Использование присадок оксида магния при сжигании мазута
Негативные факторы использования мазута с высоким содержанием серы в качестве топлива для котельных и ТЭЦ. Применение добавок, содержащих оксид магния для котлов, сжигающих мазут. Определение дозы и способы ввода добавки на производственных предприятиях.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.01.2017 |
Размер файла | 126,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование присадок оксида магния при сжигании мазута
А.Н. Сонин
Введение
Хорошо известны негативные факторы, воздействующие на оборудование и окружающую среду, которые происходят при использовании мазута с высоким содержанием серы в качестве топлива для котельных и ТЭЦ. Прежде всего, это:
¦ отложение серы на поверхности нагрева котла и его хвостовой части, что приводит к коррозии этого оборудования и проведению регулярных трудоемких операций по его очистке и замене (вплоть до капитального ремонта);
¦ используемый на практике метод повышения температуры уходящих газов (для обеспечения температуры газов выше точки росы) приводит к перерасходу топлива, уменьшению КПД котла;
¦ при сжигании мазута в топках котлов приходится сталкиваться с проблемой вредного воздействия соединений серы SO3, SO2 и ванадия, которые увеличивают количество выбросов в окружающую среду, а также уменьшают время эксплуатации поверхности нагрева котла.
Поскольку по ряду причин использование мазута с высоким содержанием серы по-прежнему востребовано, для уменьшения негативного воздействия серы достаточно давно разработаны методы использования различных присадок в топливо, которые по причинам ухудшения экологической ситуации, технического состояния котельных агрегатов (далекого от совершенства) и из-за резкого роста цен на топливо в настоящее время становятся все более актуальными.
Об эффективности добавки, содержащей оксид магния
Применение присадок позволяет значительно снизить температуру отходящих дымовых газов и защитить поверхность нагрева от коррозии. Одной из самых перспективных и научно-признанных технологий добавок для котлов, сжигающих мазут (и уголь), является использование добавок, содержащих оксид магния (MgO), для сгорания серного мазута.
Применение такой добавки позволяет:
¦ увеличить время эксплуатации поверхности нагрева и хвостовой части котла;
¦ уменьшить температуру отходящих дымовых газов;
¦ увеличить КПД котла;
¦ уменьшить количество вредных выбросов и даже нейтрализовать SO3 и SO2.
Технология MgO - это стабильная суспензия специальных высокоактивных окисей металлов (в основном, с частицами субмикронных размеров), легко регулируема и особенно необходима для надежной работы котлов.
Рассмотрим процесс действия такой присадки.
Как известно, в зоне окисления присутствие ванадия усиливает распад поверхности защитных прослоек Fe2O3 на металле, что приводит к коррозии пароперегревателя и параллельно к конструктивной коррозии других элементов. Добавка оксида магния повышает температуру плавления оксидов ванадия, т.к. их связывает магний. В результате чего зола не прилипает к поверхности нагрева, а осыпается. Более того, если поверхность нагрева котла покрыта отложениями, магний разрыхляет их, и они осыпаются:
SO3+H2O = H2SO4; SO3+MgO = MgSO4.
Помимо этого приведенная выше реакция уменьшает количество SO3 в дымовых газах; с добавкой MgO соответственно уменьшается образование серной кислоты, понижается температура точки росы от 150-160 ОC (без магния) до 100-110 ОC. Предотвращение низкотемпературной коррозии позволяет снизить температуру отходящих дымовых газов и увеличить КПД котла.
В высокотемпературных отсеках (в камере горения, перегревателях) при температурах металлов выше 600 ОC легкоплавкие компоненты летучей золы (ванадий, натрий) образуют твердые, цепкие и коррозионные осадки. Общеизвестно, что очистить их очень сложно, да и сами осадки вызывают значительное увеличение аэродинамического сопротивления котла, понижают теплообмен и эффективность сгорания. Окиси металлов в присадках MgO повышают температуру плавления примерно на 300 ОC, что наглядно можно видеть из приведенной ниже химической реакции: ЗМдО (2760 ОC)+V2O5 (675 ОC) = Mg3V2O8 (1190 ОC).
В результате осадки становятся сухими и хрупкими, с нейтрально-щелочным pH. Избыток порошкового пепла удаляется в потоке газа или легко сдувается дымососами. Кроме защиты от загрязнений и коррозии, добавка помогает поддерживать теплообмен на более экономичном уровне.
В низкотемпературных отсеках (в экономайзерах, пароперегревателях, электростатических фильтрах, вентиляторах) при температуре ниже 200 ОC появляется опасность оказаться на уровне или ниже точки росы. Проследите реакцию: SO3+H2O = H2SO4. Серная кислота и железо образуют сульфат железа (Fe + H2SO4= FeSO4+H2).
Проблемой является также образование сернистой кислоты H2SO3, образование которой в основном зависит от избытка кислорода и не сильно зависит от содержания серы. Чем больше избыток О2, тем больше степень окисления SO2 в SO3.
Точка росы кислоты в котлах, сжигающих мазут, находится в диапазоне 135 и 165 ОC, в зависимости от избытка О2, поэтому температура отходящих дымовых газов должна быть выше точки росы.
Добавка предотвращает коррозию холодной поверхности котельного оборудования: SO3 реагирует с MgO, образуя MgSO4, и в результате -нейтрализуется. Значительно понижается точка росы кислоты, а коррозионные, вязкие и влажные осадки не образуются. Существующие осадки, реагируя с MgO, становятся хрупкими, сухими, порошкообразными и осыпаются.
Нейтрализация кислоты вызывает повышение значения pH золы до 5-7 и в зависимости от дозировки MgO оставляет прослойку, не содержащую серной кислоты, но защищающую установку во время работы и останова котла.
Благодаря исключению SO3 и нейтрализации поверхности металла, появляется возможность понизить температуру отходящих дымовых газов. Конечная температура отходящих дымовых газов находится в диапазоне 100-110 ОC и типична для котлов, обработанных добавкой.
Помимо вышеперечисленного добавка улучшает сгорание топлива, при этом потери с недожогом сокращаются до 80%. Это особенно важно при сжигании топлива низкого качества, с большим количеством асфальтенов.
Еще одно немаловажное преимущество указанной технологии - это относительно низкие капиталовложения, т.к. продукт является относительно дешевым, что позволяет рекомендовать внедрение данной технологии на котельных, сжигающих мазут.
В зависимости от конструкции котла и проблем, которые существуют именно на данном предприятии и требуют решения, добавку можно ввести прямо в топливо либо отдельно через охлаждаемые водой или воздухом инжекторы.
Только после изучения фактических условий работы котельной, изучения конструкции котла и форсунок, анализа процесса теплообмена и других параметров, можно судить о более подходящем способе ввода добавки.
В зависимости от требуемых результатов, ввод может происходить в зону, находящуюся между нижней частью топки и входом в экономайзер.
Для определения подходящей дозы необходимо знать:
¦ конструкцию котла;
¦ режим его работы;
¦ содержание используемого топлива;
¦ избыток О2;
¦ значение pH отложений.
Доза добавки MgO зависит от многих факторов:
¦ чистоты поверхности нагрева;
¦ состава мазута;
¦ режима температуры и количества кислорода в топке котла.
Рекомендуемые дозы регулируются в котле в зависимости от температуры точки росы в отходящих дымовых газах (добавка должна предотвращать образование кислотной росы) и частиц золы pH (не меньше, чем 4-5).
В принципе, возможна автоматическая регулировка подачи добавки по двум указанным параметрам (точка росы и кислотная реакция золы). Это значительно сэкономит затраты количества добавки, но в связи со сложной и дорогой системой автоматики для ввода добавки более реально сегодня составить режимную карту ввода добавки в зависимости от нагрузки котла.
Например, для эффективного воздействия МgО мы рекомендуем использовать примерно
1 л присадки на 3-4 т мазута. То есть, у предложенного метода воздействия MgO есть преимущества перед другими: требуется небольшое количество добавки за небольшие капиталовложения плюс несложная эксплуатация и уменьшение выбросов серы и ванадия.
Характеристики продукта: плотность -1680 кг/м3; прямой состав оксидов - 1200 г/л; температура замерзания ---10 ОC.
Результаты испытаний котлов, работающих на мазуте с добавкой MgO
Системы добавки для мазута до его сжигания были установлены во втором и четвертом котлах Рижской ТЭЦ-2 еще в 1994-1995 гг., где проводились комплексные испытания котла TГМ-96б для изучения работы котлов с добавками в мазуте. Производительность котла во время испытаний была 250-410 т пара в час. В ходе испытаний измеряли:
¦ концентрацию SO2, NOx, O2 в отходящих дымовых газах (образцы газов для анализов брались в точках между экономайзерами, около воздухоподогревателя, дымососа);
¦ температуру точки росы отходящих дымовых газов до дымососа (определили, что соотношение веса добавки и мазута 1:3000 - 1:6000 понижает температуру точки росы до 105-110 ОC).
При сжигании мазута с добавкой определили, что концентрация летучей золы составила 2,5-5 мг/м3, концентрация ванадия в золе - 1 -2% (массовая доля), пентоксида ванадия (V2O5) - 2,5-3%.
По замерам запыленности в отходящих дымовых газах и расчетам состава ванадия в летящем пепле подсчитали количество выброса ванадия в атмосферу (по расчетным данным снижение выбросов ванадия в атмосферу, а соответственно и плата за выбросы уменьшились более чем в десятки раз).
Установили, что соотношение добавки и мазута 1:4000 обеспечивает pH золы в диапазоне 4-5.
Балансовые испытания показали, что КПД (нетто, брутто, редуцирование на нормальные условия) повышается на 1,3-1,5%.
При расчете экономического эффекта использования добавки установлено, что срок окупаемости расходов составил менее 1 года (как правило, в отчет экономического эффекта не включена экономия, которая получается при увеличении сроков эксплуатации поверхностей нагрева котла).
На практике определили, что необходимо составлять карту режимов работы котла с добавкой (количество вводимой добавки устанавливается при помощи регулятора насоса-дозатора). Регулярно (один раз в неделю) необходимо определять температуру точки росы отходящих дымовых газов и pH летучей золы. Руководствуясь опытом работы зарубежных электростанций, необходимо понижать температуры отходящих дымовых газов до 100-110 ОC, при этом прогнозируемое увеличение значения КПД может быть 2-2,5%.
В целом применение добавки позволяет уменьшить расход мазута на 1,5-3,5%.
В таблице приведен ориентировочный расчет экономии топлива (мазута) в % от применения присадки MgO.
добавка мазут оксид магний
Вывод
Применение добавки на основе MgO является одним из наиболее эффективных и низкозатратных способов, повышающих энергоэффективность использования мазутного топлива, за счет:
¦ увеличения КПД;
¦ продления межремонтных циклов;
¦ экономии топлива;
¦ уменьшения количества вредных выбросов.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характеристика основного и вспомогательного оборудования котельного агрегата БКЗ-160-100. Разработка и реализация реконструкции котлов с переводом на сжигание газа и мазута. Технико-экономические расчеты электробезопасности и экологичности проекта.
курсовая работа [774,7 K], добавлен 14.04.2019Рассмотрение истории развития способов сжигания мазута и аппаратуры, используемой для этого. Теоретические основы горения топлива. Форсунки для сжигания жидкого топлива. Конструктивные особенности паровых котлов на жидком топливе, их совершенствование.
реферат [971,0 K], добавлен 12.06.2019Описание котла, расчетный анализ рабочей массы мазута М40. Проведение расчёта теплообмена в топке и в пучке парообразующих труб. Характеристика предварительного теплового баланса, а также определения расхода топлива. Баланс по паропроизводительности.
курсовая работа [76,9 K], добавлен 06.12.2011Ректификация как физический способ разделения смеси компонентов, основанный на различии температур кипения: способы проведения. Устройство ректификационных колонн. Производство дизельного топлива, керосина, бензина, битума, мазута и котельного топлива.
презентация [826,7 K], добавлен 21.10.2016Свойства и классификация мазута. Технологический процесс подготовки жидкого топлива к сжиганию в котельных. Типы мазутного хозяйства. Основные элементы мазутного хозяйства, их характеристика. Предназначение приемно-сливного устройства мазутного хозяйства.
реферат [923,0 K], добавлен 20.06.2011Общие сведения и понятия о котельных установках, их классификация. Основные элементы паровых и водогрейных котлов. Виды и свойства топлива, сжигаемого в отопительных котельных. Водоподготовка и водно-химический режим. Размещение и компоновка котельных.
контрольная работа [572,2 K], добавлен 16.11.2010Расчет выброса и концентрации загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котельных агрегатах и высоты источника рассеивания. Определение системы подавления вредных веществ и системы очистки дымовых газов в зависимости от вида топлива.
реферат [54,3 K], добавлен 16.05.2012Классификация котельных установок в зависимости от характера потребителей, от масштаба теплоснабжения, их виды по роду вырабатываемого теплоносителя. Конструкции котлов и топочных устройств, устанавливаемых в отопительно–производственных котельных.
реферат [1,7 M], добавлен 12.04.2015Классификация котельных установок. Виды отопительных приборов для теплоснабжения зданий. Газовые, электрические и твердотопливные котлы. Газотрубные и водотрубные котлы: понятие, принцип действия, главные преимущества и недостатки их использования.
реферат [26,6 K], добавлен 25.11.2014Определение тепловых нагрузок и расхода топлива для расчета и выбора оборудования котельных. Подбор теплообменников. Составление тепловой схемы производственно-отопительной котельной. Подбор агрегатов. Расчет баков и емкостей, параметров насосов.
курсовая работа [924,0 K], добавлен 19.12.2014