18. Общие сведения о топливе, его важнейшие характеристики. Основные энергетические характеристики и свойства топливЭнергетическое топливо и его общая характеристика — Мегаобучалка
Топливо органического происхождения подразделяют по агрегатному состоянию на твердое, жидкое и газовое, а по способу получения на естественное и искусственное. Общая классификации органического топлива приведена в таблице 1.
Таблица 2.3.1. Общая классификация топлив.
В настоящее время для энергетических целей используют практически все приведенные в таблице виды органического топлива, однако для теплоэнергетики наибольшее значение имеют из твердых топлив каменные и бурые угли, антрацит и полуантрацит; из жидких – мазут; из газовых – природный газ. В меньшей мере в котлах сжигают отходы углеобогащения, торф и горючий сланец. Все виды органического топлива, помимо горючей части, содержат негорючие компоненты – балласт. Негорючими компонентами твердого и жидкого топлива являются минеральные примеси, образующие при сгорании топлива золу, и вода. Балластом газового топлива являются негорючие газовые компоненты и пары воды.
2.4. Понятие о массах топлив. Элементарный состав.
Горючая часть твердого топлива представляет собой сложный полимолекулярныйкомплекс в большей своей части коллоидальногохарактера, построенный из пяти основных элементов: углерода С, водорода Н, серы S, кислорода О и азота N. Из этих элементов лишь углерод,водороди сера участвуют в горении с выделением тепла. Азот и кислород являются своего рода внутренним балластом горючей части. Так как эти два элемента находятся в связанном состоянии с остальными, их включают в горючую часть условно. Строго говоря, к горючей части топлива следует причислить также некоторые соединения минерального происхождения, содержащие в своей молекулярной структуре четырехвалентную серу (например, серный колчедан FeS2). Входящая в состав его сера, обычно именуемая колчеданной, способна к окислению с выделением некоторого количества тепла. Рис. 2.4.1. Состав твердого топлива.
Горючую часть твердого топлива вместе с азотом, кислородом и колчеданной серой называют условно горючей массой. Условно горючую массу твердого топлива без колчеданной серы принято называть органической массой. При исключении из органической массы серы органической (Sop) эту массу принято называть условно органической массой. Условно горючую массу вместе с минеральными примесями принято называть сухой массой. Исходное топливо со всем его балластом, включая влагу, называют рабочим топливом (рабочей массой). Рабочее топливо, измельченное до порошкообразного вида и в этом состоянии доведенное до воздушно-сухого состояния в данной лаборатории, т. е. содержащее только гигроскопическую влагу, называется аналитическим (аналитической массой). Состав различных масс топлива показан на рис. 2.4.1. На рисунке вся сера топлива условно отнесена к группе нелетучих веществ; в действительности же часть ее переходит при термическом разложении топлива в летучие вещества. О виде массы судят по верхнему индексу, проставляемому у каждого члена соответствующей массы. Пересчет состава твердого топлива с одной массы на другую производят, используя множители пересчета, составленные, на основе следующих балансовых уравнений для различных масс топлива: - рабочая масса – Ср + Hр + - аналитическая масса – Са + Hа + %; - сухая масса – Сс + Hc+ + Oc+ Nc+АС= 100°/0; - условно горючая масса – Сг + Hг + + Oг+ Nг= 100%; - условно органическая масса – Со + Hо + Oо+ Nо= 100%. Состав горючей части твердого топлива определяется степенью его углефикации, связанной с характером превращения органического вещества под действием различных физических, химических, а на ранней стадии преобразования исходного растительного материала и микробиологических факторов. Химический состав газообразных топлив определяется сравнительно просто газовым анализом. Горючая же часть жидких и особенно твердых топлив состоит из весьма сложных органических соединений, молекулярное строение и свойства которых изучены пока еще недостаточно. Элементарный химический состав топлив не может дать полного представления о свойствах топлива, так как он не отражает химической природы входящих в него соединений. Однако он дает возможность производить ряд важных технических расчетов (например, подсчет количества необходимого воздуха для полного горения топлива, объемов продуктов сгорания и т.д.). Горючая часть топлива содержит углерод С, водород Н, кислород О, азотN исеру S. Основным элементом горючей части всех топлив является углерод Углерод в топливе обусловливает выделение основного количества тепла. Однако, чем больше углерода в твердом топливе, тем труднее оно воспламеняется. Содержание водорода в горючей массе твердых и жидких топлив колеблется от 2 да 10%. Много его содержится в мазуте и горючих сланцах, меньше всего в антраците. Особенно много водорода в природном газе. При сгорании водород выделяет на единицу веса примерно, в 4,4 раза больше тепла, чем углерод. Кислород и азот в топливе являются органическим балластом. Наличие их в топливе уменьшает содержание в нем горючих элементов – углерода и водорода. Кислород, кроме того, находясь в соединении с водоpoдом или углеродом топлива, тем самым снижает количество тепла, которое выделяется при сгорании топлива. Особенно велико содержание кислорода в древесине и торфе. По мере увеличения степени углефикации топлива количество кислорода уменьшается. Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде. В горючей массе различных твердых топлив и мазута он составляет от 0,5 до 2,5%. Вредной примесью топлива является сера. В твердых топливах она встречается в трех видах: органическая Sop, колчеданная SK и сульфатная Sс. Органическая сера входит в состав сложных высокомолекулярных органических соединений топлива. Колчеданная сера – это чаще всего железный колчедан FeS2. Органическая и колчеданная сера окисляются с выделением тепла. Сульфатная сера встречается в топливах в виде сульфатов CaS04, MgS04 и т. д. Эти соединения при горении почти не разлагаются и переходят в золу. Общее содержание серы в топливе может быть записано так: S=Sop+K+Sc,% Содержание серы в твердых топливах обычно невелико, но в некоторых бурых и каменныхуглях оно доходит до 7–8% на горючую массу топлива. В нефти сера входит в состав органических соединений. Количество ее может достигать. 3–3,5%. При переработке нефти большая часть серы переходит в мазут. В природных газах сера обычно практически отсутствует; только в попутных газах некоторых нефтяных месторождений содержится немного серы в виде сероводорода и сернистого газа. При горении серы тепла выделяется примерно в 3,5 раза меньше, чем при горении углерода. Поэтому наличие ее в топливе уменьшает общее количество тепла, выделяемого топливом при сгорании. Содержание серы в топливе вызывает сильную коррозию низкотемпературных поверхностей нагрева, так как продуктом окисления ее наряду с сернистым газом S02является и серный ангидрид S03, который сильно повышает температуру конденсации водяных паров продуктов сгорания топлива. Наконец, присутствие сернистого газа SO2 в продуктах сгорания топлива, выбрасываемых ватмосферу через дымовую трубу, приводит к вредному загрязнению окружающего воздуха. Топливо| в том виде, в каком оно поступает к потребителю для использования, носит название рабочего. Элементарный химический состав его записывается следующим образом: здесь – углерод, водород, кислород, азот, сера, зольность и влажность. В лабораторных условиях поступившее для анализа воздушно-сухое топливо носит название аналитической пробы топлива. Сухая масса топлива получается после удаления из него влаги: Безводное и беззольное топливо характеризуют элементарным химическим составом горючей массы: Понятие горючей массы топлива является условным, так как в нее входит азот, не окисляющийся в обычных условиях горения, и кислород.
Выход летучих веществ
При нагревании твердого топлива происходитраспад термически неустойчивых молекул органических соединений горючей массы с выделением газообразных продуктов разложения и паров конденсирующихся веществ. Наиболее нестойкими при повышении температуры являются сложные углеводороды. Температура начала выхода летучих веществ, количество и состав газообразных продуктов разложения зависят от химического состава топлива. Чем меньше степень углефикации топлива, тем больше оно содержит термически неустойчивых молекул и, следовательно, больше выделяет летучих веществ. Характер твердого горючего остатка играет решающую роль при определении наиболее рационального пути использования топлива. Угли со сплавленным горючим остатком являются ценнейшим технологическим топливом и идут в первую очередь для производства металлургического кокса. Угли со спекающимся, слабоспекающимся, а также и с порошкообразным коксовым остатком могут использоваться для получения прочного металлургического кокса в смеси с коксующимися углями. При сжигании топлива в пылевидном состоянии величина выхода летучих веществ и характер коксовой частицы оказывают большое влияние на процесс воспламенения и полноту его сгорания. При сжигании топлив с малым выходом летучих веществ требуется поддержание высоких температур в зоне воспламенения. Общее тепловыделение при сгорании топлива складывается из теплот сгорания летучих веществ и коксового остатка. При сгорании топлив с малым выходом летучих веществ основное количество тепла выделяется при горении коксовой частицы. У топлив с большим выходом летучих веществ коксовый остаток получается пористым, что придает ему высокую реакционную способность, т. е. способность легко вступать в реакцию с кислородом и восстанавливать СО2 в СО. Антрацит, полуантрацит и тощие каменные угли являются малореакционными топливами. Время пребывания малореакционных топлив в топке должно быть достаточно продолжительным, а пыль очень мелкой.
megaobuchalka.ru Конспект по топливу.Doc1. Виды топлива и его основные характеристики Топливо – органическое соединение, встречающееся в природе в достаточном для его использования количестве, доступное для добычи и его переработки и выделяющее при его сжигании достаточное количество тепла, используемого в теплоэнергетических установках. По органическому составу и агрегатному состоянию топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное. Эти топлива могут быть естественными и искусственными. Все виды топлива можно сгруппировать в следующую таблицу: В зависимости от расположения месторождения добычи топлива от источника потребления топлива разделяют местное (месторождение вблизи источника потребления) и дальнепривозное . ^ 2. Основные характеристики топлива.Основной характеристикой топлива является его химический состав, который выражается в процентах от общей массы или объема топлива. Для газообразного топлива его состав устанавливается в виде предельных и непредельных углеводородов и химических элементов в составе топлива. Эти элементы по-разному участвуют в процессе горения, выделяя различное количество тепла при его сжигании. Основными элементами твердого и жидкого топлива является углерод C , водород H , сера S , кислород O , азот N , минеральные примеси А, влага W. C , H и S составляют горючую массу топлива . О и N составляют внутренний балласт топлива (чем их больше, тем сильнее ее слабые качества). А и W - внешний балласт топлива . C + H + S+ O + N + A + W = 100 % В зависимости от содержания балластных элементов в топливе и общей массы топлива, элементарный состав в справочниках и таблицах приводиться в 4-х видах: -состав на рабочую массу, когда присутствуют все элементы: -на сухую массу: -топливо на горючую массу: Все расчеты, производимые в процессе горения топлива, необходимо выполнять с элементарным составом топлива, заданным на рабочую массу. Поэтому для перерасчета различных масс топлива на рабочую массу, необходимо пользоваться следующими расчетными уравнениями, которые приведены в следующей таблице: ПРИМЕР: В справочнике дано: В справочных таблицах может быть обозначено – сера летучая : , где - сера органическая, участвует в процессе горения; ( ) - колчеданная, не горит (выпадает в золу). Влажность топлива – количество воды (влаги), присутствующее в топливе и отведенное к массе топлива. Она зависит от связи с органическим материалом топлива и подразделяется на внешнюю влагу (поверхностная влага и капиллярная) и внутреннюю, входящую в коллоидные частицы топлива и гидратные соединения: (CaSO4∙2h3O, MgSO2∙2h3O). Внутренняя влага не удаляется из топлива при внешнем подогреве, а лишь при прокаливании (при 102ºС и выше). Внешняя влага удаляется при температурах выше ее низких. Различные виды топлива имеют различное значение влажности. Для сравнения различных видов по влажности приводиться в справочниках понятие приведенной влажности ,приходящейся на 1000 кДж теплоты (низшей) сгорания топлива: , где - низшая теплота сгорания топлива. Зольность топлива – характеристика, которая устанавливает соединение минеральных примесей в топливе, которое не участвует в процессе горения. Основной характеристикой золы, выделившейся в процессе горения, является ее тугоплавкость, т.е. температура, при которой начинается процесс расплавления твердой золы в текучее состояние. Температура тугоплавкости золы зависит от месторождения добычи и определяется опытным путем . Для сравнения различных топлив по зольности устанавливается величина относительной (приведенной) зольности , т.е. зольность приходящаяся на 1000 кДж низшей теплоты сгорания: ^ Содержание летучих газообразных продуктов сгорания топлива. Летучие вещества есть газообразные продукты, выделяемые из твердого и жидкого топлива при температуре в диапазоне 870-1070 К без доступа кислорода - окислителя. После выделения летучих из топлива остается кокс , содержащий углерод и твердую минеральную часть топлива . В состав летучих веществ входят: ^ Низшая и высшая теплота сгорания топлива. Высшая – общее количество тепла, выделяемое при сгорании 1 кг топлива с учетом превращения водяных паров выделяемых продуктов сгорания в жидкость. Эта теплота учитывает тепло , затрачиваемое на процесс парообразования . Низшая – определяется путем вычитания из высшей теплоты сгорания теплоты, пошедшей на процесс парообразования. Опытным путем теплоту сгорания топлива определяют в лабораторных условиях в так называемых каллориметрических бомбах. Теоретически ее рассчитывают с помощью уравнения Д. И. Менделеева согласно элементарного состава топлива на рабочую массу с учетом теплоты сгорания отдельных элементов: , [Дж/кг] Cp, Нр и др. – в % Различные виды топлива имеют различную теплоту сгорания. Для сравнения тепловой ценности различных топлив используют понятие теплоты сгорания условного топлива , для которого принимается теплота сгорания 29350 кДж /кг . Для пересчета любого натурального топлива на условное используется следующий коэффициент пересчета: , [КДж/кг] ^ studfiles.net ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО И ЕГО КЛАССИФИКАЦИЯТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА Энергетическим топливом называются горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения в промышленных целях больших количеств тепла. Основными его видами являются органические топлива: торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти. По способу получения различают природные и искусственные топлива. К природным относятся натуральные топлива: уголь, сланцы, торф, нефть, природные газы. Из твердых топлив к искусственным относятся кокс, брикеты угля, древесный уголь; из жидких — мазут, бензин, керосин, соляровое 'масло, дизельное топливо, из газовых — газы доменный, генераторный, коксовый, подземной газификации. Торф, бурые угли, каменные угли и антрациты образовались в процессе последовательной углефикации отмершей растительной массы. По исходной материнской органической массе и условиям, при которых происходили процессы углеобразования, различают два крайних типа углей: гумусового и сапропелевого происхождения. Первым типом исходного углеобразующего вещества является ежегодно отмирающая многоклеточная наземная растительность, скапливающаяся в заболоченных местах. Под слоем воды, препятствующей свободному доступу воздуха, эта масса подвергалась преобразованиям: в ней происходило разложение органической массы и последующее превращение продуктов ее распада, а также синтез с образованием новых веществ. В процессе этих преобразований содержание углерода повышалось, а кислорода, водорода и азота — уменьшалось. Эти процессы протекали в различных условиях (температура, давление, среда), а следовательно, и с различной интенсивностью. Поэтому степень углефикации топлив, под которой понимают освобождение от наиболее непрочных содержащих кислород компонентов и обогащение углеродом, различна. Степень углефикации, т. е. химического старения, твердого топлива не всегда соответствует его геологическому возрасту, под которым понимается период времени процесса углеобразования. Начальные стадии биохимических процессов, процессов разложения и окисления называются оторфянением. Эти процессы протекают в основном за счет наличия кислорода, входящего в состав клетчатки (целлюлозы), содержание которой в древесине доходит до 70%, и межклеточного вещества — лигнина. Наиболее легко разлагается клетчатка. Продукты ее разложения в значительной мере рассеиваются в виде выделившихся газов, или, растворяясь, уносятся почвенными водами. Из компонентов органического вещества многоклеточных растений лигнин наиболее стойкий к биохимическим реакциям, но весьма нестоек к окислительным процессам. В древесине лигнин содержится в количестве от 20 до 30%. В процессе оторфянения лигнин переходит в лигнинные кислоты. При этом понижается содержание кислорода и повышается содержание углерода, образуется темнобурая масса. В этой массе, называемой торфом, содержатся также остатки неразло - жившихся частей растений — листьев, стеблей. Торф, получаемый из верхних слоев залежей, слаборазложившийся, волокнистого строения с малой объемной массой. Наиболее высокая степень разложения достигается в торфяных залежах, образовавшихся в низинных болотах. В процессе дальнейших преобразований из торфяной массы образовывались б у - р ы е угли. При этом лигнинные кислоты в буроугольной стадии превращаются в гумусовые кислоты '(гумус — перегной). Из бурых углей далее образуются каменные угли и антрациты. Лигнин является главным углеобразователем углей гумусового типа. По типу соединений он принадлежит к углеводородам. Сравнительно малым содержанием водорода в лигнине объясняется умеренное содержание последнего в гумусовых углях. Второй тип исходного вещества образуется в заливах, озерах, лиманах, в застойных водоемах мелководных морей. Отмирающие микроскопические растительные и животные организмы, оседая на дно, образуют ил, состоящий преимущественно из органических веществ. Растительная часть исходного вещества состоит в основном из примитивных одноклеточных водорослей. Из-за отсутствия межклеточного вещества основным углеобразователем является жировое вещество, содержащееся в клетке, что ведет к значительному повышению содержания водорода в углях сапропелевого происхождения. Лигнина в нем обычно мало. Под водой при слабом доступе воздуха в условиях длительного воздействия микроорганизмов в этой органической массе протекали процессы углефикации. Первичное образование — гниющий ил (сапропел) представляет собой торфяную стадию сапропелитов. Дальнейшая углефикация приводит к образованию сапропелевых углей. Буроугольная стадия этих углей носит название богхедов. Встречаются также угли смешанного происхождения с преобладанием гумусового или сапропелевого материала. К твердым топливам этого класса относятся также г о - рючие сланцы, представляющие собой твердые минеральные породы (глинистая или мергелевая масса), пропитанные нефтеподобными органическими веществами сапропелевого происхождения. Естественное жидкое топливо — сырая нефть — является смесью органических соединений, главным образом различных углеводородов, и включает в себя некоторое количество жидких. кислородных, сернистых и азотистых соединений, растворенный парафин и смолы. Наиболее достоверной теорией происхождения нефти считается теория органического происхождения, согласно которой нефть произошла из сравнительно устойчивых к химическим и биохимическим реакциям органических соединений, главным образом из белков, которые образовались как продукты разложения растительных и животных организмов, оседавших на морское дно и подвергавшихся действию различных биохимических и геологических процессов. Нефть в основном перерабатывается с извлечением более легких фракций: бензина, лигроина, керосина, газойля. Общий выход светлых нефтепродуктов в зависимости от качества исходной нефти составляет 40—60%. Остающийся после переработки тяжелый остаток — мазут — используется как энергетическое топливо. Минеральные примеси в мазуте в основном представляют собой водорастворимые соли, которые входят в состав исходной нефти и попадают в нее с буровой водой. При переработке нефти содержащиеся в ней минеральные примеси концентрируются в более тяжелых фракциях. Состав примесей в мазуте различен и зависит от качества исходной нефти и метода ее переработки. Газовое топливо — природный и искусственный газ — является физической смесью горючих и негорючих газов, содержащей некоторое количество примесей в виде водяных паров, а в некоторых случаях пыли и смолы. Природные газы образовались одновременно с нефтью. Значительная часть более тяжелых составляющих их растворена в нефти, а часть, состоящая в основном из более легких компонентов, скапливается над уровнем нефти. Благодаря большой проникающей способности природные газы перемещаются в пористых горных породах на большие расстояния от места своего образования и, накапливаясь, образуют чисто газовые месторождения. Основная выработка электрической и тепловой энергии в СССР производится на твердом топливе. Характеристики и состав твердого топлива, в том числе выход летучих, спекаемость кокса, оказывают сильное влияние на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих и содержания в них более реакционноспособных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс благодаря большей 'пористости получается более реакционноапособным. По этим свойствам каменных углей проводят их классификацию. Ископаемые угли подразделяются на три основных типа: бурые, каменные угли и антрацит. Бурые угли. Согласно данным ВТИ [Л. 1] к бурым углям марки Б относят угли с неспекающимся кожсом и высоким выходом летучих, обычно более 40%, и с высшей теплотой сгорания рабочей массы без - зольного угля (2® ~оо 1 - << 23,68 МДж/кг (5700 ккал/кг). Бурые угли характеризуются высокой гигроскопической и в большинстве случаев высокой общей влажностью, пониженным содержанием углерода и 'повышенным содержанием кислорода по сравнению с камен* ными углями. Вследствие сильной балластированности золой (Лр=1Г5— 26%) и влагой (№р=20—35%) низшая теплота сгорания бурых углей пониженная <2рн= 10,6—15,9 МДж/кг (2)500—3800 ккал/кг). По содержанию влаги бурые угли разделены на три группы: Б1 — с содержанием влаги №^^40%; Б2—№р=30—40%; БЗ—№р<с30%. Эти угли на воздухе легко теряют влагу и механическую прочность, превращаясь в мелочь, и склонны к самовозгоранию. Каменные угли. К каменным углям относят угли с высшей теплотой сгорания рабочей массы беззольного угля ФР—122— > 23,88 МДж/кг в юо — Ав 1 И с выходом летучих более 9%'. Основная масса их спекается. Часть их с выходом летучих больше 42—45% (длиннопламенные) и менее 17% (тощие) не спекается. Каменные угли обладают относительно меньшим балластом: Лр=5—15%, 5—10%! и более высокой теплотой сгорания фрн= = 23—27,23 МДж/кг (5500—6500 ккал/кг). В СССР для каменных углей ГОСТ принята классификация, в основу которой положены значения выхода летучих и характеристика коксового остатка (табл. 1-1). Таблица 1-1
Угли с высокой степенью углефикации (Сг=90—93%), с малым выходом летучих (Уг=2—9%) и с теплотой сгорания (?б<34,7 МДж/кг (8300 ккал/кг), несколько меньшей, чем у тощих углей, относят к антрацитам. Угли, промежуточные между каменными и антрацитами, относят к полуантрацитам, выход летучих Уг=5—10%, а теплота сгорания несколько больше, чем у антрацитов. Как видно из табл. 1-1, с увеличением степени углефикации топлива выход летучих уменьшается. Это происходит в основном из-за уменьшения содержания кислорода, что обусловливает увеличение теплоты сгорания на горючую массу. Угли опекающихся 'марок К, а также в значительной части марок КЖ и ОС, Г и! ГЖ используются для коксохимической переработки. Энергетическими являются топлива марок АШ, Т и Д, бурые угли, отходы обогащения коксующих углей. Каменные и бурые угли классифицируют также по размерам кусков согласно табл. 1-2.
СССР располагает запасами практически всех видов органического топлива: угля, нефти, природного газа, торфа и сланцев. Каменные угли добываются в Донецком, Кузнецком /(Западная Сибирь), Карагандинском '('Казахская ССР) и 'Печорском бассейнах, в Экибастузском (Казахстан), Кизеловском (Урал) и ряде месторождений на Дальнем Востоке, в Сибири, Забайкалье и Закавказье. Большие месторождения антрацитов находятся в Донецком бассейне и на Урале. Основные эксплуатируемые месторождения бурых углей в СССР располагаются в районах Подмосковья, Челябинска и Богословска на Урале, Караганды и Чимкента (Казахстан), Восточной Сибири, в Читинской области, на Дальнем Востоке, в Средней Азии. Запасы бурых углей имеются в Канско-Ачинском бассейне (Центральная Сибирь), которые благодаря условиям открытой добычи и сравнительно высокой калорийности являются одним из наиболее дешевых топлив. Торф является химически и геологически наиболее молодым ископаемым твердым топливом и обладает высоким выходом летучих (1/г=70°/о), высокой влажностью (№р=40—50%), умеренной зольностью (Лс = 5—10%), низкой теплотой сгорания (Зрп=8,38—10,47 МДж/кг (2000—2500 ккал/кг). Как наиболее дешевый по добыче широко применяется фрезерный торф. Большие запасы торфа имеются в Ленинградской, Калининской, Ивановской, Горьковской и Кировской областях, в Белорусской ССР, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Сланцы. В Эстонской ССР большое значение имеют горючие сланцы, добываемые открытым способом. Месторождения горючих сланцев находятся также в Куйбышевской, Саратовской, Ульяновской и Ленинградской областях. Зольность сланцев очень большая и доходит до Др=бО—60%, влажность также повышенная №р=15—20%. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая (Зрн=5,87—10 МДж/кг (1400—2400 ккал/кг) при высокой теплоте сгорания горючей массы (2ГН=27,2—33,5 МДж/кг (6500—8000 ккал/кг). Высокое содержание водорода в горючей массе Нг=7,5—9,5% обусловливает большой выход летучих у сланцев, достигающий 80—90%, и их легкую воспламеняемость. Топливо с высокой зольностью и влажностью вследствие большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. В этом смысле такие топлива 'принято называть местными. К ним, в частности, относятся некоторые бурые угли, как, например, подмосковные, башкирские, украинские, торф и сланцы. Мазут. Из жидких топлив в энергетике используется мазут трех марок — 40, 100 и 200. Марка определяется предельной вязкостью, составляющей при 80°С для мазута 40 — 8,0; для мазута 100—15,6; для мазута 200 — 6,5—9,5 град. уел. вязкости (°УВ) при 100°С. В мазуте содержится углерода 84—86% и водорода—11 —12%, содержание влаги не превышает 3—4%, а золы — 0,5%. Мазут имеет высокую теплоту сгорания (Зрн=39,38—40,2 МДж/кг (9400— 9600 ккал/кг). По содержанию серы различают малосернистый мазут £р<с;0,5%, сернистый — 5р до 2% и высоко-сернистый 5р до 3,5%; по вязкости — маловязкий и высоковязкий, содержащий смолистые вещества и парафин. Наиболее вязкие сорта мазута имеют температуру застывания 25—Зб^С. В связи с этим при сжигании применяется предварительный нагрев вязких мазутов до температуры 80—120°. При сжигании наибольшие трудности вызывают содержащиеся в мазуте окислы щелочных металлов и ванадия, снижающие температуру размягчения золы, так как размягченная зола мазута, оседая на поверхности нагрева, образует плотные отложения. Окислы ванадия способст - вуют коррозии поверхностей нагрева, находящихся в условиях высоких температур. Наиболее высококачественной, малосернистой является нефть, добываемая в Бакинском, Грозненском и Эмбинском районах. Минеральные примеси нефти Кавказа практически не содержат ванадия. Мощные месторождения находятся в районах Сызрани, Бугурусла - на и Ишим(баева, но они дают нефть с большим содержанием серы и парафина. В последние годы открыты и функционируют нефтегазоносные источники в Западной Сибири. Природный газ. Большое значение в топливном балансе СССР имеют природные газы, представляющие собой смесь углеводородов, сероводорода и инертных газов: азота и углекислоты. Основной горючей составляющей природных газов является метан (от 80 до 98%), что обусловливает их высокую теплоту сгорания. В них инертных газов содержится немного: 0,1—0,3%С02 и 1 —14% N2. Теплота сгорания сухого природного газа (Зсп=33,52—35,61 МДж/м3 (8000—8500 ккал/м3). Природный газ в первую очередь расходуют на коммунальные нужды. Поэтому тепловые электростанции несут роль буфера, сглаживающего небаланс между поступлением газа и его расходованием на коммунальные нужды. Этот небаланс особенно увеличивается в зимнее время. В летнее время ряд электростанций работает на природном газе, а зимой на резервном топливе — угольной пыли или мазуте. Как основное (единственное) топливо газ используется только на электростанциях, расположенных в непосредственной близости от газового месторождения. Природный газ является дешевым и высококачественным топливом, поэтому транспортируется по трубопроводам на большие расстояния. Эффективно эксплуатируются месторождения природного газа: Ставропольское (Северный Кавказ), Дашавское (Западная Украина), Ше - белинское (район Харькова), Саратовское, Ухтинское (Северный Урал) и др. Твердые и жидкие топлива представляют собой сложные соединения горючих элементов, молекулярное строение которых еще недостаточно изучено, и включают в себя минеральные примеси и влагу. Элементарный химический анализ этих топлив не раскрывает химической природы входящих в них соединений и поэтому не может дать достаточно полного представления об их свойствах, но позволяет рассчитать тепловой и материальный баланс горения топлива. Соответственно степени углефикации содержание углерода в органической массе топлив увеличивается, а кислорода и азота уменьшается, что способствует повышению энергетической ценности топлива (табл. 1-3). Химический состав газообразных топлив, представляющих собой простые смеси, определяют полным газовым анализом и выражают в процентах от их объема. Теплота сгорания и плотность сухой массы газов, входящих в состав газообразного топлива, приведены в табл. 1-4. Таблица 1-3
msd.com.ua Характеристика топлива: классификация и составТопливо — это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии. Классификация. По физическому состоянию топливо бывает твердое, жидкое, газообразное. Стекловаренные печи работают на жидком и газообразном топливе. К топливу, используемому для стекловаренных печей, предъявляют ряд требований: при сгорании оно должно выделять значительное количество тепла на единицу своей массы или объема, не должно выделять газов, вредно действующих на здоровье людей, а также отрицательно влияющих на материалы топок и печей, должно быть удобным для транспортирования и сжигания. Основной характеристикой топлива является его теплотворность Q. Теплотворностью топлива называется количество тепла, выделяемое при полном сгорании единицы массы или объема топлива (1 кг жидкого топлива или 1 м3 газообразного). Теплотворность измеряется в ккал/кг или ккал/м3 (в СИ — кДж/кг, кДж/м3). Теплотворность различных видов топлива колеблется в широких пределах — от 1000 до 10 000 ккал/кг. По происхождению топливо подразделяется на естественное и искусственное. Последнее получается в результате переработки естественного топлива. В табл. 3 приводится классификация промышленного топлива.
В промышленности используют твердое, жидкое и газообразное топливо. Различают природное топливо, добываемое на поверхности земли или в ее недрах, и искусственное, получаемое путем переработки природного. К главным требованиям, предъявляемым к технологическому топливу, относятся: низкая стоимость добычи, низкая стоимость транспортирования, удобство применения, возможность использования с высоким коэффициентом полезного действия, малое содержание вредных примесей. Различные виды топлива (твердое, жидкое и газообразное) характеризуются общими и специфическими свойствами. К общим свойствам топлива относятся теплота сгорания и влажность, к специфическим — зольность, сернистость (содержание серы), плотность, вязкость и другие свойства. Теплота сгорания - количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг или 1 м3 топлива. Энергетическая ценность топлива в первую очередь определяется его теплотой сгорания. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания отличается от высшей количеством теплоты, затрачиваемой на испарение влаги, содержащейся в топливе и образующейся при сгорании водорода. Низшую теплоту сгорания учитывают для подсчета потребности в топливе и его стоимости при составлении тепловых балансов и определении коэффициентов полезного действия установок, использующих топливо. При сопоставлении различных видов топлива пользуются понятием условного топлива, характеризующимся низшей теплотой сгорания, равной 29 МДж/кг. Влажность (содержание влаги) топлива снижает его теплоту сгорания вследствие увеличенного расхода теплоты на испарение влаги и увеличения объема продуктов сгорания (из-за наличия водяного пара). Зольность - количество золы, образующейся при сгорании минеральных веществ, содержащихся в топливе. Минеральные вещества, содержащиеся в топливе, понижают его теплоту сгорания вследствие уменьшения содержания горючих компонентов (основная причина) и увеличения расхода тепла на нагрев и плавление минеральной массы. Сернистость (содержание серы) относится к отрицательному фактору топлива, так как при его сгорании образуются сернистые газы, загрязняющие атмосферу и разрушающие металл. Кроме того, сера, содержащаяся в топливе, частично переходит в выплавляемый металл, сваренную стекломассу, снижая их качество. Например, для варки хрустальных, оптических и других стекол нельзя использовать топливо, содержащее серу, так как сера значительно понижает оптические свойства и колер стекла. Состав топлива. Топливо различных видов, месторождений и шахт различается по своему составу. При рассмотрении твердого и жидкого топлива принято различать следующие его составляющие: углерод, водород, серу, кислород, азот, золу и влагу. Применительно к газообразному топливу под составом понимают в основном: оксид углерода, водород, метан, этан, пропан, бутан, этилен, бензол, сероводород и др. Входящие в состав топлива кислород и азот относят к внутреннему органическому балласту топлива, а золу и влагу - к внешнему. Состав твердого и жидкого топлива выражают в процентах по массе, газообразного - в процентах по объему. Твердое и жидкое топливо состоит из горючей и негорючей частей. К горючей части топлива относят углерод, водород, кислород, азот и серу. Кислород и азот не горят; их включают в состав горючей массы условно. Поэтому горючую часть топлива называют условно горючей массой. Негорючая часть топлива — балласт — состоит из влаги и золы. Органическую массу топлива составляют углерод, кислород и азот. Топливо в том виде, в каком оно поступает в топки печи для сжигания, носит название рабочего топлива. Ввиду того что содержание в нем влаги может колебаться в широких пределах, состав топлива часто характеризуют его сухой массой. Для обозначения состава, к которому относится содержание того или иного элемента в топливе, применяют индексы о, г, с и р, которые читаются соответственно: о — органическая масса; г — горючая масса; с — сухое топливо; р — рабочее топливо. Например, CO — содержание углерода в органической массе; Sr — содержание серы в условно горючей массе; Ас — содержание, золы в сухом топливе; Wp — содержание влаги в рабочем топливе. www.stroitelstvo-new.ru Энергетические ресурсы Земли. Классификация и характеристики топливаСтр 1 из 4Следующая ⇒Энергетические ресурсы Земли. Классификация и характеристики топлива
Топливо- любое вещество или смесь веществ, которое может быть использовано для получения теплоты. По принципу высвобождения теплоты: 1) Органическое - выделяет теплоту при сгорании элементов, входящих в их состав. 2) Ядерное – выделяет теплоту при проведении в нем ядерных реакций. 3) Химическое – при проведении химических реакций. Классифицируется: 1) По агрегатному состоянию(тв, ж, г) 2) По способу получения(естественное - добывается из недр; искусственное - путем переработки первичного топлива) Основные характеристики: 1) Состав 2) Удельная теплота сгорания 3) Выход летучих веществ 4) Зольность 5) Влажность 6) Сернистость Химической состав В состав тв и ж топлив входят: С(р), Н2(р), О2(р), N2(р), С2(р), S2(р), W(p)-влага, А(р)-негорючие элементарные соединения. Состав тв и ж топлив представляют в виде суммы масс элементов, входящих в их состав. в тв и ж топливах выделяют 3 вида составов: рабочу, сухую, горячую массу топлива. С(р)+Н2(р)+О2(р)+N2(p)+S2(p)=100% С(р)=С(r)*K(r-p), где K(r-p)- переводной коэффициент.
Основные компоненты газообразного топлива: метан СН + высшие водородные соединения CmHn + водород Н2 + N2 + CO + CO2 + h3S + O2 = 100% Удельная теплота сгорания – количество теплоты, выделившиеся при полном сгорании единицы массы имеющегося объема топлива. УТС: Qв(высшая) – количество теплоты, полученное при сгорании единицы топлива и конденсации паров, находящихся в нем. Qн(низшая) – не включает в себя теплоту конденсации водяных паров. Теплота сгорания определяется исходя из химического состава топлива. Для тв и ж теплота сгорания: Qв=338*С(р)+1249*Н(р)-108,5[О(р)-S(p)] (кДж/кг) Qн=338*С(р)+1025*Н(р)-108,5[О(р)-S(p)]-25*N(р) (кДж/кг) Для газов: Q=127*CO2+108*h3+358*Ch5+591*C2H6+911*C3H8+234*h3S (кДж/М^3) Пересчет какого либо количества теплоты в условное производится по формуле: Bут=В*Qн/Qут, где В-количество топлива, Qут=29330(кДж/кг)- теплота сгорания условного топлива. Выход летучих веществ –смесь горючих и негорючих газов, которые выделяются из массы топлива при его нагревании. Величина ВЛВ определяется как уменьшение массы пробы топлива при его нагревании до определенной температуры в течение определенного промежутка времени. Измеряется в %. Чем больше ВЛВ, тем ниже температура горения топлива. Чем больше выход ВЛВ, тем менее качественным считается топливо. ВЛВ характеризует твердое топливо, качество которого зависит от возраста. Каменный уголь имеет следующие стадии формирования: торф(70%)-бурый уголь(50%)-каменный уголь(25-40%)-антроцит(3-4%). Твердый остаток топлива после ВЛВ – КОКС. Это наиболее ценный и дорогостоящий вид топлива. Имеет наивысшую температуру горения и теплоту сгорания. Ввиду своей дороговизны в энергетике кокс не используется, а используется в промышленности для получения тугоплавких металлов. Зольность (А), %. Несгоревший остаток топлива, состоящий из негорючих минеральных примесей, входящих в состав топлива – зола. Отношение массы золы к массе топлива – зольность. Зольность тв топлива 5-70%. Зольность ж топлива 0,1%. Зольность влияет на процесс горения. Большая зольность снижает выгодность перевозки, снижает теплоту сгорания, затрудняет процесс горения, загрязняет оборудование, загрязняет среду. Влажность (W), % снижает теплоту сгорания и затрудняет процесс горения. Наибольшую влажность имеет бурый уголь 50%, наименьшую каменный уголь и антроцит – 5-25%. Сернистость (S), %большое количество серы – отрицательный фактор. Вызывает усиленную коррозию поверхностей нагрева и газоотводящих траков оборудования. Приводит к преждевременной порче оборудования. Органическое топливо Начало массовой добычи – середина 19в. В настоящее время доля нефти в энергетическом мировом балансе = 40%. Сырая нефть представляет собой сложную смесь углеводородов в составе: С=84-86% Н=10-12%. S~5% O2~2% N2~1% A+W~1.5% В сыром виде не применяется. Из нее получают различные виды топлива на нефтеперерабатывающих заводах наиболее легкие сорта бензина применяются в авиации – авиационные. Более тяжелые – для авто. Керосин- для турбореактивных двигателей. В энергетике – мазут- отход процесса нефтепереработки. Мазуты по вязкости М20 М40 М60….М120. Чем больше цифра – там хуже качество, тк затрудняется сгорание. В ж состоянии нефть залегает в геологических породах, которые в настоящее время хорошо изучены, что дает возможность произвести суммарную оценку мировых ресурсов нефти. Кол-во нефти составляет около 6% от общих мировых запасов орг топлива. Ее хватит лет на 50-60. Современные способы позволяют извлекать около 30%, а оставшаяся часть остается в Земле. Около 2/3 мировой добычи приходится на страны Азии, Африки и Ю.Америки. различна и стоимость. В России – 6% запасов. Проблемы нефтеперерабатывающей и добывающей отрасли: 1) Разработка новых месторождений 2) Совершенствование способов добычи 3) Совершенствование методов переработки
Газообразное топливо Преимущества: 1) Удобно сжигается простыми средствами в установках самых различных конструкций и мощностей 2) Сгорает без дыма и копоти 3) Не дает твердых остатков(золы) 4) Удобно для транспортировки на большие расстояния по газопроводу. ГТ бывает: естественное (природное; нефтепромысловое) и искусственное. Природный газ получают из газовых месторождений. Основной компонент- метан СН4, тву же содержится небольшое количество CmHn, Н2, СО, СО2. В процессе добычи его очищают от различных соединений, но часть углеводорода остается. В бытовой газ добавляют одоризаторы (для запаха). Нефтепромысловые газы выделяются в районах месторождений нефти. При добыче нефти выделяется попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше, высших углеводородный соединений. Следовательно, при сгорании выделяется больше теплоты. Проблема полного использования данного газа актуальна, тк при существующих способах добычи нефти большая его часть теряется. В настоящее время наибольшее распространение получил сжиженный газ, полученный из нефтепромысловых газов, после их привычной переработки на месте добычи. Изучены 2 вида: -технологический пропан( не менее 93% С3Н8+С3Н6) -технологический бутан(93% С4Н10+С4Н8) При t=20C пропан конденсируется при давлении 0,8 Мпа, а бутан при 0,2 Мпа. Следовательно, данные газы обычно транспортируются в жидком виде в баллонах под давлением. Искусственный газ. Синтетические получают из твердого топлива путем нагрева воздуха в специальных устройствах – газогенераторы. Такой газ обладает меньшей теплотой сгорания, чем природный. Используют в местах получения. Запасы газа ~ 5% запасов орг топлива. Преимущества природного газа по сравнению с другими видами орг топлива приводят к тому, что данный вид топлива вытесняет другие. Потребление газа увеличивается. Запасов на 40-50 лет. Каменный уголь. Образовался из осадков орг веществ в пресной воде. Основные запасы в России, Китае, Австралии, Азии, Африке. Общее кол-во угля 89% от всех запасов орг топлива. Хватит на несколько сотен лет. В России – 50% всех запасов. Геофизическая энергия. Гидроэнергия. Достоинства: 1) Возобновляемый энергоресурс 2) Более удобна с технологической точки зрения, так как данный вид энергии технически просто использовать для электроэнергии отсутствует неравномерность поступления энергии. Широки используется для выработки энергии на ГЭС. Несмотря на то, что общий гидропотенициал Земли высок и может обеспечить большую часть потребляемой энергии, к использованию доступны не более 10-15%, которые в наст время практически выбраны. Т.о. гидроэнергия может обеспечить лишь небольшую часть потребителей. Приливные ЭС(ПЭС). В России амплитуда приливных волн составляет до 13м. На побережье сооружается дамба, образующая искусственный бассейн. Во время прилива бассейн заполняется, во время отлива опустошается. В бассейн устанавливают гидротурбины, которые вырабатывают электроэнергию при заполнении и при опустошении. Ветровая энергия. Потенциал превышает в 100 раз потенциал гидроэнергетических ресурсов. В настоящее время вырабатывается 0,2% общей потребности. Проблема- постоянно меняющаяся скорость ветра. Приводит к созданию систем аккумулирования энергии, что усложняет установку. Геотермальная энергия. Это теплота недр замли. Источник- радиационные процессы внутри земли. это неисчерпаемый источник. 2 пути использования: 1) Выработка энергии за счет разности температур на поверхности земли и недр. Наиб удобен, использовать в морях и океанах северных широт, где разность t воздуха и воды достигает до 30-40С. 2) Выработка тепловой и электроэнергиии за счет теплоты геотермических вод, которые выбрасываются на поверхность через естественные каналы. Породы нагревают воду в подземных источниках, которые выходят на поверхность земли в виде горячей воды или пара. Это тепло можно использовать для получения тепловой или электроэнергии. Трудности(недостатки): 1) Возможность использования в местах выхода геотермальной энергии. 2) При разработке геотермального месторождения со временем происходит его исчерпание. Уменьшается температура и давление и количество поступающих геотермальных вод. Отбор теплоты происходит быстрее чем его восстановление. 3) Высокое содержание минеральных солей приводит к засорению и выходу из строя оборудования и закупорке скважин 4) При интенсивных отборах может наблюдаться оседание земли вокруг скважины.
Солнечная энергия. Поток солнечного излечения падающего на землю значительно превышает современную потребность в энергии. Но в наст время не существует экономичного способа преобразования солнечной энергии в электрическую. Все известные способы обладают низким КПД, не более 10%. Что приводит к высокой стоимости оборудования. Вторая проблема- аккумулирование энергии для круглосуточного электроснабжения потребителей.
Ядерная энергия. Ядерное деление. Ядерные реакторы используют избыточную энергию деления изотопа урана U235 с массой 235, которая выделяется в виде теплоты. Устройство сложно, но по сути это обычный паровой котел, производящий пар для вращения турбины. Схема КЭС
Кт – котел ДВ- дутьевой вентилятор ПВ – питательная вода ПН = Питательный насос ДГ-дымовые газы Д-дымосос Т-паровая турбина Г- роторный генератор СН – собственные нужды Тр – трансформатор К-конденсатор ИХВ – источник холодной воды ЦН- циркуляционный насос ДР-деаэратор ХОВ химически очищенная вода КН – конденсатный насос Питательная вода - это вода прошедшая очистку и таким образом подготовленная для использования в котле для производства пара. Принцип работы КЭС В котел подается топливо воздух и питательная вода. Воздух подается дутьевым вентилятором, вода- питьевым насосом. Образующаяся при сгорании топлива, дымовые газы удаляются из котла дымососом и выброс в атмосферу через дымовую трубу. Образовавшийся в котле пар направляется в паровую турбину, где он совершает работу , вращая турбину и связанный с ней ротор – генератор . Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор где конденсируется благодаря пропуску через конденсатор большого количества холодной воды. Источник холодной воды может быть естественный водоем или специальное устройство для охлаждения воды из источника холодной воды, охлажденная вода подается в конденсатор , с помощью циркуляционного насоса. Образовавшийся в конденсаторе конденсат с помощью конденсаторного насоса подается в деаэрат , устройство предназначенное для удаления из воды образовавшихся газов, в первую очередь О2, вызывая коррозию,Так же подается химически очищенная вода для восполнения неизбежных утечек. После деаратора питательная вода подается в котел. Мощность КЭС - 4-5 ГВт, устанавливаются энергоблоки от 200 до 1200 МВт Особенности КЭС: 1)Строится по возможности ближе к месторождения топлива2)основную часть выработанной энергии отдают в сети высоких напряжений 3)Работают по свободному графику выработки электроэнергии(объем отпуска тепловой энергии) 4)Низкоманевренная Маневренность– способность электростанции регулировать вырабатываемую ей электроэнергию Разворот турбины энергоблока из холодного состояния до номинального режима требует от 3 до 10 часов 5) имеет низкий КПД (25-30%) Тепловой баланс КЭС
ТСТ – тепло полученное при сжигании топлива ПКт- потери в котле Птр- потери в трубопроводах Пт – потери в турбине ТПЭ – тепло преобразованное в электроэнергию Пк – потери конденсатора
Схема газовоздушного тракта
1 – горелочное устройство 2 – котел 3 – детьевой вентилятор 4 – воздухоподогреватель5 – дымосос6 – дымовая труба ДГ – дымовые газы
Теплоэлектроцентрали . ТЭЦ Теплоэлектроцентрали – это электростанции ,вырабатывающие функции использования пара полученного в паровых котлах ТЭС, как для выработки электроэнергии так и для теплоснабжения потребителей. Для получения пара с необходимыми потребителю параметрами на ТЭЦ используют специальные турбины с промежуточным отбором пара. В таких турбинах, после того как часть энергии пара израсходуется на вращение турбины и параметры его понизятся ,отбор некой доли пара для потребителей. Оставшиеся доли пара используют в турбине для выработки энергии и затем их поступления в конденсатор ,так же как и на КЭС. Водяные тепловые сети получают тепловую энергию от сетевых подогревателей в которых за счет теплоты пара осуществляется нагрев сетевой воды. Схема ТЭЦ
Кт – котел ДВ- дутьевой вентилятор ПВ – питательная вода ПН = Питательный насос ДГ-дымовые газы Д-дымосос Т-паровая турбина Г- роторный генератор СН – собственные нужды Тр – трансформатор К-конденсатор ИХВ – источник холодной воды ЦН- циркуляционный насос ДР-деаэратор ХОВ химически очищенная вода КН – конденсатный насос ПП – пар –потребителю СП – сетевой подогреватель СЦН – сетевой циркуляционный насос ПГ – потребитель генераторного напряжения Особенности ТЭЦ 1)Строится вблизи потребителей тепла 2) Обычно работают на привозном топливе 3) Основную часть выработанной энергии отдают жителям ближайших районов на генераторном напряжении 4) Работают по частично-вынужденному графику(зависит от режима теплопотребления) 5) Низкоманевренна 6) Имеют относительно высокий КПД – до 70%. Тепловой баланс ТЭЦ
ТСТ – тепло полученное при сжигании топлива ПКт- потери в котле Птр- потери в трубопроводах Пт – потери в турбине ТПЭ – тепло преобразованное в электроэнергию Пк – потери конденсатора ОТТ – отпуск тепла на теплоснабжение
22.10.12 Газотурбинные установки (ГТУ) Как отмечалось тепловые электростанции с паровыми турбинами обладает Низкой маневренностью и неспособны в полной мере осуществлять ререгулировку графика нагрузки системы. Для повышения маневренности применяют ГТУ. В ГТУ вращение газовой турбины осуществляется за счет энергии газов продуктов сгорания. Парогазовые установки (ПГУ) ПГУприменяется на современных ТЭС с целью повысить КПД. ПГУ имеют две турбины, газовая и паровая и 2 рабочих тела (выхлопные газы и водяной пар) Схема ПГУ.
1=компрессор 2-газовая турбина 3-парогенератор 4-паровая турбина 5,6 – водоподогреватель Г1 и Г2-генераторы К-коллектор ИХВ-источник холодной воды КН – конденсаторный насос ДР-деаэраторХОВ – химически очищенная вода ПН-питательный насос ДГ-дымовые газы
Работа ПГУ В ПГУ реализуется парогазовый цикл с 2-мя рабочими телами в 2-х диапозонах температур(высоких и низких). В диапазоне высоких температур рабочее тело - дымовые газы, в области низких температур- вода ,водяной пар. Воздух, сжатый в компрессоре, подается в камеру сгорания парогенератором. Здесь происходит сгорание топлива и образуются дымовые газы с высокой температурой и высоким давлением. При этом свою теплоту дымовые газы частично отдают теплоносителю для выработки пара ,после этого ДГ подаются в газовую турбину, который вращает Г1.Отработанные газы отдают свое остаточное тепло в воздухоподогрев 6 и выброс в атмосферу через ДГ. Пар из парогенератора подается в паровую турбину ,вращающейся генератор Г2. После турбины отработанный пар поступает в конденсатор, конденсат после конденсатора с помощью КН подается в деаэратор. Питательная вода подается в парогенератор. Предварительно питательная вода подогревается до температуры кипения, частично за счет теплоты отработанных газов из газовой турбины частично за счет пара отбора паровой турбины. Достоинства ПГУ: 1)Относительно высокий КПД (до 60%)2)Применение газовой турбины повышает маневренность всей установки Недостатки ПГУ 1)Работают на жидком или газовом топливе 2) Имеют низкую мощность до 200 МВт Гидроэлектро станции (ГЭС) Достоинства ГЭС: 1)Использование возобновляемого источника энергии 2)Высокий КПД (более 90%) 3)Высокий уровень автоматизации,позволяет минимизировать затраты при эксплуатации ГЭС 4) Высокая надежность сооружений,простота и надежность оборудования. 5) Большая маневренность (возможность без потерь изменять выдаваемую мощность) Недостатки ГЭС 1)Высокая стоимость сооружения и большие сроки строительства 2)Отрицательное влияние на экологию и экономику за счет затопления и заболачивания большого кол-ва земель. Мощность ГЭС формула : P=Q*H (количество воды и напор) Увеличить мощность ГЭС(увеличение мощности ГЭС) – сооружают платины увеличивающие напор воды. В зависимости от высоты плотины ГЭС делят на 2 вида: русловые и приплотинные. При напорах до 30м здание ГЭС расположено непосредственно в русле реки. Является частью плотины и воспрнимается весь напор воды. При высоте плотины более 30м. Здание ГЭС расположено за плотиной и не воспринимает напор воды , такая ГЭС называется приплотинной.(приплотинная ГЭС) Атомная электростанция АЭС Основной элемент АЭС – атомный реактор Он состоит из элементов: активная зона, отражатель, система управления ,регулирования и контроля система охлаждения, корпус и биологическая защита. Активная зона реактора состоит из рабочих каналов , число которых может достигать нескольких тысяч. В каналы помещают топливо в виде урановых или плутоньевых стержней в зависимости от типа стержня покрытых металлической оболочкой. Тепловыделяющие элементы - это элементы в стержнях которых происходит ядерная реакция, сопровождающаяся большим количеством тепла. По рабочим каналам циркулирует теплоноситель омывая поверхность твэл. Теплоносители (вода и жидкий металл) Активная зона окружена отражателем который возвращает быстрые нейтроны образующиеся в ходе реакции. Управление реактором осуществляется с помощью специальных графитовых стержней поглощающих нейтроны. Стержни вводятся в зону реакции и изменяют поток нейтронов и следовательно интенсивность реакции. Тепло выделяющееся в реакторе передается рабочему телу и используется для вращения паровой турбины тепло от реактора к рабочему телу паровой турбины может передаваться по 1-но контурной 2-у контурной электро станции. Схема двухконтурной АЭС
ПГ-парогенератор Р-ректор Т-паровая турбина ИХВ-источник холодной воды К-конденсатор ПН-питательный насос БЗ-биологическая защита Г-генератор
В 2-х контурной схеме используются более надежные водоводяные реакторы (ВВЭР) В нем активная зона размещена внутри толстостенного стального корпуса под давлением. Вода находится под большим давлением за счет этого вода в реакторе не закипает , а нагревается, что повышает надежность реактора. В 2-х контурной схеме отвод тепла от реактора осуществляется теплоносителем который передает тепло рабочему телу парогенератору, независимый 1-й контур позволяет свести к минимуму количество оборудования сообщающегося с радиоактивной средой, что упрощает обслуживание. Ввиду дополнительных потерь парогенератора КПД такой установки ниже чем в одноконтурной. Трехконтурные схемы применяются при доп требовании безопасности генератора. Тепловые котельные Котельная установка - это комплекс устройств и агрегатов, обеспечивающих получение горячей воды и водяного пара под давлением и их подачу к потребителям. Котельная установка состоит из котла и вспомогательного оборудования. Котел – это устройство для получения горячей воды или водяного пара ,за счет теплоты сгорания органического топлива Котлы классифицируются 1)По теплоносителю на паровые и водогрейные 2)По назначению отопительные, промышленные и энергетические 3)по теплопроизводимости и ряду других причин В качестве топлива используется любой вид органического топлива. Схема котельной установки
1-Горелка 2-топочная камера 3- теплоизоляция топочн камеры 4-топочный экран 5- ширмовой пароперегреватель 6-конвективный пароперегреватель 7-экономайзер 8-воздухоподогреватель 9-горизонтальный газоход 10-конвективная шахта 11-дутьевой вентилятор 12-дымосос 13-дымовая труба
В горелку котла подается топливо и подогретый воздух. Подаваемая вода, питательная. Сначала подогревается в экономайзере до кипения и поступает в топочный экран, где происходит процесс парообразования. Сухой насыщенный пар после топочного экрана направляется в парогенератор, где нагревается до определенной температуры. Перегретый пар направляется к потребителям , продукты пройду через экономайзер выбрасываются через паровую трубу. Паровой котел состоит из: -топочной камеры -горизонтального газохода -конвективной шахты В топочной камере происходит сжигание топлива которое происходит до 1500 -1600 по Цельсию, поэтому стены топочной камеры покрыты теплоизолированным материалом. Тепло от продуктов сгорания в топочной камере передается теплоносителю через топочный экран (ТЭ). Он предоставляет собой систему труб уложенных по всему периметру Т камеры и внутри которой циркулирует теплоноситель. Тепло от продуктов сгорания передается преимущественно излучением, поэтому данная поверхность нагрева называется радиационной.(радиационная поверхность) Частично охлажденные газы попадают в горизонтальный газоход, где расположен ширмовой и конвективный пароперегреватель называют полурадиоционный,поскольку воспринимаемая теплота излучения и теплопередачей в конвективно-передача тепла осуществляется в ион-вект. Шахту предназначенную для утилизации остатков тепла дым газов с целью повышения КПД котла. В Верхней части конвктивной шахты установлен экономайзер,предназначенный для нагрева до температуры кипения. Дымовые газы отдают тепло воздухонагр и с температурой 100 -120 цельсия выбрасываются в среду через дымовую трубу. Тепловой баланс и КПД котла Располагаемая теплота- количество теплоты, которое может выделиться в котле при сжигании единицы топлива Qp Обычно Qp=Qн низшая теплота сгорания топлива .Но при этом не вся теплота перейдет к теплоносителю. Количество теплоты, которое воспринимается в котле теплоносителем –это полезно используемая теплота =Q1=G(h3-h2)/B В-расход топлива G- расход теплоносителя,h2,h2 энтальпия теплоносителя на вх и выходе котла Уравнение теплового баланса котла имеет вид КПД котла Система водоподготовки котельных установок Примеси, содержащиеся в сырой воде делятся на 3 типа: 1. Механически взвешенные частицы 2. Растворенные примеси 3. Растворенные газы
Механическая примесь- нерастворимые, могут оседать внутри котла и привести к загрязнению котла. Растворенные вещества-(некоторые)выпадают при нагреве в виде накипи. Накипь возникает из за наличия в воде солей-жесткости, которые плохо растворимы в воде. Так же содержание кислорода(в растворенных газах) которые вызывают коррозию металлической поверхности котлов. Водоподготовка - процесс освобождения от примесей ,прошедшая подготовку вода называется питательная. Процесс водоподготовки- 3 стадии 1. Осветление 2. Умягчение 3. Деаэрация Осветление - удаление механических примесей, осуществляется путем отстаивания или фильтрацией. Умягчение - удаление из воды солей жесткости ,осуществляется пропусканием воды через фильтры с химическим реагентом, который вступает в реакцию с солью и снижает ее концентрацию. Деаэрация – удаление из воды растворенных газов специальным устройствами.
Необходимость разработки новых способов преобразования энергии Основными направлениями разработок в области повышения эффективности производства энергии является: 1. Освоение, использование неисчерпаемых видов энергоресурсов 2. Разработка прямых способов преобразования энергоресурсов в электрическую и тепловую энергию Схема современного преобразования энергии топлива в электроэнергию на тепловой электростанции
На каждом этапе преобразования возникают потери энергии, уменьшающие кпд Схема прямого преобразования энергии топлива в электроэнергию
Магнитогидродинамическое преобразование энергии МГД генератор Основан на законе Фарадея. ЭДС может индуцироваться в проводнике любого агрегатного состояния. Схема МГД
Между металлическими пластинами, расположенными в сильном магнитном поле, пропускается струя ионизированного газа ИГ, обладающего кинетической энергией направленного движения частиц. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции появляется ЭДС, вызывающая протекание электрического тока между электродами внутри канала генератора и во внешней цепи. До недавнего времени были известны три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Газ считался электрически нейтральным. так как нейтральны атомы и состоящие из них молекулы. Заряд электронов в атомах полностью уравновешивается зарядом ядра. При нагреве газа в результате интенсивного соударения атомов происходит выбивание внешних электронов. Если отделить все электроны от ядер, то вещество будет находиться в четвертом состоянии, называемом высокотемпературной плазмой. На Земле это состояние вещества не встречается, так как для его получения требуется температура порядка миллионов градусов и давление в десятки тысяч мегапаскаль. Высокотемпературная плазма содержится в глубинах Солнца. При 3000°С некоторые газы превращаются в низкотемпературную плазму, состоящую из свободных атомов диссоциированных ионов и электронов. Низкотемпературная плазма обладает высокой электропроводностью. Температуре 3000°С соответствует небольшая ионизация, равная 0.1%, однако проводимость при этом уже достигает 50%. Следовательно, для практических целей нет необходимости стремиться к высокой ионизации.
Для утилизации тепла выходных газов используют паросиловую установку Электрохимический элемент
В электрохимическом элементе на одном из электродов 1 (аноде) вещество, служащее топливом, отдает электроны, а на втором электроде 2 (катоде) происходит восстановление (поглощение) электронов веществом-окислителем. Между электродами находится электролит 4. обеспечивающий перемещение ионов от одного электрода к другому; перенос электронов между электродами осуществляется по внешней цепи.
Делятся на 2 типа : Восстанавливаемые и невосстанавливаемые Достоинства Электрохимический элемент: · Компактный · Автономный · Простота эксплуатации · Высокая надежность НедостаткиВысокая удельная стоимость получаемой электроэнергии Топливный элемент
Топливный элемент отличается от выше рассмотренных электрохимических элементов тем, что активные вещества к нему подаются извне, а электроды в электрохимических превращениях не участвуют. Электроды в топливном элементе выполнены пористыми. На аноде происходит переход положительных ионов водорода в электролит. Оставшиеся электроны создают отрицательный потенциал и по внешней цепи перемещаются к катоду. Атомы кислорода, находящиеся на катоде, присоединяют к себе электроны, образуя отрицательные ионы, которые, присоединяя из воды атомы водорода, переходят в раствор в виде ионов гидроксила ОН'. Ионы гидроксила, соединяясь с ионами водорода, образуют воду. Таким образом, при непрерывном подводе водорода и кислорода происходит непрерывная реакция окисления топлива ионами с одновременным образованием тока во внешней цепи. Достоинства Топливный элемент: · Высокий КПД (до 80 %) · Бесшумность · Отсутствие вредных отходов НедостаткиВысокая стоимость эксплуатации и повышенные требования к безопасности в связи с использованием водорода в качестве топлива.
Преобразование солнечной энергии в электрическую 2 способа: · Непосредственное · В паросиловом цикле Непосредственное преобразование основано на фотоэлектрическом методе. Для этого используют светочувствительные полупроводниковые элементы. У которых при попадании на их поверхность солнечной энергии возникает эмиссия электронов с поверхностью .При соединении 2-х П\П разной проводимости, электроны под действием солнечной энергии переходят с одного ПП на другой. В замкнутой цепи при этом возникает электрический ток. Недостатки фотоэлемент: · Высокая стоимость · Низкий КПД преобразования (10-15%)
Недостатки пассивных систем · Ухудшение архитектуры здания · Недостаточная эффективность использования тепловой энергии · Ограниченные возможности в регулировании тепловой энергии Гелиоустановки(активные) имеют следующую классификацию: по назначению: · системы горячего водоснабжения, · системы отопления. · комбинированные установки
по виду используемого теплоносителя: · жидкостные, · воздушные; по продолжительности работы: · круглогодичные, · сезонные; по техническому исполнению схемы: · одноконтурные, · двухконтурные. · многоконтурные. Схема активных гелиосистем
1. Солнечное излучение 2. Солнечный коллектор 3. Насос 4. Емкостной теплообменник
В одноконтурной установке теплоноситель с помощью 3 подается в 2, где он нагревается за счет 1, а далее поступает в систему теплоснабжения здания. В двух контурной схеме тепло от теплоносителя первичного контура используется в теплообменнике для нагрева второго теплоносителя, который уже функционирует в системе теплоснабжения здания Основным элементом гелиоустановок являются солнечные коллекторы. которые могут быть двух типов: · Фокусирующие · Плоские. Фокусирующие коллекторы позволяют обеспечить нагрев теплоносителя до сравнительно высоких температур (400-600 К). Основной их недостаток заключается в том. что в них воспринимается только прямая составляющая солнечной радиации, хотя диффузная составляющая может доходить до 40% суммарной радиации, особенно в северных широтах. Фокусирующие коллекторы применяются в башенных электростанциях. В системах теплоснабжения наибольшее распространение получили плоские коллекторы Энергетические ресурсы Земли. Классификация и характеристики топлива
Топливо- любое вещество или смесь веществ, которое может быть использовано для получения теплоты. По принципу высвобождения теплоты: 1) Органическое - выделяет теплоту при сгорании элементов, входящих в их состав. 2) Ядерное – выделяет теплоту при проведении в нем ядерных реакций. 3) Химическое – при проведении химических реакций. Классифицируется: 1) По агрегатному состоянию(тв, ж, г) 2) По способу получения(естественное - добывается из недр; искусственное - путем переработки первичного топлива) Основные характеристики: 1) Состав 2) Удельная теплота сгорания 3) Выход летучих веществ 4) Зольность 5) Влажность 6) Сернистость Химической состав В состав тв и ж топлив входят: С(р), Н2(р), О2(р), N2(р), С2(р), S2(р), W(p)-влага, А(р)-негорючие элементарные соединения. Состав тв и ж топлив представляют в виде суммы масс элементов, входящих в их состав. в тв и ж топливах выделяют 3 вида составов: рабочу, сухую, горячую массу топлива. С(р)+Н2(р)+О2(р)+N2(p)+S2(p)=100% С(р)=С(r)*K(r-p), где K(r-p)- переводной коэффициент.
Основные компоненты газообразного топлива: метан СН + высшие водородные соединения CmHn + водород Н2 + N2 + CO + CO2 + h3S + O2 = 100% Читайте также: lektsia.com Виды и основные характеристики топливаТопливо – вещество, при сжигании которого выделяется значительное количество теплоты, используемое как источник получения тепловой энергии и как сырье в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Топливо, содержащее органические вещества, называют углеводородным. Различают естественное и искусственное топливо. К естественным относятся ископаемые и растительные виды топлива, а к искусственным – продукты переработки естественных видов топлива. Все топлива по агрегатному состоянию подразделяются на твердые (ископаемые угли и сланцы, торф, древесина), жидкие (нефть, нефтепродукты) и газообразные (природный и попутный газы и др.). Основной характеристикой топлива является его теплота сгорания, т.е. количество теплоты, выделяющееся при полном его сгорании. Различают теплоту сгорания удельную (МДж/кг) и объемную (МДж/м3). По удельной теплоте сгорания (МДж/кг) виды топлива характеризуются следующим образом:
Топливо Уд. теплота сгорания МДж/кг Дрова 8,3-15,5 Горючий сланец 8,4 – 20 Торф 8,4 – 21 Бурый уголь 10,5 – 21 Каменный уголь ок. 29,4 Антрацит 32,8- 32,6 Природный горючий газ на 1 куб.м 25,2-46,2 Нефть 42
По энергетической ценности виды топлива характеризуются следующим образом:
Топливо Энергетическая ценность кВт ч /кг Дрова 2,33-4,32 Горючий сланец 2,33 – 5,82 Торф 2,33 – 4,66 Бурый уголь 2,92 -5,82 Каменный уголь ок. 8,15 Антрацит 9,08 – 9,32 Природный горючий газ на 1 куб.м 6,98 – 12,82 Нефть 11,63
Различные виды топлива соизмеряются по их удельной теплоте сгорания, т.е. по количеству энергии, виделяющейся при сжигании кило-грамма топлива. Для исчисления общих запасов топлива различные его виды мысленно заменяют так называемым условным топливом с удельной теплотой сгорания 29,4 МДж/кг. Обозначив удельную теплоту сгорания данного топлива через Q, а его количество ( в килограммах или тоннах) через Т, найдем эквивалентное ему количество Х условного топлива по одной из следующих формул:
Х=ТQ /29,4 или Х=ТQ/ 8,15,
в зависимости от того, в каких единицах (МДж/кг или кВт·ч/кг) задана Q.
Практически при соответствующих расчетах принимают: 1т каменного угля = 1 т условного топлива 1т бурого угля = 0,4 т условного топлива 1т нефти = 1,4 условного топлива 1000 м3 природного газа = 1,3 т условного топлива
Несколько сложнее соизмерение топливных и нетопливных энергетических ресурсов. Мощность гидроэнергии, измеряемая в киловаттах, зависит от высоты (напора) воды и ее расхода, т.е. количество воды, протекающей в выбранном створе реки в единицу времени. Ее исчисляют следующим образом. Вода, падая с высоты, производит работу, равную произведению ее веса на высоту падения. Масса воды пропорциональна ее объему. Обозначив через R ее расход, т.е. количество кубометров воды, падающей за секунду, а через Н – высоту падения, выраженную в метрах, можно вычислить мощность N водного потока в киловаттах по следующей формуле:
N=(1000/102) RH=9,8 RH.
В этой формуле 1000 – число килограммов в кубометре воды, а 102 – число килограммометров в секунду, равное одному киловатту мощности. Принимая средний коэффициент полезного действия гидроустановки равным 0,80-0,85, получаем практическое выражение для потенциальной (теоретической) мощности водного потока:
N= 8RH, кВт. Понятие условного топлива применяют не только для исчисления общих отходов топлива, но и для исчисления энергетических ресурсов любого вида. Исходной величиной при этом служит среднее количество весовых единиц условного топлива, фактически расходуемых на тепловых электростанциях для получения одного киловатт-часа электроэнергии при данном уровне энергетической техники ( в настоящее время -около 0,35 кг). При помощи этой величины определяют какому количеству условного топлива эквивалентны ресурсы нетопливных источников энергии (количество киловатт-часов электроэнергии, которые можно получить от них за год). Запасы гидроэнергии на определенной территории представляют сумму потенциальной мощности всех водотоков, умноженную на число часов возможного ее использования за год. Это потенциальные (теоретические) гидроэнергоресурсы. Наряду с ними различают: технически возможные к использованию гидроэнергоресурсы – часть потенциальных, которая при данном уровне техники практически может быть использована; экономически эффективные гидроэнергоресурсы, использование которых при существующих условиях экономически выгодно. При соизмерении невозобновляющихся и возобновляющихся энергетических ресурсов необходимо учитывать скорость возобновления (прирост древесины, а иногда и торфа). В состав всех видов топлива входит горючая масса (органическая масса и горючие неорганические вещества: сера, ее соединения и т.д.) и негорючая масса (зола, влага). Чем больше в топливе золы, влаги, тем ниже его теплота сгорания. Чем выше в органической массе содержание углерода и водорода и чем ниже содержание кислорода и азота, тем больше теплота сгорания топлива. Одним из важнейших видов жидких топлив является нефть, которая содержит в органической части 83-87% углерода и 12-14% водорода. Удельная теплота сгорания нефти колеблется в пределах 35,8-44 МДж/кг. Природный газ содержит до 98% метана и является наиболее эффективным видом топлива. В пределах Украины имеются практически все виды топлива, в том числе нефть и газ. kursak.net 18. Общие сведения о топливе, его важнейшие характеристикиТопливом называют горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической, металлургической и других отраслей промышленности. В результате химической переработки различных топлив получают большое количество углеводородного сырья для производства пластических масс, химических волокон, синтетических каучуков, лаков, красителей, растворителей и т.п. Одним из важнейших видов химического сырья является природный газ, содержащий до 98% метана. Древесина является источником получения целлюлозы, этилового спирта, уксусной кислоты и других продуктов. Из сланцев и торфа производят горючие газы, сырье для производства масел, моторных топлив, высокомолекулярных соединений и т.п. Все топлива по агрегатному состоянию делятся на твердые, жидкие и газообразные; по происхождению – на естественные и искусственные. По происхождению топливо бывает естественным и искусственным, т. е. полученным в результате переработки естественного топлива или в качестве отходов различных технологических процессов (например, доменный газ). Горючие полезные ископаемые являются естественным видом топлива. Классификация видов топлива
В настоящее время основным источником получения внутренней энергии служит нефть. В топливно-энергетических балансах промышленно развитых стран доля нефти составляет 47%, газа – 17%, угля – 30%). Остальные 6% на все прочие источники энергии. Преимущество нефти и газа – их экономичность. Сжигание топлива обеспечивает энергией тепловые электростанции, промышленные предприятия, транспорт, быт. Развитие угольной и ядерной энергетики даст в будущем возможность прекратить потребление нефти и природного газа в энергетических целях и полностью передать эти виды топлива в сферу промышленности как сырье для химической промышленности, а также для синтеза белков и жиров. 19. Основные методы переработки топлива.Методы высокотемпературной переработки твердого топлива:
Методы переработки жидкого топлива (нефти и нефтепродуктов) Нефть представляет собой сложную органическую смесь. Химический состав нефти определяет ее физические свойства: плотность, температуру кипения, теплоту сгорания. Нефть – маслянистая вязкая горючая жидкость от светло-желтого до темно-коричневого цвета со специфическим запахом, легче воды. Для переработки нефти применяют физические и химические методы.
В будущем восполнение топливных ресурсов связывают с рациональной переработкой угля, который будут сжижать. Неисчерпаемые возможности таит ядерная энергетика. Потенциальная энергия мировых запасов ядерного горячего превосходит в десятки раз потенциальную энергию запасов угля, нефти и природного газа вместе взятых. studfiles.net | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
