Твёрдое топливо

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Виды топлива

2. Основная часть

2.1 Состав топлива

2.2 Описание технологического процесса

2.3 Устройство ТСУ (топливо сжигающие устройства)

2.4 Применение топлива

3. Расчет сжигания топлива

Заключение

Список использованных источников



ВВЕДЕНИЕ

Твёрдое топливо -- горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом -- содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Одинаковые количества топлива дают при сжигании различное количество теплоты. Поэтому для оценки качества топлива определяют его теплотворную способность, то есть наибольшее количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива (наибольшая теплотворная способность у каменного угля). В основном твёрдое топливо применяют для получения теплоты и других видов энергии, которые затрачиваются на получение механической работы. Кроме того, из твёрдого топлива при его соответствующей обработке (перегонке) можно получить более 300 различных химических соединений. Большое значение имеет переработка бурого угля в ценные виды жидкого топлива -- бензин и керосин.

В зависимости от способа обработки твердое топливо можно разделить на две группы: природное и очищенное. К природному твердому топливу относятся уголь, бурый уголь, торф, древесина и солома. Уголь и торф являются осадком, образующимся в результате распада и разложения растений в древние времена под воздействием высокого давления и недостатка кислорода.

Каменный уголь является наиболее древним природным минеральным топливом, распространенном во всем мире, залежи которого находят на разной глубине.

Бурый уголь образовался гораздо позднее и содержит древесные остатки. Содержание воды в буром угле составляет 45 - 60 %; добывается он, как правило, открытым способом. Бурый уголь имеет очень низкую энергетическую ценность и обычно не перевозится на большие расстояния.

Антрацит относится к старейшим по происхождению каменным углям, отличается большой твердостью, трудно загорается, горит коротким пламенем, хорошо выдерживает перегрузки и перевозки.

Торф образуется из разложившихся растений и воды; по этой причине он содержит большое количество влаги. Поэтому на поверхности большие пласты добытого торфа разрезаются на блоки, которые высушиваются перед сжиганием.

В Европе древесина используется в качестве сжигаемого топлива в основном только в виде отходов лесной и лесопильной промышленности, обычно в виде древесной стружки или древесных опилок. Древесный уголь представляет собой эти отходы, переработанные в углевыжигательных или других специальных печах.

Кокс производится из каменного и бурого угля и угольных смесей в особых печах при температуре приблизительно 1200⁰С, при которой происходит их дегазация. Дегазацией называется процесс удаления газообразных компонентов из твердых материалов в герметичных нагревательных камерах, искусственное твёрдое топливо, получаемое при нагревании до высоких температур (950--1150⁰C) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки. Основное количество кокса получают из каменного угля. Процесс коксования каменного угля был разработан отцом и сыном Абрахамом I и Абрахамом II Дерби в начале 18 века в Англии. Первая доменная плавка чугуна на коксе была осуществлена Абрахамом II Дерби в 1735 году в Коулбрукдейле. Данное событие имеет важное значение в истории металлургии железа, с него берёт начало вся современная технологическая структура чёрной металлургии.

Каменный уголь, брикеты бурого угля, кокс и древесный голь представляют собой очищенное твердое топливо. Брикеты изготавливаются из раздробленного и высушенного каменного или бурого угля в специальных прессах. Брикеты могут иметь различные формы.

Сжигаемые материалы должны пройти полный анализ, включающий в себя расчет необходимого для горения объема воздуха, определение объема выхлопных и отработанных газов, массы шлака и получаемого топлива. При оценке возможности применения установок для производства твердого топлива, необходимо определить, насколько они удовлетворяют экологическим требованиям, предъявляемым к таким печам в стране, где предполагается их использовать.

Еще наши далекие предки обогревались у костров. Огонь поддерживали дровами, и именно они, эти куски дерева, долгое время были основным видом топлива для человечества. При помощи дров жители Земли решали многие проблемы: обогревались, готовили пищу, даже начали плавить металлы (Правда, для этого дрова сначала превращали в древесный уголь). Но проходили столетия, людей на планете становилось все больше, а лесов - все меньше. И в 19 веке Англию - самую передовую промышленную страну того времени - постиг топливный кризис. Нужно было срочно искать им замену. Поиски, впрочем, были недолгими. О том, что прекрасно могут гореть также уголь и нефть, люди знали издавна. Правда, одно дело знать, а другое - использовать эти знания на практике. Ведь уголь и нефть надо искать, добывать. Да и топить ими тоже надо уметь. Скажем, уголь просто от спички как хворост не загорится. А обычные печи для нефти так и вообще не годятся. Но нужда всему научит. В той же Англии, а затем и в других странах мира со временем научились топить углем еще лучше, чем дровами. Конечно, это вовсе не значило, что о дровах тотчас забыли. Они ведь нужны даже для того, что бы разжечь уголь. А в тех местах, где лесов было в достатке, дрова по-прежнему широко использовались. Так, в России начала 20 века дрова давали более половины всей энергии, одну четвертую часть уголь, шестую - нефть.

В 1910 году, как свидетельствует статистика, большую часть топлива в мире составлял уже уголь - 65 %. За ним шли дрова, и на последнем месте стояла нефть. Ее доля в мировом топливном балансе составляла всего 3 %, а природный газ вообще не использовался. Еще через четверть века доля каменного угля снизилась до половины, в то время как доля нефти в топливном балансе возросла до 15 %. Во многих странах мира начали использовать и природный газ. И все же, невзирая на столь бурный рост угольной промышленности, она постепенно теряла лидирующее положение. В 70-е годы первое место в топливном балансе уверенно заняла нефть - около 35 %. Доля каменного угля снизилась до 30 %. На третьем месте оказался природный газ - около 20 %. Затем шли дрова - 10 %. Прочие источники энергии, в том числе электростанции на воде и на атомной энергии, давали всего 5 % энергии. В наши дни первые места занимают нефть и газ - они обеспечивают более две трети топливного баланса.

Почему так получилось? Ведь угля и сегодня предостаточно: его разведанные запасы составляют 1075 миллиардов тонн - 87,5 % всех топливных запасов планеты. А все дело в том, что нефть и газ более удобны в эксплуатации. Вот только один пример: уголь в топку бросали лопатами чумазые кочегары; жидкое же и газообразное топлива легко подавать при помощи насосов по трубам, а жечь - форсунками и горелками. Эти удобства особенно видны на транспорте. На сегодняшний день практически вся потребность в топливе судов и тепловозов, самолетов и автомобилей, тракторов и мотоциклов обеспечивается за счет нефти и газа. И такая тенденция, по всей вероятности, сохранится еще долго. Потому что нефть с газом горят лучше любого другого топлива. Так при сгорании 1 кг нефти выделяется 46 тысяч кДж, при сгорании 1м³ газа - около 38 тысяч кДж, в то время как 1 кг угля дает в лучшем случае только 29 тысяч кДж. Говоря другими словами, теплота сгорания нефти примерно в 1,5 раза выше, чем у угля, и в два с лишним раза превышает теплоту сгорания дров. И с этим тоже приходится считаться.



1. ВИДЫ ТОПЛИВА

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа -- топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.

Твердое топливо классифицируется:

а) естественное -- дрова, каменный уголь, антрацит, торф;

б) искусственное -- древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.

Жидкое топливо классифицируется:

а) естественное -- нефть;

б) искусственное -- бензин, керосин, мазут, смола.

Газообразное топливо классифицируется:

а) естественное -- природный газ;

б) искусственное -- генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.

Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.

Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м³ газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля -- 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом.

Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла. Бурые угли. Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45 %. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60 %). На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30 %. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли само загораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры.

Каменный уголь. Каменный уголь--один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля.

Процесс образования угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т. е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи.

Газообразное топливо. Единственным естественным (природным) газом является «горючий газ», который выделяется из земли через естественные выходы или буровые скважины. Теплотворная способность нефтяного (природного) газа около 8000-- 8500 ккал/м3 и может доходить до 15000 ккал/м3.В настоящее время естественный газ находит широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах его образования.

Среди искусственных видов топлива особое значение для кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо.

Кокс. Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом.

Кокс содержит 87% углерода, 4 % летучих веществ, 8% золы и 1--2% серы. Теплотворная способность кокса 5600--7000 ккал/кг. В кузнечном производстве кокс употребляется главным образом в горнах.

Древесный уголь. Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84 % углерода, 14 % летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000--8000 ккал/кг.

Жидкое топливо. Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки -- мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84--86 %, водорода 12,4 %, кислорода + азота + серы 1,3 %, золы 0,3 %, воды 1--2 %. Теплотворная способность мазута 9500--10000 ккал/кг.

Газообразное топливо. Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании -- коксовальный газ, в доменном процессе--доменный газ. На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м³.

Для лучшего и более удобного использования твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля -- каменноугольный генераторный газ.

Теплотворная способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ имеет теплотворную способность от 1500 до 1600 ккал/м³, каменноугольный генераторный газ -- от 1200 до 1400 ккал/м³.

Пылеугольное топливо. Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07--0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла.



2. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

топливо бензин сжигание горючий

2.1 Состав топлива

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет. Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения. На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф -- исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь. Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20-метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра. В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое количество летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.

Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля при повышении давления и температуры на глубинах порядка 6 километров. Торф?горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Содержит 50--60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал . Мировые запасы торфа около 500 млрд. тонн.

Рисунок 1 - Месторождения торфа



Кокс-искусственное твёрдое топливо, получаемое при нагревании до высоких температур (950--1150⁰C) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки. В зависимости от вида сырья различают каменноугольный, электродный пековый и нефтяной кокс; основное количество кокса получают из каменного угля. Процесс коксования каменного угля был разработан отцом и сыном Абрахамом I и Абрахамом II. Дерби в начале 18 века в Англии. Первая доменная плавка чугуна на коксе была осуществлена Абрахамом II Дерби в 1735 году в Коулбрукдейле. Данное событие имеет важное значение в истории металлургии железа, с него берёт начало вся современная технологическая структура чёрной металлургии.

Древесина?дрова-пиленые и обычно расколотые деревья, дрова принято учитывать по объёму, для чего их выкладывают в поленницу, полноценность (полнодревесность) которой зависит от выкладки и считается нормальной, когда древесная масса составляет 70 % объёма. Приблизительно масса 1 м³ (древесина занимает 100 % объёма) при относительной влажности 20 % составляет (кг): дубовых дров 730, берёзовых 670, сосновых 525, еловых 470, осиновых 500. Древесина всех пород деревьев имеет сходный химический состав и содержит около 50 % углерода.

Пылеугольное топливо- сжигания угля, предварительно измельченного в тончайший порошок (пыль), путем вдувания его через форсунку в топочное пространство паровых котлов, металлургических печей или других тепловых агрегатов. Для получения угольного порошка применимо любое твердое топливо (бурые и каменные угли, торф, отбросы углемоек и коксовых ), поддающееся тонкому размолу. Для измельчения применяются дробилки и специальные мельницы, в том числе паровые, в которых куски угля раздробляются и постепенно превращаются в пыль под влиянием струй пара. Средняя тонкость помола определяется условием, чтобы при просеивании остаток на сите № 30 но превосходил 3 %, а на сите № 70 (с 4900 отверстий на 1 см2) -- около 10 %, что соответствует размеру пылинок в массе до 0,086 мм. Происхождение и 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.

Качественный состав твердого топлива зависит от величины балласта поэтому в практике принято приводить данные по составу горючей массы топлива.

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. Содержание водорода в процентах от горючей массы топлива составляет: в дровах и торфе до 6, бурых каменных углях 3,8-5,8; сланцы - до 9,5; в антраците 2 и мазуте 10,6-11.

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 NO_х. Они относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно лимитироваться.

Сера - содержится в твердом топливе в виде органических соединений SО и колчедана S_k - их объединяют в летучую серу S_л. Еще сера входит в состав топлива в виде сернистых солей - сульфатов - не способных гореть. Сульфатную серу принято относить к золе топлива. Присутствие серы значительно 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.



2.2 Описание технологического процесса

В период технологического прогресса, роль топлива неуклонно растет. Возрастает и расход топливных ресурсов, поэтому остро становится вопрос о его добыче, переработке, и, наверное, главное - правильному расходу этих ресурсов. Если обратиться немного к истории, то мы увидим, что начиная с 1929 года топливная промышленность претерпевала всевозможные изменения и преобразования, и даже появились ее разновидности. Это значительно уменьшило потери при переработке, но и количество потребляемых ресурсов тоже выросло. На сегодняшний день в сфере малого бизнеса эта отрасль приносит значительный доход, ведь стоимость топлива постоянно увеличивается, природные ресурсы, к сожалению, не увеличиваются.

Уголь разрабатывают открытым (карьерами) и подземным (шахтами и штольнями) способами. Выбор способа ведения горнодобывающих работ зависит в основном от расположения угольного пласта относительно земной поверхности. Разработка открытым способом обычно ведется при глубине его залегания не более 100 метра. В зависимости от направления подхода к угольному пласту различают способы вскрытия месторождения: штольней (горизонтальной подземной выработкой) и вертикальными или наклонными шахтными стволами. Иногда уголь добывают из месторождений, простирающихся далеко в море. Подводная добыча угля ведется в Канаде, Чили, Японии и Великобритании.



Рисунок 2-Способы разработки угольных месторождений

Месторождение разрабатывается либо подземным способом, и тогда оно вскрывается шахтным стволом или штольней (в некоторых случаях с уклоном), либо открытым способом, если уголь залегает неглубоко под поверхностью. 1-вскрытие месторождения шахтным стволом; 2-вскрытие месторождения штольней; 3-вскрытие месторождения наклонной выработкой; 4-карьер (разработка открытым способом).

Вскрытие месторождения штольней. Если пласт выходит на дневную поверхность на склоне горы, то к нему проводится горизонтальный туннель, называемый штольней. Штольню, как правило, ведут по падению (наклону) пласта. Если пласт почти горизонтален, то начинают разработку немного ниже его уровня и, уже дойдя до пласта, следуют по его падению. Если мощность пласта невелика, то извлекают часть его почвы (пород, залегающих ниже пласта) или кровли. Для определения самой низкой и наиболее удобной точки входа в штольню бурят мелкие скважины и проводят короткие штольни, в которых осуществляются маркшейдерские измерения. Боковые стороны и верх устья штольни бетонируют, особенно вблизи поверхности. Если штольня рассчитана на несколько лет, то ограничиваются установкой деревянной крепи.

Наклонные выработки. Угольные пласты часто залегают наклонно. Угол падения пласта иногда бывает более 90° (в случае опрокинутого залегания), тогда подошва пласта становится его кровлей. Такие пласты нередко эксплуатируются на угольных месторождениях Франции. В случаях, когда пласт круто падает от места выхода на дневную поверхность, проводят наклонные подземные выработки. Если экономически рентабельный пласт не имеет удобного выхода, то выработка ведется по простиранию пород. Как правило, вскрытие месторождения наклонными выработками экономически целесообразно при длине не более 800 метров.

Шахтные стволы. Многие угольные месторождения удобнее всего вскрывать вертикальной выработкой - шахтным стволом. Стоимость строительства и эксплуатации шахтного ствола выше, чем штольни, но когда подземные водотоки пересекают угольный пласт в разных направлениях, суммарные расходы по эксплуатации месторождения могут оказаться ниже. Этот способ позволяет более рационально планировать горные работы; кроме того, шахтный ствол служит дольше, чем разрозненные штольни. Однако вентиляция и дренаж обходятся дороже, и приходится идти на затраты, связанные с подъемом угля.

При этом они должны отвечать всем критериям перевозки данного сырья и быть достаточно дешевыми, т.к. слишком высокой стоимости перевозки сырья, возрастает его стоимость, что негативно сказывается на экономике страны. В результате технические новшества в мире, которые механизировали не только предприятия, но и быт человека и были предназначены для облегчения человеческого труда, способствовали созданию дефицита топливных ресурсов. И если сегодня природные ресурсы еще как-то покрывают наши затраты и потребности, то через 100 лет человечеству придется искать другой источник для этих целей.



2.3 Устройство ТСУ (топливо сжигающее устройства)

Сжигание топлива. В промышленности для сжигания твердого топлива используются печи непрерывного действия. Принцип непрерывности поддерживается за счет колосниковой решетки, на которую постоянно подается твердое топливо. Скорость протекания реакций, в которых участвуют твердые вещества, напрямую зависит от их поверхности, в свою очередь последняя - от степени измельчения. Однако степень измельчения ограничивается оптимальными размерами частиц.

Во время подачи воздуха в топку необходимо соблюдать ряд определенных условий. Если воздуха недостаточно, то сгорание будет неполным: образуется оксид углерода (II) при этом остаются мелкие несгоревшие частицы угля в виде сажи (черный дым). Таким образом, выделяется намного меньше теплоты по сравнению с теоретически возможным количеством. И напротив, если воздух поступает в избытке, то большая часть выделенной теплоты напрасно затрачивается на его обогревание.

Для более рационального сжигания топлива сооружаются печи, которые способны сжигать его в пылеобразном состоянии.

Теплота сгорания дров разных пород в абсолютно сухом состоянии в расчёте на 1 кг одинакова: около 18800 кдж (4500 ккал) с отклонениями не более 3--5 %. Теплота же сгорания дров в расчёте на 1 дм³ различна и составляет в среднем (кдж (ккал)); для дуба 12500 (3000), берёзы 10900 (2600), чёрной ольхи 8400 (2000), сосны 7500 (1800), ели и осины 7100 (1700). По теплоте сгорания 100 кг сухих дров соответствуют 31 кг нефтяных остатков, 43 кг каменного угля, 50 кг сухого и 120 кг полусухого торфа. В топливном балансе удельный вес незначителен и неуклонно снижается.

Древесина почти не применяется в качестве топлива для промышленности, так как широко используется в качестве строительного материала, а также для химической переработки.

Торф, горючие сланцы и бурый уголь вследствие их низкой теплотворной способности являются топливом местного значения; хотя они и потребляются в значительных количествах, но лишь вблизи от места их добычи.

Высококалорийными видами топлива являются каменный уголь (в первую очередь -- тощий), антрацит и практически без балластное жидкое котельное топливо, и их перевозят на большие расстояния.

Устройства для сжигания топлива называются топками. При сжигании твердого топлива в виде кусков (каменный уголь, антрацит, торф) оно забрасывается на колосниковую решетку, состоящую из отдельных чугунных брусков или плит -- колосников -- и имеющую отверстия. Через эти отверстия проходит снизу воздух, необходимый для горения топлива, и проваливается зола или образующийся при ее плавлении шлак. Загруженное в топку топливо, попадая в зону высоких температур, подсушивается, а затем коксуется, выделяя летучие продукты, сгорающие в топочном пространстве над колосниковой решеткой; кокс сгорает на самой решетке. Чем выше выход летучих продуктов из горючей массы топлива, тем больше должен быть объем топочного пространства, чтобы летучие продукты успевали в нем сгорать. Топливо, содержащее много балласта, должно сжигаться в толстом слое, который бы аккумулировал тепло, обеспечивая быструю подсушку и нагревание топлива. Например, торф сжигают в слое толщиной 50--90 см, тогда как при сжигании антрацита слой не должен быть выше 10--12 см во избежание порчи колосников. Продукты горения (топочные, или дымовые газы) используются в промышленности в качестве теплоносителя -- чаще всего для нагревания воды и получения водяного пара в паровых котлах, для нагревания реагентов в промышленных печах, аппаратах. После этого газы отводятся в канал (боров) и далее -- в дымовую трубу. Воздух должен подаваться в топку в количестве, несколько превышающем (примерно в 1,2--1,5 раза) теоретически необходимое для сгорания топлива, чтобы обеспечить по возможности полное сгорание. Подача большего избытка воздуха нежелательна, так как увеличивает объем продуктов горения и, следовательно, потерю тепла с отходящими в трубу газами и снижает температуру в топочном пространстве.

С целью устранения тяжелого ручного труда и повышения производительности топки в крупных котельных теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), государственных районных электростанций (ГРЭС). Применяются механические топки с подвижной цепной колосниковой решеткой, состоящей из отдельных колосников, связанных между собой в одну бесконечную цепь, похожую на гусеницы танка. В этих топках осуществлено непрерывное поступление топлива и удаление шлака. Топливо медленно перемещается вместе с решеткой на расстояние до 8 м и при этом сгорает, после чего шлак удаляется шлако-снимателем. Воздух, нагретый до 250⁰, подается из окон 4 в отверстия решетки и дополнительно -- в месте поступления топлива (унося из него пыль) и в топочное пространство с целью завихривания факела пламени -- для ускорения сгорания летучих продуктов. Для использования мелкозернистого топлива (мелочи) его превращают в брикеты -- правильной формы куски, для этого каменный уголь измельчают, смешивают с пеком и нагретую смесь подвергают прессованию, после чего полученные брикеты охлаждают; бурый уголь подсушивают и прессуют без добавки связующего вещества.

Другой, широко применяемый на электростанциях и в промышленных печах способ использования мелочи (например, фрезерного торфа, мелкого антрацита -- штыба, а также тощего угля) заключается в измельчении ее путем дробления в мельницах в пыль и сжигания в виде аэрозоля, подобно обжигу флотационного колчедана.

Для сжигания пылевидного топлива применяют камерные топки в виде камер из огнеупорного кирпича, в которые вдувается с большой скоростью смесь пыли с воздухом, нагретым до ~400⁰. Для полного сгорания пыли и завихривания в факел.

Котельное топливо подается дополнительно сбоку воздух. Частицы шлака, падая вниз, удаляются через отверстие в нижней части топки. Стенки камеры защищаются от расплавления расположенными вертикально близко друг от друга трубами парового котла, в которых образуется пар; далее он поступает в горизонтальный цилиндрический сосуд -- барабан котла -- в верхней части топки и затем в трубы пароперегревателя.

Сжигаемые материалы должны пройти полный анализ, включающий в себя расчет необходимого для горения объема воздуха, определение объема выхлопных и отработанных газов, массы шлака и получаемого топлива. При оценке возможности применения установок для производства твердого топлива необходимо определить, насколько они удовлетворяют экологическим требованиям, предъявляемым к таким печам в стране, где предполагается их использовать.

2.4 Применение топлива

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Очень перспективным является сжижение (гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1 тонны нефти расходуется 2-3 тонны каменного угля, в период эмбарго ЮАР практически полностью обеспечивала себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит.

От каменного угля бурый уголь внешне отличается цветом черты на фарфоровой пластинке - она всегда бурая. Самое важное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ и воды. Этим и объясняется, почему бурый уголь легче горит, даёт больше дыма, запах, а также и вышеупомянутую реакцию с едким калием и выделяет мало тепла. Из-за высокого содержания воды для сжигания его применяют в порошке, в который он неминуемо превращается при сушке. Содержание азота значительно уступает каменным углям, но повышенное содержание серы.

Применение бурого угля-как топливо, бурый уголь в России и многих других странах употребляется значительно меньше, чем каменный уголь, однако из-за низкой стоимости в мелких и частных котельных он более популярен и занимает иногда до 80 %. Применяется для пылевидного сжигания (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается), а иногда и целиком. На небольших провинциальных ТЭЦ он также нередко сжигается для получения тепла. Однако в Греции и особенно в Германии бурый уголь используется в паровых электростанциях, вырабатывая до 50 % электроэнергии в Греции и 24,6 % в Германии. С большой скоростью распространяется получение жидких углеводородных топлив из бурого угля перегонкой. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и монтан-воск (горный воск). В мизерных количествах он применяется и для поделок.

Торф - горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. Торф представляет собой продукт первой стадии угле образовательного процесса. Первые сведения о торфе как о «горючей земле», применяемой для приготовления пищи, относятся к 16 веку нашей эры (упоминаются римским писателем и учёным Плинием Старшим в «Естественной истории»). Был известен в 12-13 веке, в Голландии и Шотландии. Начало изучения и применения торфа в России относится к концу 17 века - в начале 19 века появились фундаментальные исследования болот России (труды В.В. Докучаева, А.А. Флёрова). Позже были разработаны основы комплексного использования торфа, построены торфоперерабатывающие предприятия, позволившие начать производство полукокса, смол, торфоаммиачных удобрений. Торф широко применяется в коммунальном хозяйстве как топливо, при озеленении газонов, выращивании рассады, для получения ряда химических продуктов (этиловый спирт, активированный уголь), при торфогрязелечении, в строительстве.

Кокс. Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. В Англии в 1735 году научились выплавлять чугун на коксе. Каменноугольный кокс применяют главным образом в доменном процессе. Он также используется в литейном производстве (литейный кокс), для агломерации руд, в химической промышленности, цветной металлургии . В состав каменноугольного кокса входят: нелетучий углерод (85-92 %), зола (6--14 %), летучие вещества (0,8-1,5 %) и сера (0,4-2,0 %). Влажность кокса зависит от способа его тушения и составляет: при мокром тушении (водой) 3-6 %; при сухом (азотом) - 0,4-0,8 %. Электродный пековый и нефтяной коксы имеют по сравнению с каменноугольным очень низкую зольность, как правило, не выше 0,3 % (до 0,8 % у нефтяного кокса). Они служат основным сырьём для производства электродов.

Древесина?твердое вещество, образующее стволы деревьев; а именно ксилема, составляющая основной объем стеблей и корней, поддерживающих растение. Она состоит из тонких трубочек-клеток, вертикально расположенных вдоль ствола - это волокно, которое можно видеть в любой древесине. Относительно мягкая, светлоокрашенная древесина называется лубом. Более старая, темная, непроводящая древесина называется ядровой древесиной; она, как правило, пропитана смолой, камедью, минеральными солями и танином (дубильной кислотой). Легко обрабатываемая мягкая древесина (обычно хвойных деревьев, к примеру, сосновая) состоит из простых трахеид, обеспечивающих поддержку и проводящих воду и солевые растворы. В более прочной древесине (обычно лиственных пород, к примеру, дубовой) одревесневшие волокна служат только опорой, а для переноса воды и солей существуют другие, отдельные сосуды. Древесина еще и сейчас широко применяется как строительный материал, горючее, сырье для некоторых сортов бумаги, а также источник древесного угля, целлюлозы, эфирного масла, лигнина, дубильных веществ, красителей.

Антрацит-- самый древний из ископаемых углей, уголь наиболее высокой степени углефикации.

Характеризуется большой плотностью и блеском. Применяется как твердое высококалорийное топливо (теплотворность 6800--8350 ккал/кг).Антрацит применяется в энергетике, чёрной и цветной металлургии, а также для производства адсорбентов, электродов, электрокорунда, микрофонного порошка.

Преимущества твёрдого топлива:

-невысокая стоимость топлива;

-большой срок эксплуатации оборудования.

Минусы твёрдого топлива:

-требуется постоянный контроль.

-трудоемкий уход.

- эффективность сжигания твердого топлива значительно ниже, чем газа и солярки.

- Необходимо помещение для хранения запаса топлива.



3. РАСЧЕТ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

Расчет состава угля на рабочее топливо

Цель: Произвести расчет состава угля на рабочее топливо

Исходные данные:

Ас=5,8%;Cг=78%;Нг=6,1%;Sг=0,4%;Ог=14,4%;Nг=0,4%;Wр=14,0%;

1 Расчет золы на рабочее топливо;

А^р=А^с•; (1,1)

где Ар?негорючий остаток ?зола?рабочего топлива,% Ас?зольность топлива в пересчете на сухое топлива,% Wр?влага рабочего топлива,%

А^р?А^с••5,8•=4,93%

2 Расчёт содержания углерода

Ср=Сг • (1,2)

где Ср=содержание углерода в органической части рабочего топлива,

Сг=состав углерода в горючей массе топлива,%

Ср=Сг•=78•=62,45%

3 Расчёт содержания водорода

Нр=Нг•; (1,3)

где Нр?содержание водорода в органической части рабочего топлива,

Нг?состав водорода в горючей массе топлива,%

Нр=Нг•=6,1•=4,88%

4 Расчёт содержания серы;



Sр=Sг•; (1,4)

где Sр?содержание серы в органической части рабочего топлива %;

Sг?состав серы в горючей массе топлива,%

5 Расчёт содержания кислорода;

Ор=Ог• (1,5)

где Ор?содержание кислорода в органической части рабочего топлива,

Ог?состав кислорода в горючей массе топлива,%

Ор=Ог•=0,4•=0,32%

4 Sр=Sг•=0,4•=0,32%

6 Расчёт содержания азота ;

Nр=Nг• (1,6)

где Nр?содержание азота в органической части рабочего топлива,%,Nг?состав азота в горючей массе топлива,%

Nр=Nг•=0,4•=0,32%

Состав топлива на рабочую массу;

Wp=15,0%;Ap=4,93%;Cp=62,45%;Hp=4,88%;Sp=0,32%;Op=11,53%;Np=0,32%.

Итого;99,43%



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе охарактеризована твёрдое топливо и её история, В 1910 году, как свидетельствует статистика, большую часть топлива в мире составлял уже уголь - 65 %. За ним шли дрова, и на последнем месте стояла нефть. Ее доля в мировом топливном балансе составляла всего 3 %, а природный газ вообще не использовался. Ещё через четверть века доля каменного угля снизилась до половины, в то время как доля нефти в топливном балансе возросла до 15 %. Во многих странах мира начали использовать и природный газ.

Виды топлива - твердое топливо, жидкое топливо, газообразное топлива.

Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. К первой группе элементов относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода.

Состав топлива - 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.

Топливо сжигающие устройства - в промышленности для сжигания твердого топлива используются печи непрерывного действия. Принцип непрерывности поддерживается за счет колосниковой решетки, на которую постоянно подается твердое топливо;

Технологические процессы месторождение разрабатывается либо подземным способом, и тогда оно вскрывается шахтным стволом или штольней (в некоторых случаях с уклоном), либо открытым способом, если уголь залегает неглубоко под поверхностью;

Применение топлива - торф широко применяется в коммунальном хозяйстве. Применение каменного угля многообразно, он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов. Древесина еще и сейчас широко применяется как строительный материал, горючее, сырье для некоторых сортов бумаги, а также источник древесного угля, целлюлозы, эфирного масла, лигнина, дубильных веществ, красителей. Каменноугольный кокс применяют главным образом в доменном процессе. Он также используется в литейном производстве (литейный кокс), для агломерации руд, в химической промышленности, цветной металлургии.

Антрацит применяется в энергетике, чёрной и цветной металлургии, а также для производства адсорбентов, электродов, электрокорунда, микрофонного порошка. Сделан расчёт сжигания топлива.

В данной курсовой работе охарактеризованы виды топлива, состав топлива, описание технологического процесса, устройство ТСУ (топливо сжигающее устройства),применение топлива и расчет сжигания топлива.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Потонье Г., Происхождение каменного угля и других каустобиолитов, Л. -- М. -- Грозный -- Новосибирск, 1934;

2 Жемчужников Ю.А., Общая геология ископаемых углей, 2 изд., М., 1948; 3 Крашенинников Г.Ф., Условия накопления угленосных формаций СССР, М., 1957;

4 Матвеев А.К., Геология угольных бассейнов и месторождений СССР, М., 1960;

5 Иванов Г.А., Угленосные формации, Л., 1967;

6 Миронов К.В., Геологические основы разведки угольных месторождений, М., 1973; Метаморфизм углей и эпигенез вмещающих пород, М., 1975.

Размещено на Allbest.ru