1.7 Жидкое топливо

Мазут, получаемый из нефти, является основным видом жидкого энергетического топлива. В зависимости от технологических условий различают разгонку - неглубокую переработку нефти и крекинг - глубокую переработку.

При разгонке нефть разделяется на фракции по температурам их кипения без разрушения молекулярной структуры углеводородов. При крекинге молекулы разрушаются с образованием новых соединений. При крекинге кроме легких углеводородов образуются сложные и тяжелые углеводороды – гудрон и полугудрон, а также твердые вещества - асфальтены, карбены и карбоиды.

Мазут, получаемый при неглубокой переработке нефти, называют прямогонным мазутом, при глубокой переработке нефти – крекинг-мазутом.

Стандартом установлены следующие марки мазутов:

• мазут флотский Ф 5 и Ф 12;

• мазут топочный М 40 и М 100.

Условная вязкость (ВУ) - отношение времени истечения 200 мл продукта при температуре 50 С ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды при температуре 20 С. Марка мазута характеризует максимальное значение условной вязкости (ВУ) при температуре 50 С.

Флотские мазуты Ф 5 и Ф 12 относятся к категории легких топлив, топочный мазут марки М 40 – к категории средних топлив, топочный мазут марки М 100 – к категории тяжелых топлив.

В пределах марок, в зависимости от содержания серы, топочные мазуты подразделяются на три сорта:

1. малосернистые (S^р  0,5 %),

2. сернистые (S^р = 0,5…2,0 %)

3. высокосернистые (S^р = 2,5…3,5 %, не более 4,3 %.).

Мазут состоят из пяти основных элементов: углерода, водорода, серы, кислорода и азота. Минеральные примеси в мазутах представляют собой соли щелочных металлов, а также продукты коррозии резервуаров. Зольность топочных мазутов (А) весьма незначительна и обычно не превышает 0,1 %. Содержание воды (W) в мазутах колеблется в пределах 0,5…5 %, а в отдельных случаях и выше. Значительное обводнение мазута происходит при разогреве острым паром. При сжигании обводненных мазутов уменьшаются температура горения и снижается КПД парогенератора.

Вязкость мазута является важнейшей его характеристикой. Измеряется в единицах условной вязкости (ВУ). Вязкость определяет условия транспортировки, способы сливных операций и эффективность работы форсунок.

Вязкость мазута с увеличением температуры сильно уменьшается. Причем, для мазутов М 40 и М 100 разница в подогреве должна составлять всего 20 С (104 С и 124 С), для получения одинаковой вязкости перед форсункой.

С ростом давления вязкость мазута повышается. Обычно пользуются относительной плотностью (по отношению к плотности воды при температуре 20 С), которая составляет ₂₀ = 0,95…1,06.

Плотность определяет условия отстаивания воды из мазутов и осаждения механических примесей. При малой плотности мазута отстаивание от воды протекает быстро и не превышает 100…200 ч. При относительной плотности около 1,05 мазут располагается в резервуарах под слоем воды и отстаивание невозможно.

Для перекачки мазута и слива его температура должна быть не ниже 60…70 С, что обеспечивает вязкость 30 ВУ.

Технологическая схема подготовки мазута (рис. 1.6) на электростанции включает приемно-сливное устройство 2, основные резервуары для хранения постоянного запаса мазута 6, мазутонасосную систему, систему трубопроводов для мазута и пара, группу подогревателей и фильтров [5].

Мазут перед сжиганием необходимо подготовить: удалить механические примеси, повысить давление и подогреть для тонкого распыливания. Температура в баках поддерживается на уровне 60…80 С за счет циркуляционного подогрева.

1 – цистерна с мазутом; 2 – сливное устройство; 3 – фильтр грубой очистки; 4 – сливной резервуар с подогревом; 5 – перекачивающий насос; 6 – основной резервуар;7, 8 – линии рециркуляции мазута; 9 – насос первого подъема; 10 – обратный клапан; 11  подогреватель мазута; 12  фильтр тонкой очистки; 13 – насос второго подъема; 14 – запорная задвижка; 15 – регулятор расхода; 16 – расходомер; 17 – задвижка форсунки; 18 – форсунки

Рисунок 1.6 - Технологическая схема подготовки мазута на электростанции

Типовой является двухступенчатая схема, предусматривающая повышение давления насосами 9 и 13. Очистка мазута от твердых фракций происходит поэтапно: в фильтрах грубой очистки 3 с размером ячеек 1,51,5 мм², а затем в фильтрах тонкой очистки 12 с ячейками 0,3…0,5 мм, перед насосами второй ступени 13.

Теплота сгорания обезвоженного мазута колеблется в пределах от 39 до 41,5 МДж/кг. Теплота сгорания зависит от соотношения главных горючих элементов С, Н, а также от содержания S, О и N. Присутствие в составе смол и асфальтов снижает теплоту сгорания мазута. Теплота сгорания рассчитывается по формуле Д.И. Менделеева (погрешность не более 2%).

Температура вспышки мазута – температура, при которой пары мазута вспыхивают при контакте с открытым пламенем. Прямогонные мазуты имеют температуру вспышки 135…235 С, парафинистые - около 60 С. Во избежание пожара, температура подогрева мазута в открытых системах должна быть ниже температуры вспышки.

При уменьшении температуры происходит загустевание мазута. При температуре застывания мазут загустевает настолько, что в пробирке при ее наклоне под углом 45 уровень остается неподвижным в течение одной минуты. Высокой температурой застывания характеризуются мазуты с большим содержанием парафинов. Температура застывания определяет выбор технологической схемы хранения мазута и его транспортировки.