Энергетическое топливо и подготовка его к сжиганию

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра «Электроэнергетика»

Контрольная - курсовая работа

по дисциплине:

общая энергетика

на тему:

Энергетическое топливо и подготовка его к сжиганию

Мороз Е.В.

Тула 2018 г.



Содержание

Введение

1. Энергетическое топливо и его классификация

1.1 Виды топлива и его состав

1.2 Химический состав топлива

1.3 Теплота сгорания топлива

2. Подготовка топлива к сжиганию в камерных топках

2.1 Общие сведения

2.1.1 Подготовка к сжиганию твердого топлива

2.1.2 Удаление из топлива посторонних включений

2.1.3 Удаление из топлива древесных включений

2.1.4 Грохоты

2.1.5 Дробление топлива

2.1.5.1 Валковые дробилки

2.1.5.2 Молотковые дробилки

2.2 Подготовка к сжиганию мазута и природного газа

2.2.1 Подготовка к сжиганию мазута

2.2.2 Подготовка к сжиганию газообразного топлива

Заключение

Библиографический список



Введение

По определению Д.И.Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».

В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии (например, ядерное топливо).

Топливо по происхождению делят на:

- природное топливо (уголь, торф, нефть, горючие сланцы, древесина и др.)

- искусственное топливо (моторное топливо, генераторный газ, кокс, брикеты и др.). сжигание камера топливо древесный

По своему агрегатному состоянию его делят на твёрдое, жидкое и газообразное топливо, а по своему назначению при использовании - на энергетическое, технологическое и бытовое. Наиболее высокие требования предъявляются к энергетическому топливу, а минимальные требования - к бытовому.

Твёрдое топливо - древесно-растительная масса, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь.

Жидкое топливо - продукты переработки нефти (мазут).

Газообразное топливо - природный газ; газ, образующийся при переработке нефти, а также биогаз.

Ядерное топливо - расщепляющиеся (радиоактивные) вещества (уран, плутоний).

Органическое топливо, т.е. уголь, нефть, природный газ, составляет подавляющую часть всего энергопотребления. Образование органического топлива является результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывающиеся во всех геологических формациях. Всё это топливо имеет углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода.

Таким образом, одним из основных направлений энергосберегающей политики является экономия наиболее ценного органического сырья -- нефти. Решение этой проблемы заключено во внедрении ресурсосберегающих технологий, использовании менее энергоемких машин, сокращении применения нефтепродуктов в качестве топлива с заменой их нефтяными (альтернативными) энергоносителями -- в первую очередь газом и углем. Первым направлением занимаются нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие отрасли промышленности, базирующиеся на научных разработках соответствующих разделов химмотологии. Перспективы здесь можно охарактеризовать тем, что повышение выхода топлив из нефти только на 1 % эквивалентно увеличению ее добычи до 7 млн. т в год.

Энергетика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем,

служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

· получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;

· передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;

· преобразование с помощью электростанцию первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;

· передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи

Когда в середине XVII столетия голландский естествоиспытатель Ван Гельмонт придумал понятие "газ", он и не подозревал, какие страсти будут бушевать вокруг этого короткого слова спустя 400 лет. Действительно, теперь о том, что это фазовое состояние вещества, при котором оно "занимает весь предоставленный ему объем" знают лишь школьники да специалисты. Для всего остального человечества газ - это, в первую очередь, свет, тепло, комэфорт и деньги, деньги, деньги… Конечно, речь в этом случае идет о "голубом топливе"- природном газе.

В ХХ в. энергетические потребности человечества увеличились в 20 раз. Ныне в промышленности развитых странах на одного жителя расходуется свыше 10 т условного топлива (т у. т.) в год (1 т у. т. эквивалента 1 т угля и дает при сжигании 29 308 МДж теплоты). В 1986 г. общее энергопотребление населения Земли превысило 13 млрд. т у. т. Ожидается, что к 2020 г. эта цифра возрастет до 30 … 38 млрд. Энергетические потребности государства обеспечивает его топливно-энергетический комплекс. При этом большое значение придается экономии органического топлива и в первую очередь нефти. Однако, запасы нефти ограничены, разработка и освоение новых месторождений требуют значительных капиталовложений (за последние 20 лет они возросли в 3 раза), все больших затрат трудовых и материальных ресурсов. Нефть во все больших количествах используется в химических производствах, где она является незаменимым сырьем в ряде приоритетных отраслей народного хозяйства.

Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.

В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в балансе мировой

энергетики составляет около 65 %, из которых 39 % приходится на уголь, 16 % на природный газ, 9 % на жидкое топливо. В данной курсовой работе рассмотрены именно эти виды топлива.

Роль топлива в народном хозяйстве велико и все время возрастает. Современные предприятия машиностроения являются крупнейшими потребителями энергии и энергоносителей, в частности такого вида энергии, как топливо. Топливо играет очень важную роль в жизни человека, так как топливо во многом удовлетворяет человеческие потребности. Например, газ. С помощью газа мы отапливаем дома, на газовой плите готовим еду. Многие автомобилисты переходят с бензина на газ, так как он дешевле. Твердые топлива, такие как уголь, древесина также служат для отопления домов, в основном деревенских, и бань.

Основным источником получения жидких топлив является нефть. Для более рационального использования нефть подвергают разгонке на отдельные составляющие (фракции). Для этого ее нагревают до различных температур, а получаемые при этом в определенных пределах температур пары подвергают охлаждению (конденсируют). Таким способом получают различные бензины, лигроин, керосин, соляровое масло и отходы - мазут, которые используют в промышленности.

При сжигании топлива образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева отдают теплоту воде и пару. После поверхностей нагрева продукты сгорания при относительно низкой температуре удаляются из котла через дымовую трубу в атмосферу. На электростанциях большой мощности дымовые трубы выполняют высотой 200-300 м и больше, что- бы уменьшить местные концентрации загрязняющих веществ в воздухе.

В результате горения твердого топлива остаются зола и шлак, которые также удаляются из агрегата. Полученный в котле перегретый пар поступает в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую валу турбины. С последним связан электрический генератор, превращающий механическую энергию в электрическую. Отработанный пар из турбины направляют в конденсатор, в котором он охлаждается водой какого-либо природного (река, озеро, пруд, море) или искусственного (градирня) источника и конденсируется.

На рисунке 1 показана котельная установка с барабанным паровым котлом при сжигании твердого топлива.

Котельная установка - совокупность парового котла и вспомогательного оборудования, обеспечивающего его работу. В ее состав кроме парового котла входят оборудование топливоприготовления, тягодутьевая установка и устройства золоулавливания газовоздушного тракта котла, питательные насосы и регулирующие устройства питательного тракта, электродвигатели и системы управления и защиты парового котла.

Топливо сжигается во взвешенном состоянии в большом объеме топочной камеры. Ее стены экранированы одним рядом плотно расположенных труб, внутри которых вверх в барабан поступают кипящая вода и насыщенный пар высокого давления.Далее насыщенный пар идет в пароперегреватель, состоящий из большого количества змеевиковых труб диаметром 32-42 мм, образующих два змеевиковых пакета, после чего - в главный паропровод и направляется в турбину.

Продукты сгорания на выходе из перегревателя при температуре около 700 °С омывают змеевиковые трубы поверхности экономайзера. Нагрев воздуха, поступающего в горелки топки, происходит в трубчатом воздухоподогревателе, где обеспечено перекрестное движение воздуха по отношению к газам. Он состоит из множества вертикальных труб диаметром 40 мм, внутри которых движутся горячие газы, а снаружи между трубами в поперечном направлении перемещается воздух.

Обмуровка стен топочной камеры и газоходов данного котла крепится к специальному каркасу котла, который принимает на себя также массу металла всех поверхностей нагрева, коллекторов и барабана.



1 - барабан; 2 - опускные трубы из барабана; 3 - экранные подъемы; 4 - экономайзер; 5 - пароперегреватель; 6 - воздухоподогреватель; 7 - горелочное устройство; 8 - пароохладитель; 9 - указатель уровня воды; 10 - манометр; 11 - предохранительный клапан; 12 - главная паровая задвижка; 13 - углеразмольная шаровая барабанная мельница; 14 - сепаратор пыли; 15 - пылевой циклон; 16 - транспортер сырого угля; 17 - бункер сырого угля; 18 - питатель сырого угля; 19 - клапан для пропуска угля и пыли; 20 - бункер пыли; 21 - регулятор подачи пыли; 22 - мельничный вентилятор; 23 - короб горячего воздуха; 24 - воздухозаборник; 25 - дутьевой вентилятор; 26 - скруберный золоуловитель: 27 - дымосос; 28 - дымовая труба; 29 - шлакоприемник; 30 - канал шлако- или золоуловителя; 31 - колонны каркаса котла; 32 - непрерывная продувка из барабана; 33 - продувка нижних коллекторов поверхностей нагрева; 34 - трубопровод питательной воды; 35 - питательный регулирующий клапан

Рисунок 1. Котельная установка с барабанным паровым котлом при сжигании твердого топлива

Целью данного реферата является разобрать сущность топлива, его разновидности, его применение.



1. Энергетическое топливо и его классификация

1.1 Виды топлива и его состав

Энергетическое топливо - горючие вещества, которые экономически целесообразно использовать для получения в промышленных целях больших количеств теплоты. Его основными видами являются органические топлива: угли, торф, горючие сланцы, древесина, продукты переработки нефти (мазута), природный газ.

Угли ископаемые - твердое горючее полезное ископаемое растительного происхождения. Характеристики и состав твердого топлива, в том числе и выход летучих веществ, спекаемость кокса, оказывают сильное влияние на процесс горения угля. С увеличением выхода летучих веществ и содержания в них более реакционноспособных газов воспламенение топлива становится легче, а кокс, благодаря большой пористости, получается более реакционноспособным. В соответствии с существующей классификацией (ГОСТ 25543) ископаемые угли подразделяются на три вида в зависимости от основных генетических признаков, в качестве которых рассматриваются: средний показатель отражения витринита, теплота сгорания влажной беззольной массы и выход летучих веществ на сухую беззольную массу.

В зависимости от технологических свойств бурые угли, каменные угли и антрациты объединяются в технологические марки, группы и подгруппы.

Бурые угли в зависимости от величины максимальной влагоемкости на беззольное топливо делятся на три группы.

К группе 1Б относятся бурые угли с максимальной влагоемкостью 50 % и более, к группе 2Б - угли с максимальной влагоемкостью 30-50 %, к группе 3Б - угли с максимальной влагоемкостью менее 30 %.

Бурые угли характеризуются высоким (более 40 %) выходом летучих веществ на сухую беззольную массу, не спекшимся коксовым остатком, пониженным содержанием углерода и повышенным содержанием кислорода. При сушке на воздухе теряют механическую прочность и растрескиваются, обладают повышенной склонностью к самовозгоранию.

Каменные угли и антрациты в зависимости от выхода летучих веществ и толщины пластического слоя делятся на технологические марки, а те, в свою очередь, - на группы.

По способу добычи торф разделяют на торф ручной резки, машиноформовочный, гидроторф и фрезерный. Первые два способа применяют для добычи небольших количеств кускового торфа, третий - для получения больших количеств кускового торфа машинами и четвертый - для получения мелких частиц размером 0,5-25 мм. Как и древесина, торф является возобновляющимся минеральным топливом: ежегодный при- рост увеличивает запасы 1 га залежи на 1-2 т сухого торфа. Торф используется в качестве топлива, удобрений, подстилочного и теплоизоляционного материала и т.д. Брикетирование натурального топлива позволяет получить

для бытовых нужд топливо с влажностью 12-15 %, теплотой сгорания около 18,8 МДж/кг (4500 ккал/кг) и механической прочностью на изгиб 30-35 кгс/.

В современной энергетике широкое применение находит только фрезерный торф, как наиболее дешевый. При фрезерном способе добычи торфа торфяную массу взрыхляют на не- большую глубину (5-35 мм). Получающаяся торфяная крошка подсушивается, после чего ее убирают в штабеля. Большие запасы торфа имеются в Беларуси, в Ленинградской, Тверской, Ивановской, Нижегородской и Кировской областях России, а также на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке. Для ряда районов европейской части СНГ использование фрезерного торфа экономичнее, чем дальнепривозного угля. Однако малая транспортабельность фрезерного торфа и ограниченная мощность отдельных месторождений затрудняют строительство современных мощных электростанций, работающих на торфе.

Сланцы - минеральные глинистые или мергелистые породы, пропитанные органическими веществами, содержащими клетчатку, воск, жирные кислоты и т.д. Куски сланцев обычно имеют серый цвет, легко делятся на слои. Зольность сланцев доходит до 50-60 %, влажность также повышенная - 15-20 %. Вследствие большого балласта их теплота сгорания низкая - 5,87-10 МДж/кг (1400-2400 ккал/кг) при высокой теплоте горючей массы = 27,2-33,5 МДж/кг (6500-8000 ккал/кг).

Топливо с высокими зольностью и влажностью из-за большого содержания внешнего балласта целесообразно использовать вблизи места его добычи для уменьшения непроизводительных транспортных расходов на перевозку большой массы золы и влаги. Основным районом добычи сланцев является северо-запад европейской части, однако роль сланцев как топлива значительна лишь в Эстонии. Добытый сланец идет на переработку для получения сланцевого масла, газа и другого химического сырья и применяется в качестве топлива на электрических станциях.

Древесина (дрова) - топливо, потребляемое только в мелких бытовых установках, в промышленных установках используются отходы производства и лесозаготовок (древесная щепа, опилки, обрезки, стружка, кора).

Мазут - остаточный продукт нефтепереработки; в соответствии с ГОСТ 10585 применяется в качестве жидкого котельного топлива, бывает двух марок: 40 и 100. Марка топлива определяется предельной величиной вязкости при 80 °С составляющей.

Газообразное топливо - смесь горючих и негорючих газов, содержащих некоторое количество примесей в виде водяного пара и пыли (механические примеси).

Различают следующие виды газообразного топлива: природный газ, попутные газы и промышленные газы (доменный, коксовый, синтез-газ).

1.2 Химический состав топлива

Органическое топливо состоит из горючих веществ, негорючих минеральных примесей и влаги.

Древесное топливо представляет собой в основном клетчатку (), образующую стенки клеток, и лигнин - межклеточное вещество со сложной молекулярной структурой (C = 54-58 %, H = 5,8-6,3 %, О = 35-39 %). Содержание в древесине клетчатки достигает 50-70 %, лигнина - 20-30 %, несколько процентов составляют воски, смолы, жирные кислоты.

Ископаемое твердое топливо характеризуется общностью происхождения горючей части и состоит в основном из растительной массы, но также содержит большее или меньшее количество белковых и жировых веществ животного происхождения.

Разнообразие видов твердых ископаемых топлив обусловлено различием состава исходной материнской массы и условий, при которых происходили процессы ее преобразования. Начальные стадии разложения в толще отмершей многоклеточной растительности, происходящие в заболоченных местах, где слой воды препятствует свободному доступу воздуха, называются оторфенением.

Дальнейшие процессы преобразования торфяной массы приводят к образованию бурых углей. Продуктами последующих процессов преобразования бурых углей являются каменные угли и антрацит.

Естественным жидким топливом является нефть - смесь жидких углеводородов различных молекулярных весов и групп. Кроме того, в ней содержится некоторое количество жидких кислородных, сернистых и азотистых соединений.

Природный газ чисто газовых месторождений состоит в основном из метана (95-98 %). В составе природных газов, сопутствующих нефтяным месторождениям (попутных газов), имеются относительно большие количества других углеводородов метанового ряда с общей формулой .

Химический состав газообразных топлив определяется сравнительно просто газовым анализом. Горючая часть жидких и особенно твердых топлив состоит из весьма сложных органических соединений, молекулярное строение и свойства которых изучены пока еще недостаточно. Элементарный химический состав топлив не может дать полного представления о свойствах топлива, так как он не отражает химической природы: входящих в него соединений. Однако он дает возможность производить ряд важных технических расчетов (например, подсчет количества необходимого воздуха для полного сгорания топлива, объемов продуктов сгорания и т.д.).

Условная горючая часть топлива содержит углерод, водород, кислород, азот и серу.

Основным элементом горючей части всех топлив является углерод. Углерод в топливе обусловливает выделение основного количества тепла.

Чем больше углерода в твердом топливе, тем труднее оно воспламеняется.

Содержание водорода в горючей массе твердых и жидких топлив колеблется от 2 до 10 %: больше его в мазуте и горючих сланцах, меньше всего в антраците. Особенно много водорода в природном газе. При сгорании водород выделяет на единицу массы примерно в 4,4 раза больше теплоты, чем углерод.

Кислород и азот являются органическим балластом в топливе и уменьшают содержание в нем горючих элементов - углерода и водорода. Кроме того, кислород, находясь в соединении с водородом или углеродом топлива, снижает количество теплоты, которое выделяется при сгорании топлива. Особенно велико содержание кислорода в древесине и торфе. По мере увеличения степени углефикации топлива количество кислорода уменьшается.

Азот при сжигании топлива в атмосфере воздуха не окисляется и переходит в продукты сгорания в свободном виде. В горючей массе различных твердых топлив и мазута он составляет 0,5-2,5 %.

Вредной примесью топлива является сера. Содержание серы в топливе вызывает сильную коррозию низкотемпературных поверхностей нагрева, так как продуктом ее окисления наряду с сернистым газом является и серный ангидрид , который сильно повышает температуру конденсации водяных паров продуктов сгорания топлива.

Наконец, присутствие сернистого газа в продуктах сгорания топлива, выбрасываемых в атмосферу через дымовую трубу, приводит к вредному загрязнению окружающего воздуха.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю для использования, называется рабочим.

В лабораторных условиях поступившее для анализа воздушно-сухое топливо называется аналитической пробой топлива. Воздушно-сухое топливо - твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью (т.е. при комнат- ной температуре и влажности воздуха).

От химического состава топлива зависят его свойства. Важнейшими техническими характеристиками топлива являются теплота сгорания, выход летучих веществ, свойства твердого горючего остатка, количество и состав минеральных примесей, влажность, сернистость.

1.3 Теплота сгорания топлива

Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания топлива называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 газообразного топлива.



а - калориметрическая установка: 1 - оболочка(кожух); 2 - привод к мешалке; 3 - мешалка; 4 - калориметрическая бомба; 5 - калориметрический сосуд; 6 - лупа; 7 - электрощиток с мотором-трансформатором, реостатом и выключателями; 8 - пресс для брикетирования топлива; 9 - брикет топлива; 10 - нить для запала; 11 - зажим верхний; 12 - зажим нижний; 13 - установка для зарядки бомбы кислородом; б - калориметрическая бомба: 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - тигель (чашечка); 4 - топливо; 5 - свинцовая прокладка; 6 - изоляционные прокладки; 7 - сальники; 8 - запорные вен- тили; 9 - канал для наполнения бомбы кислородом; 10 - канал для выпуска газов из бомбы; 11 - клеммы (электрические контакты); 12 - зарядная трубка; 13 - токоведущий штифт; 14 - кольцо; в - термометр переменного наполнения ртутью

Рисунок 2.Схема калориметрической установки, калориметрическая бомба и термометр

В эту теплоту сгорания входит теплота, выделяющаяся при конденсации водяных паров, которые содержатся в продуктах сгорания топлива.При температурах уходящих газов котельных агрегатов влага в продуктах сгорания находится в парообразном состоянии. Поэтому при тепловом расчете котельных агрегатов обычно пользуются низшей теплотой сгорания топлива, которая не учитывает скрытую теплоту парообразования водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания топлива. Горючие элементы топлива - углерод, водород и сера - находятся в составе горючей массы топлива в сложных соединениях, что не позволяет рассчитать теплоту сгорания топлива. Определение теплоты сгорания любого вида топлива осуществляют опытным путем с помощью калориметра рисунок 2.

Калориметр состоит из металлического сосуда, заполненного водой и сосуда-бомбы, внутри которых находится исследуемое топливо. Полость сосуда-бомбы заполняется кислородом под давлением 2-3 МПа (20-30 кгс/ ). Если сжечь топливо, воспламенив его электрическим током, то по повышению температуры воды в сосуде, измеряемой термометром, можно найти количество выделившейся теплоты, отданной продуктами сгорания.



2. Подготовка топлива к сжиганию в камерных топках

2.1 Общие сведения

2.1.1 Подготовка к сжиганию твердого топлива

Твердое топливо поступает на электростанцию в виде кусков различных размеров (от долей миллиметра до 100-200 мм и выше). В небольшом количестве в нем содержатся щепа и металлический лом. В процессе подготовки топливо превращается в сухой порошок (угольную пыль) с линейными размерами от долей микрона до долей миллиметра.

Процесс подготовки твердого топлива определяется целым рядом его свойств: влажностью, крупностью кусков угля и др. В большинстве сырое топливо обладает хорошей сыпучестью, т.е. угол естественного откоса менее 40-50°. Течки для подачи угля, выполненные под углом, превышающим угол естественного откоса, обеспечивают его хорошую транспортировку. Лишь некоторые сорта очень влажных топлив при определенной влажности теряют свойство сыпучести. Угол естественного откоса резко возрастает (вплоть до 90°) и топливо застревает в бункерах и течках. Наряду с этим некоторые сорта переувлажненного топлива приобретают тестообразную структуру, склонную к налипанию на ограждающие стенки и рабочие органы топливоподготовительных механизмов. Это снижает производительность и экономичность подготовки топлива. Явления замазывания и потери сыпучести устраняются при снижении влажности топлива. Некоторые сорта топлива обладают способностью примерзать к стенкам топливоподающих устройств и терять свою сыпучесть, что приводит к снижению производительности топливоподачи, а иногда и к полному нарушению ее работы.

Подсушка топлива до безопасной влажности является кардинальным способом устранения смерзания топлива и всех связанных с этим затруднений.

Выбор оборудования топливоподготовительных устройств и его эксплуатация зависят от фракционного состава, т.е. распределения кусков угля по размерам.

Подготовка твердого топлива обычно осуществляется в две стадии: 1) удаление металла, щепы и колчедана с предварительно грубым дроблением в дробильной установке; 2) подсушка и размол в системе приготовления пыли.

2.1.2 Удаление из топлива посторонних включений

При добыче и транспортировке твердого топлива в него случайно попадают различные металлические предметы (болты, гайки, куски проволоки и рессорных пружин, тормозные колодки, железнодорожные костыли и пр.). Если эти предметы поступят совместно с топливом в меха-

низмы топливоподачи, пылеприготовления, может произойти заклинивание или поломка оборудования и, как следствие, временное снижение нагрузки агрегата или даже полный аварийный сброс нагрузки и выход оборудования из строя на длительный срок.

Попадание металла приводит к поломке решеток молотковых дробилок, обрыву бил и поломке ими сепарационных вставок и броневых листов в молотковых мельницах, заклиниванию и повреждению питателей топлива и т.п.

Во избежание поломки оборудования в тракте топливоподачи необходимо выделять из топлива металлические включения с помощью специальных электромагнитных сепараторов двух типов: шкивных и подвесных.

Магнитные сепараторы устанавливают на первом ленточном конвейере с тем, чтобы защитить от металла дробилки, особенно молотковые, а иногда также и на ленточном питателе быстроходных мельниц.



.

1 - подвесной сепаратор; 2 - шкивный сепаратор; 3 - течка топлива; 4 - течка металла;5 - магнит; 6 - намагничивающая катушка; 7 - транспортер

Рисунок 3. Схема установки и работы шкивного и подвесного магнитных сепараторов

Электромагнитный шкивный сепаратор совмещается с передним (натяжным) барабаном ленточного конвейера или питателя. Поэтому его часто называют барабанным магнитным сепаратором. Устройство и схема действия представлены на рисунке 3.

Магнитную систему сепаратора устанавливают внутри полого вращающегося барабана из немагнитного металла так, чтобы магнитное поле возникало на той его части, которая соприкасается с лентой конвейера (а также несколько дальше по ходу вращения барабана). Двигаясь на ленте совместно с топливом, предмет из магнитного металла попадает в магнитное поле сепаратора и притягивается к барабану.

Огибая барабан, металлический предмет увлекается лентой дальше, в область, где магнитное поле сепаратора уже отсутствует. Там предмет отделяется от ленты и под действием силы тяжести падает в специальную течку для металла. Одновременно с этим топливо по инерции сбрасывается движущейся лентой конвейера вперед в свою течку. Таким путем достигается механизированное отделение металлических предметов от кусков топлива.

Электромагнитный подвесной сепаратор рисунок 4 представляет собой аппарат, состоящий из сердечников, выполненных в виде скобы с помещенными на них катушками и укрепленными снизу полюсными наконечниками.

1 - сердечник; 2 - полюсные наконечники; 3 - катушка; 4 - кольца

Рисунок 4. Электромагнитный сепаратор типа П (подвесной)

На сепараторе имеются кольца для подвешивания его над конвейером в вертикальном положении или под углом наклона ленты конвейера. Магнитные подвесные сепараторы улавливают преимущественно металлические предметы, движущиеся на ленте в верхней части топливного слоя. Поэтому более полное улавливание металла достигается при совместной установке как шкивного, так и подвесного магнитных сепараторов, над лентой по ее ширине размещают выравниватели слоя угля (грабли). Это необходимо, если в топливе содержится значительное количество крупных кусков, что вынуждает поддерживать на ленте конвейера толщину слоя более 150 мм.

Одновременное применение обоих типов сепараторов позволяет выделить до 60 % содержащегося в топливе магнитного металла. В целях более полного выделения металла из топлива, особенно при установке быстроходных и среднеходных мельниц, целесообразно устанавливать шкивный и магнитный сепараторы как до, так и после дробилок.

2.1.3 Удаление из топлива древесных включений

При шахтной добыче углей топливо засоряется обломками крепежного леса, обычно в виде мелких кусков досок и щепы. При их попадании в большом количестве в дробилки и мельницы затрудняется измельчение топлива, понижается производительность агрегатов и повышается удельный

расход электроэнергии на размол. Щепа часто бывает причиной забивания течек возврата, сепараторов, питателей пыли и пр. Во избежание этого щепу выделяют из угля до или после дробления, в пылеприго-товительной установке из готовой пыли, а иногда одновременно в 2-3 участках тракта подготовки топлива. Выделение щепы в тракте топливоподачи осуществляется с помощью различных механизмов.

1 - щелевая решетка; 2 - барабан с лопастями; 3 - барабан транспортера

Рисунок 5. Щепоуловитель



При механизированном отборе щепы на сходе угля с ленточного конвейера топливоподачи устанавливают последовательно один или два наклонных трясуна с щелевыми отверстиями или вращающийся барабан с лопастями (гребенками), располагая его параллельно оси приводного барабана транспортера. Перед барабаном устанавливают щелевую решетку. Гребенка посредством цепной передачи связана с валом приводного барабана. При включении транспортера гребенка вращается, прочесывая поток угля, захватывает щепу и сбрасывает ее в специальную течку - щепоуловитель рисунок 5. Коэффициент улавливания щепы барабанными щепоуловителями достигает 80-90 %.

2.1.4 Грохоты

Грохоты устанавливают перед дробилкой с целью предварительного выделения из топлива уже содержащихся в нем мелочи и кусочков нужного размера. Применение предвключенных грохотов позволяет не перегружать дробилку уже готовыми мелкими фракциями топлива и пропускать через нее только крупные куски топлива с целью их измельчения до заданной величины. Предварительный отсев мелочи снижает расход электроэнергии на дробление, позволяет устанавливать дробилки меньшей производительности и повышает надежность работы установки из-за уменьшения опасности замазывания дробилок мелкими, наиболее влажными и мажущими частицами топлива.

Помимо механической очистки эффективным средством ликвидации замазывания грохотов является нагрев их поверхностей. Для этого грохоты выполняют из труб с веерообразным расположением, внутри которых проходит пар, нагревающий их до 115-130 °С.

Недостаток качающегося грохота - значительная неуравновешенность движущихся масс, вызывающая вибрацию опорной конструкции самого грохота и здания.



2.1.5 Дробление топлива

До поступления топлива в мельницы оно подвергается в тракте топливоподачи предварительному дроблению, так как мельницы любого типа не приспособлены к измельчению крупных кусков топлива. В дробильных установках оно измельчается до размеров кусков не более 15 мм, а при высокой влажности топлива - не более 25 мм.

При поступлении на электростанции топлива с размерами кусков (плит) до 800-100 мм и более применяют последовательное дробление топлива за два раза, т.е. сначала в первой ступени дробилок, доводящих максимальный конечный размер кусков до 200-250 мм, а затем в дробилках второй ступени, измельчающих крупные куски до требуемого размера (15- 25 мм). Такая схема измельчения называется двухступенчатым дроблением топлива.

При работе на мелком топливе, например на АШ, торфе, продуктах мелкого обогащения каменных углей, шлама и отсевах, предусматривается возможность подачи топлива помимо дробилок или дробилки вообще не устанавливаются.

Дробилка измельчает топливо до определенного фракционного состава. Для дробления топлива в энергетике наибольшее распространение получили валковые и молотковые дробилки. Перед дробилкой всегда должен устанавливаться питатель, дозирующий подачу топлива в нее. В тракте топливоподачи такую роль выполняют ленточные конвейеры. Дробление топлива обычно производится централизованно в специальном помещении, расположенном в тракте топливоподачи.

2.1.5.1 Валковые дробилки

Валковые дробилки применяют при слоевом сжигании, так как в этом случае нежелательно иметь большое количество мелочи, получающейся при дроблении топлива в молотковых дробилках. При пылевидном сжигании валковые, а за послед нее время и дискозубчатые, дробилки высокой производительности используются в основном в схемах двухступенчатого дробления в качестве первой ступени для дробления очень крупных угольных плит. В остальных случаях преимущественно применяются молотковые дробилки.

Топливо на электростанциях может дробиться в одну стадию, если размеры кусков не превышают 25 мм (исключается стадия грубого дробления). Дробилки грубого дробления устанавливают в начале тракта топливоподачи в приемно-разгрузочном устройстве, а дробилки мелкого дробления - перед подачей топлива в главный корпус электростанции.

Для грубого дробления топлива используют дискозубчатые и валковые зубчатые дробилки, а для тонкого дробления - молотковые.

2.1.5.2 Молотковые дробилки

Мелкое дробление твердого топлива осуществляется в молотковых дробилках рисунок 6, выполняемых, как правило, с одним ротором, представляющим собой вал с насаженными на него дисками. На некотором расстоянии от центра дисков равномерно по окружности располагается несколько осей, на которые между дисками свободно подвешены молотки (била) - основные рабочие элементы дробилки. В верхней части корпус облицован отбойными плитами, в нижней - металлическими плитами с отверстиями (решетками). Уголь, поступающий в дробилку через верхнее отверстие, дробится билами и отбрасывается на отбойную плиту, ударяясь о которую, дополнительно измельчается. Окончательное измельчение угля происходит на решетке, размеры щели которой определяют крупность дробления.



1 - корпус; 2 - вал; 3 - била; 4 - диски; 5 - отбойные плиты; 6 - решетка

Рисунок 6. Молотковая дробилка

Производительность молотковой дробилки, удельный расход электроэнергии и тонкость дробления зависят от физических свойств и состава поступающего топлива, т.е. от влажности угля, количества примесей глины в нем, начальной крупности топлива и т.д. Для каждой данной конструкции дробилки эти характеристики зависят от размеров щелей и отверстий в решетках, зазоров между молотками и решетками, числа оборотов ротора, количества установленных молотков и т.п. Максимальный размер кусков, поступающих в дробилки, зависит от типа дробилки. Удельный расход энергии составляет не более 2,3 кВт·ч/т. Потребляемая мощность находится в пределах 0,6-1,5 кВт·ч/т при кратности дробления 6-12 и зависит от сорта угля.

Расход изношенного металла составляет 10-20 г/т топлива. Длительность работы бил зависит от их материала и абразивных свойств топлива. При увеличении зазора между билами и решеткой до 20-30 мм била заменяют. Нормальное расстояние от решетки до бил составляет около 5-10 мм. Чем меньше этот зазор, тем тоньше дробление.



2.2 Подготовка к сжиганию мазута и природного газа

2.2.1 Подготовка к сжиганию мазута

Для перекачки мазута, заполнения и слива его из емкостей температура мазута должна быть не ниже 60-70 °С, что соответствует вязкости не выше 30 °ВУ.

Технологический тракт подготовки мазута на электростанции рисунок 7 включает приемно-сливное устройство (сливные эстакады с желобами, приемные резервуары с погруженными перекачивающими насосами), основные резервуары для хранения постоянного запаса мазута, мазутонасосную систему трубопроводов для мазута и пара, группу подогревателей мазута и фильтров. Подготовка мазута перед сжиганием заключается в удалении механических примесей, повышении давления мазута и его подогреве, необходимых для снижения потерь энергии на транспорт мазута к котлам электростанции и его тонкого распыления в форсунках горелочных устройств. Температура мазута в баках поддерживается на уровне 60- 80 °С в любое время года за счет циркуляционного подогрева путем возврата в бак части (до 50 %) разогретого во внешних подогревателях мазута.

Типовой является двухступенчатая схема подачи топлива, разработанная институтом «Теплоэлектропроект». По этой схеме подача топлива в устройства для подготовки к сжиганию (подогрев, перемешивание мазута в резервуарах, фильтрация от внешних загрязнений) осуществляется при низком давлении мазута (около 1 МПа), а насосы второго подъема перекачивают в главное здание мазут при высоком давлении (3,5-4,5 МПа).

При высокой скорости мазута в распыливающих форсунках может иметь место сильный абразивный износ металла мазутных каналов форсунки и быстрый выход ее из строя. Кроме того, при размере каналов менее 3 мм не

исключено их забивание крупными твердыми частицами или сгустками асфальто смолистых веществ. Очистка мазута от твердых фракций про- исходит вначале в фильтрах грубой очистки с размером ячеек сетки 1,51,5, а затем в фильтрах тонкой очистки с ячейка- ми 0,3-0,5 мм, установленных перед насосами второй ступени на подогретом мазуте.

Для предотвращения застывания мазута все мазутопроводы тщательно изолируются. Паровые линии укладываются рядом с мазутными с целью обогрева

1 - цистерна с мазутом; 2 - сливное устройство; 3 - фильтр грубой очистки; 4 - сливной резервуар с подогревом; 5 - перекачивающий насос; 6 - основной резервуар; 7, 8 - линии рециркуляции мазута; 9 - насос первого подъема; 10 - обратный клапан; 11 - подогреватель мазута; 12 - фильтр тонкой очистки; 13 - насос второго подъема; 14 - запорная задвижка; 15 - регулятор расхода; 16 - расходомер; 17 - задвижка; 18 - форсунка

Рисунок 7. Технологическая схема подготовки мазута на электростанции

последних. Крайние участки мазутных линий соединяют обратными линиями с баками; это исключает застой мазута и, следовательно, его остывание.

Подогрев мазута проводится для снижения вязкости, что облегчает его фильтрацию, транспортировку и распыливание. Мазуты, сжигаемые в котлах, большей частью очень вязки и застывают при сравнительно высокой температуре (20-40 °С). Обычно мазут подогревается до 70-90 °С в зависимости от его сорта. Сильно парафинистые мазуты особенно вязки, поэтому они подогреваются до более высокой температуры (иногда до 105-130 °С). Подогрев мазута осуществляется в поверхностных теплообменниках паром низкого давления (0,59-1,18 МПа).

2.2.2 Подготовка к сжиганию газообразного топлива

В энергетических котельных агрегатах сжигаются естественные и искусственные горючие газы. Горючие газы токсичны и взрывоопасны. Поэтому при конструировании и эксплуатации оборудования, использующего газ, принимаются соответствующие меры безопасности.

Подготовка газообразного топлива к сжиганию заключается в его подводе к топке и дросселировании до рабочего давления. Давление подаваемого газа не является постоянным и изменяется в зависимости от величины потребления. Для облегчения регулирования расхода газа, подаваемого к отдельным котлам, с помощью регуляторов поддерживают постоянное давление газа в магистрали котельной. Наибольшее избыточное давление в магистрали котельной по правилам техники безопасности ограничивается величиной в 0,29МПа. Схема газоснабжения электростанции приведена на рисунок 8. Газ поступает на электростанцию от магистрального газопровода или газораспределительной станции (ГРС) с давлением 0,7-1,3 МПа. Электростанции не располагают газохранилищами. Для снижения давления поступающего газа до необходимого уровня у горелок (0,13-0,2 МПа) предусматривается его дросселирование в газорегуляторном пункте (ГРП), который из-за повышенной взрывоопасности и резкого шума при дросселировании газа размещают в отдельном помещении на территории ТЭС.

В каждом ГРП выполняется несколько (чаще три) ниток газопровода с установкой регуляторов давления, одна из которых является резервной. Кроме того, помимо регуляторов предусматривается байпасная линия. Для очистки газа от механических примесей перед регулирующими клапанами, которые поддерживают необходимое давление «после себя», имеются фильтры. Для защиты от аварийного повышения давления газа установлены предохранительные клапаны.

1 - задвижка с ручным управлением; 2 - задвижка с электроприводом; 3 - регулятор давления газа; 4 - предохранительный клапан; 5 - регулятор расхода газа; 6 - отсекающий быстродействующий клапан; 7 - манометр; 8 - расходомер; 9 - задатчики регуляторов давления; 10 - фильтр; 11 - продувочная свеча; 12 - подвод газа к запальнику горелок; 13 - дренаж; 14 - отбор газа на анализ

Рисунок 8. Схема газоснабжения электростанции

Количество газа, прошедшего газорегуляторный пункт, регистрируется расходомерами. Основными устройствами к каждому паровому котлу на газопроводе являются автоматический регулятор расхода газа (АРР) и отсекающий быстродействующий клапан (БК). АРР обеспечивает необходимую тепловую мощность котла в любой момент времени. Импульсный отсекающий БК отключает подачу газа в топку парового котла в случае аварийной ситуации, когда поступление газа может создать опасность взрыва (обрыв факела, падение давления воздуха у горелок, останов электродвигателей дымососа или дутьевого вентилятора и т.п.).

Для исключения взрывоопасных ситуаций в нерабочий период газовые линии продувают воздухом через специальные отводы (свечи) в атмосферу, выведенные за пределы здания в места, недоступные для людей. Через свечи вытесняют также газовоздушную смесь из газопроводов перед растопкой котла. Окончание продувки линии газом определяют по содержанию в пробе кислорода не выше 1 %.

Газопроводы на территории станции прокладываются как под землей, так и на поверхности. Подземные газопроводы укладываются в удалении от производственных помещений, а также каналов теплосети, кабельных и других каналов с тем, чтобы исключить просачивание газа в подвалы и туннели при нарушении плотности газопровода. При размещении газопроводов на поверхности эти ограничения снимаются и стоимость газопроводов уменьшается. Эксплуатация газового оборудования на электростанции ведется в соответствии с правилами безопасности в газовом хозяйстве Госгортехнадзора.



Заключение

История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Уже в древнем мире люди использовали тепловую энергию для обогрева жилища, приготовления еды, изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов и т.д. С древнейших времен известны уголь и нефть - вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Сейчас формулировка "топливо" включает все вещества, которые дают при сжигании большое количество теплоты, широко распространены в природе и (или) добываются промышленным способом. К топливу относятся нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, древесина и растительные отходы (солома, лузга и т.п.), торф, горючие сланцы, а в настоящее время и вещества, используемые в ядерных реакторах на АЭС и ракетных двигателях. Таким образом, классификацию топлива можно провести, например по его агрегатному состоянию: твердое (уголь, торф, древесина, сланцы), жидкое (нефть и нефтепродукты) и газообразное (природный газ). Также можно разделить виды топлива и по его происхождению: растительное, минеральное и продукты промышленной переработки. Свойства топлива зависят главным образом от его химического состава. Основным элементом любого топлива природного происхождения является углерод (его содержание составляет от 30 до 85 % массы). В состав топлива также входят H, O, N, S, зола, вода. Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющейся при его полном сгорании. Так, при сжигании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 МДж, каменного угля - 22 МДж, бензина - 44 МДж. Эта величина прямо зависит от содержания в топливе углерода и водорода и обратно - от содержания кислорода и азота. Другая важнейшая характеристика топлива - его жаропроизводительность, оцениваемая значением максимальной температуры, какую теоретически можно получить при полном сгорании топлива в воздухе. При сгорании дров, например, максимальная температура не превышает 1600 , каменного угля - 2050 , бензина - 2100 . Доля топлива в общей структуре энергоресурсов, потребляемых человечеством, преобладает примерно с начала нашей эры. До 1970-х гг. на первом месте был уголь, сейчас это положение заняла нефть. По-видимому, в обозримом будущем ведущая роль останется за природным топливом.

Для сопоставления запасов различных видов топлива и уровня его использования применяют так называемое условное топливо, удельная теплота сгорания которого равна 7000 ккал/кг (29,3 МДж/кг). По существу все добываемое топливо сжигается, лишь около 10 % нефти и газа перерабатываются химической промышленностью. Наибольшее количество топлива расходуется на тепловых электростанциях (ТЭС), в различного рода тепловых двигателях, на технологические нужды (Например, при выплавке

металла, для нагрева заготовок в кузнечных и прокатных цехах), а также на отопление жилых, общественных и производственных помещений. Основной недостаток природного топлива - его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы были образованы десятки и сотни миллионов лет назад. В то же время добыча топлива непрерывно увеличивается, что в будущем может привести к серьезному глобальному энергетическому кризису. С 1970-х гг. в мире произошел переход к другим принципам потребления ресурсов вообще и топлива в частности. Человечество должно переориентироваться на другие энергоресурсы, прежде всего на огромные гидроресурсы Земли. Все процессы добычи, переработки и транспортировки топлива охватывает топливная промышленность, которая является составной частью топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Все отрасли ТЭК взаимосвязаны. Чтобы учитывать пропорции в добыче различных видов топлива, его распределении и использовании в стране, применяют топливные балансы - таблицы, выражающие соотношения добычи различных видов топлива и их использованием в хозяйстве. Топливные балансы составляются, как правило, на основе единицы условного топлива. В топливном балансе СССР до 1990 г. лидировала нефть, с 1990 г. на первое место вышел газ. Эта ситуация сохраняется до сих пор, а газ является основным экспортным продуктом России. Топливная промышленность нашей страны имеет редкую возможность опираться исключительно на собственные запасы.



Библиографический список

1. Быстрицкий Г.Ф. Общая энергетики. - М.: КНОРУС, 2016. - 296 с.

2. Жихар Г. И. Котельные установки тепловых электростанций.- Минск: Вышэйшая школа, 2015. - 523 с.

3. Белосельский Б. С., Соляков В. К. Энергетическое топливо. - М. :Энергия, 1980. - 168 с.

4. Кричко А. А., Лебедев В. В., Фарберов И. Л. Не топливное использование углей. М.: Недра, 1978. 215 с

5. Климов С.Л. Угольная промышленность и энергетическая безопасность стран мира. 2002.672 с

6. Горное дело. Энциклопедический справочник. Т. 2. М.: Госгортехиздат, 1960. 519 с.

7. Касаткин Д. Ф., Калинин А. А., Митусова Т. Н. и др. Химия и технология топлив и масел, 1983. № 2.

8. Ион Д.С. Мировые энергетические ресурсы: Пер. с англ./Под ред. А.С. Астахова. М.: Недра, 1984. 365 с.

9. Равич М.Б.Эффективность использования топлива. М.: Наука,1977.344 с.

10.Картер К.Я. Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1979. №9

11. Моделевский М.С., Гуревич Г.С., Хартуков Е. М. Прогнозирование геолого-экономического качества ресурсов нефти и газа. М.: Наука,1985.

12. Зеленин Н.И., Озеров И. М. Справочник по горючим сланцам. Л.: Недра, 1983. 248 с.

13. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Издательство МЭИ, 1999.

14. Тухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки. М.: Издательство МЭИ, 2002.

15. Хоффман Е. Энерготехнологическое использование угля. М.: Энергоатомиздат, 1983. 328 с.

16. Щегляев А.В. Паровые турбины. М.: Энергия, 1967.368 с.

17. Кошелев А.А. Перспективы использования возобновляемых природных ресурсов в энергетике России //Перспективы энергетики. Московский Международный Энергетический Клуб. 2002. Т.6.№2.

18. Веников В.А., Путятин Е.В. Введение в специальность. М.: Высшая школа. 1980.

19. Бурман А.П. Современная электроэнергетика. М.: Издательство МЭИ, 2003. -454 с.

20. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат. 1990.

Размещено на Allbest.ru

...