CC BY
39
УДК 628.162.5
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПОЧНЫХ
МАЗУТОВ
Э.Р. ЗВЕРЕВА*, А.Г. ЛАПТЕВ*, Л.В. ГАНИНА*, И.А. АНДРЮШИНА**
* Казанский государственный энергетический университет ** Химическая служба ООО «ИЦ Энергопрогресс»
Предложена доступная многофункциональная присадка к низкосортному мазуту. Рассмотрено влияние данной присадки на эксплуатационные свойства мазутов. Применение присадки позволяет улучшить технико-экономические и экологические показатели мазутных хозяйств, а также повысить надежность работы теплоэнергетического оборудования и продлить срок его службы.
Ключевые слова: электростанция, мазут, мазутное хозяйство, отход теплоэнергетического производства, шлам, многофункциональная присадка, сернокислотная коррозия.
В настоящее время ресурсосберегающие и природоохранные мероприятия являются актуальными в энергетике и в топливном хозяйстве ТЭС, в частности. Анализ структуры топливно-энергетического баланса России показывает, что в структуре энергетических мощностей доля ТЭС составляет 67 % от общего числа энергетических объектов. В экономически развитом европейском регионе сосредоточены и преобладают в основном газомазутные ТЭС [1], которые в качестве основного, вспомогательного и растопочного топлива могут использовать высоковязкий и высокосернистый мазут марки М100.
При сжигании низкосортного мазута образуются окислы азота и серы, окись углерода, сажа, бенз(а)пирен и другие токсичные вещества, которые с дымовыми газами поступают в атмосферу, а также возникают проблемы с высокотемпературной коррозией, причинённой наличием ванадия в топливе и низкотемпературной сернокислотной коррозией, вызванной присутствием серы. Причиной этого является химический состав мазутов. Простым и эффективным способом улучшения качества исходного мазута является введение в него специальных веществ - многофункциональных присадок, совмещающих антикоррозионные, депрессорные, вязкостные и антиокислительные свойства. Применение присадок основано на связывании агрессивных агентов (ванадия и серы), содержащихся в мазуте или образующихся при его сгорании, с переводом их в неагрессивные и не дающие отложений соединения [2].
Для предотвращения коррозии, причина которой - ванадий и сера, широко применяются добавки на основе магния, кальция и марганца. В настоящее время разработаны разнообразные виды многофункциональных присадок к мазуту, особенно широко применяемых в США и в Западной Европе. Разработано и применяется несколько типов жидких и твердых растворимых присадок, в частности группа присадок ВНИИНП, присадка ВТИ-4ст, минеральная присадка на алюмосиликатной основе, Рго1еа Согопа1а М-29 и другие [3]. В качестве присадок используют отдельные химические соединения, полимеры, их композиции, а также отходы некоторых производств.
Мы предлагаем в качестве многофункциональной присадки к мазуту использовать шлам, образующийся при подготовке воды на тепловых
© Э.Р. Зверева, А.Г. Лаптев, Л.В. Ганина, И.А Андрюшина Проблемы энергетики, 2009, № 11-12
электрических станциях и имеющий в составе соединения карбоната кальция, гидроксида железа, гидроксида и оксида магния, оксида кремния и гидроксида алюминия. Данная присадка была испытана на мазутах марки М100 (табл. 1). Оптимальная концентрация присадки составляет 1 - 2 % от массы мазута, при которой она легко растворима в мазуте и в воде при температурах до 40 0С [4].
Таблица 1
Таблица результатов анализа
Определяемый показатель Ед. изм. Средний результат анализа для пробы мазута с присадкой (в г.)
0 0,5 1 2 3 4
Плотность при 20 0С кг/м3 975 974 975 972 910 986
Содержание серы % 2,75 2,64 2,51 2,64 2,51 2,48
Содержание влаги % 1,5 1,2 1,2 1,3 0,48 1,2
Вязкость условная при 80 0С 0ВУ 16,65 16,95 16,74 15,63 15,11 14,92
Калорийность низшая рабочая кал/г 9445 9382 9389 9334 9244,5 9082
Температура застывания 0С 17 15,5 14,5 12,75 12 11,15
Средний результат анализа для пробы ВМЭ с присадкой (в г.)
Плотность при 20 0С кг/м3 968 - 964 956 978 963
Содержание влаги % 19,2 - 16 16,4 14,4 13,2
Вязкость условная при 80 0С 0ВУ 32,57 - 39,57 41,1 38 38,56
Как показали экспериментальные исследования, снижение коррозионной активности мазута марки М100, которые проводились методом медных пластинок в соответствии с ГОСТ 6321-92, обеспечивается при концентрации присадки 1 -4,5 % (масс.). Однако депрессию температуры застывания на 5 - 7 0С - ГОСТ 20287-91 (рис. 1) и снижение условной вязкости исходного мазута на 10 - 15 % -ГОСТ 6258-85 (рис. 2) вызывает использование упомянутой присадки в концентрации 1 - 2 % (масс.) [5].
18
н
1 0 -I-1-Т-Т-1-Т-Т-
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Массовая доля присадки, %
Рис. 1. Зависимость температуры застывания мазута М100 от концентрации присадки
Предлагаемая присадка позволяет уменьшить генерацию одного из наиболее опасных коррозионных агентов, образующихся при сжигании мазута в парогенераторах, каким является серная кислота, пары которой, конденсируясь на поверхностях нагрева с температурой ниже 330 0С, вызывают их активную коррозию. При проведении экспериментальных исследований в соответствии с
ГОСТ 3877-88 содержание серы в испытуемом мазуте при использовании упомянутой присадки снижается (рис. 3). Однако по ГОСТ 21261-91 было установлено (рис. 4), что калорийность исходного мазута М100 при добавлении в него указанной присадки в количестве 1 - 2 % от его массы не изменяется (по ГОСТ 21261-91 допустимое расхождение между параллельными опытами составляет 445 кДж/кг или 106,5 кал/г).
17,5
>>
£
1 -
У
г '■с.
17
16,5
16
15,5
15
14,5
0
0,5
3,5
1 1,5 2 2,5 3 Массовая доля присадки, % Рис. 2. Зависимость условной вязкости мазута М100 (при t=80 0С) от концентрации присадки
Рис. 3. Зависимость содержания серы в мазуте М100 от концентрации присадки
Рис. 4. Зависимость калорийности мазута М100 от концентрации присадки © Проблемы энергетики, 2009, № 11-12
Также данная присадка была испытана на водомазутной эмульсии состава 80 % мазута марки М100 и 20 % дистиллированной воды. При проведении экспериментов по ГОСТ 2477-65 было установлено снижение содержания воды в ВМЭ на 16 - 17 % (рис. 5) и увеличение условной вязкости на 25 - 26 % (рис. 6) при введении в нее указанной присадки в количестве 1 - 2 % от массы ВМЭ.
20 -
и
10 -1-т-----.-.-.-
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Массовая доля присадки, %
Рис. 5. Зависимость содержания влаги в ВМЭ от концентрации присадки 42 -
30 -------.-.-----
О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Массовая доля присадки, %
Рис. 6. Зависимость условной вязкости ВМЭ (при 1=80 0С) от концентрации присадки
Оценена предварительная экономическая эффективность применения присадки (табл. 2). При повышении цен на мазут эффективность применения присадки увеличивается. А индекс доходности капитальных затрат изменяется от 4 и выше в зависимости от цены мазута и нормы дисконта.
Таблица 2
Оценка экономической эффективности применения присадки к мазуту М100
№ п/п Наименование показателей Размерность Величина
Котел ГМ-50 Котел БКЗ-75-39ГМА
1 Расход мазута при максимально допустимой нагрузке тонна/ч 4,47 5,46
2 Стоимость мазута по факту 2-го полугодия 2007 г. руб./тонна 7800
3 Стоимость присадки по факту 2-го полугодия 2007 г. руб./тонна 5600
4 Ориентировочная стоимость дозировочного комплекса присадки с учётом монтажа тыс. руб. 1668
5 Среднегодовая стоимость присадки в расчёте 10 кг на одну тонну мазута тыс.руб./год. 2192,8 2678,46
6 Годовые затраты на обслуживание и ремонт дозирующего устройства тыс.руб./год 35
7 Экономия затрат на топливо при внедрении присадки тыс.руб./год 3054,26 3730,71
8 Экономия затрат на топливо при растопке котлов от снижения остановов по причине коррозии поверхностей нагрева тыс.руб./год 7,8
9 Снижение производственных издержек на проведение ремонтных работ, связанных с коррозией поверхностей нагрева тыс.руб./год 7302,2
10 Экономия затрат на топливо от снижения расхода электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ тыс.руб./год 592,8
11 Эксплуатационные издержки И тыс.руб./год 2227,8 2713,46
12 Экономия от внедрения тыс.руб./год 10957,06 11633,51
13 Чистый доход Б( (ан =24%) тыс.руб./год 5366,56 5511,56
14 Срок окупаемости Ток мес. 4
В области энергетики предлагаемая присадка до настоящего времени полезно не использовалась. Но, учитывая ее значительное количество, доступность и дешевизну, она является эффективной и перспективной присадкой к мазуту.
Таким образом, использование предлагаемой присадки позволяет улучшить эксплуатационные свойства мазутов, снизить объемы выбрасываемых загрязняющих веществ в атмосферу, продлить срок службы теплоэнергетического оборудования, а также повысить надежность его работы.
Summary
There is available multi-function addition for low-quality fuel oil has offered in this paper. Besides, addition influence on fuel oil exploitation properties has considered. On the one hand use of this addition allows to improve the oil plants' technical-economic and ecologic indexes, on the other hand it's able to increase thermal power equipment reliability and to continue its age.
Key words: power plant, fuel oil, fuel oil plants, sediment of thermal power production, tailing, multi-function addition, sulfur acid corrosion.
Литература
1. Зройчиков Н.А., Лысков М.Г., Прохоров В.Б., Морозова Е.А. Оптимизация режимов сжигания мазута в топках котлов большой мощности // Теплоэнергетика. 2007. № 6. C. 23-26.
2. Белосельский Б.С., Покровский В.Н. Сернистые мазуты в энергетике. М.: Энергия, 1969. 420 с.
3. Данилов А.М. Применение присадок в топливах. М: Мир, 2005, - 288 с.
4. 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.
5. Зверева Э.Р., Лаптев А.Г., Ганина Л.В. Повышение технико-экономических показателей мазутных хозяйств // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2007. № 11-12. С. 12-18.
Поступила в редакцию 16 апреля 2009 г
Лаптев Анатолий Григорьевич - д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 267-43-38.
Зверева Эльвира Рафиковна - канд. хим. наук, профессор кафедры «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 527-8904; 8-927-2470335; 8 (843) 519-42-53. Е-шаН: [email protected].
Ганина Любовь Викторовна - магистрантка кафедры «Технология воды и топлива» (ТВТ) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-905-3182797; 8-9083371844; 8 (843) 519-42-53. Е-шаЦ. [email protected].
Андрюшина Ирина Александровна - ведущий инженер ООО «ИЦ Энергопрогресс» Тел.: 8 (843) 519-36-86; 8 (843) 510-61-43. Е-mail: [email protected].
