Понятие о расчетных массах топлива

Классификация органического топлива

Органическим топливом называют горючие вещества, способные активно вступать в реакцию с кислородом и обладающие значительным удельным тепловыделением (на единицу массы или объема).

К энергетическим видам топлив относятся такие, которые экономически целесообразно использовать для получения больших количеств теплоты. Запасы их должны быть огромны и относительно легко доступны для массового использования. Кроме того, они не должны являться ценным сырьем для других отраслей промышленности. В качестве энергетических топлив электростанций наибольшее значение имеют: твердое – каменные и бурые угли и отходы их переработки, антрацит и полуантрацит; жидкое – мазут; газовое – природный газ. В меньшей мере используются торф и горючие сланцы, стабилизированная нефть и горючие газы промышленности (доменный, коксовый), хотя в отдельных районах страны они составляют заметную часть топливного баланса.

По принципу образования источники энергии классифицируются на возобновляемые и не возобновляемые.

Таблица 1.1 – Классификация источников энергии

Не возобновляемые	Возобновляемые
Первичные	Вторичные
Органическое топливо: Уголь, нефть, природный газ, горючие стланцы. Ядерное топливо: Уран 235, торий. Термоядерное топливо: Дейтерий	Продукты переработки органического топлива: Кокс, полукокс, генераторные газы, доменный газ, коксовый газ, конверторный газ. Ядерное топливо: плутоний 239, электроэнергия	Биомассы: древесина, торф. Летучая энергия солнца. Механическая энергия: рек, ветра, морских приливов и отливов. Тепловая энергия: недр земли, океана.

В соответствии с физическим состоянием топливо делится на твердое, жидкое и газообразное. По происхождению оно может быть естественным и искусственным.

Таблица 1.2 – Классификация топлива

Органическое топливо	Природное	Искусственное
Твердое	Древесина, торф, бурый уголь, антрациты, горючие стланцы	Полукокс, кокс, брикеты, древесный уголь
Жидкое	Нефть	Продукты переработки нефти: бензин, мазут, лигроин, соляровое масло, газойль. Продукты переработки твердого топлива – смолы.
Газовое	Природный газ чисто газовых месторождений, попутные газы	Газоотходы технических производств, доменный газ, коксовый, нефтезаводской. Газы полученные в специальных установках (генераторный).

Все ископаемые – твердые топлива и нефть получились в процессе длительного преобразования исходной растительной массы и отмерших животных организмов под слоем земли или воды, причем этот процесс протекал с различной скоростью в направлении постепенного обуглероживания (углефикации) топлива, т.е. повышения в нем содержания углерода и уменьшения количества кислорода и водорода.

Твердое топливо имеет растительное происхождение, однако в его состав входят также вещества животного происхождения. Процессы превращения исходного органического вещества в ископаемое топливо протекали в течение многих тысячелетий в различных условиях (температура, давление, среда) и с разной интенсивностью в направлении постепенного увеличения доли углерода (как менее химически активного). Этот процесс характеризует химический возраст топлива, определяемый степенью его углефикации.

Кроме химического определяют геологический возраст ископаемого топлива, т.е. календарное время процесса топливообразования. Химический возраст топлива не всегда соответствует его геологическому возрасту.

Для технического использования топлива имеет значение степень углефикации, поскольку с ее увеличением повышается теплота сгорания топлива, под которой понимают полное тепловыделение при сжигании 1 кг массы топлива.

В зависимости от глубины залегания ископаемого топливо различают открытый (карьерный) и шахтный способы добычи. Открытый способ значительно экономичнее шахтного, однако он применим при залежах, выходящих на поверхность земли или близко к ней расположенных. При глубоком залегании топлива применяется шахтная разработка.

Естественным жидким топливом является сырая нефть, представляющая собой жидкую смесь органических соединений, главным образом углеводородов. В состав сырой нефти входят также жидкие кислородные, сернистые и азотистые соединения и различные смолы. Минеральных примесей в нефти мало (0,1-0,3), содержание влаги 1-2%.

Сырая нефть как топливо в энергетике имеет ограниченное применение. Его подвергают предварительной переработке с извлечением более легких фракций (бензина, лигроина, керосина, газойля). Общий выход светлых нефтепродуктов в зависимости от качества исходной нефти составляет 40-60%. Остающиеся после переработки тяжелые остатки – мазут – используют как энергетическое топливо.

Мазут как энергетическое топливо имеет следующие преимущества перед твердым топливом: высокую теплоту сгорания, минимальное содержание влаги и минеральных примесей, его можно транспортировать по трубопроводам на большое расстояние, удобно подавать в топку при сравнительно простом и дешевом оборудовании для подготовки к сгоранию. Режим горения в топке отличается устойчивостью, простотой и легкостью регулирования, практическим отсутствием отходов сжигания (золы и шлаков). Основные недостатки при сжигании мазута, особенно сернистого – коррозия металла поверхностей нагрева и газоходов в области контакта их с продуктами сгорания при относительно низкой температуре металла (ниже 150 ⁰С), а также загрязнение воздушного бассейна в районе электростанции вредными газами и сажистыми частицами.

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую небольшое количество примесей в виде водяных паров и пыли. Различают газовое топливо естественное и искусственное. Естественные газы, так же как и нефть, имеют биохимическое происхождение. Они образовались в результате разложения органических веществ – растительного и животного мира. Естественные газы скапливаются над нефтью в виде «газовых шапок», образуя нефтегазовые месторождения.

В пористой породе благодаря большой проникающей способности и подвижности газы могут перемещаться на дальнее расстояние от места их образования; скапливаясь в складках плотных горных пород, естественные газы образуют чисто газовые месторождения, такие газы называют природными. Природный газ отличается большим содержанием метана СН₄ (80-98 %).

При добыче нефти выделяются газы, которые называются попутными или нефтепромысловыми. Попутный газ находится также в растворенном состоянии в нефти и отделяется от нее на нефтеперерабатывающих заводах в сепараторах.

Искусственные газы являются побочным продуктом металлургической промышленности, они забалластированы негорючими компонентами (азотом, углекислотой и др.) и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Эти газы нецелесообразно транспортировать на большое расстояние – их используют как местное топливо, главным образом в промышленной энергетике.

Газовое топливо обладает еще большими достоинствами, чем мазут: в нем почти отсутствуют минеральные примеси, его легко транспортировать по трубопроводам на большое расстояние, не нужно сложного оборудования для его подготовки перед сжиганием, горение газа устойчивое, загрязнение атмосферного воздуха минимальное.

Использование газообразных и жидких топлив по сравнению с углем не только повышает общую культуру эксплуатаций электростанций, но и приводит к снижению стоимости основного оборудования, росту к.п.д. установок.

Однако разведанные запасы природных газов и нефти ограничены и составляют около 6 % всех мировых запасов всех органических топлив. Кроме того, природные газы и нефть являются ценнейшим сырьем для народного хозяйства. Запасы же угля превышают 71% мировых разведанных ресурсов топлива и являются основным органическим топливом.

Органическая часть твердых и жидких топлив состоит из большого количества сложных химических соединений, в состав которых в основном входят пять химических элементов: углерод С, водород Н, кислород О, сера N и азот S. Кроме того, топливо содержит минеральные примеси А, попавшие в исходную залежь в основном извне, и влагу W.

Рисунок 1.1 – Схема классификации состава твердого топлива

Поэтому химический состав твердых и жидких топлив определяют не по количеству соединений, а по суммарной массе химических элементов в топливе в процентах от 1 кг, т.е. устанавливают элементарный состав топлива. Состав твердого и жидкого топлива выражают в % по массе, а газообразного в % по объему.

В топливе различают органическую, сухую, рабочую, аналитическую массу.

1. Органическая масса – та часть топлива, которая произошла от органических веществ. Она включает в себя:

2. Горючая масса близка по составу к органической, но отличается наличием колчеданной (пиритной) серы, входящей в состав сернистого колчедана (FeS₂).

3. Сухая масса состоит из горючих компонентов и минеральных веществ, образующих при сгорании золу.

4. Рабочая масса состоит из сухой массы и влаги.

Состав топлива в том виде, в каком оно поступает на ТЭС, выраженной совокупностью отдельных элементов и компонент (по массе твердого и жидкого топлива), называют рабочей массой.

5. Аналитическая масса состоит из сухой массы и влаги, соответствующей подсушиваемому топливу, сжигаемому в лаборатории.

Пересчет состава топлива с одной массы на другую производят с помощью коэффициентов (таблица 1.3).

Если топливо нагреть до 102 - 105⁰ С, то испарится вся влага и тогда получится сухая масса топлива. В горючую массу топлива входят химические элементы исходного органического вещества; кроме того, сюда причислят серу минеральных горючих соединений (например, серного колчедана FeS₂), поэтому она называется условной горючей массой.

Таблица 1.3 – Коэффициенты пересчета состава топлива

Заданная масса топлива	Искомая масса топлива
рабочая	сухая	горючая
Рабочая
Сухая
Горючая

Органическая масса отличается от горючей только отсутствием колчеданной серы. Кроме указанных двух видов серы, существует еще сульфатная сера S_с, которая входит в состав высших окислов (например, CaSO₄) и дальнейшему окислению не подвергается. В составе топлива различают внешний балласт, состоящий из влаги и минеральной части, и внутренний балласт, входящий в исходное органическое вещество топлива. К нему относятся кислород и азот.

Рисунок 1.2 – Изменение элементарного состава горючей массы и теплоты сгорания основных видов твердого топлива

Дата добавления: 2014-12-07