Тепловые электростанции (далее по тексту - ТЭС) являются основой российской электроэнергетики, обеспечивая не менее 70% от потребляемой мощности по стране.
Доминирующими энергоносителями, сжигаемыми в котлах ТЭС, являются природный газ, жидкие продукты переработки нефти и уголь, однако мазуту находится применение на энергоблоках с любым видом топлива. Даже на ТЭС, сжигающих в качестве основного топлива газ или уголь, мазут используется в качестве резервного топлива, чтобы обеспечивать одно из главнейших требований к электростанциям – бесперебойную работу оборудования, не допускающую кратковременных остановок.
Высокие требования к топливоподаче предусматривают обустройство на территории ТЭС специализированных технологических комплексов, называемых мазутными хозяйствами (далее по тексту – МХ). Кроме тепло- электростанций МХ с аналогичными функциями создаются на нефтебазах, котельных, перерабатывающих предприятиях. В составе оборудования МХ обязательно присутствуют подогреватели мазута, предназначенные для разогрева мазутного топлива перед подачей в форсунки жидкотопливного котла.
Подогреватели мазута в составе МХ
Мазутные хозяйства крупных ТЭС или котельных малой энергетики представляют собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводных коммуникаций, в состав которого входят следующие основные функциональные блоки:
- приемо-сливные устройства;
- мазутохранилища;
- мазутонасосная станция, объединяющая насосную группу, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели мазута.
На рис. ниже приведена условная схема типового МХ с наземным расположением мазутохранилища.
Мазутонасосная станция выполняет следующие задачи:
- прием мазута;
- перекачку его в хранилища (поз. 3);
- подогрев резервуаров с мазутом;
- подачу мазута в котлы (поз. 10) для сжигания.
Физико-химические свойства мазутного топлива требуют поддержания температуры мазута на уровне 60-70C° при его транспортировании по трубопроводам и для обеспечения нормальной работы мазутных насосов.
Это важно! При сравнительно невысокой температуре в диапазоне от 10 до 25C° вязкость мазута резко снижается, сопровождаясь налипанием нарастающего слоя углеводородов парафинового ряда на внутренних стенках труб, емкостей и оборудования. Процесс налипания прекращается при нагреве мазута выше 70C°
В современных ТЭС и котельных малой энергетики подача мазута к котельным агрегатам осуществляется по циркуляционной схеме с использованием пара в качестве греющего теплоносителя и возвратом конденсата в рабочий цикл котельной. Широкое применение получили подогреватели мазута серии ПМ (далее по тексту – ПМ). Промышленностью выпускаются подогреватели следующего модельного ряда:
- ПМ 25-6;
- ПМ 40-15;
- ПМ 40-30;
- ПМ 10-60.
В обозначении модели ПМ указываются два паспортных параметра:
- рабочее давление мазутного топлива в трубках, кгс/кв. см;
- производительность подогревателя по мазуту, тонн/час.
В составе мазутных хозяйств подогревателям ПМ (поз. 9 схемы типового МХ) отведена важная функция подготовки мазутного топлива для оптимальной работы форсунок котлов (поз. 10 схемы). Подготовка топлива с использованием ПМ включает следующие основные технологические операции:
- снижение вязкости мазута до консистенции, необходимой для его эффективного распыления форсункой в топке котла. В этом случае в топке обеспечивается стабильное сгорание жидкого мазутного топлива;
- обеспечение оптимального рабочего давления перед сжиганием;
- блокирование возможного нештатного охлаждения топлива в мазутопроводах.
Подготовка мазутного топлива с использованием ПМ
Температура подогрева мазутного топлива с использованием ПМ определяется маркой мазута и способом распыления. ГОСТ 10585-2013 «Топливо нефтяное. Мазут. Технические характеристики» устанавливает следующие виды топочного мазута (п.3.1):
- флотский Ф5;
- топочный 40;
- топочный 100.
В теплоэнергетике задействованы три вида форсунок, подающих мазутное топливо в топку:
- форсунки механического распыления, требующие подачи мазута, нагретого от 80C° (марка Ф5) до 150C° (марка 100);
- форсунки паромеханические, работающие с топливом, нагретым до температуры от 100C° (марка 40) до 125C° (марка 100);
- форсунки ротационные комбинированные, для которых необходимо топливо температурой от 80°(марка Ф5) до 100C° (марка 100).
В «Типовой инструкции по эксплуатации мазутных хозяйств тепловых электростанций РД 34.23.501-91» в п. 5.1.2.1. определены параметры вязкости, которые должен обеспечивать ПМ, включенный в систему мазутоподготовки МХ:
- для механических и паромеханических форсунок - 2,5 град. ВУ (16 кв. мм/с);
- для паровых и ротационных форсунок - 8 град. ВУ (44 кв. мм/с).
При соблюдении указанных параметров вязкости мазута будут обеспечены оптимальные условия сжигания нефтепродукта, зависящие от качества его распыливания (конусности струи, размеров капель и т.п.).
Требования к работе ПМ
Качественная работа ПМ заключается в поддержании температуры мазута, подаваемого на форсунки, в соответствии с условиями его использования. При несоблюдении этого требования система подготовки топлива и топливная система мазутного котлоагрегата подвергаются следующим негативным воздействиям:
- Недогреву мазута, вызывающего следующие неполадки:
- снижение качества распыливания топлива;
- ухудшение условий транспортирования нефтепродукта по трубам.
- Перегреву мазута, приводящего к следующим неприятностям:
- испарению отдельных фракций топлива;
- вспениванию мазута, способного спровоцировать воспламенение топлива в емкостях;
- нестабильности работы форсунок, переходу на пульсационный режим работы вплоть до срыва факела;
- ухудшению работы мазутных насосов, поддерживающих стабильное давление в мазутопроводах.
Это важно! Использование недогретого мазута приводит к следующим потерям эффективности:
- неоправданно высоким энергозатратам для его прокачки по мазутопроводам;
- перерасходу топлива из-за некачественного распыливания форсунками;
- недожогу топлива, образованию сажи;
- резкому повышению эксплуатационных расходов по содержанию МХ.
Техническое обслуживание и ремонт ПМ
По условиям эксплуатации ПМ относятся в категории оборудования, работающего под давлением и при высокой температуре рабочей среды. При этом эксплуатация ПМ сопровождается повышенным абразивным износом его составных элементов, приводящим к потере прочности всей конструкции, и снижением качества теплообмена при нагреве мазута паром. Мазут представляет собой многофазную дисперсную систему, в составе которой можно найти не только сравнительно мягкие парафиновые углеводороды, но и твердые минеральные примеси, карбены и карбоиды. В процессе эксплуатации ПМ частицы высокомолекулярных углеводородов осаждаются на внутренних поверхностях теплообменных трубок. При температуре стенок выше 150C° в пристенном слое начинается процесс коксования (твердения) осаждений, снижающий качество работы ПМ:
- резко возрастает гидравлическое сопротивление (в 5-10 раз);
- снижается интенсивность теплообмена в межтрубном пространстве.
Ухудшение теплообменных и гидравлических показателей работы ПМ требует частых остановок, что существенно сокращает продолжительность непрерывной рабочей компании.
При изготовлении ПМ заводы-производители руководствуются нормативными документами, в которых учтены повышенные требования к прочности конструкции ПМ и обеспечения безопасно й эксплуатации ПМ в составе МХ:
- ПБ 10-115-96 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением»;
- ПБ 03-384-00 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных».
Надежную бесперебойную работу ПМ обеспечивает соблюдение техническим персоналом правил эксплуатации ПМ, изложенных в документации завода-изготовителя. В частности, сотрудники МХ должны ежедневно отслеживать и контролировать параметры давления и температуры мазута и греющего пара.
Это важно! Уже при недогреве мазута на выходе на 4-5C° или снижения тепловой мощности ПМ на 30% по сравнению с паспортной необходимо проводить очистку внутренней поверхности теплообменных трубок.
Вопросы обслуживания и эксплуатации ПМ отражены в «Типовой инструкции по эксплуатации мазутных хозяйств тепловых электростанций РД 34.23.501-91» (р. 5 «Техническое обслуживание оборудования и контроль за его работой» и п. 6.2.3. «Подогреватели»).
При необходимости проведения ремонта ПМ руководствуются СТО 70238424.27.060.30.004-2009 «Подогреватели мазута. Общие технические условия на капитальный ремонт. Нормы и требования».
Заключение
Мазут еще не одно десятилетие будет служить основным или резервным топливом на тепло-электростанциях. На огромной территории РФ сотни котельных обслуживают жилые районы и промышленные зоны предприятий. От эффективной бесперебойной работы ПМ зависит надежность тепловых и энергетических систем, поэтому подогреватели мазута серии ПМ являются весьма востребованными агрегатами.
