Лекция 2. Схемы мазутных хозяйств

Мазутное хозяйство.
Мазутные хозяйства подразделяются на:

Схемы мазутного хозяйства, зависящие от давления топлива перед форсунками котлов, подразделяются на двухступенчатые – с насосами и мазутонасоснной первого и второго подъема и одноступенчатые – с одной ступенью насосов. В двухступенчатых схемах прокачка мазута через котельную осуществляется насосами второго подъема. В задачу насосов первого подъема входит прокачка топлива из основных резервуаров через подогреватели и фильтры тонкой очистки на всас насосов второго подъема, а также подача топлива через рециркуляционную линию в основные резервуары. В одноступенчатых схемах прокачка топлива из основных резервуаров через фильтры тонкой очистки и подогреватели через котельную с рециркуляцией обратно в основные емкости осуществляется одной ступенью насосов.

Применяется также схема мазутопроводов с двухступенчатой мазутной насосной с выделенным контуром рециркуляции с насосами рециркуляции и прокачиванием мазута из основных резервуаров через подогреватели после рециркуляционных насосов обратно в основные емкости. Одноступенчатые схемы применяются в промышленных котельных и на ТЭС мощностью менее 250 МВт.

Схемы топливоподготовки зависят от способа подачи мазута , мощности электростанций или котельной и свойств топлива.

В комплекс сооружений и устройств мазутного хозяйства котельной промышленного предприятия входят:

1. 
   приемно-сливные устройства;
2. 
   мазутохранилища (приемные и основные емкости);
3. 
   мазутонасосная (с насосами, подогревателями, фильтрами);
4. 
   паромазутопроводы;
5. 
   установки для приема, хранения и ввода жидких присадок;
6. 
   система пожаротушения.

Мазутное хозяйство предназначается для выполнения следующих основных операций:

1. 
   прием ж/д. или автоцистерн с мазутом;
2. 
   разогрев вагонов-цистерн;
3. 
   слив мазута из цистерн;
4. 
   хранение мазута в резервуарах;
5. 
   подготовка и обработка мазута перед подачей его к насосам и форсункам ;
6. 
   подача мазута к форсункам;
7. 
   учет потребляемого топлива.

Схемы мазутного хозяйства.

Циркуляционная схема

Применяется при использовании высоковязких мазутов, когда котельная работает постоянно на мазуте и кратковре­менно на газе (рис. 9.2). Мазут к насосам поступает из основ­ных емкостей. В схеме обязательна линия рециркуляции ма­зута из котельной в основную емкость и на всас насосов. Ли­ния рециркуляции (мазутопровод) меньше диаметром, чем прямой мазутопровод из мазутонасосной в котельную. На ре­циркуляцию подается около 15 % мазута от общего количества, поступающего в котельную.

Для учета расхода топлива необходима установка мазутомеров как на прямой линии , так и на обратной (циркуляцион­ной). Прямая и обратная линии изолируются вместе с паро­вой, поступающей на подогреватели мазутного хозяйства. Дав­ление в мазутопроводе котельной регулируется сливным клапаном 15 по давлению мазута в мазутопроводе. Недостат­ком циркуляционной схемы является неизбежность слива при регулировании всего обработанного и подогретого топлива в емкости, что может при определенных условиях вызвать перегрев топлива на всасе топливного насоса.

Тупиковая схема

Применяется при сжигании относительно маловязких мазу­тов, когда котельная работает на стабильных нагрузках, пре­вышающих средние (рис. 9.3). Топливо на насосы 3 поступает из расходной емкости 5. При установке расходной емкости в котельной она должна быть закрытой, объемом не более 5 м 3 . Не разрешается установка расходной емкости над котлами и экономайзерами. В схеме должна быть предусмотрена цирку­ляция мазута от напорного мазутопровода насосов к расход­ной емкости.

При работе котлов вентили на мазутопроводах за горел­ками котлов закрыты. При остановке котлов эти вентили от­крываются и включается в работу линия рециркуляции на расходную емкость. Мазут в расходную емкость поступает изосновных емкостей мазутохранилища. Расход топлива опреде­ляется мазутомером 11. В качестве мазутомеров могут при­меняться как счетчики ротационного типа, так и специальные сужающие устройства. Учет расхода топлива при тупиковой схеме более прост , чем при циркуляционной: учет ведется по одному мазутомеру перед котлами.

Комбинированная (тупиково-циркуляционная) схема

Может применяться во всех случаях, и особенно, когда ко­тельная работает на переменных нагрузках при частых пере­ходах с газа на мазут (рис. 9.4), при работе на маловязких топливах со стабильными нагрузками, превышающими сред­ние. При закрытии вентиля на линии рециркуляции от котлов к основной емкости котельная работает по тупиковой схеме. В остальных случаях в работу включается обратная, сливная, линия.

Расход топлива измеряется как на прямой линии к котель­ной, так и на обратной, сливной, линии. По разности этих рас­ходов определяется расход топлива, потребляемого котлами. Регулирование подачи жидкого топлива (давления) во всех схемах производится с помощью регулировочного клапана с импульсом по нагрузке котлов или давлению в котлах.

Наиболее приемлемой, с точки зрения возможности исполь­зования тяжелых мазутов и экономичности для промышлен­ных и энергетических установок , является комбинированная схема. На рис. 9.5 показана комбинированная схема для ТЭС большой мощности с насосами первого и второго подъема и совмещением насосов первого подъема и рециркуляции.

Тепловые электростанции снабжаются газом от газораспределительных станций (ГРС) через газораспределительные пункты (ГРП) (рис. 5.1.) Последние вместе с системой газопроводов составляют газовое хозяйство ТЭС. На газомазутных конденсационных электростанциях мощностью до 1200 МВт и газомазутных ТЭЦ с расходом пара до 4000 т/ч может быть один ГРП, а на остальных электростанциях их количество должно быть не менее двух. Производительность ГРП на электростанциях, где газовое топливо является основным, рассчитывается на максимальный расход газа всеми рабочими котлами, а на электростанциях, сжигающих газ сезонно,-- по расходу газа для летнего режима ГРП размещают в отдельных зданиях или под навесами на территории электростанции. К каждому ГРП газ подводится по одному газопроводу (без резервного) от расположенной вне территории электростанции ГРС Давление газа перед ГРП 0,6--1,1 МПа, а после ГРП требуемое его значение определяется потерями давления до самого удаленного от ГРП котла и необходимым давлением газа перед горелками и составляет обычно 0,13-- 0,2 МПа.

Рис. 5.1.

I-- запорная задвижка, 2 -- расходомер, 3--фильтр, 4 -- регулятор давления, 5--предохранительный клапан, 6 -- байпасная линия, 7 -- регулятор расхода газа; 8-- импульсный отсечный быстродействующий клапан, 9 -- пробковый кран.

В ГРП имеются рабочие нитки газопровода, нитки малого расхода, включаемые при малом потреблении газа, и резервная нитка с ручным управлением арматурой. На рабочих нитках и нитках малого расхода устанавливают автоматические регуляторы давления и защитные регуляторы, действующие по принципу «после себя». Защитные регуляторы настраивают на повышенное давление по сравнению с рабочим и при работе в расчетном диапазоне полностью открыты

В пределах ГРП и до котлов прокладка газопроводов наземная. Подвод газа от каждого ГРП к магистрали котельного отделения и от нее к котлам не резервируется и может выполняться однониточным. Газовый распределительный коллектор котлов прокладывается вне здания котельного отделения.

При заполнении газом газопроводы должны продуваться им через сбросные свечи до вытеснения всего воздуха, а при освобождении от газа продуваться воздухом до вытеснения всего газа. Эти требования обусловлены тем, что при объемной концентрации природного газа в воздухе 0,05--0,15 (5--15%) образуется взрывоопасная смесь Из сбросных свечей газ выпускается в места, откуда он не может попасть в здания и где исключена возможность его воспламенения от какого-либо источника огня. На газопроводах устанавливается только стальная арматура.

Мазутное хозяйство

Мазут доставляется на ТЭС главным образом по железной дороге (в отдельных случаях -- водным путем и по трубопроводам).

Основные элементы мазутного хозяйства -- приемно-сливное устройство, мазутохранилище, мазутная насосная, установки для ввода жидких присадок, трубопроводы и арматура. На рис 5.2. показана принципиальная схема мазутного хозяйства тепловой электростанции.

Для разогрева и слива мазута из цистерн могут применяться как сливные эстакады с разогревом мазута «открытым» паром или горячим мазутом, так и закрытые сливные устройства -- тепляки Тип сливного устройства выбирается на основании технико-экономического расчета.

Разогретый мазут сливается из цистерн в межрельсовые лотки, выполненные с уклоном не менее 1%, и по ним направляется в приемную емкость, перед которой должны устанавливаться грубый фильтр-сетка и гидрозатвор. На дне лотков укладывают паровые трубы.

Приемно-сливное устройство рассчитывают на прием цистерн грузоподъемностью 50, 60 и 120 т. Длину фронта разгрузки основного мазутохозяйства проектируют, считая, что должен быть слит расчетный суточный расход мазута (20-часовой расход всеми энергетическими котлами станции при их номинальной производительности и 24-часовой расход всеми водогрейными котлами при покрытии тепловых нагрузок для средней температуры самого холодного месяца). Время разогрева и слива одной ставки не должно быть более 9 ч. Полагают также, что мазут доставляется цистернами расчетной грузоподъемностью 60 т, при весовой норме железнодорожного маршрута, с коэффициентом неравномерности подачи 1,2. Принятая длина фронта разгрузки должна быть не менее 1/3 длины маршрута. Для растопочного мазутного хозяйства электростанций с общей производительностью котлов до 8000 т/ч длина разгрузки принимается 100 м, а при большей производительности котлов -- 200 м.

Вместимость приемной емкости основного мазутохозяйства должна составлять не менее 20% вместимости устанавливаемых под разгрузку цистерн. Из приемной емкости мазут перекачивается насосами погружного типа в мазутохранилище. Сливаемый из установленных под разгрузку цистерн мазут должен быть перекачан не более чем за 5 ч. В основном мазутном хозяйстве перекачивающие насосы устанавливаются с резервом. В растопочном мазутохозяйстве приемная емкость должна быть не менее 120 м 3 , откачивающие насосы не резервируются.

От нефтеперерабатывающего завода мазут на мазутохозяйство ТЭС подается по одному трубопроводу. В отдельных случаях при обосновании допускается подача по двум трубопроводам с пропускной способностью каждого из них, равной 50% максимального часового расхода топлива при номинальной производительности котлов.

В зависимости от типа мазутного хозяйства вместимость мазутохранилища (без учета госрезерва) принимается следующей:

Рис. 5.2.

1 -- цистерна; 2 -- лоток приемно-сливного устройства; 3 -- фильтр-сетка; 4 --приемный резервуар: 5--перекачивающий насос погружного типа; 6--основной резервуар; 7--насос первого подъема; 8 -- основной подогреватель мазута; 9-- фильтр тонкой очистки мазута; 10 -- насос второго подъема; 11 -- регулирующий клапан подачи мазута к горелкам; 12-- насос рециркуляции; 13 -- фильтр очистки резервуара; 14 -- подогреватель мазута на рециркуляцию основного резервуара; 15--подогреватель мазута на рециркуляцию приемного резервуара и лотка.

Расход натурального топлива при номинальной нагрузке:

М 3 где - расход топлива за 10 суток для энергетических котлов при их 20-часовой работе; т/м 3 - плотность мазута.

Выбираем 2 резервуара вместимостью 25000 м 3 каждый.

На электростанциях сооружают как металлические наземные резервуары, так и железобетонные, обвалованные землей. В районах со среднегодовой температурой +9°С и ниже металлические резервуары мазутного хозяйства теплоизолируют.

Мазут в резервуарах мазутного хозяйства разогревают циркуляционным способом по отдельному специально выделенному контуру. Возможно применение местных паровых разогревающих устройств. В контуре циркуляционного разогрева мазута предусматривается по одному резервному насосу и подогревателю. Подача насоса циркуляционного разогрева должна обеспечивать подготовку мазута в резервуарах для бесперебойного снабжения котельной.

Температура мазута в приемных емкостях и резервуарах мазутохранилища выше 90 °С не допускается. Это ограничение связано с тем, что при более высокой температуре вода в мазуте вскипает (при 100°С) с образованием водомазутной пены, происходит интенсивное отстаивание воды, увеличиваются потери от испарения легких фракций. Для мазута марки 40 оптимальная рабочая температура хранения 50--60°С, для мазута марки 100--температура 60--70°С.

В основном и растопочном мазутохозяйствах схема подачи мазута в котельное отделение может быть одно- или двухступенчатой в зависимости от требуемого давления перед форсунками. Количество мазутных насосов в каждой ступени основного мазутного хозяйства должно быть не менее четырех (в том числе по одному резервному и одному ремонтному). Оборудование основного мазутного хозяйства должно обеспечивать. непрерывную подачу мазута в котельное отделение при работе всех рабочих котлов с номинальной производительностью.

В насосной основного мазутохозяйства предусматривается по одному резервному подогревателю и фильтру тонкой очистки. Схема мазутонасосной должна допускать возможность работы любого подогревателя и фильтра с любым насосом I и II ступеней.

Мазут из основного мазутохозяйства подается к котлам по двум магистралям, рассчитанным каждая на 75% номинальной производительности с учетом рециркуляции. Из растопочного мазутохозяйства мазут поступает в котельное отделение по одному трубопроводу, пропускная способность которого выбирается с учетом общего количества и мощности агрегатов (энергоблоков) на электростанции и режима ее работы в энергосистеме. При этом загрузка одновременно растапливаемых котлов не должна превышать 30% их номинальной производительности, а число таких котлов на ТЭЦ не должно превышать двух наиболее крупных котлов.

В магистральных мазутопроводах котельной и в отводах к каждому котлу должна быть обеспечена циркуляция мазута. Для этого предусматривается трубопровод рециркуляции мазута из котельной в мазутохозяйство. Подача основных мазутных насосов при выделенном контуре разогрева выбирается с учетом дополнительного расхода мазута на рециркуляцию в обратной магистрали при минимально допустимых скоростях.

Прокладка мазутопроводов, как правило, наземная. Мазутопроводы, проложенные на открытом воздухе и в холодных помещениях, должны иметь паровые или другие обогревательные спутники в общей с ними изоляции. На вводах магистральных мазутопроводов внутри котельного отделения, а также на отводах к каждому котлу должна устанавливаться запорная арматура с дистанционным электрическим и механическим приводами, расположенными в удобных для обслуживания местах.

Для аварийных отключений на всасывающих и нагнетательных мазутопроводах должна быть установлена запорная арматура на расстоянии 10--50 м от мазутонасосной.

Мазутное хозяйство отопительных котельных

Мазутное хозяйство - комплекс устройств, обеспечивающих приемку, хранение и подачу необходимого количества мазута в котельнуюи подготовку его для сжигания в топках котлов. Мазут может быть основным топливом, резервным (например, в зимнее время), аварийным, растопочным, когда основным является сжигаемое в пылевидном состоянии твердое топливо.

Основными элементами мазутного хозяйства являются: приемное устройство, мазутохранилище, резервуар для присадки мазута, расходный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута, охладители конденсата, системы трубопроводов (мазутопроводы, паро- и конденсатопроводы, дренажный трубопровод), насосы различного назначения. Мазут к потребителю доставляется железнодорожным транспортом, нефтеналивными судами, по трубопроводам (если нефтеперерабатывающие заводы находятся на небольших расстояниях).Доставленный в железнодорожных и автомобильных цистернах мазут подогревают до температуры 30-60 °С в зависимости от его марки. Для этой цели чаще всего применяют сухой насыщенный или слабоперегретый пар с давлением 5-6 кгс/см 2 , подаваемый непосредственно в цистерну. Возможно также использование для этой цели переносных змеевиковых подогревателей, что исключает обводнение мазута. Сливаемый из цистерны мазут должен пройти через специальный фильтр, предохраняющий от попадания механических примесей в мазутохранилище. Площадки, где расположены сливные устройства, должны иметь твердые покрытия со стоком для отвода пролитого мазута к местному очистному сооружению. Мазутное хозяйство при доставке мазута железнодорожным транспортом состоит из следующих сооружений и устройств: сливной эстакады с промежуточной емкостью; мазутохранилища; мазутонасосной станции; системы мазутопроводов между емкостями мазута, мазутонасосной и котельными установками,устройствами для подогревамазута; установок для приема, хранения и ввода в мазут жидких присадок. Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем приведена на рисунке 1. Из железнодорожных цистерн 1, располагающихся при сливе на эстакаде 2, мазут по переносному сливному лотку 3 поступает в сливной желоб 4 и затем по отводящей трубе 5 - в приемную емкость 6. Из нее мазут по мазутопроводам подается в фильтр 10 грубой очистки и насосами9 через фильтры 8 гонкой очистки закачивается в емкость мазутохранилища 7. Из емкости мазутохранилища через фильтры 11 тонкой очистки и подогреватели 13 насосами 12мазут подается в горелки 14 котельных агрегатов. Часть разогретого мазута направляется по линии рециркуляции 15 в мазутохранилище для разогрева находящегося там мазута. Рециркуляция мазута предназначена для предупреждения застывания мазута в трубопроводах при уменьшении или прекращении его потребления.

Рис.1.Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем: 1-железнодорожная цистерна; 2-эстакада; 3-переносный сливной лоток; 4-сливной желоб; 5-отводящая труба; 6-приемная емкость; 7-мазутохранилище; 8, 11-фильтры тонкой очистки; 9, 12-насосы; 10-фильтр грубой очистки; 13-подогреватель; 14-горелки котлов; 15-линия рециркуляции.

При сливе из железнодорожной цистерны мазут самотеком движется по открытым лоткам (желобам) в приемные баки. По дну лотков проложены паропроводы. Слив мазута из цистерн происходит через нижний сливной прибор в межрельсовые желоба. Мазут из приемных резервуаров перекачивается погружными нефтяными насосами в основные резервуары для хранения- мазутохранилища, которых, как правило, не менее двух. Суммарная вместимость резервуаров выбирается в зависимости от производительности котельной, дальности и способа доставки (железнодорожный, трубопроводный и др.). Применяют нормальный ряд мазутохранилищ вместимостью 100; 200; 500; 1000; 2000; 3000; 5000; 10000 и 20000 м 3 .Выполняются мазутохранилища наземными, полуподземными (заглубленными) и подземными. Резервуары бывают основные, расходные и резервные. Все они должны обладать безопасностью хранения топлива в пожарном отношении; полной герметичностью; несгораемостью, долговечностью, коррозионной стойкостью против воздействия агрессивных грунтовых вод; удобствами обслуживания и очистки от отстоя и осадков; возможностью установки внутри резервуара подогревающих устройств и другого технологического оборудования. Резервуары мазутохранилища обычно выполняют железобетонными или металлическими. Последние применяют в районах Крайнего Севера и в сейсмически опасных районах. Теплоизоляция металлических хранилищ выполнена из полиуретана, обшитого металлическими листами. Резервуары и баки должны сообщаться с атмосферой и иметь отстойники для сбора воды.

Для перекачки мазута в отопительных котлахнаибольшее применение находят шестеренные и винтовые насосы. При вращении шестерен 2 в направлении, обозначенном на рисунке 2 стрелками, жидкость попадает во впадины, образованные зубьями шестерни и корпусом 4насоса, и перемещается из всасывающей полости 3 в нагнетательную 1. Для бесшумной и плавной подачи перекачиваемой жидкости зубья шестерен часто выполняют косыми. Производительность шестеренных насосов обычно не превышает 20 м 3 /ч, а напор - 12 МПа (1 200 м вод. ст.).

Рис.2.Шестеренный (а) и винтовой (б) насосы: 1-нагнетательная полость; 2-шестерни; 3-всасывающая полость; 4-корпус; 5-винтовые роторы.

В винтовых насосах мазут подается путем выдавливания его роторами с винтовой нарезкой. Винтовые насосы по сравнению с шестеренными бесшумны и работают с большим числом оборотов. Наиболее распространены трехвинтовые насосы с центральным ведущим ротором. При вращении винтовых роторов 5 в раскрывающуюся впадину винтового канала из всасывающей полости 3 поступает мазут. При дальнейшем вращении роторов эта впадина закрывается и мазут, находящийся в ней, переносится в нагнетательную полость 1. Там впадина раскрывается, и мазут выдавливается выступами винтов роторов.

Чтобы обеспечить подогрев мазута в хранилище, необходимый для нормальной работы мазутных насосов, применяют следующие методы: установку паровых подогревателей погружного типа в нижней части резервуара; местные шахтные, секционные или электрические подогреватели; выносные подогреватели. Кроме подогрева в хранилищах предусматривают подогрев мазута в мазутопроводах и перед форсунками.

В настоящие время на котельных применяются подогреватели мазута - поверхностные теплообменники с противоточным движением сред, с трубчатой теплообменной поверхностью, с компенсацией температурного удлинения за счет нежестких конструкций. Например, используется кожухотрубный теплообменный аппарат конструкции Гипронефтемаша. Аппарат состоит из трех основных частей: корпуса 6, трубной доски 10 с развальцованными в ней U-образными трубками и крышки. К цилиндрическому корпусу с одной стороны приварен фланец, с другой стороны - днище 1 эллиптической формы. В центре корпуса подогревателя мазута снаружи приварены две опоры 9 сегментного типа и патрубки 8 для подвода и отвода мазута, движущегося в межтрубной полости.

Трубная доска в подогревателе с развальцованными в ней U-образными трубками представляет собой трубный пучок 5, который может выниматься из корпуса подогревателя мазута при разборке аппарата и снова вставляться после проведения осмотра и при необходимости чистки. Крышка (распределительная коробка) состоит из цилиндрической части, эллиптического днища, приваренного с одного конца, и фланца, приваренного с другого конца. К цилиндрической части крышки подогревателя приварены патрубки 2 с фланцами для присоединения трубопроводов подвода и отвода теплоносителя, движущегося в трубной полости. В крышке также предусмотрена перегородка 3, обеспечивающая двухходовой поток теплоносителя по трубкам аппарата.

Рис.3.Кожухотрубный теплообменный аппарат с U-образными трубками конструкции Гипронефтемаша: 1,7-днище; 2-патрубки для подвода и отвода теплоносителя; 3-перегородка; 4-фланец; 5-трубный пучок; 6-корпус; 8-патрубки для подвода и отвода мазута; 9-опора; 10-трубная доска.

Для подогрева небольших количеств жидкого топлива нашли достаточно широкое применение подогреватели типа «труба в трубе».

Рис.4.Секционный подогреватель топлива типа ПТС: 1-опора подвижная; 2-опора неподвижная; 3-клапан выхода топлива; 4-паровой клапан; 5-клапан выхода конденсата; б-клапан входа топлива;7-трубка нагревательная; 8-корпус подогревателя; 9-фланец корпуса; 10-болт;11-крышка; 12-изоляция;13-ребра нагревательной трубки; А и Б-вход и выход топлива; В-вход пара; Г-выход конденсата.

Принцип работы подогревателя мазута заключается в следующем. Топливо из магистрали через запорный клапан поступает в межтрубное пространство (между корпусом и нагревательной трубкой), омывает наружную поверхность и ребра нагревательной трубки, нагревается и через крышку переходит в другую секцию или через клапан на выход. Греющий пар из паропровода через паровой клапан 4 попадает в нагревательную трубку; через стенку трубки подогревателя и ребра теплота пара передается топливу, далее пар конденсируется и в виде конденсата через клапан 5 удаляется из подогревателя в систему подготовки питательной воды.

В процессе длительной эксплуатации на ряде предприятий выявлены серьезные недостатки в работе данных подогревателей, к которым следует отнести:

невозможность использования данных подогревателей на высоковязких мазутах с УВ° >100 с температурой подогрева до 120-135 °С;

повышенную скорость отложений на внутренней поверхности труб со снижением тепловой мощности (коэффициент теплопередачи снижается по оценкам ЦКТИ до 70%);

трудности, связанные с очисткой внутренней поверхности труб от отложений окисленных продуктов полимеризации мазута при температурах пара на стенке свыше 120 °С;

относительно низкие скорости движения мазута (0,2-0,5 м/с);

низкая гидравлическая плотность (как по пару, так и по мазуту) не позволяет повторно использовать конденсат греющего пара в технологической схеме котельной, который после охлаждения сбрасывается через очистные сооружения в канализацию;

обводнение мазута за счет возможного попадания пара или конденсата в топливо в случаях появления свищей в трубной системе подогревателей.

Для подачи мазута к котлам применяют три схемы: циркуляционную (при использовании высоковязких мазутов, когда котельная работает постоянно на мазуте и кратковременно на газе); тупиковую (при сжигании маловязких мазутов, когда котельная работает на стабильных нагрузках, превышающих средние); комбинированную (при работе котельной на переменных нагрузках и частых переходах с газового топлива на мазут). Регулирование подачи мазута (давления) осуществляется с помощью клапана с импульсом по производительности котлов или давлению пара в котле. При циркуляционной схеме мазут отбирается в нижней части резервуара, насосом перекачивается через выносной подогреватель в котельную, а затем в резервуар. При этом улучшается разогрев мазута и уменьшается отложение примесей в резервуаре. Для перекачки мазута применяют поршневые и винтовые насосы. Мазутопроводы от хранилищ до котельной и рециркуляционный мазутопровод прокладывают в траншеях или туннелях совместно с паропроводами и покрывают их общей изоляцией. Паропроводы должны иметь надежный отвод конденсата. Чтобы обеспечить давление мазута перед форсункой около 20 кгс/см 2 , применяют специальные насосы (шестеренные, лопаточные, винтовые, плунжерные).

Проблемы подготовки мазута к сжиганию

По существующей традиционной технологии подготовки к сжиганию и транспортировке температура мазута в резервуарах находится в пределах 80-95 °С и поддерживается за счет местного подогрева паровыми подогревателями, расположенными на днище мазутной емкости. Затем, при помощи рециркуляционного разогрева выносными подогревателями, разогретый мазут, с необходимой вязкостью, подается в котельную к котлам. Остатки мазута поступают по рециркуляционной линии обратно в мазутные емкости. Растекание в резервуаре турбулентных затопленных струй и сопутствующие им вихревые токи обеспечивают перемешивание мазута в резервуарах и равномерное распределение температур в объеме резервуаров. В то же время, за счет многократного прокачивания мазута, получается грубая водотопливная смесь (эмульсия), качество которой не соответствует требованиям по условиям горения. Низкое качество топливной смеси приводит к пульсирующему горению мазута в топке котлов. С другой стороны, используемая технология подготовки находящегося на хранении в резервуарах мазута с переменным влагосодержанием не позволяет в должной мере обеспечить качественный процесс отстаивания и удаления воды из мазута до влагосодержания, обеспечивающего условия экономичной и экологичной работы котлов. Другой проблемой, существенно влияющей на экономическую эффективность работы котельной, является то, что в существующих схемах мазутного хозяйства котельных отработанный конденсат пара из мазутоподогревателей выносных и находящихся в емкостях после охлаждения водой городского водопровода до требуемой температуры (40 °С) сбрасывается в систему производственно - дождевой канализации и после очистки в городской коллектор. Применяемые сейчас методы очистки сточных вод от нефтепродуктов являются дорогостоящими и не всегда эффективными. Особенно это относится к очистке сильно загрязненных нефтепродуктами вод, которые могут появиться при разрывах или свищах в мазутных подогревателях. Поэтому возврат загрязненного нефтепродуктами конденсата в питательный контур паровых котлов может привести к выходу их из рабочего состояния. Потеря конденсата от подогревателей мазута приводит к необходимости дополнения подпиточной химочищенной водой котлового контура и дополнительного топлива.

Сжигание мазута.

Современные методы промышленного сжигания мазута в топках котлов основаны на факельном сжигании мелкораспыленного топлива при обязательном условии предварительного его нагрева и принудительного распыливания при помощи форсунок. Для распыления мазута в отопительных котлах чаще всего используются форсунки с механическим или паровым распыливанием, а также с комбинированным паромеханическим распылом. Механические форсунки требуют высокого давления и даже при этих условиях не могут обеспечить широкий диапазон регулирования нагрузки. Форсунки с паровым распылом требуют расход пара, что трудно осуществить в котельной с водогрейными котлами. В последние годы на российском рынке появились ротационные форсунки, лишенные таких недостатков, как сложность конструкции и шум в работе. Одним из таких образцов являются форсунки фирмы «ЗААКЕ» (г. Бремен, Германия). Они могут сжигать любое жидкое котельное топливо, в том числе мазуты марок 40 и 100, остатки тяжелых минеральных масел, гудрон и т.д. Они не требуют тщательной фильтрации мазута. Однако все вышеперечисленные форсунки не обеспечивают устойчивость пламени при сжигании сильно обводненного мазута, полноту сгорания грубодисперсных фракций, которые скапливаются в донных отложениях при длительном хранении мазута. Решить эти проблемы путем совершенствования конструкции форсунок не представляется возможным.

Существенным недостатком работы котлов на мазуте является загрязнение поверхностей нагрева котла, что вызывает ухудшение условий теплопередачи по сравнению с работой на газе. Несколько выше и коэффициент избытка воздуха, что приводит к снижению КПД котла. В котельных, где мазут является резервным (аварийным) топливом, наибольшее распространение получили короткофакельные горелки ГМГМ. Мазут подается к распыливающей головке, в которой установлены: шайба распределительная с одним рядом отверстий, завихрители топливный и паровой, имеющие по три тангенциальных канала. Шайба и завихрители крепятся с помощью накидной гайки. Количество и диаметр отверстий в шайбе распределительной следующие: в горелках ГМГ-1,5М и ГМГ-2М- 8 диаметром 2,5, в горелках ГМГ-4М и ГМГ-5М - 12 диаметром 3 мм. Мазут проходит через отверстия шайбы, по каналам попадает в камеру завихрителя и выходит из сопла, распыливаясь за счет центробежной силы. Если требуемая тепловая мощность находится в пределах 70-100% от номинальной, можно работать без подачи пара, так как достаточно механического распыливания мазута. При тепловой мощности ниже 70% от номинальной подается пар давлением 1,5-2 кгс/см 2 , который проходит через каналы парового завихрителя и закрученным потоком участвует в распыливании мазута.

При сжигании мазута необходимо следить за тем, чтобы на внутренних поверхностях форсунок не накапливались нагарообразования, смолистые и другие отложения, ухудшающие условия распыливания мазута, что вызывает неполноту его сгорания. О наличии таких отложений можно судить по появлению в топке летающих капель - «звездочек». Поэтому форсунки следует периодически вынимать из горелок, очищать их от отложений и промывать соляровым маслом или другим легким топливом.

Устройства и способы для сжигания и очистки мазута.

Наряду с организационно-финансовыми причинами неудовлетворительного состояния систем теплоснабжения, имеют место серьезные причины технического характера. В настоящее время неизвестен соответствующий современным требованиям рациональный и экономически обоснованный способ высококачественного распыла мазута без распыливающего агента. Нормативные документы, регламентирующие режимы эксплуатации ТЭС разработаны десятки лет назад, в период относительно дешёвого топлива. Вероятно, низкая экономичность оборудования для сжигания мазута (механических форсунок) и энергорасточительность существующей технологии сжигания мазута объясняется временем разработки. В настоящее время, по некоторым данным, отраслевые НИИ не ведут работы в этом направлении. При нарастающем дефиците газа, с ростом доли мазута в общем балансе топлива, с ростом стоимости мазута, необходимо совершенствование технологии его сжигания и внедрение новейших разработок. Сжигание мазута с условным отсутствием химического недожога, потери тепла на испарение влаги обводненного топлива и т.п. не могут быть оправданы при сегодняшних взглядах на энергосбережение и на экономию энергоресурсов.

Следует подчеркнуть, что предлагаемый способ распыла мазута с использованием кавитационных эффектов является новым в теории проектирования и в практике эксплуатации ТЭС, не имеющий, по некоторым данным, аналогов в России.

Форсунка предназначена для высококачественного механического распыла и сжигания мазута в энергетических котлах и установках. Кавитационная форсунка является современной техникой, не имеющей аналогов в России. Отличительными особенностями данной разработки по сравнению с традиционными механическими форсунками являются её высокая экономичность, надежность и простота в обслуживании.

Высокая надежность достигается благодаря простоте конструкции и применению материалов, рассчитанных на многолетнюю длительную эксплуатацию. Все обслуживание форсунки заключается только в периодическом контроле за состоянием деталей. Поэтому применение «Фрезы» позволит потребителю одновременно решить две проблемы – энергосбережения и ресурса.

Принцип работы кавитационной форсунки.

Форсунка состоит из корпуса, сопла, завихрителя и основания. Основным элементом форсунки Фреза является кавитатор, который представляет собой цилиндрический корпус, оснащенный профилированными каналами специальной зависимости.

При прокачивании под давлением мазута через кавитатор в нем формируется вихревой поток, в котором под действием переменных давлений в местах неоднородностей топлива возникают ее разрывы, что приводит к появлению мельчайших пузырьков. При последующем схлопывании пузырьков происходят резкие скачки давления (абсолютная величина давления зависит от сил поверхностного натяжения жидкости и других факторов), образуются поперечные составляющие скорости потока, существенные сдвиговые напряжения потока и значительное локальное повышение температуры. Непрерывное образование и схлопывание пузырьков в жидкости, известное как явление кавитации, приводит к разрыву мазутных цепочек (кластеров), генерации высокочастотных колебаний и неустойчивости топливной плёнки перед сопловым отверстием. Вязкость топлива, за счёт разрыва цепочек молекул и местных повышений температуры резко снижается, а вода, содержащаяся в топливе, под воздействием кавитации частично подвергается диссоциации на водород (идеальное горючее) и кислород, а частично образует с топливом водомазутную эмульсию. При выходе из соплового отверстия, неустойчивая пульсирующая газоводомазутная плёнка мгновенно разваливается на мельчайшие капельки, внутри которых находится мельчайшая частица воды, водород или кислород. Вылетая в область низких давлений газ расширяется взрывом, а вода мгновенно прогревается и взрывается, что и приводит к вторичному мелкодисперсному дроблению мазута до уровня 40…60 мкм. Наилучшие результаты достигаются при дисперсности водяных частиц от 3 до 8 мкм. Горение мазута и водорода в присутствии паров воды и активного кислорода проходит при предельно низких избытках воздуха, без гарантированного недожога топлива с полнотой сгорания близкой к единице, что и приводит к экономии топлива при сжигании. Снижение удельного расхода мазута теоретически может достигать 2,5… 3,0 % и более, а это сотни миллионов рублей.

Сегодня, когда во всех государствах мира энергосбережение введено в ранг государственной политики, необходимо всемерное совершенствование технологии сжигания мазута на ТЭС и котельных, необходима модернизация и совершенствование действующего оборудования.

Учитывая компактность, надёжность и простоту конструкции, кавитационные форсунки механического распыливания мазута в горелках котлоагрегатов по совокупности экономических и эксплуатационных параметров превосходят любые другие известные устройства и способы сжигания топлива.

Применение форсунок «Фреза» позволит:

1. Снизить удельный расход мазута на 0,5…1,0% и до 1,5% на малых нагрузках в сравнении с механическими форсунками ГРФМ.

2. Обеспечит диапазон регулирования нагрузки котла от 50 до 100%.

3. Снизить избытки воздуха в топке;

4. Снизить занос поверхностей нагрева котла;

5. Повысить К.П.Д. котла;

6. Повысить надёжность и безопасность эксплуатации котлоагрегата при сжигании низкосортного мазута.

Установка предназначена для выделения из мазутов воды и мехпримесей. Данный процесс происходит за счет разделения смеси на 3 фазы на основе их разности плотностей с применением различных диапазонов высоких скоростей и вращающих моментов. Сырье (загрязненный продукт) подается через трубу механизма подачи во вращающуюся часть шнекового конвейера, где под действием центробежной силы происходит разделение на очищенный продукт и осадок. Очищенный мазут выводится из цилиндрической части ротора, а осадок за счет разницы скоростей шнека и ротора поступает в коническую часть, где происходит его обезвоживание. Обезвоженный осадок выгружается в узком конце конической части через специальные порты и с помощью транспортера может выгружаться напрямую в самосвалы или контейнеры для отходов. Управление декантером и насосом осуществляется со встроенного пульта управления. Центрифуга и насос имеют взрывозащищенное исполнение. Остаток воды в очищенном мазуте - не более 1,5%. Остаток мехпримесей - не более 1%. Установка смонтирована на прочной металлической раме.

Применяемые сегодня в котельных технико-технологические и организационно - технические мероприятия по хранению и использованию поставляемого низкосортного жидкого топлива не только не обеспечивают уровень современных требований по экономическим и экологическим показателям, но и усугубляют их за счет:

повышенного образования шлама с резким увеличением термического сопротивления на поверхностях нагрева;

повышенной коксуемости мазута;

снижения качества его распыливания;

ухудшения функционирования горелочных устройств;

снижения качества процесса горения топлива в топках котлов;

снижения надежности, маневренности производительности котельного агрегата и уменьшения его межремонтного ресурса в целом;

значительных потерь топлива, электроэнергии и воды.

Совершенствование эксплуатации мазутного хозяйства в новых экономических условиях требует комплексного подхода по внедрению нового оборудования и технологий хранения, подготовки к сжиганию мазута и его учета.

Это достигается за счет применения таких технологий, которые бы обеспечивали требуемый уровень нагрева, фильтрации, гомогенизации, давления и постоянства качества подаваемого на горение мазута, а также приборного контроля расхода и приема топлива с минимальными эксплуатационными затратами. К таким технологиям следует отнести:

«холодное» хранение мазута с выделением прогретой зоны в объеме резервуара по линии всасывания;

многоступенчатую подготовку мазута с получением высококачественной топливной (водотопливной) смеси (эмульсии) путем диспергирования топлива содержащейся в ней водой (или нефтесодержащими водами) и топливными составляющими;

циркуляционный подогрев мазута с повышенными скоростями в выносных подогревателях - гомогенизаторах, многократную фильтрацию на фильтрах - подогревателях;

технологию замкнутой схемы нагрева мазута с возвратом конденсата в цикл котельной.

Необходимо разработать аппаратно - программный комплекс измерительных устройств, позволяющих с учетом динамики изменения свойств поступающего и расходуемого мазута определять автоматически его массу.

В энергетической стратегии развития России до 2020 г. предусматривается не только рост объемов добычи нефти, но и одновременное увеличение глубины ее переработки, что приведет к ухудшению качества мазута.

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический Институт

Кафедра: «Т и ГГД»

МАЗУТНОЕ ХОЗЯЙСТВО КОТЕЛЬНЫХ

Студентка ТЭ 07-05 __________ Голубева Е.А.

Схема мазутного хозяйства. Мазут может быть основным топливом, резервным (например, в зимнее время), аварийным, растопочным, когда основным является сжигаемое в пылевидном состоянии твердое топливо.

Мазут к потребителю доставляется железнодорожным транспортом, нефтеналивными судами, по трубопроводам (если нефтеперерабатывающие заводы находятся на небольших расстояниях). Мазутное хозяйство при доставке мазута железнодорожным транспортом состоит из следующих сооружений и устройств: слив-пой эстакады с промежуточной емкостью; мазутохранилища; мазутонасосной станции; системы мазутопроводов между емкостями мазута, мазутонасосной и котельными установками, устройствами для подогрева мазута; установок для приема, хранения и ввода в мазут жидких присадок.

Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем приведена на рис. 1.4. Из железнодорожных цистерн 1, располагающихся при сливе на эстакаде 2, мазут по переносному слив-пому лотку 3 поступает в сливной желоб 4 и затем по отводящей трубе 5 - в приемную емкость 6. Из нее мазут по мазутопроводам подается в фильтр 10 грубой очистки и насосами 9 через фильтры 8 гонкой очистки закачивается в емкость мазутохранилища 7. Из емкости мазутохранилища через фильтры 11 тонкой очистки и подогреватели 13 насосами 12 мазут подается в горелки 14 котельных агрегатов. Часть разогретого мазута направляется по линии /5 рециркуляции в мазутохранилище для разогрева находящегося там мазута. Рециркуляция мазута предназначена для предупреждения застывания мазута в трубопроводах при уменьшении или прекращении его потребления.

Рис. 1.4. Схема мазутного хозяйства с наземным мазутохранилищем:

1-железнодорожная цистерна; 2-эстакада; 3-переносный сливной лоток; 4-сливной желоб; 5-отводящая труба; 6-приемная емкость; 7-мазутохранилище; 8, 11-фильтры тонкой очистки; 9, 12-насосы; 10-фильтр грубой очистки; 13-подогреватель; 14-горелки котлов; 15-линия рециркуляции.

При сливе из железнодорожной цистерны мазут самотеком движется по открытым лоткам (желобам) в приемные баки. По дну лотков проложены паропроводы. Слив мазута из цистерн происходит через нижний сливной прибор в межрельсовые желоба. Мазут из приемных резервуаров перекачивается погружными нефтяными насосами в основные резервуары для хранения. Подогрев л мазута в приемных и основных резервуарах до 70 °С проводится обычно трубчатыми подогревателями поверхностного типа, обогреваемыми паром. В водогрейных котельных пар отсутствует, поэтому подогрев мазута осуществляется горячей водой с температурой до 150 °С.

Для уменьшения опасности донных отложений и загрязнения поверхностей нагрева при длительном хранении к мазуту добавляют жидкие присадки типа ВНИИНП-102 и ВНИИНП-103.

Мазут для отопительного котла может быть основным топливом, резервным (например, в зимние месяцы), аварийным, позволяющим в случае необходимости быстро перевести котельную с одного вида топлива на другой. Котельная представляет промышленное здание, в котором имеются: устройства для хранения некоторого запаса топлива, механизмы для его подготовки к сжиганию и подачи в топку; оборудование для хранения, водоочистки, подогрева и перекачки воды для питания котельного агрегата, теплообменников, деаэраторов, баков, питательных, сетевых и других насосов; различные вспомогательные устройства и машины, предназначенные для обеспечения длительной и надежной работы котельных агрегатов, в том числе и приборов, позволяющих контролировать ход процессов в котельном агрегате. Около здания котельной обычно располагаются: устройства для приемки, разгрузки и подачи жидкого топлива по емкостям, аппаратам для подогрева, фильтрации и транспорта в котельную; трубопроводы, подводящие газ к котельной, и газорегуляторные пункты (ГРП) для приема, очистки и снижения давления газа перед котлами; склады для хранения материалов и запасных частей, необходимых при эксплуатации и ремонтах оборудования котельной; устройства для приемки и преобразования электрической энергии, потребляемой котельной установкой.

На территории котельной регламентировано устройство проездов и площадок разного назначения, зеленой зоны для защиты окружающего пространства. Снабжение котельной топливом может осуществляться различными путями: по железной дороге, автотранспортом и по трубопроводам.

21 22 ..

НАЛАДКА МАЗУТНОГО ХОЗЯЙСТВА КОТЕЛЬНОЙ

Наладку мазутного хозяйства котельных ведет бригада из двух-трех человек при помощи штатных контрольно-измерительных приборов. Кроме того, в распоряжении бригады должны быть аккумуляторный фонарь, механическая рулетка, складной механический метр и плакаты «Не включать - работают люди». Работы проводят в четыре этапа: проверка законченного монтажа оборудования; пусковые работы; наладка при пробной эксплуатации; режимная наладка.

ПРОВЕРКА СМОНТИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

По прибытии на объект руководитель бригады получает разрешение от заказчика на проведение пусконаладочных работ и проверяет выполнение общих требований техники безопасности, проводит общий инструктаж наладчиков с оформлением в Журнале проведения инструктажа на объекте производства работ и инструктаж на рабочем месте с оформлением в Журнале инструктажа на рабочем месте. В дальнейшем эти мероприятия проводит перед каждым этапом работ*

Вначале проверяют исправность переносных лестниц, подготавливают проектно-техническую документацию, паспорта и инструкции на оборудование. Обследуют и осматривают оборудование мазутного хозяйства. Проверяют резервуары хранения топлива, убеждаются в том, что они оборудованы люками, вентиляционными патрубками, устройствами для измерения уровня топлива в соответствии с проектом. Контролируют правильность монтажа встроенных подогревателей и устройств для циркуляционного разогрева топлива, правильность выбора места ввода трубопроводов в резервуары, дренажей, отстоя.

Проверяют соответствие проектным данным фактических размеров и высотных отметок фундаментов, рам, анкерных болтов мазутонасосной, правильность установки оборудования и его обвязки трубопроводами. Контролируют качество выполненных работ по каналам мазуто-насосной, приямку отстоя. Проверяют наличие штуцеров (ершей) для прогрева и продувки мазутопроводов, определяют правильность установки контрольно-измерительных приборов. Убеждаются, что мазутонасосная оборудована системами освещения, отопления, вентиляции и средствами пожаротушения в соответствии с существующими нормами и проектом.

В сливных и приемных устройствах проверяют соответствие проектным данным габаритных размеров и высотных отметок эстакады и наличие смонтированных устройств для разогрева мазута в железнодорожных цистернах. Путем измерений определяют правильность расположения приемных люков нулевого резервуара (при наземном расположении резервуаров хранения топлива) или сливных лотков (при подземном расположении резервуаров хранения топлива).

Проверяя наружные и внутренние трубопроводы, убеждаются, что диаметры фактически проложенных трубопроводов соответствуют проектным, а опоры трубопроводов выполнены в соответствии с техническими условиями. Определяют правильность установки запорной и регулирующей арматуры, давление и условный проход, которые должны соответствовать давлению и диаметру трубопроводов, а места ее установки должны быть доступны для обслуживания. Проверяют наличие необходимых контрольно-измерительных приборов на мазуто-проводах в котельной.

Контролируют качество теплоизоляции оборудования н трубопроводов; наружные мазутопроводы вместе с попутными паропроводами должны быть покрыты теплоизоляцией, а все внутренние мазутопроводы, включая и проложенные в каналах, не должны иметь оголенных участков. Проверяют обваловку наземных резервуаров топлива.

Осматривая зачистной резервуар, резервуар присадок и нефтеловушку, убеждаются, что резервуары установлены и оборудованы в соответствии с проектом. При проверке нефтеловушки тщательно измеряют ее элементы в соответствии с рабочими чертежами.

До начала теплоизоляционных работ испытывают прочность и плотность трубопроводов, подогревателей топлива, резервуаров и обкатывают насос. По результатам испытаний оформляют соответствующие акты. В случае выявления недостающего оборудования, неоконченных или неправильно выполненных строительно-монтажных работ составляют ведомость дефектов, в которой определяют сроки их устранения.

После окончания теплоизоляционных работ и окраски оборудования и трубопроводов проверяют правильность нанесения на них обозначений с указанием назначения трубопроводов и направления движения среды. Представители наладочной организации принимают участие в составлении инструкции по эксплуатации мазутного хозяйства, знакомят эксплуатационный персонал со схемой хозяйства и проводят с ним инструктаж по безопасным методам пуска и эксплуатации оборудования.