Модуль 2. «Системы производства и распределения энергоносителей»

Тема 6. «Энергоресурсы»

1.1 Общие сведения.

1.2 Классификация топлив.

1.3 Технические характеристики топлив.

1.4 Характеристики отдельных видов топлива

Общие сведения

Общество в целом и каждый человек в отдельности не может обходиться без потребления энергии.

Энергия - способность производить работу или какое-то другое действие, меняющее состояние действующего субъекта. В широком смысле это - общая мера различных форм движения материи.

Для современного общества наиболее актуальными видами энергии являются электрическая и тепловая. Другие разновидности - механическая, химическая, атомная и т.д. - можно считать промежуточными или вспомогательными.

Тепловая энергия (тепло, теплота) - энергия хаотического движения микрочастиц - является первичной энергией цепи преобразования энергии, ею же эта цепь и заканчивается.

Тепловая энергия используется человеком для обеспечения необходимых условий его существования, для развития и совершенствования общества, для получения электрической энергии на тепловых электростанциях, для технологических нужд производства, для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Источниками энергии могут служить вещества и системы, энергетический потенциал которых достаточен для последующего целенаправленного использования.

Энергетический потенциал является параметром, оценивающим возможность использования источника энергии, выражается в единицах энергии - Джоулях или киловатт-часах.

Энергетические ресурсы – это любые источники механической, химической и физической энергии.

Энергетические ресурсы можно разделить на:

· первичные, источник которых – природные ресурсы и природные явления;

· вторичные, куда относятся промежуточные продукты обогащения и сортировки углей; гудроны, мазуты и другие остаточные продукты переработки нефти; щепки, пни, сучья при заготовке древесины; горючие газы; тепло уходящих газов; горючая вода из систем охлаждения; отработанный пар силовых промышленных установок.

Первичные энергетические ресурсы делят на:

· не возобновляемые или истощаемые (уголь, нефть, сланцы, природный газ, горючее);

· возобновляемые (древесина, гидроэнергия, энергия ветра, геотермальная энергия, торф, термоядерная энергия);

Вторичные (побочные) энергоресурсы (ВЭР) - это носители энергии, образующиеся в ходе производства, которые могут быть повторно использованы для получения энергии вне основного технологического процесса.

Около 90% используемых в настоящее время энергоресурсов составляют не возобновляющиеся (уголь, нефть, природный газ, уран и т.п.) благодаря их высокому энергетическому потенциалу, относительной доступности и целесообразности извлечения; темпы добычи и потребления их обусловливают энергетическую политику.

Эффективность использования энергоресурсов определяется степенью преобразования их энергетического потенциала в конечную используемую продукцию или потребляемые конечные виды энергии (механическая энергия движения, теплота для систем отопления или технологических нужд и т.д.), что характеризуется коэффициентом полезного использования энергоресурсов h_ЭР:

где h_Д - коэффициент добычи, извлечения потенциального запаса энергоресурса (отношение добытого ко всему количеству ресурса);

h_П - коэффициент преобразования (отношения полученной энергии ко всей подведенной энергоресурсом);

h_И - коэффициент использования энергии (отношение использованной энергии к подведенной к потребителю).

Для нефти h = 30…40%, для газа - 80%, угля - 40%. Современные топочные устройства при получении тепловой энергии из химической путем сжигания топлив позволяют получить h_П = 94…98%; при передачи тепла потребителю через системы теплоснабжения h_П снижается до 70…80%. Если же из тепловой энергии продуктов сгорания получается механическая энергия с целью выработки электроэнергии (на тепловых электростанциях - ТЭС), то h_П = 30…40%; для двигателя внутреннего сгорания h_П = 20…30%. Величина h_И зависит от типа конкретного потребителя и условий эксплуатации (отопительные системы - 50%). В среднем h_ЭР = 36%.

Классификация топлив

Топливо – это горючие вещества, выделяющие при сжигании значительное количество теплоты, которая используется непосредственно в технологических процессах или преобразуется в другие виды энергии. К ним относятся полезные ископаемые органического происхождения – уголь, горючие газы, горючие сланцы, нефть, торф, а также древесина и растительные отходы.

В ядерной энергетике применяется понятиеядерного топлива - вещество, ядра которого делятся под действием нейтронов, выделяя при этом энергию в основном в виде кинетической энергии осколков деления ядер и нейтронов.

Обычное химическое топливо, в отличие от ядерного, называют органическим, и оно является в настоящее время основным источником теплоты.

Для анализа тепловых характеристик топлив, определения состава газов и других расчетов необходимо знать химическую структуру каждого вида топлива. 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 S и азот N. Кроме того, топливо содержит минеральные примеси А и влагу W, представляющие вместе внешний балласт топлива.

Химический состав твердых, жидких и газообразных топлив определяют не по количеству соединений, а по суммарной массе химических элементов (в процентах на 1 кг или 1 куб. м топлива), т.е. устанавливают элементарный состав топлива. Различают три основных элементарных состава топлива:

1) рабочая масса топлива C+H+O+N+S+A+W=100%;

2) сухая масса топлива C+H+O+N+A=100%;

3) горючая масса топлива C+ H+O+N=100%.

Рабочей считается масса топлива в том виде, в каком она поступает на предприятие.

Если топливо нагреть до 102-105ºС, то испарится влага, тогда получится сухая масса топлива. Название горючей массы является условным; так как входящие в его состав азот и кислород не являются горючими элементами и составляют внутренний балласт топлива. Азот и кислород способствуют процессу горения топлива.

Горючими элементами топлива являются углерод, водород и сера. Углерод – основной, горючий элемент топлива. Он имеет высокую теплоту сгорания (33600 кДж/кг) и составляет большую часть рабочей массы топлива (50-75% для твердых топлив и 80-85% для мазутов). Водород имеет высокую теплоту сгорания (примерно 130000 кДж/кг), однако его количество в твердых топливах невелико (Н = 2-6%) и несколько больше в жидких (около 10%). Это делает теплоту сгорания жидких топлив выше, чем твердых.

Сера имеет невысокую теплоту сгорания (9000 кДж/кг). Содержание ее в топливах невелико (S=0,2-4%), поэтому сера, как горючая составляющая, не ценится.

Наличие окислов серы в продуктах сгорания при определенных концентрациях опасно для организмов и растений и требует определенных мер и средств для ее улавливания или рассеивания в атмосфере.