Основным видом жидкого энергетического топлива является мазут. Он представляет собой тяжёлый остаточный продукт переработки нефти и состоит из наиболее тяжёлых углеводородов. В состав мазута входят также асфальтосмолистые вещества, сернистые соединения, минеральные примеси и влага, перешедшая в мазут из нефти.
Минеральные примеси мазута представляют собой соли щелочных металлов, которые при сжигании мазута частично переходят в оксиды, обуславливая образование золы. Зольность топочных мазутов обычно не превышает 0,15 %.
Согласно стандартам, в мазуте, поставляемым потребителям, содержание воды не должно превышать 1,5 %. (Однако при разогреве мазута паром перед сливом из цистерн происходит значительное повышение влагосодержания мазута – до 5 % и более).
Основными характеристиками мазута, оказывающими существенное влияние на его использование, являются:
• вязкость;
• плотность;
• температура воспламенения;
• температура самовоспламенения;
Для сравнительной оценки высоковязких продуктов, каким является мазут, обычно пользуются условной вязкостью, которая представляет собой отношение времени истечения 200 мл мазута при заданной температуре к времени истечения такого же объёма дистиллированной воды при 20 °С. Она выражается в градусах условной вязкости (°ВУ).
От вязкости мазута зависят затраты энергии на его транспортировку по трубопроводам, время слива из ёмкости, скорость и полнота отстаивания от воды и механических примесей, эффективность распыления.
При увеличении температуры вязкость мазута уменьшается, поэтому для облегчения транспортировки и повышения качества распыления производят его подогрев.
Плотность отражает товарное качество нефтепродукта. Показателем плотности пользуются в расчётах для определения вместимости резервуаров мазута, расхода энергии на его перекачку и т.д. Для практических целей часто пользуются относительной плотностью, которая представляет собой безразмерную величину, численно равную отношению плотности мазута при заданной температуре к плотности дистиллированной воды при 4 °С.
Плотность так же, как и вязкость, зависит от температуры (с повышением температуры плотность уменьшается).
Плотность мазута в значительной степени определяет скорость отстаивания его от воды. При плотности мазута, меньшей плотности воды, отстаивание происходит сравнительно быстро. При приближении относительной плотности к единице скорость отстаивания падает, а для мазутов, плотность которых превышает единицу, отстаивание практически не происходит, так как мазут в резервуаре находится ниже воды.
Температурой вспышки называют температуру, при которой пары топлива, нагреваемого в стандартных условиях, образуют с окружающим воздухом горючую смесь, вспыхивающую при поднесении к ней пламени. Горение при этом моментально прекращается.
Если продолжать нагревание жидкости, то при достижении определённой температуры продукт, вспыхнувший от внешнего источника пламени, горит в течение нескольких секунд (не менее 5 с). Эту температуру называют температурой воспламенения, или верхним пределом температуры вспышки жидкого топлива.
Температуры вспышки и воспламенения связаны с температурой кипения соответствующих фракций топлива. Чем легче фракция, тем ниже температура вспышки и воспламенения. Например, температура вспышки бензиновых фракций ниже нуля (до – 40 °С), сырой нефти – 20 - 40 °С, парафинистых мазутов – 50 - 70 °С, прямогонных мазутов, не содержащих парафинов – 140 - 230 °С. Температура воспламенения нефтепродуктов обычно на 50 - 70 °С выше температуры вспышки.
Температурой самовоспламенения называется температура, при которой жидкое топливо воспламеняется без внешнего источника пламени. Для мазутов она находится в пределах 500- 600 °С.
Для транспортировки мазута по трубопроводу и слива его из железнодорожных цистерн большое значение имеет температура, при которой он теряет подвижность, т.е. застывает (температура застывания). При определении температуры застывания мазут предварительно подогревают, а затем охлаждают в пробирке до предполагаемой температуры застывания. Температура, при которой уровень мазута в пробирке, наклонённой к горизонту по углом 45°, остаётся неподвижным в течение 1 мин, принимается за температуру застывания.
Прямогонные мазуты и особенно крекинг-мазуты обладают высокой температурой застывания (до 42 °С), причём она уменьшается при понижении плотности и вязкости.
В качестве жидкого котельного топлива применяют мазут следующих марок: топочный 40 и 100, флотский Ф5 и Ф12. Флотский мазут, как правило, применяется для передвижных котельных установок.
Технические характеристики мазута приведены в таблице 3.6.
В качестве резервного топлива может использоваться дизельное топливо.
В зависимости от условий применения устанавливаются три марки дизельного топлива: Л (летнее) - рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха 0 °С и выше; З (зимнее) - рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 30 °С и выше; А (арктическое) – рекомендуемое для эксплуатации при температуре окружающего воздуха минус 50 °С и выше.
Таблица 3.6.
Технические характеристики мазута
Наименование показателя | Значение для марки | |||
Ф5 | Ф12 | |||
Вязкость при 50 °С, не более: | ||||
условная, градусы ВУ; | 5,0 | 12,0 | - | - |
кинематическая, м2/с (сСт) | 36,2·10-6 (36,2) | 89·10-6 (89) | - | - |
Вязкость при 80 °С, не более: | ||||
условная, градусы ВУ; | - | - | 8,0 | 16,0 |
кинематическая, м2/с (сСт) | - | - | 59,0·10-6 (59,0) | 118·10-6 (118,0) |
Вязкость при 100 °С, не более: | ||||
условная, градусы ВУ; | - | - | - | 6,8 |
кинематическая, м2/с (сСт) | - | - | - | 50,0·10-6 (50,0) |
Зольность, %, не более, для мазута: | ||||
малозольного, | - | - | 0,04 | 0,05 |
зольного | 0,05 | 0,10 | 0,12 | 0,14 |
Массовая доля механических примесей, %, не более | 0,10 | 0,12 | 0,5 | 1,0 |
Массовая доля воды, %, не более | 0,3 | 0,3 | 1,0 | 1,0 |
Массовая доля серы, %, не более, для мазута видов: | ||||
I | - | - | 0,5 | 0,5 |
II | 1,0 | 0,6 | 1,0 | 1,0 |
III | - | - | 1,5 | 1,5 |
IY | 2,0 | - | 2,0 | 2,0 |
Y | - | - | 2,5 | 2,5 |
YI | - | - | 3,0 | 3,0 |
YII | - | - | 3,5 | 3,5 |
Коксуемость, %, не более | 6,0 | 6,0 | - | - |
Температура вспышки, °С, не ниже: | ||||
в закрытом тигле, | - | - | ||
в открытом тигле | - | - | ||
Температура застывания, °С, не выше, | -5 | -8 | ||
для мазута из высокопарафинистых нефтей | - | - | ||
Теплота сгорания (низшая) в пересчете на сухое топливо (небраковочная), кДж/кг, не менее, для мазута видов: | ||||
I, II, III, IY; | ||||
Y, YI, YII | - | - | ||
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более | не нормируется |
По содержанию серы дизельные топлива подразделяются на два вида: I – массовая доля серы не более 0,2 %; II – массовая доля серы не более 0,5 % (для марки А не более 0,4 %). Технические характеристики дизельного топлива приведены в таблице 3.7.
Таблица 3.7
Технические характеристики дизельного топлива
Наименование показателя | Норма для марки | ||
Л | З | А | |
Температура застывания, °С, не выше, для климатической зоны: | |||
умеренной, | - 10 | - 35 | - |
холодной | - | - 45 | - 55 |
Массовая доля серы, %, не более, в топливе: | |||
I вида, | 0,2 | 0,2 | 0,2 |
II вида | 0,5 | 0,5 | 0,4 |
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с (сСт) | 3,0-6,0 | 1,8-5,0 | 1,5-4,0 |
Температура самовоспламенения, °С | |||
Температурные пределы воспламенения,°С | |||
нижний, | |||
верхний | |||
Температура вспышки, °С, не ниже |
В состав мазутного хозяйства входят приемно-сливные устройства; мазутохранилища (приемные и основные емкости); мазутонасосная (с насосами, подогревателями, фильтрами); паромазутопроводы; установки для приема, хранения и ввода жидких присадок; система пожаротушения.
Схемы мазутного хозяйства, зависящие от давления топлива перед форсунками котлов, подразделяются на двухступенчатые – с насосами и мазутонасосной первого и второго подъема и одноступенчатые – с одной ступенью насосов. 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. В котельных и на ТЭС мощностью менее 250 МВт применяются одноступенчатые схемы.
При нормальных температурных условиях из-за высокой вязкости мазуты плохо перекачиваются, поэтому для облегчения разгрузки и перекачки по мазутопроводам его разогревают. Температура подогрева различных марок мазута приведена в табл 4.6.