Схема составляющих органического топлива

Топливно-энергетический баланс России. Тенденции изменения структуры баланса. Виды источников тепловой энергии, основные пути их использования.

Классификация источников энергии

Первичными источниками энергии называют вещества, энергетический потенциал которых является следствием природных процессов и не зависит от деятельности человека.

Вторичные источники энергии обладают определенным энергетическим потенциалом и являются продуктами деятельности человека.

Первичные источники делятся на невозобновляемые и неисчерпаемые.

Мировые невозобновляющиеся энергетические ресурсы основных источников энергии

Основные источники энергии	Общие геологические ресурсы, ЭДж 1ЭДж =1018Дж	Разведанные ресурсы, ЭДж	Доля разведанных ресурсов в общегеологических процентах
Уголь	175700-460548	17600-19900	10-4,3%
Нефть	8380-15100	3800-3840	45-15
Природный газ	5199-8211	2842-3307	55-36
Уран
Битумы из нефтеносных сланцев и битумных песков	19000-56000	3600-14300	19-25

Основные разведанные запасы угля сосредоточены в России, США, КНР. При потреблении на уровне 1999 угля хватит на 200 лет. Запасы нефти в 20 – 30 раз меньше угля. Месторождения на Ближнем Востоке, Северная Африка, Россия, КНР, США. Хватит на 35 лет. При добыче нефти степень ее извлечения 40%. Природный газ – 40% на территории СНГ, Ближний Восток – 25%, Северная Америка – 10%, хватит на 50 – 60 лет. Можно из угля получать газ. Уран и торий – в Северной Америке, Африке, на юге Сахары, в Западной Европе, Чехии, Болгарии, Австралии. Максимальная концентрация изотопов U₂₃₅ в природном уране – 0,7%.

Энергетический баланс мира

Энергетическим балансом называется система показателей, отражающих полное количественное соответствие (равенство) между приходом-расходом, распределение их меду отдельными потребителями и их группами, районами потребления.баланс позволяет определить эффективность распределения и использования энергоресурсов.

Структура мирового энергетического баланса резко изменилась в 60 – 70 годах.

Например: 1920г: уголь – 80%, нефть, газ, дрова – 15%.

1970г:уголь – 35%, нефть – 35%, газ – 10-15%.

В последнее время наметилась тенденция уменьшения углеводородного топлива (нефть, газ) и возрастание доли угля.

Возобновляющиеся энергетические ресурсы. Вторичные топливно-энергетические ресурсы (ВЭР) различных производств, основные направления их использования.

Ресурс гидроэнергии рек (ГЭС) – используется 16% мирового гидропотенциала рек. Биотопливо из биомассы растений и животных. Основным источником биотоплива являются леса, занимающие 30% суши и производящие до 50 млрд. тут в год. Солнечная энергия – 35% солнечной радиации отражается от земной поверхности, 22% расходуется на испарение, конденсацию, фотосинтез, 43% преобразуется в тепловую. Косвенным видом солнечной энергии является энергия ветра, волн и тепловая энергия океана.

Геотермальные ресурсы Земли относятся к невозобновляющимся природным ресурсам, огромные запаса которых можно считать неисчерпаемыми. Максимальная температура подземных геотермальных вод – до 360°С. Основные геотермальные ресурсы находятся в Северной Америке, в Европе, на Камчатке.

Энергоресурсами для производства термоядерной энергии являются дейтерий и тритий.

Классификация топлива. Высшая и низшая теплота сгорания, влажность, зольность, сернистость. Общая характеристика органического топлива: состав (горючая и негорючая части, балласт топлива), тепловой эквивалент топлива-«условное топливо».

Топливо – вещество, выделяющее при определенных условиях большое количество тепловой энергии, которую в зависимости от технических и экономических показателей используют в различных отраслях народного хозяйства.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА.

Топливо можно разделить на две большие группы – горючее и расщепляющееся.

Горючее – топливо, которое выделяет необходимое количество теплоты при взаимодействии с другим веществом (окислителем). При этом химические компоненты горючего переходят в его окислы.

Расщепляющее – топливо, которое выделяет необходимое количество теплоты результате расщепления при определенных условиях молекул его вещества с одновременным образованием молекул других веществ.

Горючее топливо делится на органическое и неорганическое.

Органическое топливо включает углеводородные химические соединения (CH) природного и химического происхождения, углерод и водород.

Неорганическим топливом являются неорганические вещества и их компоненты, которые при взаимодействии с окислителем выделяют большое количество теплоты.

Такими веществами могут быть металлы: Al, Mg, Fe.

Чтобы горючее топливо выделило теплоту, необходима его химическая реакция с окислителем. Окислитель – чистый кислород О₂, О, О₃, а также другие активные химические соединения: HNO₃ – азотная кислота, Н₂О₂ перекись водорода и др.

В энергетических установках в качестве окислителя применяют воздух (21% О₂), в особых случаях – чистый кислород.

Органическое топливо делят на ископаемое, природное и искусственное: композиционное и синтетическое.

Ископаемое природное топливо накоплено недрах Земли – продукт биохимических и химических превращений органического вещества растений и организмов, существовавших на Земле 0,5-500 млн. лет назад. К нему относятся сланец, торф, природный газ.

Искусственное топливо – органическое топливо, создаваемое человеком путем переработки природных соединений, топлив для получения топлива с новыми заданными свойствами.

Композиционное топливо – механическая смесь горючих веществ, в том числе органического топлива, а также горючих и негорючих веществ с новыми теплотехническими свойствами по сравнению с исходными. Это топливные суспензии, эмульсии, топливные брикеты, гранулы и т. д.

Синтетическое топливо - продукт термохимической переработки горючих веществ, в том числе и органического топлива, обладающие новыми теплотехническими свойствами по сравнению с исходными.

Синтетическое топливо – все продукты переработки нефти.

Современные тепловые станции при производстве тепловой энергии используют в основном природное органическое топливо. Однако, имеется четкая тенденция возрастания применения искусственного органического и расщепляющегося топлива.

Органическое топливо по своему составу делится на твердое, жидкое и газообразное. Все эти три группы органических ископаемых топлив имеют аналогичное происхождение.

Различают три стадии преобразования исходного органического материала.

1. Торфяная стадия – остатки растений накапливаются и преобразуются в результате биохимических процессов без доступа кислорода. Если в дальнейшем происходит частичное поступление кислорода, образуется торф и уголь, а если без доступа кислорода (дно морей и океанов) – образуются нефть и газ.

2. Буро-угольная стадия – во время этой стадии происходит дальнейшее преобразование органического материалов, сосредоточенных в результате тектонических явлений – сдвигов в земной коре. При глубоком захоронении этого материала под давлением до 300 МПа при повышенных температурах 450 – 520 К происходит углефикация – интенсификация химических реакций, поликонденсация и полимеризация органического вещества с выделением Н₂О, СО₂, СН₄. при этом оставшийся органический материал обогащается углеродом.

3. Каменноугольная стадия – более высокая степень углефикации, более высокая температура – 520 – 620 К. образуется каменный уголь, а затем антрацит – уголь, органическая масса которого на 95 – 97% состоит из углеродов.

Схема составляющих органического топлива

С; О; N; S;

Отличительной особенностью твердых и жидких топлив является сложный химический состав их органического вещества.

Органическое топливо состоит из горючей и негорючей части. Горючая часть топлива (твердого и жидкого) – органические соединения, образованные С; О; N; S. При этом N и О топлива не участвуют в экзотермических реакциях и являются внутренним балластом топлива. Кроме того, горючая часть включает минеральное соединение железный колчедан Fe₂S, который при взаимодействии с кислородом воздуха при высоких температурах горит со значительными тепловыделениями. Различают две минералогические разновидности колчедана – перит и марказит.

Сера в топливе определяет его склонность к образованию вредных выбросов при сжигании и коррозионную активность продуктов сгорания.

Сера заключена как в горючей, так и в минеральной частях топлива. Поэтому общее содержание серы в топливе S_t представляет собой сумму трех слагаемых:

- серы в органическом веществе топлива S_о;

- серы в сульфидах топлива (перидная или сульфидная сера S_s);

- серы в негорючей части топлива (сульфатная сера S_SO4).

- горючая сера.

Негорючая часть топлива состоит из влаги W_t и минеральной части М, образующей при сгорании золу А (зольность).

Состав твердого и жидкого топлива обычно выражают в % по массе. При этом за 100% могут быть приняты:

• Рабочее состояние топлива X^r – состояние топлива с таким содержанием влаги и золы, с которым оно добывается, отгружается и используется. Х – компоненты состава топлива.
• Аналитическое состояние топлива Х^а – состояние топлива, характеризуемое подготовкой пробы – размол топлива до 0,2 мм и находящееся в равновесии с условиями лабораторного помещения.
• Сухое состояние топлива X^d – состояние топлива без содержания общей влаги (кроме гидратной).
• Сухое беззольное состояние топлива X^daf – условное состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы.
• Органическая масса топлива Х^о – условное состояние топлива без содержания влаги и минеральной массы.
• Влажное беззольное состояние топлива X^af - условное состояние топлива без содержания золы, но с влажностью (влагоемкостью) соответствующей данному состоянию топлива.

Пересчеты содержания компонентов, выраженные в % для одного состояния в % другого состояния производят на основе уравнения его состава для каждого состояния.

Так для рабочего состояния:

Для аналитического состояния:

Для сухого состояния:

Для сухого беззольного состояния:

Разработаны специальные формулы для перехода от одного состояния в другое.

 

Теплота сгорания топлива – это параметр органического топлива, характеризующий его энергетическую ценность. Это количество тепловой энергии, выделяемой в ходе химических реакций окисления горючих компонентов топлива с кислородом.

В результате реакции окисления образуется СО₂ и Н₂О, сера окисляется до SO₂, азот топлива выделяется в виде молекул азота N₂. теплота сгорания является удельной характеристикой топлива, то есть ее относят к единице объема (м³) или массы (кг) для любого расчетного состояния.

При определении единицы количества жидкого и твердого топлива берется 1 кг его массы, для газообразного – 1 м³ его объема при н. у. ( ) или стандартных условиях ( )

Единицы измерения – кДж/кг, кДж/м³, МДж/кг, МДж/м³.

Высшей теплотой сгорания Q_S называется количество тепловой энергии, которое может выделиться при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) топлива или 1 м³ газообразного топлива при условии, что образующиеся водяные пары в продуктах сгорания конденсируются.

Если при сгорании водяные пары продуктов сгорания не конденсируются, то высшая теплота сгорания единицы массы или объема топлива уменьшается на величину теплоты конденсации водяных паров.

- низшая теплота сгорания топлива.

формула для расчета Q_i по данным состава топлива и значению низшей теплоты его сгорания в сухом беззольном состоянии:

теплоту сгорания топлива определяют экспериментально в калориметрических бомбах.

В теплотехнических расчетах низшую теплоту сгорания можно найти по формуле Менделеева, зная элементный состав топлива:

Низшую теплоту сгорания газообразного топлива рассчитывают по теплоте сгорания его компонентов:

 

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: