CC BY
107
УДК 665.55/66.19.711
ВЛИЯНИЕ СЕРНИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЗУТА М100
Р.Е. ЛИПАНТЬЕВ, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет
Изучено влияние содержания общей серы на физико-химические свойства мазута М100. При различном диаметре подвижных графитовых электродов в электродуговом реакторе была проведена серия экспериментов с целью исследования процесса обессеривания мазута М100.
Ключевые слова: мазут, электродуговой реактор, элементный состав.
В настоящее время добываемые в РФ нефти относятся к высокосернистым. В процессе переработки такой нефти нефтепродукты обогащаются сернистыми соединениями.
Эксплуатация нефтепродуктов с высоким содержанием сернистых соединений приводит к быстрому износу оборудования в результате высокой коррозионной активности серы. Следует отметить, что более 60 % сернистых соединений в процессе нефтепереработки переходит в мазут, который широко используется в качестве котельного топлива на электрических станциях. Поэтому разработка совершенных и принципиально новых технологических схем очистки нефтепродуктов от серы представляет значительный интерес. Большое значение эти вопросы представляют при потреблении нефтепродуктов тепловыми электрическими станциями, работающими на мазуте. Топочные мазуты для электрических станций содержат в своём составе от 3 до 5 % общей серы [1-3]. Сжигание сернистых мазутов способствует интенсивному золовому заносу поверхностей нагрева котлов, коррозионному и аэрозионному износу его хвостовых поверхностей нагрева. Золовой занос приводит к уменьшению паропроизводительности котлов на 20 %. При этом потери тепла с уходящими газами возрастают на 20-25 %, в результате удельный расход топлива увеличивается на 510 %, расход электроэнергии на дутьё и тягу - в два раза [2, 3].
В свою очередь, повышение точки росы означает образование в уходящих газах сернистой кислоты - сильнейшего коррозионного агента. В этом случае дымовые газы содержат оксид серы и микрокапли сернистой кислоты. Результатом совместного воздействия этих токсичных соединений является закисление почв, коррозия зданий и сооружений, находящихся на территории, прилегающей к электрическим станциям, а также вредное влияние на флору и фауну.
В связи с вышесказанным возникает проблема подготовки сернистых мазутов к сжиганию в топках энергетических котлов с целью снижения их негативного воздействия на оборудование станций и окружающую среду. Решение данной проблемы включает несколько этапов:
- изучение влияния сернистых соединений на физико-химические свойства мазутов;
- разработка эффективных методов подготовки мазутов к сжиганию без использования различного типа карбонатных присадок, увеличивающих его зольность и снижающих концентрацию оксидов серы в уходящих дымовых газах.
В настоящей работе исследовали влияние содержания общей серы на физико-химические свойства мазута М100 (табл. 1). © Р.Е. Липантьев, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
172
Физико-химические характеристики мазута М100
Таблица 1
Показатели Численные значения Метод испытания по ГОСТ
Условная вязкость, °ВУ при 50 °С 100,0 6258
Условная вязкость, °ВУ при 80 °С 25,3 6258
Температура вспышки не ниже, °С 125,0 4333
Температура застывания не выше, °С 25,0 20287
Плотность при 80 °С, кг/м3 978,0 3900
Содержание серы, % 4,37 3877
Исследования проводили в электродуговом реакторе [4] с использованием подвижных графитовых электродов различного диаметра (0,5 - 13 мм). На выходе из реактора в мазуте определяли эксплуатационные характеристики плотности и условной вязкости и содержание общей серы.
Экспериментальные данные в виде графических зависимостей приведены на рис. 1-4. Влияние диаметра шариков подвижных электродов на снижение концентрации серы в мазуте М100 показан на рис. 1.
0
0
2
4
6
8
10
12 14 Диаметр, мм
Рис. 1. Влияние диаметра подвижных электродов на концентрацию серы в мазуте М100
Из рисунка, следует, что с увеличением диаметра шариков подвижных электродов от 0,5 до 13,0 мм концентрация серы в мазуте снижается от 4,37 до 0,42 %. Причём максимальное снижение концентрации серы до 0,43 % происходит при диаметре шарика, равном 10,0 мм. Дальнейшее увеличение диаметра подвижных электродов до 12 и 13 мм приводит к незначительному снижению концентрации серы в мазуте (соответственно на 0,006 и 0,004 %). Поэтому оптимальным диаметром шарика является 10 мм, при котором происходит наибольшее обессеривание мазута М100.
На рис. 2 показана зависимость условной вязкости мазута М100 от концентрации серы. В соответствии с данными рисунка, с уменьшением концентрации серы в мазуте от 4,5 до 0,43 %, условная вязкость последнего снижается с 25 до 2,5 °ВУ, т.е. в 10 раз.
Вязкость относится к одному из важнейших технических характеристик мазута, определяющих: распыление (т.е. полноту сгорания топлива): методы и продолжительность сливо-наливных операций, условия перевозки и перекачки мазута, гидравлические сопротивления при транспортировке его по трубопроводам и эффективность работы форсунок в топочной камере энергетического котла. От вязкости в значительной мере зависит скорость осаждения механических примесей при
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
173
хранении и транспортировке мазута. Снижение условной вязкости мазута в значительной степени улучшает эксплуатационные характеристики мазута.
0
1
2
3
4 5
Концентрация серы, %
Рис. 2. Зависимость условной вязкости мазута М100 от концентрации серы
Зависимость плотности мазута от концентрации сернистых соединений (рис. 3) показывает, что при снижении концентрации серы от 4,37 до 0,43 % плотность мазута М100 уменьшается в 1,06 раза. Уменьшение вязкости мазута (рис. 2) и его плотности (рис. 3) улучшает отстаивание мазута от воды. Обводнение мазута понижает экономические показатели работы энергетического котла, увеличивает коррозию хвостовых поверхностей нагрева при сжигании сернистого мазута. С понижением плотности и вязкости мазута улучшаются условия осаждения твёрдых частиц.
3,5 4 4,5 5 Концентрация серы, %
Рис. 3. Зависимость плотности от концентрации серы в мазуте М100
При понижении концентрации серы в мазуте от 4,37 до 0,43 % температура застывания мазута М100 понижается от 25 °С до 10,4 °С, т.е. в 2,5 раза (рис. 4).
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
174
о
3,5 4 4,5 5 Концентрация серы, % Рис. 4. Зависимость температуры застывания мазута М100 от концентрации серы
Высокая температура застывания мазута вызывает необходимость постоянного подогрева мазута перед подачей в топочную камеру котла, а также непрерывного подогрева периодически действующих топливопроводов и тщательной изоляции как трубопроводов так и котельного оборудования, чтобы избежать образования нежелательных отложений в трубах и арматуре и их полной закупорки.
Проведённые экспериментальные исследования, связанные с обессериванием топочных мазутов, позволяют удалять из последнего высококонденсированные циклические сераорганические соединения, повышающие вязкость, плотность и температуру застывания мазута, что обеспечивает хорошую текучесть и непрерывную циркуляцию мазута в мазутопроводах. Снижение концентрации сернистых соединений в топочных мазутах улучшает их эксплуатационные свойства, в частности повышая эффективность распыливания мазута форсунками в топочной камере энергетического котла и полноты возрастает степень сгорания его в топке.
В табл. 2 представлен элементный состав мазута М100 до и после его обессеривания в электродуговом реакторе. Из таблицы видно, что после обессеривания мазута в электродуговом реакторе содержание углерода, водорода в нём возросло при снижении концентрации серы в 10,16 раза. При этом теплота сгорания мазута увеличилась в 1,04 раза или на 3,7 %.
Таблица 2
Элементный состав мазута М100 до и после обессеривания в электродуговом реакторе
До обессеривания
Ср,% Нр,% 5р,% Nр,% Ор,% А р,% Vр,% Qр, кДж/кг
81,71 8,73 4,37 0,009 0,911 0,67 3,6 38422
После обессеривания
85,9 12,92 0,43 0,007 0,743 - - 39897
Как показали результаты проведенных исследований, обессеривание мазута в электродуговом реакторе позволяет улучшить эксплуатационные свойства мазута
М100.
Выводы.
1. Изучено влияние степени обессеривания мазута на его эксплуатационные свойства.
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
175
2. Обнаружена линейная зависимость между содержанием остаточной общей серы в мазуте и его плотностью и вязкостью.
3. Показано, что уменьшение содержания общей серы в мазуте приводит к снижению его вязкости и плотности, что является результатом действия структурообразующих свойств сернистых соединений в углеводородных смесях.
Summary
The studied influence of the contents of the general sulphur on physico-chemical characteristic of the fuel oil M100. Under different diameter rolling graphite electrode, in electro arc reactor, was organized series experiment for the reason studies of the process of removing the sulphur fuel oil M100.
Keywords: fuel oil, electro arc reactor, element composition.
Литература
1. Гайле А.А., Костенко А.В. Повышение качества топочных мазутов // Химия и технология топлив и масел. 2005. №4 С. 3-9.
2. Верховский Н.И. Сжигание высокосернистого мазута на электростанциях. М.: Энергия, 1970. 447 с.
3. Белосельский Б.С., Покровский В.Н. Сернистые мазуты в энергетике. М.: Энергия, 1969.
420 с.
4. Липантьев Р.Е. Тутубалина В.П. Установка для обессеривания мазута методом газификации //Известия вузов. Проблемы энергетики. 2010. № 7-8. С. 144-147.
Поступила в редакцию 12 октября 2011 г.
Липантьев Роман Евгеньевич - аспирант кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). E-mail: [email protected]
Тутубалина Валерия Павловна - д-р техн. наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ).
© Проблемы энергетики, 2012, № 1-2
176
