Горючие сланцы и возобновляемые твердые топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горючие сланцы и возобновляемые твердые топлива

План

1. Горючие сланцы

2. Торф

3. Древесина и отходы сельскохозяйственного производства

Литература

1. Горючие сланцы

Горючие сланцы представляют собой твердую и плотную горную породу (смесь глины или мергеля с органическими веществам») слоистого строения.

Горючие сланцы по составу органической массы близки к сапропелитовым углям. Они образовались при разложении без доступа воздуха морских микроскопических растительных и животных организмов (планктона). Эти организмы, отмирая, скапливались на дне водоемов и смешивались с различными минеральными примесями: панцирями, песком, ракушечником, глиной и прочими. Горючие сланцы - имеют очень ценную органическую массу, богатую водородом (до 10--11%), углерода в сланцах содержится 68--74%. иногда значительное количество серы (до 7,0%). Большое количество золы (от 25--30 до 70%) и влаги (11--20%) очень сильно снижает тепловую ценность сланцев. Горючие сланцы имеют содержание горючих летучих веществ до 80 %, поэтому загораются они очень быстро, горят длинным коптящим пламенем и совершенно не спекаются. Зольность их колеблется от 40 до 61 %, а влажность от 11 до 23 %,, что влияет на снижение их теплоты сгорания. Теплота сгорания рабочего топлива горючих сланцев колеблется от 1610 до 2330ккал и зависит от количества балласта.

Горючие сланцы сжигаются в чистом виде и в смеси с углем.

При разложении сланцев без доступа воздуха при температурах около 550° в больших количествах образуется нефтеподобная смола, которую перерабатывают для получения жидкого моторного топлива, а выделяющийся газ сжигают как коммунальное и бытовое топливо.

Из-за высокого содержания балласта перевозить сланцы на большие расстояния невыгодно, их используют как местное топливо, а также как сырье для получения сланцевой смолы и газа.

На территории постсоветского пространства известно более 30 месторождений горючих сланцев. Наиболее богаты ими Ленинградская область, Эстония, многие районы Приволжья, особенно Саратовская и Куйбышевская области. Крупные месторождения известны в Западной Сибири, на Дальнем Востоке, в Средней Азии и других районах.

2. Торф

Торф образуется в болотах (торфяниках) вследствие длительных процессов разложения трав, мхов и деревьев без доступа воздуха и при большой влажности. Качество торфа, как топлива, с возрастом его образования улучшается. Состав горючих веществ торфа зависит от тех растений, которые пошли на его образование, и степени их разложения.

Если торфяник образовался при разложении растительности, богатой минеральными солями (осоки, тростники, камыши), то торф называется низинным; а если при разложении растительности, бедной минеральными солями, например белого мха (сфагнум) и зеленого (гипнум), то торф называется верховым. Если в образовании торфяника участвовали те и другие виды растений, то торф называется переходным.

Низинный торф отличается повышенной зольностью, от 6--8 и до 15--30%. В верховом торфе зольность очень небольшая: от 1 до 4--5%, а в переходном обычно не бывает выше 9--12%.

Количество воды в неосушенном болоте доходит до 90--95%, а в осушенном --до 80--82%. В сыром состоянии торф -- обратимый коллоид (обратимые коллоиды, высыхая, теряют воду, а, намокая, поглощают ее вновь). При высушивании торфа до влажности 35--34% он из обратимого коллоида переходит в необратимый. Для такого торфа не страшна влага атмосферных осадков (дождь, снег), так как он уже не поглощает воду, а только намокает с поверхности.

Торф, хорошо высушенный, не боится морозов. Недосушенный и замороженный торф трудно поддается досушиванию и впоследствии очень легко и быстро увлажняется. Влага удаляется из торфа естественной сушкой. В сухом торфе влага составляет от 15 до 35 %.

Поэтому важно, чтобы в производственных условиях находился торф с рабочей влажностью не более 30--32%.

Сухое вещество торфа -- сложная смесь различных органических соединений (гуминовых кислот, битумов, клетчатки, лигнина, дубильных веществ, Сахаров и др.) и минеральных примесей. В зависимости от степени разложения торфа в нем могут находиться неизмененные растительные остатки.

Элементарный состав горючей (безводной и беззольной) массы торфа следующий: С = 58 - 60, Н = 5,8 - 6,0%, S = 0,l - 0,2%, O + N около 34%. Высшая теплота сгорания горючей массы торфа зависит от степени его разложения; для торфов с высокой степенью разложения Q_выс ^гор_c =25 000 кдж/кг. Полезная теплота сгорания рабочей массы торфа в очень большой степени зависит от количества балласта и особенно от содержания влаги, в среднем можно принять, что Q^низ _раб =14 000 - 15000 кдж/кг.

Торф имеет высокий выход летучих веществ (до 70 %). Зольность его колеблется от 5 до 35 % в зависимости от степени и характера засорения болот. Зола обычно средней плавкости. Температура плавления золы 1200…1400°. Торф в пять--шесть раз легче угля, загорается легко, горит длинным коптящим пламенем, дает сильное искрение и совершенно не спекается.

Повышенное содержание балласта в торфе не только уменьшает его тепловую ценность, но и значительно снижает температуру горения, т. е. понижает жаропро-изводительную способность. При горении абсолютно сухого торфа с небольшим содержанием золы температура доходит до 2200°, если влажность этого торфа около 30%, то температура не превышает 1400--1500°.

В зависимости от способа добычи торф различают:

· кусковой или резной ручной добычи, при котором торфяные кирпичики нарезаются лопатой из предварительно осушенного торфяного массива;

· кусковой машинно-формовочный, при котором торфяная масса подается из разрабатываемого карьера элеваторами или элеваторами-багерами непосредственно с места добычи на торфяной пресс, где перемешивается и формуется в виде ленты, разрезается на кирпичики, которые затем подвергаются сушке;

· кусковой гидравлический, получаемый путем размыва торфяного слоя сильной струей воды при помощи специальных насосов с последующим всасыванием торфяной массы торфососами и подачи ее на поля сушки, после этого торфяная масса формуется в виде кирпичей;

· фрезерный, добываемый особыми фрезерными плугами, разрыхляющими торфяной слой. Полученная торфяная крошка подсушивается на месте естественным путем, после чего транспортируется в места потребления. Размер крошки торфа зависит от характера торфяного болота, типа машин и способа получения торфа. В зимнее время во фрезерном торфе появляются смерзшиеся куски, количество которых зависит от влажности торфа и иногда превышает 40 %.

В зависимости от способов добычи торф получают в виде торфяных кирпичей (машинно-формовочный, гидроторф) или в виде крошки (фрезерный). Для использования удобнее кусковой торф. Хороший кусковой торф должен быть более однородным по составу и иметь высокую степень разложения. Куски должны быть прочными, иметь большую плотность и содержать меньшее количество балласта (воды, золы).

Теплота сгорания кускового торфа составляет в среднем 2730 ккал/кг, фрезерного -- 2450 ккал/кг.

Однако даже хороший машинно-формовочный торф имеет сравнительно небольшую прочность, поэтому перевозить его на большие расстояния нецелесообразно. Обычно торф используют как местное топливо. В сельскохозяйственном производстве торфяное топливо используется очень широко, во многих районах страны -- для обеспечения коммунально-бытовых и производственных нужд.

В отличие от нефти и ископаемых углей торф относится к возобновляемому виду топлива. Россия занимает первое место в мире по запасам торфа, более 60% мировых запасов находится в России. Богатейшие месторождения торфа имеются в Западно-Сибирской низменности, в Белоруссии, на Урале, на Севере, в Московской, Ленинградской, Ивановской и многих других областях и районах.

В сельском хозяйстве торф используется не только как топливо, но и как удобрение, строительный, подстилочный и упаковочный материал.

3. Древесина и отходы сельскохозяйственного производства

Древесина, так же, как и торф, относится к возобновляемому виду топлива. Ежегодный прирост древесины составляет более 1% от общих запасов, а общий расход древесины как деловой, так и дровяной у нас меньше, поэтому наблюдается увеличение запасов.

В состав органической массы древесины входит до 60% целлюлозы (С₆Н₁₀0₅), до 30% лигнина (С₁₉Н₂₄О₁₀), около 7--8% других сопутствующих углеводородов и небольшое количество белковых и красящих веществ. Минеральных веществ в древесине немного, менее 1 %, а в коре и листьях -- несколько процентов.

Дрова по назначению различают: для отопления, для сухой перегонки и для углежжения.

Дрова для отопления разделяются по древесным породам на группы:

· первая группа -- дуб, вяз, бук, граб, клен, ясень, ильм, береза, лиственница;

· вторая группа -- ольха и сосна;

· третья группа -- ель, осина, тополь, липа, пихта, ива, кедр.

Основной балласт древесины -- влага; влажность свежесрубленных деревьев составляет 50--60%.

При укладке дров на складах, в вагоны и суда с относительной влажностью более 20 % и абсолютной более 25 % делается надбавка на усушку и упадку по 3 см на каждый метр высоты поленницы.

Относительной влажностью дров называется процентное содержание влаги, определяемое как разность между весом влажной древесины и постоянным весом, после ее высушивания при температуре 100…105 °С, отнесенной к весу ее до высушивания.

Абсолютной влажностью дров называется количество влаги в дровах (в процентах), определяемое как разность между весом влажной древесины и постоянным ее весом, после высушивания, отнесенной к весу древесины, высушенной до постоянного веса.

По влажности дрова разделяются:

· на воздушно-сухие с относительной влажностью до 20 %, т. е. дрова, пролежавшие в поленницах на сухом месте не менее одного года со времени их заготовки;

· на полусухие с относительной влажностью от 21 до 33 %, т. е. дрова, пролежавшие в поленницах на сухом месте после их заготовки не менее шести месяцев, в том числе двух летних месяцев;

· на сырые с относительной влажностью более 33 %, т. е. дрова, пролежавшие в поленницах на сухом месте менее шести месяцев со времени их заготовки.

При естественной сушке на воздухе разделанные и уложенные в поленницы дрова в течение полутора-двух лет теряют до 16--20% влаги, такие дрова называются воздушносухими. Освобожденные от коры дрова высыхают значительно быстрее. По влажности древесину обычно делят на три группы: сырые -- с влажностью более 35%, полусухие -- от 25 до 35% и сухие -- менее 25%.

Время года рубки деревьев оказывает значительное влияние на понижение содержания в них влаги. В деревьях зимней рубки влаги меньше, чем в деревьях летней рубки, так как летом содержится в них больше соков. Лучшим временем года для заготовки дров следует считать позднюю осень и первую половину зимы (до конца января).

Содержание влаги изменяется в зависимости от длительности сушки, примерно, следующим образом (в процентах):

Таблица 1

Из данных приведенной выше таблицы видно, что сушка дров заканчивается обычно через 1,5 года.

Скорость сушки дров на воздухе в значительной степени зависит от разделки поленьев. Дрова перед укладкой в поленницы для ускорения сушки, сохранения качества и удобства при использовании разделывают на требуемые размеры (обычно по длине 0,75--1 м и толщине до 14 см).

Элементарный состав горючей массы различных древесных пород довольно близок: С^г у хвойных пород около 50--51%, у лиственных 49 - 50%; Н^г =6,0 - 6,3%; N^r около 1%;'а остальное -- кислород. В среднем для хвойных и лиственных пород можно принять: С^г=50%, Н^г=6,2%,

O^r + N^r = 43,8 %. Теплота сгорания горючей массы древесины различных пород также очень близка: без большой погрешности Q^раб _низ можно принять 19 000 кдж/кг (4550 ккал/кг). В связи с тем что сжигаются не только сухие, но даже и сырые дрова, полезная рабочая теплота сгорания значительно ниже: Q^раб _низ для сухих дров (W^p=25%) равна 13 000 кдж/кг, а для сырых (W^p = 45 %) -- 8750 кдж/кг.

Несмотря на то что теплота сгорания различных пород древесины имеет близкие значения, в обиходе отдается предпочтение твердым породам (дуб, береза и др.), так как здесь отпускной единицей измерения является м³, а не тонна (масса 1 m^z твердых пород значительно больше, чем мягких). Истинная плотность древесины, исключая пустоты и поры, для различных пород одинакова и равна 1,5 кг/ж³, но кажущаяся плотность древесины вместе со всеми пустотами, заполненными воздухом, различна и находится в прямой связи с твердостью: чем больше твердость породы, тем выше ее кажущаяся плотность. Значения плотности некоторых пород древесины приведены в таблице 2

Удельную теплоту сгорания древесины определяют умножением теплоты сгорания на плотность; для дуба она равна 19 000-0,64=12 160 кдж, а для ели -- только 19 000-0,36 = 6840 кдж, т. е. почти в два раза меньше.

Таблица 2 - Плотность различных пород древесины

Все породы древесины в зависимости от их плотности (твердости) по теплоте сгорания делят на 4 группы:

первая -- дуб, граб, ясень, бук, клен;

вторая -- береза, лиственница;

третья -- ольха, сосна, кедр, пихта;

четвертая -- ива, осина, тополь, липа.

Если принять теплоту сгорания 1 м³ дров второй группы за единицу, то теплота сгорания для остальных групп при всех прочих равных условиях равна:

первой -- 1,2;

третьей -- 0,8;

четвертой -- 0,7.

Как видно из вышеприведенных данных, древесина имеет сравнительно небольшую теплоту сгорания и перевозить ее на большие расстояния невыгодно, поэтому древесину в лесных районах используют как местное топливо. Ряд преимуществ древесины: легкая воспламеняемость, малая зольность, отсутствие сернистых соединений -- делает это топливо удобным при использовании, особенно как бытовое.

Близки по составу и находят применение также и отходы лесного производства: пни, сучья, ветви, корье, а также остатки лесопильных заводов (опилки, щепа и др.).

К древесному топливу также относят и отходы сельскохозяйственного производства: солому, жмыхи, костру, лузгу и др., так как они по составу органической массы ближе всего к древесине. Их в основном используют как бытовое топливо в безлесных районах.

Примерный состав и тепловая ценность некоторых отходов сельскохозяйственных производств приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Состав и тепловая ценность некоторых отходов сельскохозяйственных производств

Во всех отходах сельского хозяйства содержится очень мало серы и азота -- несколько десятых процента (в таблице дано суммарное содержание серы, азота и кислорода).

В связи с тем что отходы имеют большой удельный объем, их применение и транспортировка создают дополнительные трудности, поэтому удобнее превращать эти топлива в брикеты.

В общем топливном балансе страны на долю древесного топлива приходятся отдельные проценты, причем из года в год его потребление снижается. Но если для обеспечения производственных нужд роль древесного топлива резко снизилась, то как бытовое топливо во многих сельскохозяйственных районах, оно еще долгое время будет иметь большое значение.

Литература

1. Цыганков С.Г. "Химмотология" Учебное пособие, КазАТК 2012, 138 с

2. Энергетическое топливо СССР (ископаемые угли горючие сланцы, торф, мазут и горючий природный газ) Справочник. М. «Энергоатомиздат» 1991 г.

3. Белосельский Б.С., Соляков В.К. Энергетическое топливо М. «Энергия» 1980 г. 170 с

Размещено на Allbest.ru