Топливно-энергетический комплекс и его характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Топливно-энергетический комплекс и его характеристика

1. Виды и основные характеристики топлива

Топливо - вещество, при сжигании которого выделяется значительное количество теплоты, используемое как источник получения тепловой энергии и как сырье в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Топливо, содержащее органические вещества, называют углеводородным. Путем химической переработки из него получают разнообразные продукты. Различают естественные и искусственные топлива.

К естественным относятся ископаемые и растительные топливные вещества, а к искусственным - продукты переработки естественных топливных веществ. Все топлива по агрегатному состоянию подразделяются на твердые (ископаемые угли, торф, древесина, сланцы), жидкие (нефть, нефтепродукты), газообразные (природный и попутный газы и др.).

Основной характеристикой топлива является его теплота сгорания, т.е. количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Различают теплоту сгорания удельную (МДж/кг) и объемную (МДж/м³).

В состав всех видов топлив входит горючая масса (органическая и неорганическая) и негорючая масса (зола, влага). Чем больше в органической массе содержание углерода и водорода и чем ниже содержание кислорода и азота, тем больше теплота сгорания топлива.

Одним из важнейших видов жидких топлив является нефть, которая представляет собой сложную смесь парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Органическая часть нефти состоит на 83-87% из углерода и на 12-14% из водорода. Удельная теплота сгорания нефти колеблется от 39,8 до 44 МДж/кг.

Природный газ содержит до 98% метана. Его объемная теплота сгорания составляет в среднем 30-35 МДж/м³. В нефти, находящейся в недрах Земли, всегда присутствуют растворенные газы, которые при добыче выделяются из нее (попутные газы). Объемная теплота сгорания попутных газов примерно u1074 в 1,5 раза выше, чем природного газа, и составляет 50000-55000 кДж/м³.

Содержание углерода в твердых топливах (буром и каменном угле, антраците) - 70-95%, их удельная теплота сгорания - 25,5-33,5 МДж/кг.

2. Основные виды и источники энергии

Энергетический потенциал нашей планеты включает практически неистощимые в обозримом будущем источники энергии - Солнце, ветер, воды рек и морей - и невосполнимые, связанные с использованием полезных ископаемых - нефти, угля, природного газа, торфа и горючих сланцев.

Источники энергии первой группы, за исключением гидроэнергии рек, до настоящего времени играют ничтожную роль в мировом энергетическом балансе, а основное количество энергии человечество получает, реализуя химическую энергию и частично ядерную энергию различных топлив.

В промышленности применяются разнообразные виды энергии: электрическая, тепловая, ядерная, химическая и энергия света.

Электрическая энергия в промышленности используется для преобразования в механическую энергию, для осуществления процессов обработки материалов, дробления, измельчения, перемешивания, центрифугирования, для нагревания, электрохимических реакций и электромагнитных процессов.

Электрическую энергию производят гидроэлектростанции, тепловые и атомные электростанции. В последние годы успешно ведутся работы по непосредственному преобразованию тепловой энергии в электрическую. Всестороннее развитие технической базы всех отраслей народного хозяйства требует дальнейшего развития электроэнергетики.

Тепловые электростанции играют доминирующую роль в электроэнергетическом балансе СНГ, на их долю приходится около 80% всей производимой электроэнергии. Проблема совершенствования тепловых электростанций, повышение коэффициента их полезного действия имеет большое народнохозяйственное значение.

В Белоруссии сосредоточено значительное количество гидроэнергетических ресурсов. Современный период развития гидроэнергетики характеризуется дальнейшим увеличением мощности строящихся ГЭС. Потенциальная энергия мировых запасов ядерного горючего превосходит в десятки раз потенциальную энергию разведанных запасов угля, нефти и природного газа вместе взятых. В целях экономии и правильного использования природного невозобновляемого энергетического сырья необходимо интенсивно развивать атомные электростанции (АЭС), обладающие высоким коэффициентом полезного действия. Тепловая энергия, получаемая при сжигании топлива, широко применяется для проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, выпарки, сушки, перегонки и т.д.), а также в качестве источника теплоты для проведения эндотермических реакций. В качестве теплоносителей могут быть использованы топочные газы, водяной пар, перегретая вода, используемые при проведении эндотермических химических процессов. Например, в производстве водорода из азотно-водородной смеси теплота, выделяющаяся при конверсии метана, используется для проведения реакции конверсии оксида углерода. В производстве аммиачной селитры выделяющаяся в результате экзотермической реакции теплота используется для выпаривания реакционной массы и ее кристаллизации.

Химическая энергия используется в гальванических элементах и аккумуляторах, где она преобразуется в электрическую. Эти источники энергии характеризуются высоким коэффициентом полезного действия.

Световая энергия используется в промышленности при создании фотоэлементов, фотоэлектрических датчиков, автоматов, а также для реализации большого числа фотохимических процессов в технологии синтеза хлористого водорода и т.д.

Эти процессы реализуются в системах управления и контроля технологических процессов. Источником световой энергии является Солнце, где происходят атомные реакции синтеза ядер водорода и углерода. Сначала использовалась лишь тепловая энергия солнечных лучей. В настоящее время широко известно применение солнечных батарей на космических кораблях, а, используя световую энергию в южных районах страны, можно добиться кипячения воды, нагревания жидкостей и даже плавки металлов.

Энергия рек занимает значительное место в производстве электроэнергии, особенно в странах, богатых гидроресурсами. Электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, составляет 99,7% в электроэнергетическом балансе Норвегии, во Франции и Италии - соответственно 50 и 58%.

Энергия морских приливов - разновидность энергии водного потока. Приливы - периодические колебания уровня моря, обусловленные силами притяжения Луны и Солнца в соединении с центробежными силами, развивающимися при вращении систем Земля - Луна и Земля - Солнце. Приливы обладают огромной энергией. Высота приливной волны достигает 10-20 м.

Мировой технический потенциал морских приливов составляет около 500 млн. тонн условного топлива в год.

Все аппараты для преобразования различных видов энергии в электрическую - электростанции - можно условно разделить на следующие виды.

Тепловые электростанции. К этому виду относятся угольные, газовые, атомные электростанции, электростанции, работающие на нефти и ее производных, некоторые виды солнечных.

Атомные электростанции. Атомные электростанции относятся к тепловым, так как в их устройстве имеются тепловыделители, теплоноситель и генератор электрического тока - турбина.

АЭС имеют ряд преимуществ перед другими видами электростанций. Основное преимущество - небольшое количество топлива по сравнению с ТЭС. В связи с этим эксплуатация АЭС обходится дешевле, чем эксплуатация электростанций на органическом топливе.

Второе преимущество АЭС перед ТЭС в большей экологической чистоте выбросов в атмосферу. ТЭС мощностью 1000 МВт ежегодно образует золоотвалы площадью 50 гектар при толщине слоя золы 2 м и значительное количество золы в виде твердых мелких частиц выбрасывает в атмосферу. Еще одна проблема, связанная с выбросом золы, - ее повышенная радиоактивность. Таким образом, при работе в штатном режиме радиационное загрязнение от АЭС очень незначительно. Дополнительные меры безопасности, разработанные и внедренные после чернобыльской катастрофы, резко снизили вероятность аварий с выбросом радиоактивности в окружающую среду.

ТЭС выбрасывает в атмосферу сернистый ангидрид, который в атмосфере доокисляется до серного ангидрида и, соединяясь с атмосферной влагой, выпадает в виде "кислотных дождей". Кислотные дожди губят зеленую растительность, вызывают коррозию металлоконструкций, закисление почв и снижение их урожайности.

3. Электроэнергетика и охрана окружающей среды

Основными направлениями экономического и социального развития Республики Беларусь определены важнейшие пути и средства решения проблемы охраны окружающей среды. Поставлена задача совершенствования технологических процессов с целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей, увеличения выпуска высокоэффективных газопылеулавливающих аппаратов, водоочистного оборудования, а также приборов и автоматических станций контроля состояния окружающей природной среды.

Электроэнергетика занимает особое место в решении этой проблемы, так как доля участия энергетических предприятий в загрязнении окружающей природной среды продуктами сгорания органического топлива, содержащего вредные примеси, а также отходами производства весьма значительна.

Оценка перспектив развития электроэнергетики показывает, что еще длительное время большая часть электростанций будет работать на органическом топливе. Тепловые электростанции в настоящее время используют около 37% всего котельно-печного топлива в СНГ (уголь, газ, мазут, торф, сланец), с продуктами сгорания которого в окружающую среду поступают часть золы, частицы несгораемого жидкого и твердого топлива, газообразные продукты неполного сгорания топлива, оксиды серы и азота, оксид углерода и др.

Использование ядерного горючего позволяет существенно уменьшить материальный обмен с окружающей средой при производстве электроэнергии и практически исключить химическое загрязнение атмосферы. топливо энергия промышленность ядерный

По сравнению с электростанциями, работающими на органическом топливе, более чистыми с экологической точки зрения являются установки, использующие гидроресурсы, солнечную энергию, глубинное тепло Земли, энергию ветра и приливов. Однако доля их в покрытии потребности в электроэнергии пока еще невелика. Наиболее значительными из них являются ГЭС, хотя и они оказывают определенное влияние на природные условия и экологическое равновесие в зонах затопления земельных угодий.

Решение проблемы охраны окружающей природной среды от вредного воздействия энергоустановок требует комплексного подхода в реализации ряда важнейших мероприятий народнохозяйственного и научно-технического характера.

Наиболее перспективными и радикальными мерами по предотвращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и природные водоемы являются меры по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, главными из которых являются:

изменение структуры производства электроэнергии за счет использования ядерного горючего, гидроресурсов, солнечной энергии, энергии ветра и морских приливов, глубинного тепла Земли;

освоение новых, более эффективных по использованию топлива технологических процессов (например, с парогазовыми установками и внутрициадовой газификацией топлива);

снижение удельного расхода топлива при производстве электроэнергии и тепла, сокращение потерь и удельных расходов энергии при использовании ее в народном хозяйстве; увеличение использования вторичных энергетических ресурсов и утилизация низкопотенциального тепла с помощью тепловых насосов; оптимизация структуры топливопотребления в энергетике за счет замены высокозольного и высокосернистого топлива на ТЭС, расположенных в крупных промышленных городах и районах; улучшение качественных характеристик топлив путем развития индустрии их переработки и обогащения.

Наиболее острой проблемой является сокращение выбросов в атмосферу оксидов серы, объем которых пропорционален объему сжигаемого топлива и зависит от его качественных характеристик. Основные меры по сокращению выбросов в атмосферу оксидов серы принимаются в двух основных направлениях - снижение сернистости потребляемого топлива и сооружение опытно-промышленных установок по извлечению сернистого ангидрида из дымовых газов на выходе из котлоагрегатов.

Сокращение выбросов оксидов азота в атмосферу также является актуальной задачей. Образование оксидов азота в топках котлоагрегатов происходит в основном в результате окисления азота воздуха при высоких температурах, а также в результате разложения и окисления азотсодержащих соединений, входящих в состав топлива. Основными путями снижения выбросов оксидов азота являются режимно-технологические и конструктивные мероприятия по подавлению образования этих оксидов в топках. В их числе двухступенчатое сжигание топлива, снижение избытка воздуха в топке и уровня нагрева воздуха, впрыск распыленной воды и пара в зону горения, использование специальных конструкций горелочных устройств. Такая организация топочного процесса приводит к снижению выбросов оксидов азота при сжигании газомазутного топлива в 2-4 раза, твердого топлива на 30-40%. Применение двухступенчатого метода сжигания сернистого мазута дает возможность одновременно с подавлением образования оксидов азота снизить коррозионную агрессивность газа более чем на 20%.

Энергетика является крупнейшим в народном хозяйстве потребителем воды для технологических нужд. Поставлена задача ликвидировать сброс в открытые водоемы стоков с содержанием загрязнений, превышающим установленное нормативами. Этого можно достигнуть двумя путями - глубокой очисткой всех стоков до предельно допустимых концентраций загрязнений или организацией систем повторного использования стоков.

Литература

Основная

1. Производственные технологии: учебник / В.В. Садовский [и др.]; под ред. В.В. Садовского. - Минск: БГЭУ, 2008. - 431 с.

2. Производственные технологии: учеб.-метод. комплекс для студ. спец. 1-25 01 07, 1-25 01 08, 1-25 01 04, 1-26 02 02 / сост. и общ. ред. А.С. Кириенко. - Новополоцк: ПГУ, 2005. - 352 с.

3. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: учеб. пособие: в 2 ч. / под ред. И.В. Ченцова. - Минск: Выш. шк., 1989. - 325 с.

4. Материаловедение и технология материалов: учеб. пособие / В.Т. Жадан [и др.]. - Москва: Металлургия, 1994. - 623 с.

Дополнительная

1. Геллер Ю.А. Материаловедение / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. - Москва: Металлургия, 1984. - 383 с.

2. Горюшкин В.И. Основы гибкого производства деталей машин и приборов / В.И. Горюшкин. - Минск: Наука и техника, 1984. - 15 с.

3. Жалнерович Е.А. Применение промышленных роботов / Е.А. Жалнерович, А.М. Титов, А.И. Федосов. - Минск: Беларусь, 1984. - 219 с.

4. Кипарисов С.С. Порошковая металлургия / С.С. Кипарисов, Г.А. Либенсон. - Москва: Металлургия, 1980. - 400 с.

5. Либенсон Г.А. Основы порошковой металлургии / Г.А. Либенсон. - Москва: Металлургия, 1975. - 198 с.

6. Степанов Ю.А. Технология литейного производства / Ю.А. Степанов, Г.Ф. Баландин, В.А. Рыбкин. - Москва: Машиностроение, 1984. - 285 с.

7. Технология важнейших отраслей промышленности / под общ. ред. И.В. Ченцова. - Минск: Выш. шк., 1977. - 373 с.

8. Технология важнейших отраслей промышленности / под ред. А.М. Гинберга, Б.А. Хохлова. - Москва: Высш. шк., 1985. - 495 с.

Размещено на Allbest.ru