мазута и 0,0000181 мм/ч и 0,000029 мм/ч для малосернистого мазута. Учитывая, что температурным условиям нормальной работы воздухоподогревателя второй ступени соответствует температура 60 °С -150 °С, то в этом интервале температур воздухоподогреватель должен работать в условиях низкой коррозии. Однако из рис. 1 следует, что при температуре 130 °С наблюдается наибольшая скорость коррозии, равная 0,000156 мм/ч или 1,35 мм/год. При толщине труб воздухоподогревателя, равной 3 мм, срок службы кубов воздухоподогревателя не превышает 2,2 года при использовании в качестве котельного топлива сернистого мазута.
Из рис. 1. следует, что при сжигании малосернистого мазута, содержащего 0,5 % серы, наибольшая скорость коррозии металлических пластин происходит также при температуре 130 °С, однако скорость коррозии пластин при 130 °С составляет 0,000029 мм/ч или 0,25 мм/год, т.е. в 5,4 раза меньше, чем при сжигании сернистого мазута в топках котельного агрегата. Данное обстоятельство показывает, что при использовании малосернистого мазута срок службы кубов воздухоподогревателей составляет 12 лет, или в 5,45 раза больше, чем при сжигании в топках котлов сернистого мазута.
При работе электростанций мощностью 1,4 млн. кВт на сернистом мазуте без установки сероочистных установок будет выбрасываться в атмосферу 672 тонны диоксида серы в сутки. Вместе с тем, установка сероочистных сооружений на электрических станциях повышает стоимость электрической энергии примерно на 15 - 20 %, но защищает атмосферу от вредных выбросов диоксида серы. Поэтому сероочистными сооружениями должны быть снабжены все электрические станции, работающие на сернистом мазуте.
Выводы
1. Проведен сравнительный анализ работы котельных агрегатов на сернистом и малосернистом мазутах.
2. Показано, что экономически выгодно осуществлять работу котлоагрегатов на малосернистом мазуте, поскольку температура уходящих газов из котла при сжигании малосернистого мазута на 32 °С ниже, КПД котла на 1,94 % выше, паропроизводительность котла на 20,2 % выше, расход условного топлива на 9,1 % меньше и расход электрической энергии на тягу на 79 % ниже, по сравнению с использованием сернистого мазута.
3. Экспериментальные исследования воздействия дымовых газов, образовавшихся при сжигании сернистого и малосернистого мазутов, в температурном интервале 60 - 150 °С на поверхности нагрева котлоагрегата показали, что наибольший коррозионный износ происходит при температуре 130 °С. Однако при сжигании малосернистого мазута коррозионный износ в 5,4 раза меньше, чем при сжигании сернистого мазута.
4. Срок службы кубов воздухоподогревателя при работе котла на малосернистом мазуте составляет 12 лет, в то время как при использовании сернистого мазута этот срок снижается до 2,2 года, т.е. на 81,7 %.
Summary
For studying of influence of use of sulphurous black oils on economy of work of power plants the black oils containing in the structure of 0,5 % and 3,5 % of sulphur have been studied. By an experimental method it has been established that at use malosernistogo black oil service life of cubes vozduhopodogrevatelei 5,45 times more than at burning in fire chambers of coppers of sulphurous black oil.
Key words: corrosion, oxideses of the sulphur, vozduhopodogrevatel, kotloagregat.
Литература
1. Росляков П.В., Закиров И.А. Нестехиометрическое сжигание природного газа и мазута на тепловых электростанциях. М.: МЭИ, 2001. С. 3-15.
2. Сжигание высокосернистого мазута на электростанциях / Верховский Н.И., Красноселов Г.К., Машилов Е.В., Цирульников. Л.-М.: Энергия, 1989. С. 29, 35-42.
3. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. Изд. «Недра», 1989. С. 50-62.
4. Котельные установки и их обслуживание / Л.В. Деев, Н.А. Балахничев. М.: Высшая школа, 1990. С. 11-14.
5. Теплогенерирующие установки систем теплоснабжения / В.М. Фокин. М.: Машиностроение, 2006. С. 94-125.
Поступила в редакцию 18 февраля 2009 г.
Липантьев Роман Евгеньевич - аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-950-3120928. E-mail: dozor_energo@mail. ru.
Тутубалина Валерия Павловна - д-р техн. наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 273-42-06.
