Павлов В, А., Штейнер И. Н.
Условия оптимизации процессов сжигания жидкого топлива и газа в энергетических и промышленных установках. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1984.— (Экономия топлива и электроэнергии).
В книге рассмотрено влияние конструктивных и режимных факторов на работу топочного оборудования при сжигании жидкого и газообразного топлива. Приведены рекомендации по организации оптимального взаимодействия физико-химических процессов в топочных устройствах. Рассмотрены вопросы оптимизации конструкций топок и повышения эффективности и надежности их работы.
Предназначена для инженерно-технических работников, занятых исследованием, разработкой, наладкой, испытанием и эксплуатацией котлов и топочных устройств, использующих жидкое и газообразное топливо.
Глава первая
ЖИДКОЕ И ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО.
ПОДГОТОВКА ЕГО К СЖИГАНИЮ
Основные характеристики топлива
Поиск путей оптимизации топочного процесса в топливосжигающих установках невозможен без глубокого знания и понимания особенностей современных и перспективных топлив, применяемых в энергетике. Фундаментом для глубокого понимания процессов, протекающих при сжигании в ограниченных объемах топочных камер, должно служить изучение свойств и характеристик топлива, изменяющихся как в процессе его подготовки к сжиганию, так и в процессе самого сжигания. Именно с этих позиций далее будут рассмотрены жидкие и газообразные топлива, применяемые в СССР и за рубежом [11], и их подготовка к сжиганию.
К жидкому котельному топливу относится, в первую очередь, мазут, вырабатываемый из нефти, а также синтетический мазут (смола), получаемая из сланцев, угля, торфа, древесины и т. д. Исходные продукты производства мазута часто сами используются как топливо.
Качество отечественного мазута устанавливается ГОСТ 10585—75. Часто по тем или иным причинам в топках энергоустановок сжигается специальное топливо: газотурбинное (ГОСТ 10433—75), дизельное (ГОСТ 1667— 68), сланцевое масло (ГОСТ 4806—79), топливо мартеновских печей (ГОСТ 14298—79), керосин и печное топливо (ТУ 3800150—71), гудрон, пек и т. п.
В табл. 1 приведены данные по основным и специальным видам жидкого топлива, применяемого в энергетике [11].
Природные горючие газы подразделяются на биохимические, размещенные в пустотах пород земной коры, и попутные, растворенные в нефти.
Синтетические горючие газы подразделяются по способу получения и носят название этого способа — коксовые, полукоксовые, газификационные, гидрогенизационные, синтезные и т. п.
Состав горючих природных газов месторождений СССР приведен в табл. 2.
Продолжение табл. 1
Примечание. Вязкость топлива ДА, ДЗ, ДЛ при температуре 20 °С равна 3,15—1,7°ВУ.
Состав отечественных природных газов коммунальнобытового назначения регламентируется ГОСТ 5542—78. В северо-западной зоне нашей страны широкое распространение получил сланцевый газ, а во многих районах — попутный горючий газ нефтедобычи и газ, образующийся при различных производствах (см. табл. 3).
Способность легкого перехода из газообразного состояния в жидкое, путем сжатия при температуре наружного воздуха, некоторых сложных углеводородов (пропан, пропилен, бутан, бутилен) обусловила их применение в качестве топлива для коммунально-бытовых и промышленных потребителей. Кроме того, их широкое применение связано с тем, что эти газы получают в газобензиновом производстве и из природных горючих газов конденсатных месторождений. Особенно перспективна доставка сжиженных газов в отдаленные районы автомобильным и речным транспортом. Сжиженные газы, применяемые как топливо, поставляются трех марок: технический пропан; технический бутан; смесь технического бутана и пропана. По ГОСТ 20448—80 сжиженный газ для коммунального потребления поставляется трех марок: СПБТЗ, СПБТА и БТ.
Современный этап развития энергетики опирается в основном на перечисленное выше жидкое и газообразное топливо. Однако следует согласиться с тем, что сейчас идет неуклонный рост потребления угля, особенно добываемого открытым способом.
Примечание. CnHm в нефтяном крекинг-газе—16,6%, в нефтяном пиролиз-газе 31%.
Рис. 1. Структура мирового потребления энергии в период 1850— 2020 гг
1—мускульная сила человека и животных; 2—отходы сельскохозяйственного производства; 3 — геотермальная, солнечная и энергия приливов и отливов; 4 — гидроэлектроэнергия; 5 — ядерная энергия; 6 — дрова; 7 — природный и попутный топочный газ; 8— нефть; 9 —уголь.
Для иллюстрации топливопотребления и возрастающей в нем доли угля на рис. 1 приведена структура мирового потребления энергии в период с 1850 по 2020 гг..
Увеличение содержания серы в исходном сырье для жидкого топлива неизбежно ведет к увеличению содержания серы в самом топливе. Удаляют серу из топлива пока редко, так как это требует больших капитальных затрат. Облагораживание топлива весьма перспективно, а затраты на его осуществление окупаются за счет сокращения затрат на очистку от серы и уменьшения потерь металла от коррозии.
Особое место в составе топлива занимает вода и механические примеси. Наличие механических примесей и воды выше норм, устанавливаемых ГОСТ, может быть вызвано нарушением технологии добычи, а также неправильной транспортировкой, выгрузкой и хранением топлива. Механические примеси из жидкого топлива удаляются фильтрацией, а вода — в отстойниках. Если воду удалить невозможно, то топливо сжигается в смеси с водой.
При систематическом насыщении водой доставляемого На объект мазута или другого жидкого топлива единственным способом, дающим возможность удовлетворительно эксплуатировать энергоустановки, является эмульгирование.
Эмульгирование производится различными устройствами механического и гидравлического типов. Действие воды особенно заметно при высоком ее содержании в топливе. Наибольший положительный эффект влияния воды на горение зависит от ее содержания и качества эмульсии, т. е. степени перемешивания этой двухкомпонентной среды. При больших концентрациях вода в статических условиях образует в топливе «линзы», которые при одинаковой плотности располагаются на любом уровне.
Заметное место в энергетике занимают и другие горючие топливные смеси. Это, в первую очередь, эмульсии смесей различных жидких топлив, водотопливные и топливные суспензии (жидкое топливо — угольная пыль и т. п.). Их сжигание связано с дополнительными трудностями, что является предметом особого рассмотрения.
