Види палива та його склад
Вітчизняна енергетика розвивається за рахунок будівництва електростанцій на органічному та ядерному паливі.
Органічним паливом називають горючі речовини, здатні активно вступати в реакцію з киснем і мають значне питоме тепловиділення (на одиницю маси або обсягу).
До енергетичних видів палив відносяться такі, які економічно доцільно використовувати для отримання великих кількостей теплоти. Запаси їх мають бути величезними та відносно легко доступними для масового використання. Крім того, вони не повинні бути цінною сировиною для інших галузей промисловості. В якості енергетичних палив електростанцій найбільше значення мають: тверде - кам'яні та бурі, вугілля та відходи їх переробки, антрацит і напівантрацит; рідке - мазут; газове – природний газ. Щонайменше використовуються торф та горючі сланці, стабілізована нафта та горючі гази промисловості (доменний, коксовий), хоча в окремих районах країни вони становлять помітну частину паливного балансу.
Останнім часом все зростаюче значення для отримання енергії і перш за все електричної набуває широкого будівництва АЕС, що використовують енергію розпаду радіоактивних ядер атомів важких металів урану (235U) та плутонію (239Рі). Найбагатша уранова руда - уранініт - містить 65-90% двоокису урану UO2, у складі якої радіоактивного 236U міститься всього 0,72%, а решта становить звичайний 238U. Для підвищення вмісту 235U у вихідному ядерному паливі його збагачують на газодифузійних заводах до 1,5—3,5% 235U, після чого завантажують в ядерні реактори. При розподілі 1 кг 235U виділяється близько 85 млн. МДж теплоти, що еквівалентно спалюванню 3500 т кам'яного вугілля з теплотою згоряння 24,5 МДж/кг.
Ззагального споживання органічного палива країни близько 40% посідає частку енергетики. У паливному балансі теплових електростанцій перевагу мають вугілля, мазут та природний газ. Частка вугілля, що спалюється, на ТЕС зростає за рахунок використання вугільних родовищ Сибіру і Північного Казахстану. Приблизно на такому ж рівні знаходиться використання мазуту та природного газу. На решту видів твердого палива — торф, сланці припадає лише 6—7% загальної витрати палива електростанціями. Прискорений розвиток отримає видобуток вугілля в нових родовищах дешевшим способом - відкритим.
Усі копалини — тверді палива і нафту вийшли у процесі тривалого перетворення вихідної рослинної маси та відмерлих тварин організмів під шаром землі чи води, причому цей процес протікав із різною швидкістю у напрямі поступового обуглероживания (вуглефікації) палива, т. е. підвищення у ньому вмісту вуглецю та зменшення кількості кисню та водню (рис. 2.1).
Мал. 2.1. Зміна елементарного складу основних видів палив.
Ступінь обуглерожування, що характеризує глибину хімічних перетворень у паливі (так званий хімічний вік палива), не визначається прямо його геологічним віком, тобто тривалістю у часі процесу вуглеутворення.
Сира нафта є сумішшю органічних сполук і включає невелику кількість рідких сірчистих і азотних сполук, парафінів і смол. Після вилучення легких фракцій і масел (бензину, лігроїну, гасу, газойлю, солярової олії) залишаються сильнов'язкі важкі фракції — мазут, який і використовується як рідке енергетичне паливо. При цьому мінеральні домішки, що входять до нафти, концентруються у мазуті.
Природні гази утворюютьсяодночасно з нафтою або виходять у результаті синтезу у присутності води та карбідів металів на великих глибинах під впливом високого тиску та температури. У багатьох випадках вихід газів супроводжує видобуток нафти. Це так звані попутні гази, які також можна використовувати як енергетичне паливо.
Використання газоподібних та рідких палив у порівнянні з вугіллям не тільки підвищує загальну культуру експлуатації електростанцій. але і призводить до відчутного зниження вартості основного обладнання, зростання к. п. д. установок. Так, при спорудженні електростанцій, що спалюють газ і мазут, питомі капіталовкладення порівняно з електростанцією рівної потужності на вугіллі знижуються на 20—24%, а економічність газомазутних станцій з відпуску електроенергії на 4% вища, ніж на вугіллі.
Однак розвідані запаси природних газів та нафти обмежені та становлять близько 6% усіх світових запасів органічних палив. Крім того, природні гази та нафта є найціннішою сировиною для народного господарства. А запаси вугілля перевищують 71% світових розвіданих ресурсів палива і є основним органічним паливом.
Органічна частина твердих і рідких палив складається з великої кількості складних хімічних сполук, до складу яких в основному входять п'ять хімічних елементів: вуглець С, водень Н, кисень О, сірка S та азот N. Крім того, паливо містить мінеральні домішки А, що потрапили в вихідну поклад переважно ззовні, і вологу W. Тому хімічний склад твердих і рідких палив визначають за кількістю сполук, а, по сумарної масі хімічних елементів у паливі у відсотках від 1 кг, т. е. встановлюють елементарний склад палива.
Розрізняють такі п'ять основних елементарних мас палива [7]:
Робоча маса палива
Аналітична маса палива
Ca+Ha+Oa+Na+S%+ +Л а+Wa= 100 %;
Cc + Hc + Oc + Nc + S<-Mc== 100%; (2.3) умовна палива маса палива
Сг + Нг + Ог + Ыг + 5гл = 100%; (2.4) і' Органічна маса палива
C-j-H0-f00-f №-f S0-100%. (2.5)
Робочою вважається маса палива у тому вигляді, в якому вона надходить на ТЕС. Розрахунок витрати палива та отриманих обсягів продуктів згоряння проводиться за складом робочої маси. Робоче паливо, подрібнене до порошкоподібного стану та доведене в лабораторних умовах до повітряно-сухого стану, втрачає зовнішню вологу, і маса його називається аналітичною. Вологу, що залишилася W& палива, пов'язану з його вихідною речовиною, називають частіше гігроскопічною, тобто Wa = Wril.
Якщо паливо нагріти до 102-105 ° С, то випарується вся волога і тоді вийде суха маса палива. У паливну масу палива входять хімічні елементи вихідної органічної речовини; крім того, сюди зараховують сірку мінеральних горючих сполук (наприклад, сірчаного колчедану FeS2), тому вона називається умовною паливною масою.
У рівняннях (2.1) - (2.4) через Бд позначена летюча сірка, що є сумою колчеданной і органічної сірки, здатної до окислення в топці: Sj4 = SK + S °.
Органічна маса відрізняється від горючої лише відсутністю сірки. Крім зазначених двох видів сірки існує ще сульфатна сірка Sc, яка входить до складу вищих оксидів (наприклад, CaS04) і подальшого окислення не піддається. Схема елементарного складу різних мас твердого палива наведено на рис. 2.2. У складі палива розрізняють зовнішній баласт, що складається з вологи та мінеральної частини, і внут-
Мал. 2.2. Схема елементарного твердого складупалива.
Ренні баласти, що входять у вихідну органічну речовину палива. До нього відносяться кисень та азот.
Горючими елементами палива є вуглець, водень та сірка. Вуглець є основним пальним елементом палива. Він має високу теплоту згоряння (34,1 МДж/кг) і становить більшу частину робочої маси палива (50-75% у твердих паливах та 83 - 85% у мазутах). Водень має високу теплоту згоряння (120,5 МДж/кг), але його кількість у твердих паливах невелика (№-=2-^-4%) і дещо більша у рідких (10-11%). Сірка має невисоку теплоту згоряння (9,3 МДж/кг) і міститься в паливах у малих кількостях (Sp=0,3-^4%), тому не становить цінності як горючий елемент. Наявність оксидів сірки в продуктах згоряння збільшує небезпеку корозії металу поверхонь нагріву і за певних концентрацій небезпечна для організмів і рослинності, що вимагає вжиття заходів для їх уловлювання. Залежно від вмісту сірки розрізняють малосірчисті (Sp 2%) мазути.
На відміну від твердого та рідкого палива газове паливо являє собою механічну суміш горючих та негорючих газів. Природні гази переважно (до 90 - 96%) містять метан СН4, у невеликій кількості важкі вуглеводні (етан СгНб, пропан СзНв, бутан С4Н10 та ін), які часто записуються у вигляді загальної формули CmH„ (1-6%). Крім того, природний газ містить негорючі компоненти: трохи азоту N2 (1-4%) та двоокис вуглецю С02 (0,1-0,2%).
Парові котли ТЕС
Режими зупинки та скидання навантаження котла
Нормальному (неаварійному) зупинення котла (блоку) передує його розвантаження. При зупинці в резерв на короткий час (наприклад, на ніч) прагнуть максимально зберегти тепловий стан обладнання, у зв'язку з чим …
Режимирозпалювання котла та пуску блоку
Розглянуті режими можна розділити на три основні етапи: підготовчі операції, власне розпалювання котла та підвищення навантаження до заданого. Розглянемо їх стосовно найсучаснішого обладнання - блокових установок. Протягом …
Класифікація парогенераторів АЕС та їх особливості
Відповідно до теплової схеми АЕС пар виробляється або безпосередньо в ядерних реакторах киплячого типу, або в парогеієраторах-теплообмінниках, в яких здійснюється передача теплоти від теплоносія, що надходить з реактора, …