Сделай Сам Свою Работу на 5

Естественное энергетическое топливо

Природные источники энергии

Особое место в топливно-энергетическом балансе страны отводится добыче и потреблению органических топлив. Органическим топливом называют вещества, выделяющие при сжигании большое количество теплоты на единицу массы или объема. Они делятся на естественные и искусственные, а по агрегатному состоянию на твердые: каменные и бурые угли, сланцы, торф, дрова; жидкие – нефть и нефтепродукты; газообразные – природный газ. По содержанию углерода твердые топлива оцениваются так: торф 60%, бурый уголь 70%, каменный уголь 80-90% и антрацит 95-97%. Своеобразным топливом являются сланцы, которые представляют собой минеральную породу, пропитанную горючей массой, сходной с нефтью.

 

Техническая и энергетическая характеристика топлив

Органическое топливо в любом виде (твердом, жидком и др.) состоит из горючей части и балласта.
Горючая часть (масса) топлива представляет собой сложные химические соединения и включает в себя углерод (С), водород (Н), кислород (О) и в меньшей мере серу (S).
Балласт (негорючая часть) включает влагу, минеральные примеси, газообразные топлива – азот (N2), углекислый газ (СО2) и воду.

Минеральные примеси твердых топлив включают соединения алюминия, кремния, кальция, железа и др. элементов. Их содержание в топливе колеблется в широких пределах от 1% (древесина) до 70-80% (сланцы). Минеральные примеси жидкого топлива включают различные соли, продукты коррозии обсадных труб, цистерн, нефтепроводов, нефтехранилищ.
При сжигании топлив эти минеральные примеси образуют нежелательные отходы в виде золы и шлака. Балласт топлива требует затрат теплоты на его нагревание, испарение, плавление, спекание и т. д., что снижает ценность топлива, то есть увеличивает его расход на единицу продукции (теплоты), и в целом снижаются его техническо-экономические показатели.

Технической характеристикой топлива является также выход летучих веществ и наличие твердого остатка. Выходом летучих веществ называют количественный выход веществ в процентах к горючей массе топлива. В состав летучих веществ входят пар, кислород, водород, окись углерода и др. Выход летучих характеризует способность топлива к газификации, к воспламенению и горению. Чем геологически моложе топливо, тем больше выход летучих веществ.



Твердый остаток (кокс) характеризует степень спекаемости топлива, что позволяет оценить его и определить область технологической пригодности, например, в металлургии. В качестве энергетического топлива используют только неспекающиеся или плохо спекающиеся угли.

Энергетическая характеристика топлива определяется его теплотой сгорания. Под теплотой сгорания топлива понимают количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы его массы или объема (газ). Различают высшую (Qpв) и низшую (Qpн) теплоту сгорания топлива. Теплоту сгорания 1 кг твердых и жидких топлив измеряют в кДж/кг, а газообразных – в кДж/м3.

Теплота сгорания различных твердых и жидких топлив зависит от количества содержащихся в единице массы (кг) или объема (нм3) горючих элементов, ее для расчета можно взять из справочников. Все расчеты потребного количества топлива (на год, квартал и т. д.) ведутся, исходя из низшей теплопроводной способности конкретного топлива.

Так как разные виды топлива обладают различной теплотворной способностью, то при составлении расчета топливных балансов введено понятие “условное топливо”, для которого теплота сгорания принята равной 29.3 МДж/кг (или 7000 ккал/кг).
Пересчет количества натурального топлива в условное и обратно производится по формуле

Вусл=Внат

Где Внат – количество натурального топлива, кг;

Qpн – низкая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг.

Для расчетных операций с газообразным топливом введено понятие “стандартный газ” с теплотой сгорания Qусл=16,76 МДж/м3 (или 4000 ккал/м3). Пересчет натурального газа в стандартный производится по той же формуле.

 

Естественное энергетическое топливо

К естественному топливу по агрегатным состояниям относятся: твердое (древесина, торф; сланцы, бурый уголь, каменный уголь, антрацит) ; жидкое – нефть (бензин, лигроин, керосин, газойль, мазут) ; газообразное (природный газ метан).

Торф. Является продуктом разложения растительных остатков болотистых местностей. В результате их разложения образуется бесструктурная аморфная масса – гумус, придающий ему бурую окраску, пластичность. Толщина торфяных пластов доходит до 20 м.
Добытый из залежей торф имеет влажность до 90%, поэтому его сушат на месте добычи и только при влажности 35-40% его используют как топливо. Зональность торфа на сухую массу составляет 3-10%. Теплота сгорания 8-10 МДж/кг, выход летучих – около 70%. Ввиду низкой теплоты сгорания торф относят к местному топливу, дальность его транспортировки 20-25 км, но не более 200 км. В процессе добычи торф получают в виде кусков (кусковой торф) или в виде мелкой крошки (фрезерный торф). Последний гигроскопичен, способен к самовозгоранию, а поэтому опасен при хранении.
Горючие сланцы. Вследствие высокой зольности (до 70%) они относятся к категории низкосортных топлив. Теплота их сгорания (лучших эстонских) не превышает 12,5 МДж/кг. Сланцы имеют слоистое строение и цвет от светло-серого или желтого до темно-коричневого. Залегают они пластами мощностью до 10 м. Общий выход летучих веществ на горячую массу доходит до 70-80%. Поэтому сланцы ценятся как технологическое сырье для получения смолы и газа.

Бурый уголь имеет выход летучих веществ 40%, зольность 20-30%, влажность 30-60%, теплоту сгорания от 6 до 16 МДж/кг. Они относятся к неспекающимся углям, склонны к самовозгоранию при хранении в штабелях. В основном используется как энергетическое низкосортное топливо на местах добычи, но и транспортируются на расстояния до 500 км. Частично бурые угли используются как сырье для получения угольной смолы.
Каменные угли. Уголь является главным источником энергии, который потребляют все отрасли народного хозяйства. Каменные угли имеют выход летучих до 10-50%, влажность до 10%, зольность 15-20%, теплоту сгорания 21-27 МДж/кг. Их отличает высокая прочность и хорошая спекаемость. Они мало подвержены выветриванию и самовозгоранию. Каменный уголь образуется из бурого и превращается на последней стадии в антрацит, который имеет углерода 90-97%; выход летучих 3-9%, теплоту сгорания 25-32 МДж/кг.

Бурые и каменные угли (антрациты) классифицируются по таким признакам: размеру кусков, выходу летучих, спекаемости и т. д. При этом они маркируются и обозначаются по ГОСТам: Д (длиннопламенный), Г (газовый), К (коксовый), Т (тощий), А (антрацит) и т. д., что указывает области наиболее целесообразного их использования как топлива.

Нефть является продуктом разложения растительных и животных организмов, населявших мелководные моря и заливы. Она представляет собой маслянистую жидкость коричневого или черного цвета (редко желтого), имеющая специфический запах. Она является сырьем для производства моторных топлив и химических продуктов. Нефть в среднем содержит 85-88% углерода, до 13% водорода на органическую массу. Теплота сгорания составляет примерно 45-47 МДж/кг.

Вязкий остаток разгонки нефти после отбора светлых продуктов (бензин, лигроин, керосин, газойль) называется мазутом, который широко используют как энергетическое топливо. Теплота сгорания мазута примерно равна 40-42 МДж/кг. Качество мазута, его вязкость определяются характеристикой сырой нефти и глубиной ее перегонки. Вязкие сорта мазута требуют предварительного нагрева для транспортирования по трубопроводам, слива и распыления при сжигании.

Газообразное топливо. Естественные газообразные топлива добываются из месторождений трех типов: чисто газовых, газоконденсатных и нефтяных.

Из месторождений чисто газовых добывают природный газ (метан до 90%), который содержит и другие компоненты (водород 10-30%, окись углерода 2-10%, сернистый газ, азот 2-4% и др.). Теплота сгорания природного газа колеблется в широких пределах от 29,3 до 62,8 МДж/нм3.

Газы газоконденсатных месторождений называются попутными. Они растворены в нефти и выделяются из нее при извлечении на поверхность. В состав попутных газов входят значительное количество этана, бутана, пропана и высших углеводородов.
К искусственным горючим газам относятся доменные и коксовые, крекинг-газ, пиролизный газ, генераторные газы и др. Для них характерно большое содержание водорода, окиси углерода, балластного азота и углекислоты. Эти газы обычно используются как топливо для технологических и энергетических установок в пределах этого производства.

Твердый газ открыли ленинградские ученые-геологи. Он залегает в холодных недрах земли (зонах вечной мерзлоты) и образовывался под действием низких температур и высоких давлений. Этот газ имеет кристаллогидратное состояние и внешне напоминает куски или хлопья сухого льда. В настоящее время не используется.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.