Тема 2. Организационная структура топливно-энергетического комплекса Украины.

Вопросы темы:

1. Топливо, его виды; физически и химические особенности

различных видов топлива.

2. Классификация различных видов топлива.

3. Организационная структура ТЭК Украины.

4. Перспективы развития ТЭК.

 

Топливом называются горючие вещества, сжигаемые с целью получения теплоты. Горючие вещества, используемые в качестве топлива, должны удовлетворять ряду требований: они должны быть в больших запасах, иметь относительно небольшую стоимость, содержать как можно меньше негорючих составляющих (особенно золы и воды), легко загораться, при горении не должны выделять вредных продуктов.

По своему агрегатному состоянию топливо разделяется на твердое, жидкое и газообразное. В зависимости т способа получения топливо бывает естественное и искусственное. К естественному твердому топливу относятся дрова, торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы; к жидкому – сырая нефть; к газообразному – природный газ.

К искусственному твердому топливу относятся древесный уголь, кокс, полукокс, торфяные и каменноугольные брикеты. Искусственным жидким топливом являются продукты переработки нефти – мазут, керосин, бензин, соляровое масло и т.д. К искусственному газообразному топливу относятся генераторный коксовый и доменный газы.

Все виды топлива – как естественные, так и искусственные – являются продуктами органического происхождения. Наряду с ними большое значение приобретает ядерное горючее. Выделяемое при распаде ядер изотопов урана (U²³⁵, Pu²³⁹ и U²³⁹) количество тепловой энергии неизмеримо превышает получающуюся энергию при горении обычного топлива. Однако по ряду технических и экономических причин основным источником тепловой энергии в настоящее время остается топливо органического происхождения.

Наиболее распространенным является твердое топливо – каменные и бурые угли. На тепловых станциях, в производственно-отопительных котельных в качестве топлива также используют природный газ и мазут. Кроме того, их применяют для растопки котлов, работающих на пылевидном топливе, и в качестве резерва.

Состав топлива. Топливо в том виде, в каком оно подается для сжигания в котельную, называется рабочим. В его состав входят углерод С, водород Н, кислород О, сера S, азот N, зола А и влага W. Содержание этих элементов в топливе легко определяется химическим анализом в лаборатории. Рабочий состав топлива по массе выражается равенством:

 

C^r_t + H^r_t + O^r + N^r + S^r_t + A^r + W^r_t = 100 %.

 

Горючими элементами в твердом топливе являются углерод, водород и летучая сера. Летучая (горючая) сера составляет лишь часть серы, находящейся в топливе, а полное ее количество складывается из летучей (горючей) серы и сульфатной:

 

 

Сульфатная сера в горении не участвует, так она окислена и входит в состав золы топлива в виде минеральных соединений с железом и кальцием. Летучая (горючая) сера , которая является горючим веществом, состоит из органической серы , входящей в состав основного ядра топлива (его материнского вещества), и колчеданной серы , находящейся в соединении с железом (FeS₂ – серный колчедан):

 

 

Несмотря на то, что сера является горючим элементом топлива и при горении выделяет некоторое количество теплоты, присутствие ее весьма нежелательно, так как в результате ее горения образуется сернистый газ, который, соединяясь с водяными парами дымовых газов, образует серную кислоту, вызывающую коррозию поверхностей нагрева котла. Кроме того, сернистый газ, попадая с дымовыми газами в атмосферу, загрязняет окружающую среду.

Углерод и водород представляют собой самую ценную часть топлива, так как при их сгорании выделяется значительное количество теплоты.

Влага и зола являются нежелательными составляющими топлива и выражают так называемый внешний его балласт. Содержание влаги в некоторых видах топлива (например, дровах и торфе) нередко достигает 50 – 60 % и более.

Зола (смесь различных негорючих минеральных веществ) содержит соли щелочных и щелочноземельных металлов, окислы кремния, железа, алюминия, сульфатную серу и др. Состав золы и зольность топлива в целом влияют на процесс горения. Легкоплавкая зола вызывает зашлаковывание горящего слоя топлива, а также налипание размягченной или расплавленной летучей золы на поверхностях нагрева котлов (экранных и кипятильных трубах), что существенно ухудшает теплообмен. Кроме того, при высоких температурах расплавленная зола может вступить в химическое взаимодействие с обмуровкой, что вызывает ее быстрый износ.

Наибольшую зольность имеют сланцы, а наименьшую – дрова и древесные отходы. В бурых и каменных углях золы содержится 5 – 25 %. Газообразное и жидкое топливо содержит незначительное количество золы.

Кислород и азот, входящие в состав топлива, не участвуют в процессе горения и составляют внутренний балласт топлива. Азот является инертным газом; при горении топлива он выделяется в свободном состоянии и удаляется с продуктами горения. Содержание азота в твердом топливе невелико (1 – 2 %). Значительно больше в топливе содержится кислорода (до 40 %).

Количество топлива, необходимого для нужд теплоснабжения зависит от теплоты сгорания топлива. Теплота сгорания топлива характеризует количество теплоты, в Джоулях, которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газа при нормальных условиях (давление 1013,3 Ппа, t= 0 ⁰С) выражается МДж/кг. Различают низшую Q_Н^Р и высшую Q_В^Р теплоту сгорания топлива. Q_Н^Р меньше Q_В^Р на количество теплоты, которая затрачивается на испарение воды, содержащейся в топливе. Условным считается топливо, низшая теплота сгорания которого равна 29,3 МДж/кг для твердого и жидкого топлива.

 

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое топливо?

2. Как классифицируется топливо по агрегатному состоянию.

3. Охарактеризуйте жидкое топливо.

4. Охарактеризуйте газообразное топливо.

5. Охарактеризуйте твердое топливо.

6. Назовите состав топлива.

7. Раскройте понятие топливно-энергетического комплекса Украины. Какая его структура?

 

Список литературы:

1. И.И. Павлов, М.Н. Федоров «Котельные установки и тепловые сети», стр. 20 – 28.