Топливо для судовых котлов

Топливо – горючее вещество, вступающее в реакцию с кислородом воздуха и выделяющее при горении большое количество теплоты.

По происхождению топливо бывает:

· естественное (нефть, природный газ, торф, каменный уголь);

· искусственное (мазут, соляр, каменноугольный кокс).

В топках судовых котельных установках сжигают в основном жидкое топливо. В главных котлах – топочный мазут; во вспомогательных котлах теплоходов применяют дизельное топливо разных марок, моторное марок ДТ и ДМ, мазут марок Ф-5, Ф-12, М-40. В основном используют то топливо, на котором работает главный двигатель.

Мазут – это остаток, получаемый при перегонке сырой нефти после отделения лёгких фракций (бензина, керосина и др.) или смесь тяжёлых остатков перегонки нефти с маловязкими компонентами продуктов перегонки.

Виды топлива:

1. Дистиллятное (дизельное) марок А, З, С, Л, ДА, ДЛ, ДС, ДЗ.

Получают из керосиногазойлевых фракций прямой перегонки или крекинга нефти.

2. Маловязкое (газотурбинное)

Получают из остаточных продуктов переработки нефти в процессе замедленного коксования. Дешевле дизельного, но уступает ему по качественным показателям.

3. Тяжёлое

а) средневязкий сорт:

- моторное топливо ДТ (смесь мазута с керосиногазойлевыми фракциями);

- флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 (маловязкий мазут прямой перегонки 60 – 70%,

соляровое масло 15 – 20%, крекинг-мазут 20 – 30%);

б) высоковязкий сорт:

- моторное топливо ДМ;

- экспортные мазуты М-0,9, М-1,5, М-2,0;

- топочный мазут 40, 40В.

Требования к топливу для морских судов:

- высокое тепловыделение при горении;

- минимальное содержание балласта (влаги, золы), серы и других примесей;

- сравнительно невысокая стоимость;

- отсутствие склонности к самовозгоранию при длительном хранении;

- постоянство характеристик при длительном хранении.

От качества топлива, принятого на судно для котлов, зависят не только показатели работы энергетической установки, но и технико-экономические и эксплуатационные показатели судна в целом.

Состав натурального органического топлива:

Элементарный состав указывается в процентах к массе топлива 1 кг.

Углерод С (82 – 87%), водород Н (10 – 12%), кислород О (0,3 – 0,5%), азот N (0,2 – 0,4%), сера S (0,5 – 3,5%), влага W (0,5 – 3%), зола А (0,1 – 0,4%).

С и Н – наиболее ценные элементы жидкого топлива (находятся в виде углеводородных соединений и в виде соединений с О, N и S). Горючими элементами топлива являются С, Н и S.

Сера может быть разделена на два типа: горючую и негорючую. Горючая сера, называемая также летучей, при сгорании переходит в газообразные соединения SO₂ и SO₃, которые, вступая в реакцию с парами воды, образуют пары сернистой и серной кислот. При конденсации этих кислот возникает интенсивная коррозия хвостовых поверхностей нагрева и металлических стенок котла. Поэтому летучая сера, хотя и выделяет тепло при сгорании, является вредным компонентом топлива. Негорючая сера уже окислена и входит в состав минеральных примесей, образующих после сжигания топлива золу. Зола представляет собой негорючую минеральную часть топлива. Влага понижает тепловую ценность топлива, т.к. часть теплоты расходуется на её испарение. Влага и зола называются балластом, потому что они являются негорючей массой топлива и ухудшают его качество. Азот является инертным элементом и не участвует в реакции горения. Кислород тепла не выделяет, а только вступает в соединение с горючими элементами топлива являясь окислителем.

Основные массы топлива:

1. Рабочая масса (состав топлива в том виде, в котором оно сжигается в топке):

Ср + Нр + Ор + Nр + Sр + Ар + Wр = 100%

Рабочая масса не является постоянной, так как содержание влаги и золы (балласта) может

меняться в зависимости от условий добычи, хранения и перевозки топлива.

2. Сухая масса (состав топлива, доведённого до абсолютно сухого состояния):

Сс + Нс + Ос + Nс + Sс + Ас = 100%

3. Горючая масса (безводное и беззольное топливо):

Сг + Нг + Ог + Nг + Sг = 100%

К жидкому топливу применяют только понятия рабочей и горючей массы. По горючей массе, как более стабильной, судят о ценности топлива (табл. 4.1). Поставки топлива рассчитывают по горючей массе и для пересчёта с одной массы на другую используют переводные множители. Например, пересчёт с горючей массы на рабочую углерода и водорода производится по выражениям:

Ср = Сг % Нр = Нг %

Таблица 4.1

Топливо	Cг	Hг	Nг + Oг	Sг	Ар	Wр
Дизельное	86,3	13,3	0,1	0,3	0,01	нет
Моторное	86,5	12,6	0,5	0,4	0,05	1,5
Мазут флотский Ф-5	85,3	12,4	0,3	2,0	0,1	1,0
Мазут флотский Ф-12	86,5	12,2	0,5	0,8	0,15	1,0
Мазут малосернистый 40	87,9	10,9	0,7	0,5	0,15	2,0
Мазут сернистый 40	86,5	10,8	0,7	2,0	0,15	2,0
Мазут высокосернистый 40	85,1	10,7	0,7	3,5	0,15	2,0

Теплота сгорания топлива [кДж/кг] – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании 1 кг этого топлива.

Высшая теплота сгорания, Q_рв – количество теплоты, выделившееся при сгорании топлива при условии, что продукты сгорания охлаждены до температуры конденсации содержащихся в них водяных паров.

Низшая теплота сгорания, Q_рн - количество теплоты, выделившееся при сгорании топлива, но за вычетом теплоты, затраченной на испарение влаги топлива и влаги, образующейся при сгорании водорода топлива.

Расчёты производят, учитывая низшую теплоту сгорания, т.к. дымовые газы, покидающие котёл, имеют температуру, при которой содержащиеся в них водяные пары практически не конденсируются (более 150°С).

В составе рабочей массы топлива имеется Wр частей влаги и при горении образуется 9 частей воды на каждую часть Нр:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

4 + 32 = 36,

т.е. на 1 часть водорода приходится = 9 частей воды (или водяных паров).

Исходя из этого, зависимость между низшей и высшей теплотой сгорания имеет вид:

Q_рн = Q_рв – 2510 ,

2510 кДж/кг – теплота образования 1 кг водяного пара.

Характеристики жидкого топлива:

1. Вязкость характеризует текучесть топлива и определяет условия его хранения,

транспортировки и качество распыливания. Обычно её измеряют вискозиметром в

условных градусах вязкости или градусах Энглера (°ВУ или °Е).

Градус вязкости – условная величина, представляющая отношение времени

истечения 200 мл нефтепродукта при определённой температуре через калиброванное

отверстие вискозиметра ко времени истечения через это же отверстие 200 мл

дистиллированной воды при температуре 20°С. Диаметр отверстия в стандартном

вискозиметре Энглера равен 2,83 мм.

Вязкость лёгких нефтепродуктов обычно определяют при температуре 20°С, а

средних и тяжёлых при 50 и 100°С. Чем меньше вязкость топлива, тем легче оно

распыляется. Для обеспечения качественного распыливания и горения мазут перед

подачей к форсункам подогревают до температуры 80 – 110°С. Моторные топлива

подогревают до температуры, при которой значение вязкости 1,7 – 2,5°ВУ.

Кроме условных единиц, вязкость характеризуется абсолютными показателями:

кинематической (м²/с) и динамической (Па · с) вязкостью. Зависимость между единицами

вязкости при различных температурах дана в номограмме (рис. 4.1).

2. Плотность – косвенная характеристика химических свойств и фракционного состава

топлива. Значение плотности нужно для подсчёта массы топлива и расчёта форсунок.

Определяется ареометром.

Рис. 4.1 Номограмма для определения вязкости топлив, применяемых в котлах:

1 – дизельное топливо ДЛ, ДС; 2 – соляровое масло; 3 – топливо для локомотивных газотурбинных двигателей; 4 – моторное топливо ДТ; 5 – мазут флотский Ф-5; 6 – мазут флотский Ф-12; 7 – моторное топливо ДМ; 8 – мазут топочный 40; А – экономически оправданный предел вязкости топлив при их перекачивании; Б – обычный диапазон вязкости топлив при использовании механических распылителей.

3. Температура застывания – температура, при которой нефтепродукты теряют

свою естественную текучесть. Температура застывания определяет условия хранения и

перекачки топлива на судне. Широкий диапазон температур (-10°С ÷ 30°С) связан с

разным содержанием парафинов в топливе (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Иллюстрация к определению температуры застывания мазута – в течение одной минуты уровень в наклоненной пробирке должен оставаться неподвижным.

4. Температура вспышки – минимальная температура нагрева топлива, при которой

его пары в смеси с окружающим воздухом вспыхивают от соприкосновения с пламенем

и затем быстро гаснут (жидкая масса топлива не должна загореться). От температуры

вспышки зависит пожарная безопасность при хранении и расходовании топлива.

В открытых цистернах разрешается подогрев мазута до t на 20 – 30°С ниже t вспышки.

Температура вспышки топочных мазутов составляет 80 – 90°С.

5. Температура воспламенения – температура, при которой топливо после вспышки

продолжает устойчиво гореть в течение не менее 5 с. Температура воспламенения выше

температуры вспышки на 15 – 20°С.

6. Механические примеси приводят к засорению каналов форсунок и их ускоренному

изнашиванию. Содержание механических примесей не должно превышать 0,8%.

7. Содержание серы – отрицательный показатель, т.к. она является вредным

компонентом. Содержание серы в мазутах не должно превышать 3,5%.

В зависимости от содержания серы мазуты и моторное топливо подразделяют на

малосернистые (до 0,5%), сернистые (до 2%) и высокосернистые (до 3,5%).

Отдельные характеристики жидкого топлива можно определить непосредственно на судне с помощью судовых лабораторий анализа нефтепродуктов.

Таблица 4.2

Показатель	Ди-зель-ное Л	Мо-тор-ное ДТ	Мо-тор-ное ДМ	Газо-тур-бинное ТГ	Мазут	Экспортный мазут М-2,0
Ф5	Ф12	топоч-ный	топоч-ный 40В
Плотность при 20°С, г/см^3, не более	0,863	0,93	0,97	0,935	0,92	0,98	0,99	0,99	0,965
Вязкость при 50°С условная, °ВУ	—
Температура вспыш-ки, °С, не ниже
Температура засты-вания, °С, не выше	-10	-5			-5	-8
Зольность, %, не более	0,02	0,04	0,15	0,01	0,05	0,1	0,12	0,04	0,2
Содержание серы, %, не более	1,0	1,5	3,0	2,5	2,0	0,6	2,0	2,0	2,0
Содержание механи- ческих примесей, %, не более	нет	0,1	0,2	0,03	0,1	0,12	0,8	0,07	0,3
Содержание воды, %, не более	нет	1,0	1,5	0,5	0,3	0,3	1,5	0,3	0,5
Теплота сгорания, кДж/кг				—		—

Дата добавления: 2015-06-27