Транспортировка мазутов, их хранение и подготовка к сжиганию. Классификация схем мазутных хозяйств

Лекция 13 Транспортировка мазутов, их хранение и подготовка к сжиганию Классификация схем мазутных хозяйств. Мазутные хозяйства различаются: - по способу доставки топлива; - по способу использования и своему назначению; - по способу подвода топлива к котлам. Основное мазутное хозяйство сооружается на тепловых станциях, для которых мазут является основным видом сжигаемого топлива, а газ сжигается как буферное топливо в период сезонных его избытков. Резервное мазутное хозяйство создается на тепловых электрических станциях, где основным топливом является газ, а мазут сжигается в период его отсутствия. Аварийное мазутное хозяйство предусматривается на станциях, для которых основной и единственный вид топлива – газ, а мазут используется только при аварийном прекращении его подачи. Растопочное мазутное хозяйство предусматривается на всех электростанциях, использующих твердое топливо при камерном способе сжигания. Мазут служит для растопки и подсветки факела в топках котлов. В случае установки на таких станциях газомазутных пиковых водогрейных котлов их мазутное хозяйство объединяется с растопочным. Технологические схемы подготовки мазута. Принципиальные технологические схемы мазутных хозяйств одинаковы. Подготовка мазута к сжиганию заключается: - в удалении механических примесей и, по возможности, влаги; - в повышении давления мазута и его подогрева, необходимых для снижения потерь энергии на транспортировку его к котельным установкам и для его хорошего распыления в форсунках горелочных устройств. В соответствии с этими требованиями мазутное хозяйство и технологический тракт подготовки мазута на ТЭЦ должны включать: 1. приемно-сливное устройство; 2. основные резервуары для хранения постоянного запаса мазута; 3. мазутно-насосную систему; 4. группа мазутоподогревателей. Технологическая схема подачи мазута может быть одно и двухступенчатая. Схема выбирается в зависимости от требуемого давления мазута перед форсунками котельной установки. Типовой в настоящее время является двухступенчатая схема подачи мазута. По этой схеме подготовки топлива к сжиганию осуществляется за счет насосов первой ступени с Р=10 кг/см2 и насосов второй ступени с Р=35-45 кг/см2. Доставка на ТЭС и разгрузка. Из-за способности мазутов застывать при температуре окружающей среды приходится перекачивать их по трубопроводам только в нагретом состоянии, а значит - лишь на небольшие расстояния (в пределах территории ТЭС или близко расположенного от НПЗ). На электростанцию мазут, как правило, доставляют железнодорожным транспортом, в цистернах емкостью до 90 т. Для слива поступившего топлива в топливно-транспортных цехах (ТТЦ) электростан­ций и на территории котельных сооружают­ся железнодорожные пути, соединенные с магистральными путями. Протяженность путей, вдоль которых раз­мещаются сливоналивные устройства, определяется объемом и характером операции и не должна превышать максимальную длину одного маршрутного состава вагонов-цис­терн. Сливоналивные устройства в совокуп­ности с железнодорожными путями принято называть сливоналивным фронтом. Слив мазута из цистерн в топливно-транспортных цехах электростанций производит­ся на сливных эстакадах. В комплекс сливных устройств для мазутных хозяйств входит эстакада, оборудованная па­ровыми стояками для подогрева нефтепродук­тов в вагонах-цистернах, устройствами для подъема и перемещения переносных подогре­вателей и откидными мостиками. На рис. 1 представлена односторонняя металлическая эстакада на четыре железно­дорожные цистерны. Эстакада оборудована четырьмя откидными мостиками, четырьмя устройствами для разогрева цистерн и паро­вым коллектором. Разогрев мазута в данном случае производится свежим паром. Рис. 1. Односторонняя эстакада на четыре железнодорожные цистерны: 7 — сливной канал (лоток); 2— откидной мостик; 3— подогревательное ус­тройство; 4 — паровой коллектор; 5 — ось железнодорожного пути; 6, 7 — ра­бочее и нерабочее положения рукава подогревательного устройства; 8, 9 — поднятое и опущенное положения мостика В соответствии с нормативными докумен­тами на пунктах приема и слива топлива необходимо провести тщательную зачистку цистерн. Обес­печить отсутствие остатков топлива в них в силу большого разнообразия конструкций сливных приборов и самих цистерн без спе­циального оборудования для подогрева мазута практически невозможно. Основным конструктивным недостатком цистерн с точки зрения неполноты слива яв­ляется наличие в них уклонов от сливного прибора к торцам и буртиков сливных пат­рубков, выступающих до 50 мм внутрь котла. Только за счет обратных уклонов в каждой цистерне может остаться до 30—40 кг нефте­продуктов (конструктивный остаток). При неравномерном или недостаточном прогре­ве технологический остаток доходит до со­тен и тысяч килограммов на одну цистерну. Убытки крупной электростанции от непол­ного слива оплаченного топлива могут быть весьма значительны. В связи с этим вопросы сокращения потерь при транспортировке, сливе и хранении приобретают очень боль­шое значение. Чтобы обеспечить ускоренный слив мазу­та в регламентируемые нормативными доку­ментами сроки, требуется подогреть его до 60 °С для мазу­та марки М100. Для нормальной работы перекачивающих насосов температура топлива в приемной ем­кости должна быть равной 70 °С для мазута Ml00, что соответст­вует вязкости не выше 30 °ВУ. Нагрев мазута в цистерне до такой температуры обеспечи­вает достаточную скорость слива основной массы топлива, а для полного опорожнения цистерны необходим нагрев мазута до 70— 90 °С, для чего при прогреве только корпуса и сливного прибора температура этих эле­ментов должна быть равной 80—100 °С. Все эти особенности реологического пове­дения мазутов используются в методах подо­грева при ускоренном сливе из цистерн. Принципиально их можно разделить на две группы (рис. 2): 1) методы, в основу которых положен про­грев всей массы топлива в цистерне; 2) методы с местным (локальным) прогре­вом части топлива, обычно пристенной. Рис. 2. Классификация методов подогрева мазута при ускоренном сливе из цистерн Слив с подогревом открытым способом. Этот способ часто называют подогревом све­жим паром. На рис. 3. представлено устройство, монтируемое на приемно-сливной эстакаде, для подогрева мазута открытым способом (свежим паром). Устройство имеет три гиб­ких герметичных рукава 1 с навинченными на них соплами 2 для подачи пара. Они при­соединяются к поворотной паровой трубе 3, смонтированной на эстакаде. В некоторых устройствах вместо гибких металлических рукавов применяются штанги, изготовленные из перфорированных труб. Сначала в цистерну подается центральный рукав, а затем, по мере прогрева мазута,— бо­ковые разогревательные штанги или рукава. Струи пара, вытекающие из отверстий штанг с большой скоростью, способствуют перемешиванию его с мазутом. Несмотря на высокий коэффициент теплоотдачи при кон­денсации пара из-за высокой вязкости мазута зона эффективного подогрева распространя­ется лишь на ограниченный объем, прилега­ющий к отверстиям штанг. Скорость разогре­ва всей массы мазута в цистернах зависит от параметров пара и его расхода в единицу вре­мени на тонну топлива. Рис. 3. Устройство для разогрева мазута свежим паром: 1 — гибкие герметичные рукава; 2 - сопла; 3 — поворотная паровая труба Разогрев топлива свежим паром приводит к значительному обводнению мазута, дости­гающему нередко 6—10%, а также к длитель­ному простою железнодорожных цистерн под сливом. Рекомендуют использование различных схем данного спосо­ба слива: слив мазута М40 и Ml00 без предваритель­ного прогрева с последующей пропаркой ци­стерны (холодный слив); слив мазута после его предварительного подогрева в течение 0,5—1,5 ч с последую­щим спуском и одновременным последую­щим подогревом в течение 1,5—4 ч (совме­щенный слив). Как показали испытания, холодный слив позволяет уменьшить обводненность мазута, но затраты времени на слив и пропарку, а также расход теплоты на обработку цистер­ны в холодное время года увеличиваются. Кроме того, после слива мазут необходимо интенсивно подогревать в сливных лотках и приемной емкости с помощью поверхност­ных подогревателей или циркуляционным способом до температуры, при которой обес­печивается нормальная работа перекачиваю­щих насосов. Слив топлива из цистерн данным способом является весьма тяжелой операцией, особен­но в зимних условиях, когда застывший в цис­тернах мазут имеет зачастую отрицательную температуру. Но это амый распространенный метод слива мазута из цистерн на станции. Слив мазута с рециркуляционным подо­гревом. Принципиально технология слива мазута с рециркуляционным подогревом вы­глядит следующим образом. Перед сливом в цистерну опускается переносной паровой подогреватель, с помощью которого прогре­вают сливные устройства. Затем мазут центробежным насосом пода­ется в наружный теплообменник и греется до высокой температуры, далее насосом под высоким давлением он перекачивается в цис­терну. Горячая струя подаваемого насосом мазута размывает застывший продукт в цис­терне, перемешивается с ним и нагревает его. Подогретый мазут из цистерны откачи­вается насосом, одна часть сливается в хра­нилище, а другая — направляется в теплооб­менник для подогрева и последующего раз­мыва. Эта операция производится до полно­го опорожнения вагона-цистерны. Известно несколько теплотехнологических схем циркуляционного подогрева мазута при сливе. Конструкция серийно выпускаемой установ­ки для циркуляционного подогрева, слива и зачистки остатков мазута из цистерн приведе­на на рис. 4. Перед сливом мазута из цистерны 6 в слив­ной патрубок 7 вставляется стакан 8 с паро­вой рубашкой, к патрубку механизмом 5 при­соединяется шланг 9 от теплообменника 10. В стакан и теплообменник пускается пар и от­крывается клапан сливного патрубка. Мазут из вагона-цистерны поступает в теплообмен­ник, откуда нагретый до 40—50 °С забирается насосом 11 и по стояку со шлангом 2 через ус­тройство 1 с раскладывающимися трубами-соплами подается внутрь вагона-цистерны. Вытекая из непрерывно двигающихся вдоль днища цистерны труб-сопел под давлением 1—1,2 МПа, горячий мазут интенсивно пере­мешивается с холодным и разогревает его. Насос приводится в действие электромо­тором 12. Положение стояка со шлангом ре­гулируется краном-укосиной 3 с лебедкой 4. Перемещаясь вверх или вниз под давлением мазута, идущего на разогрев, поршень через шток и тягу поворачивает на опорах трубы-сопла. На концах труб-сопел устанавливаются скребки, которые при движении труб-сопел от середины вагона-цистерны складываются, а при обратном движении расправляются и счи­щают остатки. Слив мазута с зачисткой остат­ков производится за 2,5—5 ч. Этот способ слива наиболее экономич­ный, хотя по расходу пара он уступает способам слива с подогревом стационарными зме­евиками и свежим паром, а по продолжи­тельности — сливу с подогревом стационар­ными змеевиками. Достоинство способа — отсутствие обводнения мазута. Циркуляционный подогрев мазута в цис­тернах широкого распространения не полу­чил, в связи с тем что этот метод подогрева связан с использованием мощного оборудова­ния (теплообменника, насосов и др.), слож­ностью управления и значительными капи­тальными затратами. При этом способе воз­можно переполнение цистерн в начале разо­грева. Слив под избыточным давлением. Избы­точное давление в цистерне над поверхнос­тью мазута создается с помощью пара или сжатого воздуха. Этот способ находит достаточно широкое применение, так как большинство цистерн оборудовано герметическими люками и слив­ными устройствами. Для создания давления (до 0,5 МПа) на люк колпака цистерны герметично устанавливают съемную крышку, на которой имеются патруб­ки для подвода пара или воздуха, для маномет­ра и предохранительного клапана. Кроме то­го, на крышке имеется патрубок, через кото­рый можно при необходимости подвести пар к подогревателю для ускорения слива и зачист­ки цистерны. Применение избыточно­го давления уменьшает время слива на 50%. Еще большее сокращение времени слива достигается при проведении этой операции под давлением с одновременным паровым подогревом сливного патрубка, однако при этом объем остатков мазута в цистерне такой же, как при сливе под давлением без подогре­ва сливного патрубка. Обводненность мазута при сливе под дав­лением меньше, чем при применении свеже­го пара. Слив мазута из цистерн с подогревом при помощи переносных подогревателей. Применение наружных переносных подо­гревателей ограничено конструктивной осо­бенностью железнодорожных цистерн — ма­лыми размерами люков. Из погружных подогревателей наиболь­шее распространение получили перенос­ные подогреватели систем Гластовецкого и Чекмарева. Эти подогреватели опускаются в цистерну через люк рис.5. Рис.5. Размещение переносных погружных змеевиковых подогревателей в цистерне: 1 — цистерна вместимостью 50 м3; 2— цистерна вместимостью 25 м3; 3 — кран-укосина; '/ — шланги для выпуска кон­денсата; 5 — опорная стойка; 6 — соединительная гайка; 7 — паропровод; 8 — ручная лебедка; 9 — шланги для подачи пара; 10— секция переносного подогревателя; 11 — положение секции подогревателя в цистерне. В целом подогрев мазута в цистернах пере­носными подогревателями малоэффективен по времени слива мазута и остатку его в цис­тернах. Широкого применения этот метод не на­ходит. Слив мазута с использованием электроиндукционного подогрева. Индукционный подогрев производится при помощи соленоида, выполненного из проволоки с малым сопротивлением (медь, 1люминий), внутри которого помещается подлежащая нагреву емкость или трубопровод с нефтепродуктом. Через соленоид пропускается электрический ток, который создает вокруг него переменное магнитное по­ле, индуктирующее в стенках обогреваемого трубопровода или сосуда вторичный ток, преобразующийся в теплоту. Эксплуатация установки с электроиндук­ционным подогревом показала, что время слива сокращается в 2,5—3 раза по сравне­нию со сливом с паровым подогревом, ис­ключена обводненность мазута, достигается автоматизация процесса слива. Подогреватель (рис. 6) состоит из двух отдельных каркасного типа полуцилиндров 2 и 3, изготовленных из полосовой стали, на которых смонтирована электрообмотка из медного или алюминиевого провода 4. Каждый провод, смонтированный на полуцилиндрическом каркасе, имеет вид полукольца, верхний и нижний концы которого имеют штекерные контакты 5. Полуцилиндры с проводами крепятся на металлических рамах 6, имеющих по две па­ры колес, служащих для передвижения лево­го и правого полуцилиндров к цистерне 1, когда требуется подогрев стенок, и для об­ратной откатки их от цистерны после подо­грева и слива мазута. К обмоткам подводится однофазный или трехфазный электрический ток напряжени­ем 120; 220; 380 В (в зависимости от приня­той схемы соединения групп обмотки). К достоинствам метода относится также полнота слива мазута, что позволяет обхо­диться без зачистки цистерн. Удельный рас­ход энергии составляет 30—70 кДж/кг, об­щая себестоимость метода примерно в 3 раза меньше, чем при паровом подогреве. Метод также позволяет производить слив мазута из цистерны в холодном состоянии. К недостаткам метода относят наличие большого числа разъемных контактов. Рис. 6 Электроиндукционный подогреватель для цистерн: а – до наложения обмотки на вагон-цистерну, б – в рабочем положении. Слив мазута на установке высокочастот­ного подогрева цистерн. Суть метода состо­ит в том, что поток инфракрасных лучей от излучателей направляется на поверхность цистерны. Инфракрасные лучи нагревают металлическую поверхность, которая переда­ет теплоту прилегающему к ней погранично­му слою мазута, вызывая при сливе скольже­ние его по горячей поверхности. По характе­ру процесса разогрева этот метод не отлича­ется от способов подогрева в цистернах с па­ровой рубашкой и индукционного подогрева. Здесь также не требуется для слива разогре­вать весь объем мазута. В данном способе ра­зогрева почти нет потерь теплоты в окружаю­щую среду, так как наружная сторона подогре­вателей не является теплопередающей. Метод весьма эффективен также для подо­грева остатков мазута при зачистке цистерн. Экономия топлива за счет отсутствия обводнения мазута и расхода пара на подо­грев составляет около 1 %. Слив мазута из цистерн при помощи виб­роподогрева. Известно, что вибрация — весьма эффективное средство для уменьше­ния вязкости высоковязких материалов. Поскольку мазуты при низких температу­рах относятся к неньютоновским жидкос­тям, то эффект уменьшения вязкости в них при наложении вибрации проявляются очень ярко. Мазуты относятся к классу струк­турированных сред, и наложение вибрации разрушает структурные связи и, как следст­вие, приводит к уменьшению вязкости в зоне применения вибрации. При сливе мазута из цистерн нашли при­менение виброподогреватели, конструкция одного из них приведена на рис. 7. Рис. 7. Переносной виброподогреватель для разогре­ва мазута в железнодорожных цистернах: а — подогреватель в сложенном виде; б — раскрытый подогреватель Подогреватель в сложенном состоянии (рис. 7,а) вводится в цистерну через люк и жестко закрепляется на его фланце. При вра­щении винта-штока 2 верхняя траверса 3 пе­ремещается вниз и подогреватель занимает рабочее положение. Цистерна мазута вместимостью 50 м3 на­гревается подобным виброподогревателем от 0 до 60 °С за 3,5 ч.