Виды топлива

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.

 

 

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

Сера - содержится в твердом топливе в виде органических соединений SО и колчедана Sk – их объединяют в летучую серу Sл. 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.