Котельные и печное топлива.

Котельные топлива применяют в стационарных паровых котлах, в промышленных печах. Тяжелые моторные топлива используют в судовых энергетических установках. К котельным топливам относят топочные мазуты марок 40 и 100, вырабатываемые по ГОСТ 10585–75, к тяжелым моторным топливам — флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 по ГОСТ 10585–75.
В общем балансе перечисленных топлив основное место занимают мазуты нефтяного происхождения.
Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.
Требования, предъявляемые к качеству котельных, тяжелых моторных и судовых топлив, устанавливающие условия их применения, определяются такими показателями качества, как вязкость, содержание серы, теплота сгорания, температуры застывания и вспышки, содержание воды, механических примесей и зольность.

Ассортимент, качество и состав.

Стандарт на котельное топливо - ГОСТ 10585-75 предусматривает выпуск четырех его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как легкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжелое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 °С. В зависимости от содержания серы топочные мазуты подразделяют на низкосернистые — до 0,5 %, малосернистые — от 0,5 % до 1,0 %, сернистые — от 1,0 до 2,0 % и высоко-сернистые — от 2,0 до 3,5 %.

 

Топочные мазуты марок 40 и 100 изготовливают из остатков переработки нефти. В мазут марки 40 для снижения температуры застывания до 10 °С добавляют 8–15 % среднедистиллятных фракций, в мазут марки 100 дизельные фракции не добавляют.


Флотские мазуты марок Ф-5 и Ф-12 предназначены для сжигания в судовых энергетических установках. По сравнению с топочными мазутами марок 40 и 100 они обладают лучшими характеристиками: меньшими вязкостью, содержанием механических примесей и воды, зольностью и более низкой температурой застывания. Флотский мазут марки Ф-5 получают смешением продуктов прямой перегонки нефти: в большинстве случаев 60–70 % мазута прямогонного и 30–40 % дизельного топлива с добавлением депрессорной присадки. Допускается использовать в его составе до 22 % керосино-газойлевых фракций вторичных процессов, в том числе легкого газойля каталитического и термического крекинга. Флотский мазут марки Ф-12 вырабатывают в небольших количествах на установках прямой перегонки нефти. Основными отличиями мазута Ф-12 от Ф-5 являются более жесткие требования по содержанию серы (0,8 % против 2,0 %) и менее жесткие требования по вязкости при 50 °С (12 °ВУ против 5 °ВУ).
 

 

Характеристики мазута (ГОСТ 10585–75)

Показатели

Марка топлива

Ф-5

Ф-12

40

100

Вязкость при 50 °С, не более:

условная, °ВУ

5,0

12,0

-

-

соответствующая ей кинематическая, мм2/с

36,2

89,0

- -

Вязкость при 80 °С, не более:

условная, °ВУ

-

-

8,0

16,0

соответствующая ей кинематическая, мм2/с

- -

59,0

118,0

Динамическая вязкость при 0 °С, Па·с, не более

2,7

- - -

Зольность, %, не более, для мазута:

малозольного        
зольного        

Массовая доля, %, не более:

механических примесей

-

 

0,04

0,05

воды

0,05

0,10

0,12

0,14

Массовая доля серы, %, не более, для мазута:

низкосернистого

-

-

0,5

0,5
малосернистого -

0,6

1,0

1,0
сернистого

2,0

-

2,0

2,0
высокосернистого - -

3,5

3,5
Коксуемость, %, не более 6,0 - - -

Температура вспышки, °С, не ниже:

в закрытом тигле

80

90 - -
в открытом тигле - - 90 110

Температура застывания, °С, не выше

-5 -8

10; 25*

25; 42*

Теплота сгорания (низшая) в пересчете на сухое топливо (не браковочная), кДж/кг, не менее, для мазута:

низкосернистого, малосернистого и сернистого 41454 41454

40740

40530

высокосернистого - -

39000

39000

Плотность при 20 °С, кг/м3, не более

955

960 - -

* Для мазута из высокопарафинистых нефтей

Примечания.
Для всех марок топлива содержание водорастворимых кислот и щелочей, сероводорода — отсутствие.

Теплоемкость мазута при температуре t определяется:
 
При t < 100оС             стл = 1,89+0,0053×t , кДж/(кг×К);
При t = 100-150оС       стл = 1,30+0,0112×t , кДж/(кг×К).

Коэффициент теплопроводности марок 40 и 100

t, оC

l , Вт/(м×К)

t, оC

l , Вт/(м×К)

40
50
60
70
80

0,140
0,138
0,135
0,133
0,130

90
100
110
120
130

0,127
0,125
0,122
0,119
0,117

 

 

 

Зависимость коэффициентов вязкости мазутов от температуры.

Ф5 и Ф12 – мазуты флотские; 40, 100, 200 – топочные мазуты; МП – топливо для мартеновских печей; НС – стабилизированная нефть.

 

Далее приведены данные по Макееву Ю.Б.

Плотность мазута

rp= rcт- b*(tp tст),  кг3

где: b - коэф-т, зависящий от плотности мазута, т/м3*0С
      tр – рабочая температура, 0С
      tст – стандартная температура, 0С
 

 

r при 200С, т/м3

b, т/м3*0С

0,91 – 0,9199

0,000620

0,93 – 0,9399

0,000594

0,95 – 0,9599

0,000567

0,97 – 0,9799

0,000541

0,99 – 1,0

0,000515


Теплоёмкость мазута

 

По ВТИ:

          Ct= 1738 + 2,5t ,   Дж/кг*0С

Ф-ла Михайлова:

          Сt = 2018 + 3,2(t – 100) ,  кДж/кг*0С

Ф-ла Фртча и Уитмена

           Сt = (1444 + 3,71t)*(2,1 - r1515)

где r1515 – относительная плотность.    

 

Из нормативного метода теплового расчета (1998 г.)

 

Физические свойства

Марка мазута

40

100

Вязкость при 80оС, оВУ
Плотность при 20оС, кг/м3
Температура вспышки в открытом тигле, оС
Температура застывания обычного мазута, оС
Температура застывания высокопарафинистого мазута, оС

£ 8
£ 1000
³ 90
10
25
 

£ 16
£ 980
³ 110
25
42
 

 

Коэффициент теплопроводности мазутов марок 40 и 100

t, оС l, Вт/(м×К) t, оС l, Вт/(м×К)
40
50
60
70
80
0,140
0,138
0,135
0,133
0,130
90
100
110
120
130
0,127
0,125
0,122
0,119
0,117

 

Марка топлива

Класс

Рабочая масса топлива, состав, %

Wrt Ar Srр Sro Cr Hr Nr Or

Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100

Низкосернистый
Малосернистый
Сернистый
Высокосернистый

0,15
0,20
0,49
1,00

0,03
0,03
0,05
0,06

0,39
0,85
1,80
2,55

87,33
86,58
85,71
85,04

11,90
12,04
11,45
10,64
 

0,20(1)
0,30(1)
0,50(1)
0,71(1)

1) Для расчетов принимать как кислород

 

Марка топлива

Класс

Низшая теплота сгорания

Предельные значения, %

средняя

минимальная

Wrt Ar Srр

Qri ,

МДж/кг

Qri ,

ккал/кг

Qri ,

МДж/кг

Qri ,

ккал/кг

Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100

Низкосернистый
Малосернистый
Сернистый
Высокосернистый

41,68
40,53
39,57
39,06

9955
9680
9451
9329

40,82
39,21
38,29
37,57

9749
9365
9145
8973

1,0
1,0
1,0
1,0

0,14
0,14
0,14
0,14

0,5
1,0
2,0
3,5

 

СОСТАВ ЗОЛЫ ЖИДКИХ ТОПЛИВ

Марка топлива

Класс

Элементарный состав золы на бессульфатную массу, %

V2O5 SiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O

Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100
Мазут 40 и 100

Низкосернистый
Малосернистый
Сернистый
Высокосернистый

5,5
28,9
46,9
48,8

18,8
17,9
16,3
10,0

15,31
12,20
8,63
9,20

27,05
15,50
9,00
10,10

8,75
7,60
7,20
5,60

24,10
16,60
10,77
14,90

0,5
1,3
1,2
1,4