Котельное топливо - это самое крупнотоннажное и массовое топливо, вырабатываемое для котельных агрегатов электростанций, технологических печей (в металлургической, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве), судовых котельных установок и тихоходных дизелей.

Котельное топливо вырабатывается как многокомпонентное топливо на основе остатков пе¬регонки нефти, термокрекинга и висбрекинга. Компонентами котельных топлив являются:
• мазут первичной перегонки (или гудрон выше 480 °С);
• крекинг-остаток термокрекинга и висбрекинга;
• тяжелые газойли каталитического крекинга, термокрекинга и коксования;
• отходы масляного производства (асфальты, экстракты, гачи);
• легкие газойли (250-360 °С) любого вторичного процесса.

Общая выработка котельных топлив составляет в настоящее время в России около 60 млн т/год.

Виды котельных топлив: топочные мазуты, печные и технологические экспортные топлива.
Топочные мазуты выпускаются по ГОСТ 1058-75. Они бывают:
• легкие (флотские) марок Ф-5 и Ф-12 (для судовых дизелей и котельных установок);
• средние марки М-40 (топочное и печное топливо общего назначения);
• тяжелые марки М-100 (топочное и печное общего назначения).
Печные топлива выпускаются по ГОСТ 14298 марок МП, МП-1 и МПВА
(для металлургических печей), различающихся по содержанию серы и коксуемости.
Экспортные технологические топлива марок Э-2, Э-3, Э-4 и Э-5 маловязкие, с добавлением до 25 % дизельного топлива.

Основные требования к физико-химическим свойствам
Рассмотрим основные физико-химические свойства котельных топлив. Вязкость - основной показатель, входящий в обозначение марок. Вязкостью определяются:
• распыление топлива (т.е. полнота его сгорания);
• условия слива и налива при транспортировке топлива;
• схема топливных систем у потребителя (обогрев, перекачка, гидравлические сопротивления при транспортировке топлива по трубопроводам, эффективность работы форсунок).
От вязкости в значительной мере зависят скорость осаждения механических примесей при хранении, а также способность топлива отстаиваться от воды.
В США для определения вязкости используют вискозиметр Сейболта универсальный (для маловязких мазутов) и Сейболта - Фурола (для высоковязких мазутов), а в Англии - вискозиметр Редвуда. Между определенными в различных единицах значениями вязкости существует зависимость. В ряде спецификаций указывают вязкость, найденную экспериментально и пересчитанную в кинематическую.
На практике часто используют вязкостно-температурные кривые. С повышением температуры различие в вязкости топлив существенно уменьшается.
Для мазутов, как и для всех темных нефтепродуктов, зависимость вязкости от температуры приближенно описывается уравнением Вальтера:

lglg(v*10-6 + 0,8) = A – B*lgT,

где v - кинематическая вязкость, мм2/с; А и В- коэффициенты; T - абсолютная температура, К.

Вязкость не является аддитивным свойством и при смешении различных котель¬ных топлив ее следует опре¬делять экспериментально.
Нормы по вязкости при 50 °С составляют от 5 до 12°ВУ (36 и 89 мм2/с), а при 80 °С для М-40 и М-100 - 8 и 16 °ВУ (59 и 118 мм2/с). Экспортные топлива - более маловязки и для них допускается вязкость ВУ80 не более 2-5 °ВУ.
Котельные и тяжелые моторные топлива являются структурированными системами, поэтому при сливно-наливных операциях для их характеристики помимо ньютоновской вязкости необходимо учитывать реологические свойства (напряжение сдвига и динамическую вязкость, определяемую на вискозиметре "Реотест"). Для всех остаточных топлив характерна аномалия вязкости: после термической обработки или механического воздействия повторно определяемая вязкость при той же температуре оказывается ниже начальной.

Содержание серы - важнейший показатель топлива, определяющий работу топок и печей.
Содержание серы в остаточном топливе зависит от класса перерабатываемой нефти (сернистая или высокосернистая) и определяется соотношением:

S_ост = S_неф (ρ_ост / ρ_неф – 1)*1.25

где S_ост и S_неф - содержание серы в остатке и нефти; ρ_ост и ρ_неф - относительные плотности остатка и нефти.

Тяжелые топлива не содержат меркаптановой серы, поэтому продукты их сгорания менее коррозионно-активны, чем продукты сгорания светлых сернистых нефтепродуктов.
Вредное влияние серы проявляется в трех аспектах. Во-первых, это образующиеся при ее сгорании оксиды S0₃ и S0₂. Наличие в газах S0₃ повышает температуру начала конденсации влаги - точку росы. Она повышается на 50-60 °С при повышении содержания серы от 0 до 2 %. А поскольку температура "хвостовых" поверхностей котлов, печей и т.д. (воздухоподогревателей, экономайзеров) равна точке росы дымовых газов, на этих поверхностях конденсируется серная кислота, которая вызывает усиленную коррозию.
Во-вторых, в металлургических печах оксиды серы реагируют с расплавленным металлом, ухудшая его качество (особенно легированного металла). В-третьих, оксиды серы, выброшенные в атмосферу, сильно загрязняют окружающую среду.
По этим трем причинам в ряде зарубежных стран приняты ограничения по содержанию серы в мазутах до уровня 0,5-1,0 %. Обессеривание мазутов очень сложно технологически, особенно если учесть, что количества их очень велики, очистка же дымовых газов от оксидов серы - не менее сложный процесс и поэтому он не внедряется. Ниже приведены нормы по содержанию серы в котельных топливах, полученных из разных нефтей:
Из малосернистых нефтей…………….. 0,5-1,0
Из сернистых нефтей………………….. 2,0
Из высокосернистых нефтей………….. 3,5

Если учесть, что котельных топлив сжигается в год около 60 млн т, то выбросы S02 и S03 составляют около 2 млн т в год, а это грозит логической катастрофой для человечества.

Температура застывания, как и вязкость, характеризует условия транспортировки, слива и налива, перекачивания топлива и топливоподготовки. Нормы температуры застывания для разных марок топочных мазутов таковы (°С):
Ф-5 …………… - 5
Ф-12 ………….. – 8
М-40 ………….. + 10
М – 100 ……….. + 25
МП …………… + 25
МП-1 …………. + 30

Эта температура зависит от качества перерабатываемой нефти и от способа получения топлива.
Большое влияние на температуру застывания оказывает температура нагрева, скорость охлаждения, наличие или отсутствие перемешивания.
Для снижения температуры застывания применяют депрессорные присадки (Севилен), действие которых основано на том, что они модифицируют структуру кристаллизирующегося парафина и тем самым препятствуют образованию прочной кристаллической решетки. Эффективность действия депрессорной присадки зависит прежде всего от содержания н-парафинов и их температуры плавления: чем их больше, тем менее эффективен депрессатор.
Наибольшее депрессорное действие оказывает присадка на асфальто-смолистые вещества, и чем их больше, тем больше депрессорное действие присадки.

Коксуемость котельных топлив - это в первую очередь показатель коксоотложений у устья форсунок, в результате чего искажается форма факела и ухуд¬шается распыление и полнота горения топлива.
Нормируется только для легких топлив Ф-5 и Ф-12 (не более 6 %), а для тя¬желых котельных топлив М-4,0 и М-100 не нормируется вообще.
Для печных топлив наоборот: чем больше, тем лучше. Это связано не с рабо¬той форсунок (это здесь не главное), а с технологией плавки металлов. Для плавки металла должен быть интенсивный лучистый теплообмен от пламени к металлу, а значит, интенсивная светимость пламени. Светимость же пламени тем больше, чем выше в топливе содержание высокомолекулярной ароматики и асфальтенов, т.е. чем больше коксуемость топлива. Поэтому нормы для печных топлив - не "не более", а "не менее":
МП-1…………………………. не менее 5 %
МП и МПВА………………… не менее 8 %

Температура сгорания - одна из важнейших характеристик, от которой зависит расход топлива. Особенно важно это для судов, так как от теплоты сгорания топлива зависит дальность плавания. Теплота сгорания зависит от элементного состава топлива и определяется отношением Н:С и зольностью, а также содержанием серы.
Стандарты на топливо устанавливают следующие нормы на теплоту сгорания: не менее 41,5 МДж/кг (флотские), не менее 40,5 МДж/кг (тяжелые малосернистые) и не менее 39,9 МДж/кг (тяжелые сернистые).

Плотность в данном случае не является показателем группового состава топлива, а определяет возможность расслоения с водой, попадающей при пароподогреве топлива или при водном его транспорте. Поэтому норма по плотности для разных марок котельных топлив составляет (кг/м³, не более):
Ф-5 ………………….. 955
Ф-12 ………………… 960
М-40 ………………… 965
М-100 ……………….. 1015

Вредные примеси. Зола - минеральный остаток после полного сжигания топлива. Ее содержание зависит от качества исходной нефти, технологии подготовки нефти (попадания деэмульгаторов), технологии получения компонентов котельного топлива (катализаторная пыль) и продуктов коррозии аппаратуры. Зола состоит из неорганических соединений, среди которых наиболее вредный компонент - это пентоксид ванадия (V205). вызывающий коррозию легированных труб котлов. Нормы по содержанию золы (%, не более):
Ф-5 ………………….. 0,05
Ф-12 ………………… 0,10
М-40 ………………… 0,12
М-100 ……………….. 0,14
МП …………………... 0,30

Механические примеси - это взвешенные в топливе инородные частицы (пыль, ржавчина и др.), а также карбиды, способные осложнить топливоподачу и нормальную работу форсунок. Нормы по этому показателю (%, не более):
Ф-5 ………………….. 0,10
Ф-12 ………………… 0,12
М-40 ………………… 0,8
М-100 ……………….. 1,5

Вода для судовых моторных топлив полезна, так как является элементом ВТЭ, а для котельных и печных топлив она вредна, поскольку уменьшает теплоту сгорания, ухудшает стабильность горения и способствует образованию кислот. Нормы содержания воды (%, не более):
Ф-5 ………………….. 0,3
Ф-12 ………………… 0,3
М-40 ………………… 1,5
М-100 ……………….. 1,5

При водном транспорте тяжелых топлив норма содержания воды увеличивается до 2 % (Ф-5, Ф-12) и 5 % (М-40 и М-100).

Подробнее с ситуацией на российском рынке гибкой печатной упаковки можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок мазута в России».