КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Общие технические характеристики топлив

К техническим относятся характеристики топлива, которые оказывают непосредственное влияние на работу котла и его оборудование. Они раз­деляются на общие, свойственные всем видам топлив (твердым, жидким, газовым) и специальные, относящиеся к данному виду топлива.

Общими техническими характеристиками топлив являются теплота сгорания, содержание минеральных примесей (зольность), влагосодержа - н11е (влажность) и наличие серы в топливе (сернистость).

Теплота сгорания является важнейшей характеристикой любого топлива, определяющей расход топлива для работы котла (рассмотрена в разделе 3.2).

Зольность определяет содержание минеральных примесей в топ­ливе. Наибольшее количество примесей имеют твердые топлива. Примеси попадают в топливо главным образом при его добыче из окружающих пород земли и состоят главным образом из глины АІ20зх28і02 х 2Н20, силикатов Si02 и железного колчедана FeS2. В их состав, кроме того, входят: сульфаты кальция и железа, окислы различных металлов, фосфаты, щелочи, хлори­ды и т. д. Минеральные примеси горючих сланцев в основном состоят из карбонатов кальция СаСОз и магния MgC03.

При сжигании топлива его минеральные примеси в зоне высоких тем­ператур ядра факела претерпевают ряд превращений, в процессе которых образуется зола. Исходные минеральные примеси и зола различаются не только по химическому составу, но и количественно. У большинства уг­лей минеральная часть на 7-15% больше, чем зольность после сгорания угля. Поэтому понятие зольности топлива А условно. Однако этот термин является общепринятым.

Минеральные твердые примеси в небольшом количестве попадают так­же и в нефть в процессе ее добычи и переходят после переработки нефти в мазут. Зольность мазута обычно составляет не более 0,1%. Природный газ не имеет минеральных твердых примесей, его балласт составляют него­рючие газовые компоненты.

Образовавшаяся зола представляет собой смесь минералов, которые имеют разные температуры плавления (от 800 до 2 700°С). Свойства золы играют большую роль в организации работы парового котла. Часть золы, расплавленной в ядре факела, в условиях турбулентного перемешивания объединяется (слипается) и, становясь крупными тяжелыми частицами, вы­падает в нижнюю часть топочной камеры (шлакоприемник) в виде шлака. Другие расплавленные частицы золы, двигаясь вместе с газами, налипают на настенные топочные экраны и затвердевают на них. Это явление назы­вают шлакованием экранов. Мельчайшие твердые частицы золы подхваты­ваются потоком топочных газов и уносятся из топочной камеры, образуя ■іетучую золу. Последняя загрязняет конвектинные поверхности нагрева, снижая их тепловую эффективность.

Особенностью золы мазута (главным образом сернистого) является на­личие в ней ванадия, V2O4, интенсифицирующего образование плотных отложений на поверхностях нагрева. Окислы ванадия, кроме того, при вы - сокой температуре стенки труб (600-650°С) вызывают коррозию этих по­верхностей. Поэтому в эксплуатации мазутных электростанций принимают меры, предотвращающие развитие интенсивной ванадиевой коррозии.

Влагосодержание (влажность). Влажность, как и зольность топлива, относится к его балласту и снижает теплоту сгорания. Причем влагосодержание более существенно воздействует на теплоценность топ­лива, так как дополнительно требует затрат тепла при горении топлива на превращение влаги в пар.

Влага в твердом топливе разделяется на внешнюю Wmmi и внутрен­нюю WBHT. Первая механически удерживается на поверхности топлива за счет смачивания, и ее количество в натуральном топливе зависит от его фракционного состава: влаги тем больше, чем мельче топливо, а значит, сильнее развита его поверхность. Существенное влияние оказывают на на­личие внешней влаги атмосферные условия, при которых хранится (пере­возится) топливо.

Внутренняя влага связана с органическим веществом топлива, его фи­зическим состоянием (пористость, плотность). Принято внутреннюю влагу называть гигроскопической Wги (см. рис. 3.1). Ее количество более тесно связано с возрастом твердого топлива и уменьшается по мере его старения (в бурых углях W™ = 10-г12%,в каменных углях — 3-8%, а в антрацитах и полуантрацитах — 1,5-2,5%).

В жидком топливе (мазуте) влага присутствует обычно в небольшом количестве (1-3%), а в отдельных случаях (обводненные мазуты) — до 10- 12%, что связано с разогревом вязких мазутов перед их сливом из цистерн высокотемпературным паром путем непосредственного ввода пара в массу мазута.

В природных газах практически нет влаги, газ обезвоживается перед поступлением его в газопровод. Поэтому влагосодержание газа соответству­ет обычному насыщению газового объема водяными парами при темпера­туре и давлении природного газа.

Наличие влаги в топливе, снижая теплоценность топлива, ведет к уве­личению его расхода и, таким образом, увеличению поступления влаги в котел. При этом растут объемы продуктов сгорания, увеличиваются по­тери теплоты с уходящими газами, расход энергии на размол (подготовку) топлива и удаление продуктов сгорания. Повышенная влажность твердо­го топлива затрудняет нормальное его движение по топливному тракту за счет потери сыпучести, в зимнее время дополнительно появляется явление смерзаемости топлива. В газовом тракте при наличии увлажненного пото­ка газов развиваются коррозионные процессы, а также расширяется область липких отложений на низкотемпературных поверхностях нагрева.

С е р о с о д с р ж а н и е (с е р н и с т о с т ь). Сера имеет невысокую теп­лоту сгорания, а продукты се сгорания (оксиды серы SO2 и SO3) оказывают чрезвычайно вредное воздействие на окружающую среду и рабочие органы и поверхности котельной установки.

Сера в твердом топливе находится частично в составе органической массы (см. рис. 3.1), в горючей массе — в форме сульфата железа (кол­чедана — FeS2), а также входит в минеральную часть (в виде сульфатов типа CaSC>4, Na2SC>4 и т. п.). Последняя полностью окислена и в процес­се горения не участвует. Содержание органической и колчеданной серы в твердом топливе находится в пределах 0,3-6%.

В мазуте, сера присутствует главным образом в со, ставе сероорганиче - ских соединений и в меньшей части в форме сероводорода и элементарной серы, растворенной в углеводородных смесях. По содержанию серы топ­ливные мазуты разделяются на сернистые (при 5Р от 0,5 до 1,5%) и высо­косернистые (при 5Р от 1,5 до 3,5%>).

В природном газе сера присутствует в основном в форме газообраз­ного сероводорода H2S, количество которого достигает в отдельных случа­ях 0,8%) объема газа.

Приведенные характеристики топлива. С увеличением бал­ласта уменьшается горючая часть топлива и одноврем/енно снижается его теплота сгорания. Для обеспечения заданной паропроизводительности кот­ла при этом потребуется увеличить расход топлива, а значит еще более увеличится поступление балласта в котел. Поэтому процентное содержа­ние влаги и золы в 1 кг топлива еще не является достаточной мерой их расхода через котел и выброса затем в окружающую среду. Более полную характеристику соотношения массовых расходов при сжигании различных топлив дает выраженное в процентах содержание химических элементов и балласта, отнесенное к 1 МДж низшей теплоты сгорания топлива, кото­рое называют приведенной характеристикой.

В практике пользуются тремя характеристиками — приведенными влажностью, зольностью и сернистостью (% кг/МДж), которые определяют по формулам:

= = = (3.13)

Ц/н Ц/н Ц/н

Так, при одинаковом исходном содержании серы 5Р = 3% в 1 кг мазута (Qn = 39 МДж/кг) и бурого угля ((3Р=Т2 МДж/кг), приведенная сернистость будет составлять у мазута Sn = 0,077%, а у бурого угля Sn -- 0,25%. Отсю­да следует, что при одинаковой мощности парового котла выброс оксидов серы с уходящими газами на буром угле будет в 3,25 раза больше.