Мазутная котельная: особенности, принципы работы, плюсы и минусы
Особенности
Жидкотопливные котельные на мазуте востребованы в нефтегазовом сегменте, где их недостатки, среди которых достаточно интенсивный неприятный запах, скрадывают особенности эксплуатации. Встретить их в коттеджных посёлках или частной жилой застройке довольно сложно — если говорить о жидкотопливных котлах, то в быту предпочтение отдаётся дизельным моделям.
Их КПД составляет порядка 85%, по степени автоматизации их можно сравнить с современными газовыми установками.
Главными особенностями агрегатов на мазуте являются автоматизированность, наличие турбированной камеры сгорания, которая не сообщается с помещением, и принудительного удаления выхлопа — благодаря этому труба может располагаться в том числе горизонтально. Работают котлы исключительно с закрытыми отопительными системами, оборудованными циркуляционными насосами.
При выборе котлоагрегатов главными характеристиками являются:
- производительность;
- объём теплообменника;
- максимальное давление рабочей среды;
- потребляемая электрическая мощность;
- габариты и вес.
Современные мазутные котельные являются энергозависимыми — они не будут работать без электричества, поскольку управляются электроникой. При помощи электричества — искры — происходит поджиг топлива.
Принцип работы мазутного котла
Главной частью агрегата является горелка, которая превращает жидкое топливо в топливно-воздушную газообразную смесь.
Принцип действия котлов на мазуте следующий:
- в форсунку под давлением подаётся топливо, в данном случае мазут;
- на выходе жидкое топливо распыляется с образованием мелких частиц;
- частицы растворяются, смешиваются с воздухом и образуют горючую смесь;
- она воспламеняется электронной искрой;
- тепло и горячий выхлоп нагревают воду в котловом баке;
- циркуляционный насос перемещает разогретую воду по контуру.
У котла происходит чередование двух режимов работы — нагревание и ожидание. Как только датчик замечает увеличение температуры теплоносителя выше определённого уровня, он сразу же передаёт информацию контроллеру. Подача топлива прекращается, пламя затухает, и агрегат переходит в режим ожидания.
Как только температура теплоносителя снижается на пять градусов, контроллер даёт команду запустить систему. В форсунку снова поступает мазут, который распыляется, загорается и начинает нагревать теплоноситель.
Преимущества и недостатки
Существенный недостаток топлива — его сильный неприятный запах. Соответственно, от котельной установки тоже может пахнуть, что не слишком удобно для частного домовладения или жилого комплекса. Оно не слишком экологически чисто, особенно по сравнению с газом или биотопливом, и нуждается в серьёзном запасе мазута — то есть, в отдельной крупной ёмкости для хранения. Периодически все системы загрязняются, и их нужно чистить.
Что насчёт преимуществ? Они следующие:
- повсеместная доступность мазута — это очень распространённое топливо;
- сравнительно высокая пожарная безопасность;
- отсутствие необходимости готовить многочисленные разрешения;
- независимость от централизованных магистралей, мазут подойдёт для негазифицированных мест.
Жидкий мазут недорог, он не растёт в цене так быстро, как дизтопливо. Его легко найти и закупить. И особенно выгодной мазутная котельная будет в нефтепереработке, где такие модели нередко используются для технологических целей.
Котельная на мазуте
Котельные на мазуте не пользуются таким огромным спросом, как, к примеру, газовые или дизельные модели, однако они востребованы среди россиян. По факту они представляют из себя абсолютно автономные котельные установки, работающие на недорогом мазуте марок М100 или Ф40. Среди их преимуществ — помимо автономности и возможности использовать из в отрезанных от централизованного газоснабжения районах, — значится ещё и достаточно высокий КПД.
Котельные на мазуте также могут использоваться в рамках комбинированных установок с резервными источниками питания. В таких конструкциях основное питание поступает от газа, а мазутный котёл включается в случае, если подача газа даёт сбой, позволяя таким образом получать бесперебойное тепло или водоснабжение. Называются такие котельные газомазутными.
Принцип работы котельных на мазуте
Среднестатистический котёл сжигает мазут в четыре этапа:
- Жидкое топливо распыляется на маленькие капли при помощи форсунок.
- Топливо испаряется под воздействием температур, вступает во взаимодействие с кислородом и образует горючую смесь.
- Горючая смесь загорается.
- Горючая смесь горит.
Форсункам для оптимальной работы требуется постоянная подача некоторого количества воздуха. Его отсутствие приводит к недостаточному сжиганию топлива — оператор может понять это по выходящему из трубы чёрному дыму.
Слишком большое количество воздуха также является недостатком, поскольку может привести к отрыву пламени от форсунки. Поэтому подавать огонь к устью форсунок нужно правильно, направив одновременно с пламенем некоторое количество воздушного пара.
Преимущества и недостатки котельных на мазуте
Чем мазут лучше дизельного топлива? В первую очередь, стоимостью. Цена дизтоплива с каждым годом становится всё выше, в то время как стоимость жидкого мазута поддерживается в пределах относительной стабильности.
Мазут, как ни странно, отличается более высокой пожарной безопасностью. Как и дизтопливо, он не требует присущих газу многочисленных разрешений и сертификатов, соблюдения регулировок и ограничений. Мазутная котельная может работать совершенно автономно, что актуально для отрезанных от газовых магистралей населённых пунктов или производственных зон.
Недостатками можно считать потребность в оборудовании мазутохранилища с запасом топлива, периодическую чистку всех систем, а также недостаточную экологическую чистоту по сравнению с тем же газом.
Компания «АльянсТепло» приглашает Вас заполнить опросный лист — мы поможем Вам подобрать котельную под ключ таким образом, чтобы она полностью удовлетворила Ваши требования и пожелания.
Мазут как топливо. Рекомендации по рациональному использованию
Журнал «Новости теплоснабжения», № 6 (10) июнь 2001, С. 15 – 18, www.ntsn.ru
Мазут обладает рядом несомненных качеств как топливо:
1. Высокая теплотворность -9500 ккал/кг.
2. Малое содержание золы -0,3-0,5%.
3. Возможность получения светящегося пламени, обеспечивающего высокий радиационный теплообмен в топочном пространстве.
4. Возможность организации при определенных условиях, его сжигание в малых по габаритам топках.
Но мазут, как топливо, имеет ряд серьезных недостатков:
1. Нестабильный состав каждой партии мазута — от близкого к нефти до преимущественно в виде высоковязких крекинг-остатков. В последнем случае быстро закоксовываются форсунки, затягивается процесс горения.
2. Повышенные требования к технике безопасности. Например, температура вспышки не выше 100-120°С.
3. Высокое содержание серы, около 3,5%>
4. Высокая температура застывания +(25-30 °С).
5. Высокая цена, особенно в последнее время.
Но, на наш взгляд, наиболее существенные недостатки мазута следующие: неудобство в эксплуатации, вызванное многоступенчатостью в подготовке мазута к использованию: разогрев, слив, организация хранения без расслоения на мазут и воду, разогрев и перемешивание в баках, транспортировка по трубопроводам, дополнительный подогрев перед форсунками, распыл, сжигание, предотвращение коррозионных процессов в котлах и экологических последствий по составу выбросов в атмосферу и по сливу замазученных вод, обеспечение требований техники безопасности. И по каждому этапу подготовки и использования должно быть обеспечено высокое качество исполнения. Это требование не допускает исключений.
Высокозатратный механизм использования мазута:
— только норматив тепловых потерь на собственные нужды более 10% (у природного газа — 3%);
— затраты электроэнергии на перекачку;
— дополнительный персонал на слив мазута, организацию его хранения и т.д.;
— повышенные температуры для дымовых газов за котлом, для снижения их коррозионной активности и др.
То есть мазут требует к себе ответственного, квалифицированного и трезвого отношения на всех этапах его использования.
Подготовка мазута к сжиганию
Подготовка мазута к использованию начинается с одной из самых важных операций — разогрев его в цистернах и слив для хранения. Разогрев в этом случае производится подачей свежего пара в слой мазута с помощью штанг или гибких металлических рукавов. При этом происходят большие утечки пара и обводнение мазута. Причем основная часть влаги попадает в мазут в период зачистки цистерн. За это время мазут обводняется на 2-4,5%. Основные показатели работы устройств при разогреве мазута марки М-100 свежим паром с параметрами 12 ати и 280 °С (объем цистерны 50 м 3 , температура воздуха-10 °С):
— Обеспечение оптимальной температуры для слива не ниже 60 °С при общем расходе пара на цистерну около 2,7 тонны при продолжительности слива — 5,5 часов.
В случае применения пара с более низкими параметрами его расход увеличивается на 15-20%.
В этом случае большую часть топлива до начала зачистки цистерны рекомендуется сливать в основные мазутные резервуары. А обводненный мазут при зачистке цистерны сливать в специальный промежуточный бак. В этом случае количество конденсата, подаваемого с топливом в основные мазутные резервуары, можно сократить в 2-5 раз, т.е. уменьшить обводненность до 0,5-1,0%. Такое разделение топлива по влажности позволит дифференцирование подойти к вопросу организации его сжигания. Вода в мазуте влияет на эффективность его использования. В случае подачи в форсунки плохо перемешанного обводненного мазута наблюдаются пульсации горения, которые приводят и к срыву пламени. Наблюдается также перерасход топлива за счет недожога.
Вместе с тем при сжигании мазута с хорошо диспергированной в нем водой, при ее содержании 5-10% и даже более, усиливается эффективность распыливания, повышается устойчивость горения, снижается содержание вредных выбросов (оксиды азота, углерода и др). Поэтому при подготовке мазута к сжиганию следует обеспечить:
— невысокое (до 3%) содержание воды в мазуте;
— глубокое перемешивание воды с мазутом;
— необходимые температуры подогрева мазута.
О снижении содержания воды было сказано выше. При невысокой степени обводнения необходимое перемешивание мазута можно обеспечить при реализации циркуляционного его подогрева. В этом случае топливо из резервуара подается насосом в специальный внешний подогреватель и затем подогретым возвращается в резервуар. При наличии подогревателей внутри бака, как правило, достаточна организация рециркуляция мазута в баке перед подачей его к форсункам.
Желателен дополнительный подогрев мазута перед форсунками, особенно при механическом распыливании. Но при этом следует следить за тем, чтобы трубы теплообменника обеспечивали необходимую паровую плотность, для избежания дополнительного обводнения мазута.
Параметры температурного режима при подогреве мазута приведены в табл.1.
На всех этапах подготовки мазута должна быть обеспечена возможность замера и контроля его температуры.
Для исключения забивания мазугопроводов и особенно форсунок следует предусматривать установку фильтров грубой и тонкой очистки. Должен быть обеспечен 100% запас по их пропускной способности.
Размеры подводящих мазутопроводов зависят от расхода топлива (см. табл. 2).
При расчете подводящих паре- и воздухопроводов рекомендуется принимать следующие скорости движения среды (м/с): для насыщенного пара 20-30, перегретого пара 30-60, вентиляторного и компрессорного воздуха — соответственно 10-15 и 15-20.
Трубопроводы мазута прокладываются со спутниками-паропроводами в одной изоляции. Обязательно предусматривать возможность продувки мазутопроводов паром.
Температурные параметры мазута перед его сжиганием указаны в табл.1. В котлах для распыла мазута используются паровые (паромеханические) или механические форсунки. Какие требования по их выбору?
В настоящее время на котлах чаще всего предусматривается установка механических форсунок. Минимально допустимое давление мазута перед ними — 18 атм. В табл.3 приводятся необходимые размеры сопла форсунки в зависимости от расхода мазута (давление мазута 18 атм).
Диаметр выходного сечения мазутного сопла следует принимать во избежание засорения и закоксовывания не менее 3 мм, даже если по расчету получено меньшее значение. То есть все форсунки с расходом менее 500-550 кг/ч должны иметь сопло не менее 3 мм диаметром, и следовательно должны быть по своей конструкции паромехаиическими или паровыми с расходом пара до 10% от расхода мазута. Скорость мазута из сопла должна быть около 60-80 м/с. В случае применения на водогрейных котлах паромеханических форсунок следует максимально ограничивать расход пара для избежания сернистой коррозии экранных труб.
Из табл. 3 видно также, что при изменении диаметра сопла на 0,5 мм расход мазута увеличивается с 500 до 680 кг/ч, то есть почти на 40%. Поэтому необходима обязательная тарировка форсунок на стенде при подаче воды, что позволяет:
— подобрать форсунки, одинаковые по расходу;
— обеспечить визуальное качество распыления;
-определить угол раскрытия факела;
— обеспечить соответствие расхода топлива через форсунку требуемому по параметрам горелки (котла).
Скорость воздуха в горелке должна быть около 40 м/с. В этом случае удается избежать химического недожога. Целесообразно при этом обеспечивать высокую степень турбулентности воздушного потока из горелки (применение лопаточных аппаратов). В этом случае обеспечивается отсутствие механического недожога. Целесообразен также и подогрев воздуха до температуры 15б-200°С.
Для горелок с расходом мазута 450 — 550 кг/ч длина факела в топке не должна превышать 2,5 м. Если длина факела больше, следует искать причину (распыл плохой, форсунка нетарированная и т.д.). Допускается увеличение визуальной длины факела примерно на 1 м на каждые 200 кг/ч роста расхода топлива через горелку. Мазутный факел не должен ударять в обмуровку и тем более в поверхности нагрева. Это недопустимо.
На мазутных котлах обязательно необходимо обеспечить безнакипный режим работы котлов за счет умягчения воды или обработки ее антинакипином СК-110. Одно только это позволяет снизить расход топлива на 20-25%, сократить объем ремонтных работ.
Если на мазутном котле имеются конвективные поверхности нагрева, воздухоподогреватель, то температура уходящих газов не должна быть ниже155- 160 °С с целью избежания сернокислотной коррозии. Недопустимы локальные «переохлаждения» труб, металлической обмуровки и тд. за счет приео-сов холодного воздуха в газоход и т.п. В этих местах неизбежны коррозионные повреждения.
В советское время мазут был нормативно (в СНиП, ОСТ, ГОСТ) прописан как основное, резервное, аварийное, технологическое топливо. В результате появилось большое число объектов, где мазут был единственным и незаменимым топливом. Что и пытаются многие сохранить до сих пор. Но ситуация в корне изменилась:
-цена на мазут в 3-5 раз выше средней по топливам;
-мазут не распределяется, а приобретается на т.н. рынке;
— использование его становится многозатратным (большие собственные нужды, высокое содержание серы и т.д.).
Поэтому мазут практически по всем своим параметрам не отвечает требованиям, которые должно обеспечивать одновременно основное и резервное топливо. Отсюда следует:
— эксплуатация теплоисточников, на которых мазут и основное и резервное топливо не может быть надежной с точки зрения исключения чрезвычайных ситуаций;
— мазут теперь сам требует наличия резервного топлива, а в отдельных случаях и полной его замены на местные виды топлив.
В табл. 4 для сравнения приведены примерные показатели работы водогрейной котельной с котлами с номинальной мощностью 6,5-10 Гкал/час в зависимости от вида сжигания топлива. Экономические показатели местных видов топлив выше, чем по угольному топливу, да и мазуту, а по экономическим показателям у местных топлив потенциальная вредность (опасность) продуктов сгорания находится практически на уровне опасности продуктов сгорания природного газа.