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