Проблемы, возникающие в секциях, предшествующих стадии сжигания
«Предтопочные» секции являются первой зоной, в которой обнаруживаются проблемы влияния качества топлив на техническое состояние энергоустановок. Сюда относятся основные емкости-хранилища, топливоподогреватели и сами топочные пространства.
Грязь, отложения и вода в топливе приводят к серьезным нарушениям режимов распыла и горения. Максимум примесей в тяжелых топливах, согласно ASTM, должен составлять не более 2%. Однако, это граница очень часто превышается из-за внесений извне.
Сравнительный анализ топлив, поступающих на предприятие и хранящихся в заводских системах, дает информацию полезную при отыскании и изолировании вероятных внутренних зон-источников поступления примесей.
Ряд естественных факторов определяет процессы осадкообразования в хранящихся топливах. С водой органические соединения (непредельные углеводороды, сложные эфиры, Fe, Cu- мыла карбоновых кислот, серу и кислородсодержащая органика), — одни образуют окислительные радикалы, оксикислоты, эстолиды, асфальтогеновые кислоты (нерастворимые), другие полимеризуются и агрегируются с продуктами крайних форм окисления (пастообразные, смолистые – асфальтены, карбены, карбоиды) — осаждаясь в резервуарах (донные отложения).
Циклический (чрезмерный) разогрев топлива в хранилищах ускоряет окислительные деструктивные реакции. Неорганические примеси, оседая, увеличивают объемы осадков. Несовместимое соединение продуктов вызывает разделение фаз и ускоряет осаждение нерастворимых частиц.
При добавлении топливного компонента, снижающего вязкость общей смеси, седиментационная стабильность системы относительно органических и прочих агрегаций также нарушается. Негативные процессы усиливаются сезонными температурными перепадами.
Таким образом, согласно изложенному, накопление отложений продолжается даже в топливах, полученных из нефти с низким содержанием примесей (из-за деструктивных процессов в углеводородах). Образование твердых отложений усложняет эксплуатацию хранилищ и увеличивает необратимые потери. Аккумулирование отложений в мазутонагревателях, фильтрах и топливопроводах снижает теплопередачу греющих устройств, нарушает работу насосов и форсунок. Недогрев топлива (а, значит и повышение его вязкости) обуславливает его слабый распыл форсунками и неполный дожиг, ускоряет отложения в наконечниках форсунок. Потери топлива растут, капиталоемкие текущие ремонты учащаются–экономические показатели падают.
Следует отметить, что вода может поступать в топливо при хранении из трещин паровых регистров или через открытые люки из атмосферы. Образующиеся продукты коррозии железа (ржавчина) в присутствии воды являются промоторами (катализаторами) окислительных процессов и коррозии форсунок. Устойчивость горения ухудшается. Если в работающую форсунку попадают значительные количества воды, образующиеся пары могут потушить пламя.
Подобные срывы ведут к потерям целевой продукции и потенциально опасны образованием взрывоопасных топливовоздушных смесей, которые могут вызвать взрыв при нечеткой работе (отсутствии) систем автоматического контроля и управления. Срыв пламени – это следствие теплопотерь на испарение водных включений в топливах и охлаждения факела. Эффективность сжигания топлива достигается сокращением числа событий охлаждения факела.
Проблемы «предтопочных» секций могут быть минимизированы путем четкого определения максимального уровня содержания мехпримесей и воды в эксплуатируемом топливе, введением мероприятий очистки топлива от этих примесей и устранением регулярных источников их попадания.
На практике, данная проблема в той или иной степени может продолжать проявляться. Использованием присадки Delcomm FCFm-250™(FP10000) проблема переводится на существенно другой уровень, даже при использовании топлива невысокого качества, содержащего технологическую воду. Delcomm FCFm-250™ используются в топливах, склонных к образованию нерастворимых продуктов (например, содержащие серу; топлива с крекинг-компонентами; дистиллятные котельные топлива) и содержит стабилизаторы, детергенты-диспергенты (сольвенты) и эмульгаторы воды.
Стабилизаторы (ингибиторы коррозии) действуют по одному из механизмов:
Детергенты-диспергенты-поверхностно-активные соединения (сольвенты), препятствующие коагуляции (укрупнению слипанием) нерастворимых частиц в крупные агрегации, образующие осадки.
Действие диспергентов аналогично действию пептизаторов в коллоидных системах. Они образуют (адсорбцией) на поверхностях частиц оболочки углеводородных радикалов (двойные электрические слои одноименного заряда) обуславливающие отталкивание весьма крупных частиц.
Олеофильные углеводородные цепи присадки обеспечивают растворимость в топливе удерживаемых нерастворимых фрагментов старения углеводородов и частиц разной природы (отсутствие осадков; этот способ очистки емкостей в ~ 30 раз экономичнее механического). Детергенты, также, взаимодействуют химически с промежуточными продуктами окисления кислотного характера, нейтрализуя их и предотвращая низкотемпературные отложения.
Известно, что в силу агрегативной нестабильности и реологических свойств котельных топлив, распределение воды в виде глобул и линз увеличивает коррозию (особенно хвостовых поверхностей нагрева котлов) деталей форсунок и топливных насосов. В то же время, равномерно распределенная по объему, вода в строго определенном количестве, оказывает положительное влияние на горение топлив: процесс сгорания протекает плавно и полно, со снижением удельного расхода топлива и дымности отходящих газов.
Эмульгаторы присадки Delcomm FCFm-250™ диспергируют и равномерно распределяют водную фазу по объему топлив в виде тонких дисперсий, существенно замедляя процессы электрохимической коррозии, предотвращая срывы режима горения, биопоражаемость топлив. Дисперсность капель воды составляет 0,2-5 мкм. Высокие диспергирующие свойства Delcomm FCFm-250™ способствуют формированию исключительно стабильных (седиментационно и агрегативно) водотопливных систем (ВТЭ), предотвращают коалесценцию капель и флокуляцию.
Предельно важным при использовании котельных топлив (особенно сернистых) является вопрос полноты сгорания топлив, что снижает потери, а также нагарообразование в котлоагрегатах и дизелях. Исключается чрезмерный износ и сокращается количество дорогостоящих текущих ремонтов горелочного оборудования.
Большинство добавок, улучшающих полноту сгорания распыливаемых частиц топлив, чаще оказываются не более эффективными, чем керосин. Простым тестом может служить незначительное количество шламов и воды, как результат активной очистки поверхностей предтопочных секций.
Установлено, что сгорание испаряющейся части капель мазутов происходит одновременно с их крекингом и уплотнением смолисто-асфальтеновых соединений в объеме капли. В противоположность замедляющему влиянию асфальтенов на горение топлив, положительным параметром выступает дисперстность капель.
Известно, что асфальтены в мазутах находятся в коллоидном состоянии. Повышая вязкость крекинг-остатков, они ухудшают качество распыления и сгорания топлива, в том числе, и в цилиндрах дизелей.
Присадка Delcomm FCFm-250™, содержащая сольвенты (ПАВ) и диспергенты, эффективно диспергирует и равномерно распределяет асфальтены внутри каждой одиночной капли, что стабилизирует режим сгорания: присадка стабильно диспергирует глобулы и коллоиды, в которых солюбилизированы смолисто-асфальтеновые соединения. Кроме того, Delcomm FCFm-250™ содержит активные металлоорганические соединения (нафтенаты металлов, например, железа). Экспериментально установлено, что введенные в топливо, нафтенаты железа способствуют сокращению времени видимого горения и увеличению яркости (температуры) факела.
Таким образом, в присутствии Delcomm FCFm-250™, горение интенсифицируется (уменьшается размер коллоидных частиц асфальтенов, облегчается их солюбилизация в мицеллярной структуре мазутов с присадкой и разделение топлива на «легкую» часть и коксовый остаток). Реализуется каталитическое воздействие содержащихся в присадке металлов на окисление углеводородов топлива. Шлакование и коррозионный износ горелок снижается на порядок.
Экономия топлива является существенной даже при сохранении неизменным уровня избытка воздуха. Снижается зольность отходящих газов и накопление топочной сажи, увеличивается уровень диоксида углерода в топочном газе.