мазут, присадки для снижения сернокислой коррозии |
|
Применение
эффективных энергосберегающих и экологических присадок к мазуту
в условиях изменения топливного баланса при сокращении доли газа X.- О.Бринк, И.Ваасма, Фирма Систем Сепарейшн, Упсала, Швеция Фирма Систем Сепарейшн - относительно молодое шведское предприятие, которое создали бывшие сотрудники фирмы Альфа Лавал. Одной из разработок является присадка к мазуту Protea Coronata M-29. Это присадка нового поколения, принцип работы которой запатентован. Фирма Систем Сепарейшн продвигает свой продукт в Скандинавии, Пакистане, Иордании, Китае, Южной Корее, ОАЭ, Литве и России. Электростанции и котельные, сжигающие мазут, сталкиваются с проблемами высокотемпературной коррозии, причинённой наличием ванадия в топливе, низкотемпературной сернокислотной коррозии, вызванной присутствием серы, и вредными выбросами в атмосферу. Присадка Protea Coronata M-29 создана для борьбы с отложениями на огневой стороне, коррозией, вызываемой ванадием, натрием и серой, образованием вредных веществ в дымовых газах и работает как катализатор горения и ингибитор шлака. Технические характеристики Протеа Короната М-29 Protea Coronata M-29 - жидкая маслорастворимая дисперсия, основанная на наноразмерной гидроокиси магния, рассредоточенной в модифицированной жирной кислоте. Минимальное содержание магния в продукте - 30 % от веса. Мз-за выбора растворителя, продукт экологически безвреден и не является субъектом каких-либо специальных нормативных актов по транспорту и обращению. Продукт содержит минимальное количество примесей, вызывающих эрозию. Благодаря высокой чистоте продукта, Protea Coronata M-29 подходит как антикоррозийная добавка для всех типов энергетического оборудования, включая газовые турбины, паровые котлы и дизели. Очень маленькие размеры частиц (~- 200 нанометров) и высокоэффективное Mg(OH)2 (с дисперсностью около 200 нанометров), то при нагревании происходит высвобождение воды из частиц гидроокиси магния путем микровзрывов. Этот процесс преодолевает силы поверхностного натяжения капель мазута. Другими словами - разрываются капли мазута и увеличивается дисперсность подаваемого в горелку топлива. В результате возрастает поверхность контакта топлива с воздухом, улучшается качество топливо - воздушной смеси. Коксовый остаток горит в принципе по такому же механизму, как частицы твердого топлива, но условия догорания получаются менее благоприятны из-за того, что на это остается лишь относительно небольшая часть полного времени пребывания топлива в топке (доли секунды) из-за пониженной концентрации кислорода, в значительный мере уже израсходованного на горение легких фракций и летучих веществ. Указанные неблагоприятные факторы нередко обусловливают присутствие сажи (несгоревшего углерода) в уходящих газах. Важные особенности влияния условий горения твердого топлива на скорость этого процесса обусловлены тем, что протекание гетерогенных реакций зависит от доставки исходных веществ в реакционную зону и удаления продуктов из этой зоны, т.е. от процессов массопереноса. Частицы МдО, сформированные присадкой Protea Coronata M-29, при горении образуют пористые, с гораздо большей реакционной поверхности частицы плотностью в диапазоне 1.6-1.9. Основанные на обычном МдО добавки создают частицы плотностью 3,58. Кроме того, микровзрывы разгоняют кристаллы во всех направлениях, увеличивая скорость слияния с коррозийными капельками золы. Надо отметить, что активизация процесса горения благодаря микровзрывам активного вещества присадки Protea Coronata M-29 Mg(OH)2 уменьшает риск коррозии экранных труб в наиболее высокотемпературной части топки при сжигании в ней мазута со значительным содержанием серы и возникающего из-за неполного перемешивания топлива воздуха. В числе продуктов неполного сгорания в таких зонах. Высший оксид ванадия диффундирует обратно к поверхности металла и вновь участвует в ее окислении, т.е. служит постоянным переносчиком кислорода. Для предотвращения вышеуказанных проблем необходимо знать температурные характеристики плавкости золы в соответствующей газовой среде. При помощи введения Присадки с соответственной дозировкой можно поднять температуру плавления золы выше рабочих температур в зонах риска парового котла. С помощью анализа на стенде в лаборатории «SystemSeparation Sweden AB» определялась температура плавления остатков сгорания котельного топлива. Установлено, что при применении присадки полностью подавляется высокотемпературная ванадиевая коррозия. Это подтверждено опытом испытаний и результатами практического применения. При сжигании мазута с высоким содержанием серы, магний вступает в реакцию с серой и связывает часть серы путем формирования магниевых сульфатов, уменьшая низкотемпературную сернокислотную коррозию в холодных зонах котла. Важную роль не только для предотвращения высокотемпературной коррозии, но и для уменьшения активности низкотемпературной сернокислотной коррозии, выполняет формирование ванадатов магния, поскольку ванадий один из наиболее активных катализаторов последующего образования серной кислоты на холодном конце котла. Оптимизация процесса сгорания позволяет использовать меньшую величину избытка воздуха. А скорость коррозии металла в наиболее опасной зоне температур существенно снижается при уменьшении избытка воздуха в продуктах сгорания, что связанно с резким уменьшением образования SОз в потоке газов. Применение присадки позволяет улучшить показатель рН после экономайзера и в зоне ВЗП/РВП в среднем в полтора раза по сравнению со сжиганием необработанного присадкой мазута. Присадка оптимизирует процесс горения, при этом значительно уменьшая количество образовавшихся золовых отложений. Положительное воздействие на окружающую среду от применения присадки Протеа Короната М-29. При сжигании топлива образуются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), являющиеся канцерогенными веществами. Бенз[а]пирен (БП) - характерный представитель указанного класса соединений. БП, как и другие ПАУ, не только непосредственно воздействует на здоровье людей, но и, попадая в атмосферу и соединяясь с оксидами азота, под влиянием солнечной радиации образует компоненты фотохимического смога. Это явление в свою очередь также является фактором ухудшения экологической обстановки. БП является довольно стойким веществом и может накапливаться в различных загрязненных средах. Образование БП и других ПАУ в топках котлоагрегатов ТЭС, как показывают проведенные исследования, подчиняется тем же закономерностям, что и образование других продуктов неполного горения топлива (сажи, СО, Н2). Кривые изменения уровней концентрации этих компонентов и БП по длине факела более или менее подобны. Определяющими режимными факторами в обоих случаях являются: • - коэффициент избытка воздуха а; • - отношение фактической нагрузки котла к номинальной; • - температурный режим; • - условия смешения топлива с воздухом и др. С увеличением избытка воздуха увеличивается скорость выгорания топлива и уменьшается время пребывания продуктов горения в факеле. Рост концентрации избыточного кислорода способствует, с одной стороны, выгоранию низкомолекулярных соединений, необходимых для образования ПАУ, а с другой стороны, более быстрому выгоранию (или разрушению) самого БП. Однако монотонное убывание концентрации БП с ростом а не означает, что можно автоматически добиться его низких содержаний в среде управляя только этим параметром. С ростом а падает КПД котла - например, увеличение а на 0,1 способно снизить КПД на 1%. Поэтому важно не столько абсолютное количество воздуха, сколько способ и место его подачи. При сжигании жидкого топлива важно подвести достаточное количество воздуха к корню факела для интенсификации процесса газификации. Хорошее диспергирование, качественное смешение позволяют исключить химическую неполноту сгорания при избытке воздуха 1,01-1,015. Снижение выбросов БП и ПАУ может быть достигнуто путем оптимизации режима работы котельных установок - организацией специальной подготовки топлива путем введения в него эффективно работающих присадок. Интенсификация горения влияет на выгорание сажистых частиц, присутствие которых можно рассматривать как индикатор наличия БП, и которые одновременно являются переносчиком БП, затрудняющим его выгорание. В адсорбированном сажей состоянии реакционная способность БП, как и других ПАУ, и без того невысокая, становится еще меньше. Расчетная (прогнозная) оценка уровня содержания бенз(а)пирена в дымовых газах на сегодня возможна только с помощью эмпирических методов, основанных на обобщении накопленного экспериментального материала. Однако использовать их можно в строго оговоренном диапазоне условий, включая тип топлива и конструкционные особенности котлоагртов. Сотрудниками ВТИ разработана методика определения концентрации БП, базирующаяся на выявленной четкой линейной корреляции между содержанием БП в уходящих газах и механическим недожогом. При прочих равных условиях на механический недожог оказывает влияние тепловое напряжение топочного объема. Влияние обоих факторов учитывается формулой: Сбп = 2,2 q4 + 3,5 * 0,0001 (q/V - 200), где: Сбп - концентрация БП, мкг/100мЗ; q4 - механический недожог, %; q/V - тепловое напряжение топочного объема, кВт/м3. Формулу можно применять при сжигании мазута, определив опытным путем механическую неполноту сгорания топлива. Тепловое напряжение топочного объема в формуле соответствует номинальной нагрузке котла, поэтому и величина Сбп рассчитывается для номинальной нагрузки. Снижение нагрузки по сравнению с номинальной дает возрастание величины Сбп- Соответственно, понижение механического недожога в десять раз при применении присадки Протеа Короната М-29 сопровождается понижением концентрации БП в кратных размерах Применение присадки Протеа Короната М-29 обеспечивает полное преобразование пятиокиси ванадия в менее ядовитые (магниевые) вана-даты. Этим создается препятствие к образованию капелек пятиокиси ванадия и впоследствии аэрозольных смесей с составом: воздух - пяти-окись ванадия, а так же сокращается общее токсичное воздействие ванадия на окружающую среду. Результаты промышленных испытаний присадки на Мурманской ТЭЦ и ТЭЦ Кольской ГМК Котлы БКЗ-75, ГМ-50, КВГМ-100 и ПТВМ-50 при сжигании мазута с присадкой Протеа Короната М-29 при принятом режиме очистки поверхностей нагрева проработали более 2000 часов без ограничения по нагрузке, параметрам пара, тяге и дутью. Визуальный осмотр показал, что они находятся в эксплуатационно - чистом состоянии. На поверхностях нагрева котлов имеются небольшое количество легкоудаляемых отложений. Поверхность металла после удаления отложений чистая, без следов коррозии. По внешнему виду отложения имели рыхлую, сыпучую структуру, за счет чего повышается эффективность средств очистки поверхностей нагрева, что приводит к снижению температуры по газовому тракту котлов и уходящих газов: на 3 °С на котле КВГМ-100, 4 - 11 °С на котле БКЗ-75, 8 - 13 °С на котле ГМ-50 при сопоставимых нагрузках. Сжигание мазута с присадкой Протеа Короната М-29 повышает К.П.Д - брутто котлов, в среднем: КВГМ-100 - на 0,52%; БКЗ-75 - 0,9%; ГМ-50 - 1,06%. -изменилась структура отложений из липких и твердых в рыхлые и порошкообразные, что обеспечивает практически полное удаление их дробеструйной очисткой. -экономия электроэнергии на собственные нужды увеличивает КПД котла нетто на 0,3- 0,6%. -улучшение показателей рН после экономайзера и РВП с 2.3 до 3.8. В результате уменьшилось образование серной кислоты, снизилась низкотемпературная сернокислотная коррозия. -за счет уменьшения коэффициента избыточного воздуха уменьшилось преобразование SO2 ->SO3 ,a также уменьшилось образование NOX. Являясь катализатором горения, присадка позволяет повысить эффективность процесса сгорания мазута за счет уменьшения количества избыточного воздуха и снижения температуры уходящих газов. В итоге повышается КПД котлоагрегата нетто на 1,5 - 2%. Заключение При применении присадки Protea Coronata M-29 повышается эффективность теплообмена в котлах за счет чистоты поверхностей теплообмена. В результате наблюдается снижение температуры исходящих газов и, как следствие, уменьшение потерь тепла с уходящими газами. За счет снижения уровня высокотемпературной ванадиевой коррозии и низкотемпературной сернокислотной коррозии увеличивается межремонтный срок службы котлоагрегата, что позволяет значительно снизить затраты на ремонтные работы по замене поверхностей нагрева. В итоге вложение ресурсов не только окупается продлением срока службы оборудования, но и дает прямую выгоду за счет увеличения количества выработанной электрической и тепловой энергии, технологического пара, и улучшению экологической обстановки. Все перечисленные выше положительные качества присадки Protea Coronata M-29 в полной мере подтверждены испытаниями, проведенными в 2004 - 2006 г. г. на Мурманской ТЭЦ «Колэнерго» (котлы ГМ-50 и ПТВМ-100), и промышленным применением присадки на ТЭЦ г. Мажей-кяй, Литва в 2003 - 2005 г. (котлы ТГМЕ-464). Литература 1. «Технология топлива и энергетических масел» Б.С. Белосельский Издательство МЭИ, 2003 2. «Котельные установки и парогенераторы» Ю.М. Липов, Ю.М. Третьяков - Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика» 2003 3. Справочник «Тепловые и атомные электростанции» Издательство МЭИ,2003 4. Committee on Biologic Effects of Atmospheric Pollutants. Vanadium. Washington, DC, National Academy of Sciences, 1974. 5. Aboulafia, J. et al. Emissions de vanadium par les installations thermiques des raffineries de petrole [Vanadium emissions from thermal in stallations of petroleum refineries].Pollution atmospherique, 101: 13-20 (1984). 6. National Research Council. Drinking Water & Health Volume 1. Wash ington, DC: National Academy Press, 1977. 297) [940] 7. X. Wang et al. :Solid State Sciences 2 (2000) 99-107 Комментарии – Основа этой присадки, как и сама присадка, давно известный или частично забытый реагент, который использовался в СССР. На сегодняшний день – килограмм базового вещества стоит 5 долларов и его достаточно, что бы ввести в несколько тонн мазута. |
| назад на страницу эмульгаторов |
| |
|
|
|
|
|