CC BY
254
УДК 628.162.5
ПРИСАДКИ К ТОПОЧНЫМ МАЗУТАМ Э.Р. ЗВЕРЕВА
Казанский государственный энергетический университет
В работе приведены сведения об отечественных и зарубежных присадках к котельным топливам, допущенных к применению в России, а также о некоторых опытных образцах присадок, успешно прошедших стендовые и эксплуатационные испытания. Рассмотрены назначение присадок, принцип их действия, основные показатели качества, ассортимент, техническая и экономическая эффективность применения, а также способы обработки мазута присадками.
Ключевые слова: тепловая электростанция, мазут, присадка.
В первой четверти XXI века нефть и продукты ее переработки будут продолжать играть важную роль в мировом энергетическом балансе. Использование газообразных и жидких топлив по сравнению с углем не только повышает общую культуру эксплуатации электрических станций, но и приводит к ощутимому снижению стоимости основного оборудования, росту КПД установок. Так при сооружении электрических станций, сжигающих газ и мазут, удельные капиталовложения, по сравнению с электростанцией равной мощности на угле, снижаются на 20-24 %, а экономичность газомазутных станций по отпуску электрической энергии на 4 % выше, чем работающих на угле.
Важнейшей тенденцией развития не только мировой, но и российской нефтеперерабатывающей отрасли является повышение глубины переработки нефти и рост объема выпуска высококачественных нефтепродуктов. Однако по мере углубления переработки нефти доля прямогонного мазута в котельных топливах снижается, а доля гудрона и тяжелых остатков крекинг-процессов растет, т.е. качество топочного мазута ухудшается. По данным ВНИИ НП установлено, что замена мазута в композициях товарных мазутов на гудрон приводит к повышению содержания вредных примесей: серы - на 15-20%, азота -на 30-50%, золы - на 10-50%, ванадия - на 30-70%.
Качество мазута оказывает существенное влияние на условия его транспортировки, хранения и сжигания, возникают проблемы при работе основного и вспомогательного оборудования ТЭС. Потребление высокосернистых вязких мазутов в качестве котельных топлив приводит к выбросу больших количеств не только токсичных оксидов серы и азота, но и канцерогенных полициклоаренов, в первую очередь бенз(а)пирена и пентаоксида ванадия. Состав уходящих газов при сжигании мазута также зависит от его качества: содержания в нем серы, азота, металлов, полициклоаренов и др. Следовательно, проблема повышения качества топочных мазутов является весьма актуальной в настоящее время.
При сжигании топочных мазутов, несмотря на невысокое содержание золы, на поверхностях нагрева котлов и в проточной части газовых турбин образуются зольные отложения, которые понижают надежность и технико-экономические показатели работы этих машин - ухудшаются условия теплопередачи, повышается температура уходящих газов, увеличивается газовое сопротивление и, как следствие, падает мощность и коэффициент полезного действия котла и газовой турбины.
© Э.Р. Зверева
Проблемы энергетики, 2011, № 1-2
Сжигание на электростанциях низкокачественных высоковязких мазутов приводит к коррозии трубопроводов, резервуаров, оборудования. Высокотемпературная коррозия, которой подвергаются топочные экраны и пароперегреватели, соприкасающиеся с продуктами сгорания при высокой температуре, вызывается воздействием на металл сульфатов и хлоридов щелочных металлов, присутствующих в золе твердых топлив, а также соединений серы и ванадия [1,2,3,4]. Необходимо отметить, что при применяемых в настоящее время параметрах пара в котельных установках высокотемпературная коррозия, обусловленная ванадием, встречается редко. Повсеместные повреждения конвективных поверхностей нагрева (воздухоподогревателей и частично водяных экономайзеров) при сжигании высокосернистых топлив вызваны низкотемпературной сернокислотной (электрохимической) коррозией. Низкотемпературная коррозия вызывается наличием в продуктах сгорания серного ангидрида. Он, соединяясь с водяными парами, всегда присутствующими в дымовых газах, образует пары серной кислоты, которая активно взаимодействует с металлом, вызывая их интенсивную коррозию. Такому виду коррозии подвергаются поверхности водяных экономайзеров и верхних ступеней воздухоподогревателей. На многих электростанциях, сжигающих сернистые мазуты, воздухоподогреватели приходят в непригодность через 2-3 года. Интенсивной коррозии подвергаются также металлические дымовые трубы. Для предупреждения или уменьшения коррозии применяются следующие мероприятия: температура поверхности нагрева поддерживается выше температуры точки росы, повышается коррозионная стойкость поверхностей нагрева путем создания кислотоупорных покрытий или использования достаточно стойких материалов, однако при этом повышается температура уходящих газов и существенно понижается КПД котельных установок [2, 3, 4].
Коррозии поверхностей нагрева и заноса золой можно было бы избежать при очистке мазута от коррозионно-опасных и золообразующих ингредиентов (серы, ванадия и натрия). Однако сероочистка в настоящее время экономически не оправдана. Удаление ванадия путем деасфальтизации мазута пропаном или другими легкими углеводородами в промышленных масштабах не проверено и рентабельность такой очистки котельных и печных топлив сомнительна.
Одним из основных способов защиты поверхностей нагрева от коррозии и образования прочных и плотных отложений золы в настоящее время является использование присадок [3,4]. Применение присадок для борьбы с коррозией и отложениями основано на связывании коррозионных агентов, содержащихся в мазуте или образующихся при его сжигании, с переводом их в неагрессивные и не дающие отложений соединения. Вместе с тем, присадки в ряде случаев также улучшают процесс горения.
По литературным данным в настоящее время в мире выпускается около 1,5 млн. т присадок к топливам в год, не считая оксигенатов. В США это преимущественно присадки к автомобильным бензинам, в Европе — в равной степени присадки к бензинам и дизельным топливам. В 2001 г. европейский рынок присадок к дизельным топливам составил 260 млн. долл., в США, с перспективой роста к 2008 г., до 367 млн. долл. В России рынок присадок к топливам оценивается в 1500-1800 млн. руб./год [1,3].
В настоящее время в практике сжигания сернистых жидких топлив применяются твердые, жидкие и в некоторых случаях газообразные присадки. Присадки к остаточным топливам могут обладать антикоррозионным, депрессорным, нейтрализующим, диспергирующим, пептизирующим и
эмульгирующим действием, а также могут улучшать реологические свойства топлива.
Присадки могут химически связывать 802 и 803, образуя нейтральные соединения, не вызывающие коррозию. Подобным действием обладают: различные твердые смеси и гидроокиси кальция, магния и других порошкообразных металлов (цинк, медь и др.); жидкие присадки, например растворимые в мазуте нафтенаты металлов (цинка, магния, бария, меди); газообразные присадки, например аммиак. В качестве присадок применяются вещества, тормозящие процесс окисления 802 до 803 (сажа, кокс, угольная пыль) или восстанавливающие 802 до 803 непосредственно и зоне горения (углерод, окись углерода, углеводороды). Наконец, применяются присадки, меняющие структуру золы и повышающие температуру размягчения и плавления ее компонентов. Этими свойствами обладают соединения щелочноземельных металлов (магния, кальция), силикаты алюминия, окислы металлов.
Кроме того, в качестве присадок используются вещества, пассивирующие поверхность нагрева при температурах ниже точки росы (например, терамин). Очищающий эффект присадок связан с наличием в них полярных молекул, способных адсорбироваться металлическими поверхностями и образовывать очень прочную гидрофобную пленку, защищающую металл от коррозии.
Диспергирующее воздействие присадок обусловлено повышением сродства нерастворимых частиц при их смачивании присадкой к органическим компонентам мазута, вследствие чего подавляется тенденция этих частиц к оседанию [1]. Ввод диспергирующих присадок (диспергантов) преследует две цели: уменьшение образования донных отложений при хранении и улучшение сгорания котельного топлива за счет повышения его распыления. Действие диспергантов основано на их поверхностно-активных и растворяющих свойствах. Механизм действия присадок заключается в диспергировании нерастворимых продуктов или удержании их в растворенном состоянии. Соединения, способные служить диспергантами в топливах, найдены среди алкиламинов, нефтяных сульфонатов, щелочноземельных металлов (Са, Ва), жирных кислот, нафтенов, фенолятов и других. Эффективны также сукцинимиды, сульфонат натрия и бариевая соль. Промышленное применение в России получили три близкие по составу диспергирующие присадки - ВНИИНП-102, ВНИИНП-106, ВНИИНП-106М. Технико-экономический эффект от применения данных присадок заключается в уменьшении механического недожога и повышении КПД теплообмена за счет чистоты поверхностей теплообмена.
Улучшение сгорания мазута достигается при вводе присадок, обладающих пептизирующими свойствами, связанными с присутствием в присадках соответствующих компонентов. Пептизирующее вещество присадки способствует более равномерному распределению легко и трудносгораемых частей в капле мазута, но в основном эффект его действия заключается в облегчении разрыва или разрушения ядра капли, состоящего из трудно сгораемых компонентов. Поэтому подобно катализатору, ускоряющему ход химической реакции, пептизатор в данном случае увеличивает полноту реагирования веществ в реакции горения, что приводит к более полному сгоранию жидкого топлива и предотвращению или значительному снижению сажеобразования. По эффективности металлы, как катализаторы горения, располагаются в ряд:
Мп > 8п > Си > Со > Zn > Мо > > Ре > Са [1].
Показатели эффективности катализаторов горения - снижение механического недожога и уменьшение дымности отходящих газов. В России в 60-е годы была разработана присадка ВНИИНП-101 к тяжелым сернистым топливам. Большой технико-экономический эффект достигается при использовании диспергирующих присадок с катализаторами горения.
Назначение депрессорных присадок - снижение температуры застывания. Содержащиеся в топливе парафины при понижении температуры легко кристаллизуются. При определенных размерах и концентрации кристаллы образуют пространственную структуру, в результате чего топливо теряет подвижность. Депрессорные присадки сорбируются на поверхности зарождающихся кристаллов и препятствуют их росту и ассоциации. Снижение температуры застывания при помощи депрессорных присадок позволяет уменьшить затраты тепла на подогрев мазутов. Мазуты, будучи структурированными системами, представляют собой ньютоновские жидкости. В силу этого депрессорные присадки влияют на их динамическую вязкость, снижая предельное напряжение сдвига. Благодаря этому снижаются затраты на перекачку мазутов по трубопроводам [3,5]. Отечественные депрессорные присадки ВЭС-408, ВЭС-503М, ВЭС-241, Сэвилен, ДМН-2005 представляют собой 25-35%-е растворы сополимеров этилена и винилацетата в специальном растворителе.
Целесообразнее применять многофункциональные присадки к мазутам, которые могут сочетать в себе несколько свойств. В настоящее время разработаны разнообразные виды многофункциональных присадок к мазуту, особенно широко применяемых в США и в Западной Европе. Так, например, в США более 90% сжигаемого мазута обязательно обрабатывается присадками [6,7].
Технология обработки мазута присадками в основном определяется структурой присадки и способностью ее растворяться в топливе или воде. Обработка мазута присадками необходима как при хранении его в резервуарах, так и при подготовке непосредственно к сжиганию. Эффективность действия твердых присадок зависит от ряда факторов: дозировки, тонкости измельчения, чистоты, характера и места ввода в котлоагрегат, равномерности распределения в соответствующей зоне котлоагрегата и др. Несоблюдение даже некоторых из перечисленных условий может резко снизить эффект применения твердых присадок.
Выбор дозировки присадки играет весьма важную роль. Правильный выбор дозировки присадки резко повышает эффективность ее действия. Дозировку присадки не всегда удается определить методом расчета, поэтому ее приходится устанавливать опытным путем. Связано это с тем обстоятельством, что далеко не весь активный компонент присадки участвует в химических реакциях. Так, например, при недостаточном размоле крупные частицы, пролетая через котлоагрегат, участвуют в процессе только тонким поверхностным слоем, основная же внутренняя их часть остается неиспользованной. Кроме того, реакции компонентов золы с присадками требуют некоторого времени для их завершения, значительно большего, чем время пролета частиц присадки через котлоагрегат, в связи с чем образуются различные промежуточные соединения, обладающие значительной коррозионной активностью.
Тонкость размола присадок также имеет большое значение. Обычно желателен возможно более тонкий помол с максимальным размером частиц не более 15-20 мкм Вместе с тем, присутствие в присадке некоторого количества
относительно крупных частиц, и притом более твердых, может быть полезным для сбивания отложений с поверхностей нагрева (для самообдувки). Крупные частицы, пролетая через ядро факела, спекаются и приобретают большую твердость, в связи с чем эффект самообдувки усиливается. На зарубежных электростанциях присадки применяются с размерами частиц обычно в пределах 1-10 мкм и редко - более 10 мкм.
Эффективность присадок зависит от химического состава топлива. Чувствительность к присадке падает с повышением содержания в топливе ароматических и непредельных углеводородов. Присадки при обычных температурах должны быть достаточно стабильны, не взаимодействовать с другими составляющими топлив, не вызывать коррозии топливной системы, не вымываться пресной и морской водой [3].
Ввод твердых присадок в котлоагрегат осуществляют в зависимости от поставленной задачи различными способами. Присадки либо предварительно добавляются в мазут в виде суспензий, либо распыливаются в потоке воздуха, идущего на горение, или в потоке газов хвостовой части котлоагрегата. При вводе присадок в топливо обеспечивается непрерывная их подача и равномерное опыление поверхностей нагрева. Метод ввода присадок должен выбираться на основании технико-экономического расчета, с учетом стоимости присадок и технологического оборудования для их ввода, а также эксплуатационных расходов. В настоящее время еще нет данных для такого всестороннего анализа методов ввода присадок.
Из большого количества твердых присадок, испытанных на электростанциях как у нас, так и за рубежом, по совокупности показателей наилучшими в большинстве случаев оказались соединения, содержащие в своем составе магний [1, 3, 4]. На электростанциях СССР из твердых присадок наиболее широко используют каустический магнезит (Mg0), за рубежом — главным образом доломит (MgС03*CaC03) . Действие твердых присадок зависит не только от их свойств, но и от места ввода их в котлоагрегат. При вводе присадок в зону низкотемпературных поверхностей нагрева присадки взаимодействуют с окислами серы 802 и 803, сорбируя и связывая их, с образованием при этом нейтральных химических соединений, в основном сульфатов. Они также могут препятствовать образованию дополнительных количеств 803 в дымовых газах, подавляя процесс каталитического окисления 802. При образовании в дымовых газах серной кислоты твердые присадки нейтрализуют ее, что приводит к снижению Iр в дымовых газах. При конденсации паров серной кислоты на поверхностях нагрева присадки, осаждаясь, нейтрализуют сконденсировавшуюся кислоту, предохраняя металл от коррозии и препятствуя образованию липких и прочных отложений на нем. Твердые частицы присадок способствуют механической очистке поверхностей нагрева от золовых отложений.
При вводе твердых присадок непосредственно в топку они вступают в химическое взаимодействие с наиболее опасными, с точки зрения образования отложений и протекания высокотемпературной коррозии, соединениями серы, ванадия и натрия, переводя их в химически неактивные вещества с более высокой температурой плавления. Благодаря этому отложения на поверхностях нагрева приобретают рыхлую структуру и частично осыпаются в виде твердых зерен [1].
Присадки при сжигании сернистых топлив вначале получили распространение в США. В СССР, независимо от этих работ, эффективность применения присадок была обнаружена в результате исследований, проведенных в 1954 г. на Грозненской ТЭЦ по предложению А.В. Синявского. В качестве
присадок использовалась пушонка извести с содержанием 50-60 % СаО, а впоследствии и доломит - смесь карбонатов кальция и магния (СаО 30-34 %, MgО 21-22 %, СО2 38 - 48%). Известь в количестве 0,1 % от веса сожженного топлива вдувалась сжатым воздухом 1 раз в смену в обе стороны топки. По опыту Грозненской ТЭЦ содержание СаО в отложениях на поверхностях нагрева котлов, в газоходы которых вводилась известь, увеличилось в 1,5 - 2,0 раза и значительно уменьшилась их кислотность. При этом структура отложений улучшилась, они стали хрупкими, легко счищаемыми. Эти опыты также показали, что известь целесообразно вводить в газовый тракт, что позволяет осуществлять подачу извести в отдельные газоходы в соответствии с кислотностью отложений.
При вводе доломита на экранах образовывались осаждения золы настолько рыхлые, что под действием своего веса осыпались, и тепловосприятие экранов при работе котла не уменьшалось. Затраты на очистку поверхностей нагрева при вводе доломита с учетом стоимости присадки уменьшились почти в 10 раз. В качестве присадки был использован и каустический магнезит (Mg0 65-80 %), который вдувался в топку через два отверстия в задней стене в количестве 0,370,55 г/кг мазута. В работе [4] изучено влияние доломита, каолина, Mg0, Mg(0H)2 на интенсивность коррозии образцов стали при * = 650 °С. При указанной температуре скорость коррозии оказалась меньше, чем при * = 595 °С без присадок.
В США фирмой Бабкок и Вилькокс на опытной установке проверялась эффективность различных присадок, повышающих температуру плавления золы, влияние их на количество и свойства отложений в интервале температур поверхностей 405-735 0С, характерном для условий работы пароперегревателей. Присадки смешивались с топливом до его сжигания. Считалось, что при этом увеличивается эффективность присадок вследствие равномерного диспергирования их в топливе и более тесного контакта с золой топлива во время горения. В качестве присадок опробованы: алюминиевые металлические хлопья, алюминат натрия, алюминат кальция, окись алюминия гидратированная, алюминиево-магнезиальная смесь, каолин, силиций, этилсиликат, окись кальция, карбонат кальция, окись магния и карбонат магния. Очень хорошие результаты были получены при использовании окиси магния, карбоната магния, окиси кальция, карбоната кальция, алюминиево-магнезиальной смеси и алюминиевых металлических хлопьев. Отложения получались порошкообразные, легко удаляемые с поверхностей змеевиков, по сравнению со стекловидной оплавленной золой, полученной без применения присадок [6,7,8,9].
Влияние доломита, каустического магнезита, окиси магния, цинка, а также других соединений, содержащих Mg и Zn, на точку росы и коррозию изучалось многими исследователями. При вводе доломита, извести и магнезита в количестве 0,1-0,2 % от веса топлива не достигается точка росы водяных паров, но снижение содержания 803 в дымовых газах оказывается достаточным для прекращения коррозии [1].
Присадки, содержащие цинк и магний, - это твердые вещества, которые могут подаваться в топку или газоходы в виде тонко измельченного порошка. Эти присадки могут также вводиться в топливо в виде суспензии. Так как эффективность соприкосновения окислов цинка и магния пропорциональна свободной поверхности частиц, то присадки должны быть тонко диспергированы. Однако концентрация присадок даже при очень тонком их измельчении оказывается значительно большей, чем это следует из стехиометрических
расчетов, вследствие недостаточной эффективности соприкосновения реагирующих веществ [1,4].
Среди водорастворимых присадок довольно широкое распространение в энергетике получила присадка, созданная ВТИ на основе минерала бишофита, названная присадкой ВТИ-4ст. Активным началом этой присадки является ион магния, входящий в структуру кристаллического MgCl2. Бишофит содержит 46-50 % активного вещества (хлористого магния) и влагу. В качестве растворимой присадки может также применяться безводный расплав MgCl2, выпускаемый заводами цветной металлургии, а также водный раствор хлористого магния, являющийся отходом ряда химических производств [1]. Присадка ВТИ-4ст и ее разновидности на основе магния предназначена для уменьшения коррозионной активности золы высокосернистого мазута. Повышение содержания магния в золе повышает температуру ее перехода в расплав, а образующийся оксид магния вступает в реакцию с триоксидом серы, связывая ее в нейтральные сульфаты, снижая, тем самым, содержание 803 в дымовых газах и их точку росы. Благодаря присадке ВТИ-4ст снижается загрязнение поверхностей нагрева котлов при сжигании мазутов, особенно высокосернистых, и предотвращается их коррозионное повреждение.
Рабочий раствор присадки из твердых реагентов готовят в две стадии (рис. 1). Сначала готовится концентрированный (примерно 25 % по массе) раствор, а затем он разбавляется до рабочей концентрации (10-15 % по массе). Оптимальная дозировка присадки зависит, в основном, от содержания соединений серы и ванадия в мазуте [1].
Рис. 1. Схема приготовления присадки ВТИ-4ст: А - подача твердой присадки; Б - подача воды; В - выгод готовой продукции; 1 - бункер-разбавитель; 2 - емкость с концентрированным раствором; 3 - емкость с готовым раствором; 4 - насос-дозатор; 5 - фильтр готового раствора; 6 - фильтр промежуточный; 7 - насос промежуточный; 8 - насос циркуляционный
Минеральная присадка на алюмосиликатной основе, представляющая собой смесь из кальциевой монтморилланитовой глины - 85 %, тринатрийфосфата - 10 % и бората натрия - 5 % разработана в САФНИИПромгаз. Добавка тринатрийфосфата и бората натрия, по мнению автора присадки Л.М. Цирульникова, способствует интенсификации процесса горения мазута. Присадка диспергируется в мазуте в виде водной суспензии. При этом образуется эмульсия присадки с мазутом. Вследствие присутствия в присадке глинистых частиц, а в мазуте природных органических эмульгаторов (асфальтенов, карбенов,
карбоидов) эмульсия оказывается гидрофобной и относится к типу «вода в масле». Частицы алюмосиликатов в этом случае распределяются по наружной поверхности капель воды и вместе с эмульгаторами мазута образуют сольватный слой, препятствующий агрегатированию капель и расслаиванию эмульсии.
Присадка АЬО^Юз Мат
Мазут с присадкой к котлам
Рис. 2. Принципиальная схема приготовлена алюмосиликатной присадки: 1 - жидкостной диспергатор; 2 - механический фильтр для очистки присадки; 3 - расходная ёмкость; 4 - насос-
дозатор присадки; 5 - мазутный насос [12]
Приготовление алюмосиликатной присадки проводится по схеме, показанной на рис. 2. Предварительно тонкоразмолотая присадка перемешивается в жидкостном диспергаторе 1. Образующаяся суспензия пропускается через фильтр 2 для отделения от нее крупных включений (более 5 мкм) и поступает в расходную емкость 3, откуда с концентрацией 5 - 7 % насосом-дозатором 4 подается во всасывающие линии центробежных мазутных насосов высокого давления 5, которые обеспечивают равномерное распределение присадки в мазуте.
В США широкое распространение на электростанциях получили твердые присадки на магниевой основе, производимые компанией WITCO. К ним относятся присадки НУВА8Е М-12 и НУВА8Е М-14, содержащие соответственно 12 и 14 процентов (по массе) активного вещества в форме карбоната (сульфаната) магния. Присадки имеют высокую дисперсность - средний размер частиц не превышает 0,2 мкм, что значительно увеличивает реакционную поверхность, повышая эффективность использования магния. Частицы активного вещества "мягкие" и поэтому не вызывают абразивного износа трубопроводов и конструктивных элементов форсунок. Присадки растворимы в воде и мазуте [1,7,8,9]. Себестоимость обработки мазута присадками без учета транспортных расходов и таможенных пошлин, по данным компании, составляет 0,6 - 1,5 % от его стоимости.
Опыт использования присадок к мазуту, сжигаемому в камерах сгорания газовых турбин, показал, что присадки на магниевой основе также снижают ванадиевую коррозию конструктивных элементов турбин при соотношении Ме:У=2,5:1 [1,3].
Присадка Рго1еа Согопа1а М-29 предназначена для борьбы с отложениями на огневой стороне и коррозией, вызываемой ванадием, натрием и серой, работает как катализатор горения и ингибитор шлака. Рго1еа Согопа1а М-29 - жидкая маслорастворимая дисперсия, основанная на наноразмерной гидроокиси магния, рассредоточенной в модифицированной жирной кислоте. Содержание магния в продукте - около 30 % от веса. Маленький размер частиц позволяет присадке быть диспергированной в мазуте, формируя однородное устойчивое соединение. Рго1еа Согопа1а М-29 может дозироваться для применения как непосредственно в мазутопровод перед горелками, так и в расходный резервуар[10].
Присадки используются также для снижения окислов азота, образующихся при сгорании топлива. Различают семь категорий топочных присадок, снижающих содержание окиси азота:
1. Растворимые металлоорганические соединения, являющиеся гетерогенными катализаторами восстановительных реакций:
2Ш + 2С0 ^ N2 + 2СО2 или реакций разложения:
2N0 ^ N2 + О2.
2. Вещества, связывающие или вызывающие рекомбинацию атомов кислорода (СС14, (СРз)2СИ0И).
3. Вещества, снижающие максимальную температуру путем увеличения радиации факела (дихлорпентандиен, органометаллические соединения) или вследствие протекания в факеле эндотермических реакций (нитрат аммония, ацетат гидразина).
4. Вещества, изменяющие гидродинамику факела (полиизобутилен, растворенные полимеры).
5. Вещества, задерживающие воспламенение (эфир, аналин) и, тем самым, уменьшающие время пребывания в высокотемпературной зоне.
6. Вещества, разлагающие N0 до свободного азота (аналин, муравьинокислый аммоний, ацетат гидразина).
7. Комбинации веществ, усиливающие воздействие каждого из них (например, монель - 0,7 N1 + 0,3 С, или 8Ь + СС14).
Как показали лабораторные исследования и опытные испытания [1, 3, 4], эффективны лишь присадки металлоорганических соединении, лучшие из которых снизили образование N0 на 30 %. Однако применение этих присадок вызывает эксплуатационные трудности, связанные с опасностью образования отложений окислов металлов на поверхностях нагрева.
В работе [11] отмечается эффективность присадок к мазуту водных растворов MgC12 и алюмосиликатных соединений. Так, введение 0,5 % MgC12 от расхода мазута М100 при сжигании его в котле ПК-41-1 при номинальной нагрузке с коэффициентом избытка воздуха а = 1,13 снизило концентрацию N0 на 15 %, а при избытке воздуха 8 %-я концентрация N0 уменьшилась вдвое. Влияние алюмосиликатных соединений объясняется каталитическим воздействием их на процесс восстановления N0 до N в зоне высоких температур (выше 800 °С) и адсорбцией окислов азота частичками присадки в зоне низких температур (ниже 200 °С).
Приведенные способы повышения качества топлива и полноты его сгорания непосредственно влияют на снижение вредных выбросов и сажи в отработавших газах, особенно при использовании тяжелых сортов топлив, которые в силу физико-химических свойств в чистом виде (без присадок) характеризуются повышенной неполнотой сгорания и дымностью, нагарообразованием, закоксовываемостью топливной аппаратуры и т. д.
Присадки, предназначенные для остаточных топлив, незаслуженно мало интересуют разработчиков, хотя топочные мазуты достаточно широко применяют во всех странах и особенно в России. Ассортимент присадок для остаточных топлив, сложившийся в России, перестает удовлетворять новым условиям развития энергетики. Вовлечение в котельные топлива остатков термодеструктивных процессов (термокрекинга, висбрекинга) ведет к нарушению их агрегативной устойчивости: расслоению, образованию отложений, забивке
систем подготовки топлив. Установлено, что большинство отечественных, а также известных зарубежных присадок в данном случае неэффективны [1,3].
Выводы
1. В работе приведены сведения об основных отечественных и зарубежных присадках к котельным топливам, допущенных к применению в России.
2. Рассмотрены назначение, классификация присадок, принцип их действия, ассортимент, способы обработки мазута присадками.
3. Показаны особенности использования присадок, их недостатки, техническая и экономическая эффективность применения присадок.
4. Присадки для котельных топлив, применяемые в России, перестали удовлетворять новым условиям развития энергетики.
Summary
The paper provides information on domestic and foreign additives to fuel oil, approved for use in Russia, as well as some prototypes additives, have successfully passed the bench and performance tests. We consider the appointment of additives, the principle of their action, the main indicators of quality, variety, technical and economic efficiency of application, as well as ways of handling fuel oil additives.
Key words: thermal power plant, fuel oil, additive.
Литература
1. Данилов А.М. Применение присадок в топливах. М: Мир, 2005. 288 с.
2. Тертерян Р.А. Депрессорные присадки к топливам, нефтям и маслам. М.: Химия, 1990. 348 с.
3. Вишнякова Т.П., Голубеева И.А., Крылов И.Ф., Лыков О.П. Стабилизаторы и модификаторы нефтяных дистиллятных топлив. М.: Химия, 1990. 152 с.
4. Верховский Н.И. и др. Сжигание высокосернистого мазута на электростанциях. М.: Энергия, 1970. 447с.
5. Зверева Э.Р., Ганина Л.В. Присадка к мазуту: патент на изобретение, заявка № 2007136395/04 от 01.10.2007 Рос. Федерация, положительное решение от 06.03.2009.
6. Herbstmann Sh. // СЬет1есЬ.1990.У.20 № 4.Р 212-217.
7. Hammeri R., Roniski T., Weir J. // SAE Techn. Pap. Ser.1991. №912436.P.1-
13
8. Hinkamp J. //Oil & Gas J. 1983.V.81.№37. P.170, 172,177-178.
9. Dewimille B., Duricz G., Rabillound J., Bonhoure F., Moulinier P., Beziau C. //Rev. Inst. Fr. Petr. 1997. V.52.№6. P. 643-649.
10. Заключение по работе "Проведение промышленных испытаний присадки Protea Coronata М-29 при сжигании мазута на газомазутных ТЭЦ", ВТИ-2006, Москва.
11. Морозов И.П., Белосельский Б.С., Смирнов В.М., Тумановский В.А., Замегргад В.Э. Применение присадок при сжигании мазутов на электростанциях и промышленных котельных // Энерго-пресс. №18/232.
12. Белосельский Б.С., Глухов Б.Ф. Подготовка и сжигание высокоподогретых мазутов на электростанциях и в промышленных котельных. М.: Изд-во МЭИ, 1993. 72 с.
13. Зверева Э.Р., Лаптев А.Г., Ганина Л.В., Андрюшина И.А. Повышение экологической безопасности мазутных хозяйств электростанций // Энергосбережение и водоподготовка. 2009. №4(60). С. 20-21.
14. Зверева Э.Р., Ганина Л.В., Андрюшина И.А. Влияние присадки на эксплуатационные свойства топочных мазутов // Химия и технология топлив и масел. 2009. №5. С. 31-33.
Поступила в редакцию 29 июня 2010 г.
Зверева Эльвира Рафиковна - канд. хим. наук, профессор кафедры «Технология воды и топлива» Казанского государственного энергетического университета. E-mail: [email protected].
