Понятие и виды топлива на тепловых электрических станциях. Использование газообразных видов топлива, обусловливаемое их химическим составом и физическими свойствами углеводородной части. Элементный состав жидкого, твердого и газообразного топлива.
Аннотация к работе
Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), на которых используется тепловая энергия, выделяемая при сжигании органического топлива (уголь, нефть, газ и др.). Это обусловлено наличием органического топлива почти во всех районах нашей планеты; возможностью транспорта органического топлива с места добычи на электростанцию, размещаемую близ потребителей энергии; техническим прогрессом на тепловых электростанциях, обеспечивающим сооружение ТЭС большой мощностью; возможностью использования отработавшего тепла рабочего тела и отпуска потребителям, кроме электрической, также и тепловой энергии (с паром или горячей водой) и т.п. Топливо - вещество или несколько веществ, из которых с помощью определенной реакции может быть получена тепловая энергия . Газообразное топливо существует в нескольких формах: природный газ; попутный газ, получаемый из недр земли при добыче нефти; доменный и коксовый газы, получаемые при металлургическом производстве. Мазут сжигают в топках энергетических котлов газомазутных энергоблоков в периоды недостатка газа (например, при сильных длительных холодах и временной нехватке природного газа, заготовленного в подземных хранилищах).История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, приготовления еды, изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д.
План
Содержание
Введение
Понятие и виды топлива на ТЭС
Элементный состав газообразного топлива
Элементный состав жидкого топлива
Элементный состав твердого топлива
Заключение
Список использованной литературы топливо электрическая станция газообразное
Введение
Электрическая станция - энергетическая установка, служащая для преобразования природной энергии в электрическую. Тип электрической станции определяется, прежде всего, видом природной энергии. Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), на которых используется тепловая энергия, выделяемая при сжигании органического топлива (уголь, нефть, газ и др.). На тепловых электростанциях вырабатывается около 76% электроэнергии, производимой на нашей планете. Это обусловлено наличием органического топлива почти во всех районах нашей планеты; возможностью транспорта органического топлива с места добычи на электростанцию, размещаемую близ потребителей энергии; техническим прогрессом на тепловых электростанциях, обеспечивающим сооружение ТЭС большой мощностью; возможностью использования отработавшего тепла рабочего тела и отпуска потребителям, кроме электрической, также и тепловой энергии (с паром или горячей водой) и т.п.
Тепловые электростанции используют широко распространенные топливные ресурсы, относительно свободно размещаются и способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. Их строительство ведется быстро и связано с меньшими затратами труда и материальных средств.
В реферате рассмотрены понятие топлива, виды топлива, используемые на ТЭС, а также элементный состав газообразного, жидкого и твердого топлива.
Понятие и виды топлива на ТЭС
Топливо - вещество или несколько веществ, из которых с помощью определенной реакции может быть получена тепловая энергия . Понятие топлива возникло из способности некоторых веществ гореть , выделяя при этом тепло.
На ТЭС сжигают три вида топлива: газообразное, жидкое и твердое. Газообразное топливо существует в нескольких формах: природный газ; попутный газ, получаемый из недр земли при добыче нефти; доменный и коксовый газы, получаемые при металлургическом производстве. На ТЭС России преимущественно используется природный газ (свыше 60 % в топливном балансе России и 70-80 % в ее европейской части).
Главное преимущество природного газа состоит в его относительной экологической безопасности: при его сжигании, не возникает вредных выбросов, если не считать образования ядовитых оксидов азота, с которыми можно бороться соответствующей организацией процесса горения. Дополнительное преимущество - легкость транспортировки по газопроводам с помощью газовых компрессоров, устанавливаемых на газоперекачивающих станциях.
Из многочисленных жидких топлив на ТЭС используют мазут и дизельное топливо. Мазут - это в основном смесь тяжелых углеводородов, остаточный продукт перегонки нефти, остающийся после отделения бензина, керосина и других легких фракций. Мазут сжигают в топках энергетических котлов газомазутных энергоблоков в периоды недостатка газа (например, при сильных длительных холодах и временной нехватке природного газа, заготовленного в подземных хранилищах). Часто его используют для «подсветки» - добавки к сжигаемому твердому топливу при некоторых режимах работы для обеспечения устойчивого горения. Сжигать мазут постоянно сегодня нерентабельно изза большой его стоимости по сравнению и с газом, и с твердыми топливами.
Твердые топлива отличаются большим разнообразием, вызванным различной геологической историей их месторождений. Если выполнить анализ определенной навески твердого топлива (так называемой рабочей массы), то прежде всего, можно обнаружить, что она содержит определенное количество влаги (воды) и золы (минеральных негорючих веществ). И влага, и зольность серьезно ухудшают потребительские и технические качества твердых топлив. Прежде всего, это баласт, который необходимо перевозить, перерабатывать вместе с горючими элементами топлива, а затем выбрасывать в горячем состоянии либо в дымовую трубу (водяные пары), либо в золовые отвалы.
Для того чтобы сравнивать качество работы различных ТЭС вводят понятие условного топлива (сокращенно - у.т.) - топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг. Если, например, ТЭС сожгла 1000 т бурого угля с Qсг = 3500 ккал/кг, то, значит, она использовала 500 т у.т.
Элементный состав газообразного топлива
Использование газообразных видов топлива обусловливается их химическим составом и физическими свойствами углеводородной части. Наиболее широко применяются природный или попутный газ нефтяных или газовых месторождений, а также заводские газы нефтеперерабатывающих, доменных, коксовых и других производств. Основными элементами этих газов являются углеводороды с числом углеродных атомов в молекуле от одного до четырех (метан, этан, пропан, бутан и их производные).
Природный газ из газовых месторождений практически полностью состоит из метана (82 - 98 %), с небольшой примесью этана (до 6%), пропана (до 1,5%) и бутана (до 1%). В попутных нефтяных газах содержание метана колеблется в более широких пределах (40 - 85 %), но в них, кроме того, содержится еще этан и пропан (до 20% каждый). Заводские газы содержат как парафиновые, так и олефиновые углеводороды, которые чаще всего используются как сырье для синтеза пластических масс и других веществ.
В горючих газах, кроме углеводородов, могут содержаться и другие компоненты, такие, как водород, оксиды углерода, азот, кислород, сероводород, пары воды и др. Входящие в состав газа неуглеводородные компоненты - водород, оксидуглерода (II) - имеют невысокую теплоту сгорания, а некоторые из них (диоксид углерода, азот), не участвуя в сгорании вообще, снижают теплотворную способность топлива. В связи с этим в зависимости от применения газ специально очищают от нежелательных примесей и соединений.
Условно различают 3 вида газового топлива по калорийности: - высококалорийное газовое топливо - теплота сгорания более 20 000 КДЖ/м3. К ним относят природные газы из газовых скважин и нефтяные, получаемые из скважин попутно с нефтью и при ее переработке;
- среднекалорийное газовое топливо - теплота сгорания 10 000 - 20 000 КДЖ/м3. К ним относят коксовый и светильный газы;
- низкокалорийное газовое топливо - теплота сгорания до 10 000 КДЖ/м3. К ним относят доменный и генераторный газы.
В зависимости от физических свойств газы бывают сжатые и сжиженные. Сжатый газ - это газ, который имеет критическую температуру ниже обычных температур своего применения. Его используют в основном в сжатом виде (при давлении до 20 МПА).
Сжиженный газ - это газ, критическая температура которого выше обычных температур своего применения. Такой газ используют в сжиженном виде при повышенном давлении (до 2 МПА).
Некоторые газы, обладающие низкой критической температурой, не переходят в жидкое состояние при обычной температуре даже под действием высокого давления. Например газ метан до температуры -82°С находится в газообразном состоянии. При температуре ниже -82°С метан под воздействием небольшого избыточного давления превращается в жидкость, а при охлаждении до -161 °С метан сжижается уже при атмосферном давлении.
Элементный состав жидкого топлива
Жидкое органическое топливо представляет собой сложные химические соединения горючих и негорючих веществ, структура которых до настоящего времени изучена недостаточно. Методами химического анализа определяется так называемый элементарный состав топлива, т.е. процентное содержание в массе топлива тех или иных химических элементов.
Основными химическими элементами, входящими в состав любого жидкого топлива, являются углерод С, водород Н, кислород О, азот N и сера S. Помимо указанных элементов в составе жидкого топлива имеются влага W, и негорючие минеральные вещества, образующие при сжигании золу А.
Жидкое топливо, поступающее к потребителю, называют рабочим топливом, а его массу - рабочей массой. Элементарный состав рабочей массы топлива, %, выражают в виде суммы: Ср Нр Ор p Sp Ap Wp = 100,
где индекс «р» указывает на то, что данный состав относится к рабочей массе топлива.
Составы мазута, теплота сгорания, теоретические расходы воздуха VB° и объем продуктов горения Vr° приведены в таблице №1.
Элементный состав твердого топлива
Все виды твердого топлива, которыми располагает наша страна - биологического происхождения - растения с помощью хлорофилла преобразуют солнечную энергию, в дальнейшем превращаются в топливо. В своих преобразованиях растительная масса проходит стадии образования - торф - бурый уголь - каменный уголь - антрацит.
Добытое твердое топливо включает в себя органическую массу и балласт. Органической массой топлива принято считать ту часть, которая происходит из органических веществ: углерода, водорода, кислорода и азота. Балласт включает серу и минеральные примеси - золу и влагу. Углерод и водород - самые энергетические и ценные части топлива.
Углерод - содержится в большом количестве во всех видах твердого топлива без исключения - в древесине и торфе 50-58%, в буром угле и каменном 65-80%, в тощих углях и антраците - 90-95%, сланцы содержат 61-73% углерода, мазут - 84-87%. Чем больше содержится углерода в топливе, тем больше выход тепла при его сжигании.
Водород - является следующей из основных энергетических составляющих. В твердом топливе водород частично находится в связанном с кислородом виде, составляя внутреннюю влагу топлива, вследствие чего понижается тепловая ценность топлива. Водород очень важен для образования летучих веществ, выделяющихся при нагревании топлива без доступа воздуха. В состав летучих водород входит в чистом виде и в виде углеводородных и других органических соединений.
Кислород - является балластом. Не будучи теплообразующим элементом и связывая водород топлива, кислород снижает теплоту его сгорания. Содержание кислорода в органической массе топлива с возрастом снижается с 41% для древесины до 2,2% для антрацита.
Азот - также является балластной инертной составляющей топлива, снижающей процентное содержание в нем горючих элементов. При сгорании топлива азот в продуктах сгорания содержится как в свободном состоянии, так и виде окислов NOX. Они относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно лимитироваться.
Сера - содержится в твердом топливе в виде органических соединений SO и колчедана Sk - их объединяют в летучую серу Sл. Еще сера входит в состав топлива в виде сернистых солей - сульфатов - не способных гореть. Сульфатную серу принято относить к золе топлива.
Присутствие серы значительно снижает качество твердого топлива, так как сернистые газы SO2 и SO3 соединяясь с водой образуют серную кислоту - которая в свою очередь разрушает метал котла, и попадая в атмосферу вредит окружающей среде. Именно по этой причине содержание серы в в топливе - не только в твердом - крайне нежелательно.
Зола топлива представляет собой балластную смесь различных минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей части города. Зола непосредственно влияет на качество сгорания топлива - уменьшает эффективность горения.
Вывод
История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, приготовления еды, изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д. С древнейших времен известны уголь и нефть - вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка "топливо" включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространены в природе и добываются промышленным способом.
В настоящее время и по прогнозам до 2030г. органическое топливо является основным источником энергии (теплоты) для промышленного использования. В органических топливах теплота выделяется в результате химической реакции окисления его горючих частей при участии кислорода.
Список литературы
Стаскевич Н. Л. Справочник по газоснабжению и использованию газа,- М., 2009 г.;
Топливо и теория горения. Подготовка и сжигание топлива,- СЗТУ, 2007г.;
Топливо. Справочник. Книга 3. Под ред. В. Д. Лисленко, Я. М. Щелокова,- Теплотехник, 2004г.