Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексные технологии для резервного топливного хозяйства котельной

М.Г. Давлетшин, заместитель главного инженера - начальник РЭД,

В.Н. Никифоров, первый заместитель главного инженера,

Н.В. Полухин, заместитель генерального директора - главный инженер,

ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение», г. Королев, Московская область;

к.т.н. В.К. Тучков, генеральный директор, ООО «Экотехтэк», г. Санкт-Петербург

Признание природоохранной деятельности в качестве приоритетного фактора определяет успех современного бизнеса в условиях рыночной экономики. Основными задачами в этом направлении является снижение загрязнения окружающей среды, а также опережающее снижение энергоемкости и материалоемкости продукции и услуг по сравнению с ростом их производства.

Проблемы мазутного хозяйства

топливоподготовка система трехконтурный котельная

ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение» является владельцем отопительно-производственной котельной № 1 с установленной мощностью 130 Гкал/ч. Котельная вырабатывает тепловую энергию для обеспечения собственных нужд предприятия, а также для отопления и ГВС части жилого фонда г Королева Московской области. Изначально (с 1956 г) в качестве основного топлива использовался топочный мазут. В 1985 г. котельная переведена на природный газ, а мазут стал резервным топливом.

За время эксплуатации мазутное хозяйство неоднократно подвергалось модернизации с расширением резервуарного парка (при увеличении мощности котельной). Очередное обследование резервного топливного хозяйства котельной показало, что основное оборудование, обеспечивающее технологические процессы по хранению и подготовке к сжиганию топочного мазута, находится в критическом состоянии, морально устарело, физически изношено и не подлежит дальнейшей эксплуатации. Кроме того, неопределенность в потреблении мазута в отопительный период привела к тому, что обновление содержимого мазутного резерва растягивалось на длительное время.

При длительном хранении мазута (М-100) его эксплуатационные свойства постепенно ухудшались, что привело к старению мазута: к полимеризации углеводородных компонентов и расслоению по плотностям отдельных фракционных групп с образованием высокоплотного сернистого слоя в придонной части резервуаров хранения, что, в свою очередь, повлияло на увеличение интенсивности коррозии дна резервуаров. Мероприятия, проводимые обслуживающим персоналом в отопительный период, только усугубили проблемы, связанные с использованием находящегося на хранении мазута. В результате обводнение мазута достигло 50%, тем самым, переведя его в разряд нефтесодержащих отходов.

Топочный мазут, являясь конечным продуктом перегонки нефти, представляет собой высокотоксичную жидкость 4 класса опасности, которая, в отличие от сырой нефти, при попадании в почву или воду практически не перерабатывается естественным природным путем. Кроме того, при сжигании мазута происходит интенсивное загрязнение атмосферы вредными выбросами, содержащимися в дымовых газах. При этом степень экологической опасности дымовых газов определяется не только качеством котельного топлива, сжигаемого в котлах, но и технологией его подготовки к сжиганию и условиями сгорания.

Необходимо отметить, что в соответствии с ГОСТ 10585-99 массовая доля воды для топочного мазута марки М-100 не должна превышать 1%. Поскольку плотность используемого мазута соизмерима с плотностью воды, то проводимые мероприятия по ее удалению не достигали цели, т.к. вода располагалась в резервуарах в виде линз (грубой эмульсии) выше высокоплотного топливного осадка. Гнездовой и случайный характер распределения воды в емкостях хранения, низкая температура подогрева мазута, переменные вязкость и плотность перекачиваемой среды приводила к пульсирующей подаче топлива, ухудшению распыла (также с пульсациями) вплоть до срыва факела, и, как следствие, повышенному недожогу, интенсивным саже- и коксоотложениям на поверхностях нагрева котла, перерасходу топлива и снижению КПД котлов на 30% и более. При этом на предприятии в отопительный период требование по поддержанию мазутного хозяйства в горячем резерве неукоснительно выполнялось за счет титанических усилий работников котельной, однако, наличие резервного мазута при аварийном отключении природного газа не являлось достаточным условием работы котельной в форс-мажорных обстоятельствах.

На предприятии хорошо понимали необходимость назревшей реконструкции резервного топливного хозяйства, особенно после аварии, произошедшей на соседнем предприятии (в системе мазутного хозяйства отопительно-производственной котельной НПО «Энергия»). Необходимость решения назревших эксплуатационных проблем заставила руководство предприятия искать новые, эффективные способы повышения экономичности и обеспечения экологической безопасности котельной. Отделом главного энергетика предприятия были изучены отечественные разработки по хранению и подготовке к сжиганию обводненного высоковязкого мазута. Целью реконструкции являлось внедрение новых комплексных ресурсосберегающих многоцелевых экосовместимых технологий с одновременным решением следующих задач, а именно:

¦ максимальное снижение затрат при хранении, подготовке и использовании мазута марки М-100;

¦ возможность длительного хранения мазута без потери его качества и эксплуатационных свойств;

¦ эффективное сжигание мазута М-100 (ГОСТ 10585-99) с влагосодержанием до 30%;

¦ использование в котлах мазута М-100 с переменными показателями, соответствующими низшим пределам, установленным ГОСТом 10585-99, а также возможность сжигания остаточного, высоковязкого, сверхтяжелого мазута;

¦ повышение надежности и маневренности топливного хозяйства (выход на рабочие режимы при использовании резервного топлива не более чем через 2 ч);

¦ снижение газового и теплового загрязнения воздушного бассейна в районе расположения котельной при сжигании мазута;

¦ возможность утилизации высокообводненных мазутов с массовой долей воды до 50% в составе топливных смесей;

¦ снижение затрат на техническое обслуживание мазутного хозяйства и доли ручного труда.

В результате для решения поставленных задач была выбрана «Трехконтурная система топливоподготовки» (СТТ-ГРИН), разработанная специалистами ООО «Экотехтэк» (г. Санкт-Петербург). Данная система предназначена как для газовых котельных (резервное топливо), так и для котельных, использующих топочный мазут в качестве основного топлива, и является результатом многолетних теоретических и экспериментальных исследований. Работа системы проверена в реальных условиях длительной эксплуатации на теплоэнергетических комплексах военного и гражданского назначения. Основу технологии составляют авторские патенты по «холодному» хранению высоковязкого мазута, его обработке и подготовке к сжиганию.

Особенности трехконтурной системы топливоподготовки

На рис. 1 представлена принципиальная схема трехконтурной системы топливоподготовки, которая включает в себя следующие технологические решения:

¦ совмещенную насосно-циркуляционную трехконтурную схему подачи мазута к котлам и в резервуар хранения в выделенный характерный объем - «аккумулятор тепла»;

¦ выделение характерного объема по линии забора обеспечивает подпор и самотечное движение мазута с температурой по линии всасывания 60-70 ОС, а также подготовку однородной топливной смеси (эмульсии);

¦ хранение мазута в объеме топливного резервуара со средней температурой до +25 ОС, т.е. ниже температуры застывания;

¦ непрерывную и многократную обработку - гомогенизацию мазута. Процессы гомогенизации предшествуют и сопутствуют основным технологическим процессам топливоподготовки: прокачиванию мазута, фильтрации, нагреву;

¦ ступенчатый подогрев мазута за счет работы: внутрирезервуарных секционных подогревателей (в выделенном характерном объеме) (рис. 2); выносных подогревателей - гомогенизаторов мазута типа ПМГ (рис. 3); на фильтрах подогревателях мазута самоочищающихся типа ФМСП (рис. 4); за счет работы гомогенизатора центробежного пульсационного вертикального типа ГЦПв (рис. 5);

¦ «тонкую» фильтрацию перед подачей мазута на котел на фильтрах (ФМСП) с зазором фильтрующего элемента 0,2 мм;

¦ возможность регулировки расхода и температуры отфильтрованного мазута подаваемого на сжигание к котлам в широком диапазоне нагрузки котельной (от расхода на одну форсунку или горелку до полной нагрузки котельной по мазуту);

¦ регулирование температуры и расхода мазута в контурах обработки.

Хранение мазута в объеме топливных емкостей со средней температурой ниже температуры застывания мазута («холодное» хранение) решает комплексную проблему:

¦ длительного хранения мазута без потери его эксплуатационных свойств до 10 лет и более;

¦ по снижению расхода тепла на возмещение тепловых потерь резервуаров хранения;

¦ по стабилизации мазута в резервуарах, препятствуя расслоению по плотностям отдельных топливных фракционных групп с высокоплотными образованиями, выпадающими в осадок;

¦ по стабилизации обводненного мазута в резервуарах, препятствуя гнездовому образованию и неравномерному распределению воды в относительно большом объеме топлива;

¦ по удержанию подготовленной высококачественной топливной смеси (с кратностью обработки от 5 раз и выше) в характерном объеме.

Результаты внедрения

В период 2008-2010 гг. на котельной № 1 ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение» были выполнены работы по реконструкции мазутного хозяйства с внедрением новой технологии топливоподготовки и проведены пусконаладочные работы.

В отопительный сезон 2010-2011 гг. специалистами ООО «ФПГ «Технологии энергосбережения» (г. Москва) было проведено углубленное энергетическое обследование котельной с целью ее паспортизации и технологической экспертизы факторов, влияющих на формирование тарифов на тепловую энергию.

В процессе работы определялся общий расход тепла на собственные нужды котельной, и, в частности, количество тепла, требуемое для обеспечения собственных нужд мазутного хозяйства котельной. Затраты тепла на собственные нужды мазутного хозяйства до реконструкции составляли 1,3% от количества произведенной на котельной тепловой энергии, а после реконструкции снизились до 0,39%.

Тепловизионная съемка резервуара наглядно показала, что температура поверхности резервуара хранения близка к температуре окружающей среды, отсутствуют места интенсивной теплоотдачи - это свидетельствует об отсутствии тепловых потерь. Потери тепла металлическим резервуаром без теплоизоляции при хранении 2214 т мазута сократились в 5 раз. Потери тепла с невозвращенным конденсатом после реконструкции сократились в 2,5 раза.

Использование трехконтурной системы топливоподготовки обеспечивает подачу мазута на сжигание с выходом на рабочие режимы использования резервного топлива уже через 2 ч. В процессе сжигания обводненного мазута в котлах установлено, что при розжиге и во время работы котлов проскоков, отрывов пламени и его срывов не происходило. При влагосодержании обработанного мазута W=43% значение КПД водогрейного котла составило 84% при нагрузке 50%. Котлы на обработанной топливной смеси с переменным влагосодержанием до 50% работали устойчиво. При работе системы топливоподготовки химический недожог топлива отсутствует на всех балансовых режимах эксплуатации котельного агрегата при влагосодержании мазута до 30%. Потери от химического недожога (q3) необходимо учитывать при влагосодержании свыше 30% и определении КПД на максимально возможных нагрузках.

Работа котлов при сжигании в них топливных смесей сопровождалась повышением светимости факела. Наблюдалось снижение видимости дыма на срезе трубы до уровня, соответствующего режиму работы котельной на газовом топливе. При сжигании мазута переменной влажности подготовленного в новой системе в сравнении с ранее применяемой технологией топливоподготовки наблюдается снижение содержания NOx в уходящих газах при равных нагрузках на 50-60%. Резко уменьшилась нагрузка на очистные сооружения, вплоть до полного сокращения сбросов нефтесодержащих вод от мазутного хозяйства.

Для обеспечения процессов хранения для резервуара объемом 3000 м3 разработан и установлен программно-аппаратный комплекс, определяющий температуру мазута внутри резервуара в режиме реального времени. Показания температуры по фиксированным точкам позволяют персоналу контролировать и прогнозировать прогрев мазута по изменениям внутреннего температурного поля в баке.

В целом можно отметить, что «Трехконтурная система топливоподготовки для мазута М-100» работоспособна, функционирует надежно и устойчиво и данная технология может быть рекомендована к использованию на теплоэнергетических комплексах.

Размещено на Allbest.ru