Määrused Venemaa Föderatsiooni Tööstus- ja Energeetikaministeeriumis soojuselektrijaamades ja katlamajades kütusevarude loomise standardite kinnitamiseks. Puitküttega soojuselektrijaamad Regulatiivne heakskiit
Maagaas elektrijaamade kütusena on saadaval peaaegu kõigis Venemaa linnade tööstuspiirkondades. 2010. aastal oli gaasistamise tase Venemaal keskmiselt 62%. Linnades on gaasistamise tase aasta võrra tõusnud viimased aastad 6%, kuni 67%. Maapiirkondades on gaasistamise tase tõusnud 8% ja on praegu 44%.
Maagaasil töötavate soojuselektrijaamade ehitamine nõuab suhteliselt väikeseid investeeringuid – võrreldes muud tüüpi kütusel, nagu kivisüsi, uraan ja vesinik, töötavate elektrijaamadega.
Kaasaegse gaasielektrijaama elektriline kasutegur ulatub 55-60%-ni, kivisöel töötavatel elektrijaamadel aga vaid 32-34%. Samal ajal moodustavad kapitalikulud 1 MW / h gaasi koostootmisjaama installeeritud võimsuse kohta vaid 50% kivisöest, 20% tuumajaamast ja 15% tuuleelektrijaamast.
Gaas on majanduslikult tõhusam kui muud kütused ja alternatiivsed energiaallikad.
Gaasil töötava elektrijaama ehitamine võtab aega vaid 14-18 kuud. Kaasaegse kivisöeelektrijaama ehitamine võtab aega 54–58 kuud. Tuumaelektrijaama (TEJ) ehitamiseks kulub vähemalt 56–60 kuud.
Gaas on oma raha lugevatele elektritootjatele ja tarbijatele soodsaim ja majanduslikult tasuvaim lahendus.
Alternatiivsed energiaallikad või gaasiküttel töötavad elektrijaamad – kes võidab lähitulevikus?
Tõenäoliselt asendavad alternatiivsed energiaallikad kunagi fossiilkütuseid, kuid seda ei juhtu niipea. Näiteks selleks, et tuuleenergia moodustaks 10% maailma energiatarbimisest, on vaja 1 miljonit kuni 1,5 miljonit tuulikut. Nende tuuleturbiinide lihtsalt paigutamiseks on vaja 550 000 ruutmeetrit pinda. km. See võrdub Hantõ-Mansiiski autonoomse ringkonna või Euroopa suurima riigi Prantsusmaa pindalaga.
Probleem ei ole ainult piirkonnas: alternatiivsed allikad ei ole ärilisest seisukohast parim lahendus. Alternatiivsed energiaallikad on endiselt majanduslikult vastuvõetamatud. Kõige ökonoomsemalt tõhus vaade kütus on täna gaas. Gaas võimaldab saada alternatiivenergiaga võrreldes odavamat elektrit.
Gaas ja ökoloogia
Gaas on oluliselt puhtam kütus kui ükski teine süsivesinike energiakandja. Gaasi põletamisel eraldub vähem süsihappegaasi võrreldes teiste traditsiooniliste allikatega, nagu kivisüsi. Sellest tulenevalt on sellel palju väiksem negatiivne mõju keskkonnale. Kaasaegses gaasielektrijaamas ei ole praktiliselt mingeid kahjulikke heitmeid atmosfääri ja selles mõttes on selle heitmed sarnased tavaliste gaasipliitide omadega. Paljude inimeste väärarusaam on väidetavalt absoluutselt puhaste alternatiivsete energiaallikate kohta. Tuule-, maasoojus- ja hüdroelektrijaamad põhjustavad keskkonnale ka omapoolset kahju ja mõnikord märkimisväärset kahju.
Koostootmisjaamade puhul aitab söelt gaasile üleminek kaasa atmosfääri süsinikdioksiidi heitkoguste järsule vähenemisele. Gaasil on kõrgem kütteväärtus kui kivisöel. Võrdse koguse energia saamiseks peate lihtsalt rohkem sütt põletama. Gaasiküttel töötavad elektrijaamad on efektiivsuse poolest tõhusamad: sama palju põlemisel eralduva soojuse juures annab gaasiküttel töötav koostootmisjaam rohkem elektrit.
Selle tulemusena vähendab söevõimsuste asendamine gaasiküttel töötavate koostootmisjaamadega CO 2 heitkoguseid 50–70%.
Gaas on keskkonnasõbralik kütus.
Gaasivarud – kas neist jätkub meie lastele ja lastelastele?
Tihti võib lugeda, et gaasivarud on ammendunud, kuid see pole nii. Gaasi jätkub mitte ainult meie sajandiks. Gaas ei lõpe ei meie laste ega nende lastelaste eluajal. Rahvusvahelise energiaagentuuri hinnangul jätkub praeguse gaasitootmise tempo juures selle kütuse juba avastatud varudest 130 aastaks tootmiseks. Jutt käib gaasivarudest, mille ammutamine on olemasoleva tehnoloogiataseme juures võimalik ja kulutõhus. Gaasivarude maht on hinnanguliselt 400 triljonit. kuupmeetrit.
Ebakonventsionaalse gaasi (nagu tihegaas, kildagaas ja söekihiga metaan) taaskasutatavad varud ulatuvad vähemalt 380 triljoni kuupmeetrini. kuupmeetrit. Tehnoloogia arenedes muutub kaevandamine üha reaalsemaks. Seega jätkub juba avastatud gaasivarusid umbes 250 aastaks. Samal ajal täiustatakse pidevalt uurimismeetodeid, mis võimaldab varusid suurendada. Tänapäeval on Ameerika Ühendriikidel, maailma suurimal energiatarbijal, ebatavalised gaasivarud 100 aastaks. Suuruselt teisel tarbijal Hiinal on sarnased gaasivarud.
Gaas on lahendus energiapuuduse probleemile 21. sajandil.
Tarbijatele elektri- ja soojusenergiat tootvate soojuselektrijaamade omanike või muude seaduslike omanike, nende ametnike poolt kütusevaru normide, soojuselektrijaamade kütusevarude loomise ja kasutamise korra rikkumine -
toob ametnikele kaasa haldustrahvi summas kolmkümmend tuhat kuni viiskümmend tuhat rubla või kvalifikatsiooni äravõtmise ajavahemikuks kaheksateist kuud kuni kolm aastat; juriidilistel isikutel - haldusõiguserikkumise subjekti maksumuse ulatuses haldusõiguserikkumise lõpetamise või tõrjumise ajal.
Märge. Haldusõiguserikkumise subjekti maksumus käesoleva artikli tähenduses tähendab kütusekulu, mille varudest ei piisa soojuselektrijaama kütusevarustusnormi täitmiseks. Sel juhul määratakse näidatud kütusekulu kindlaks sellise kütuse hinna alusel, mida võtab arvesse föderaalne täitevorgan, subjekti täitevorgan. Venemaa Föderatsioon hindade (tariifide) riikliku reguleerimise valdkonnas elektrienergia (võimsuse) ja (või) soojusenergia hindade (tariifide) kehtestamisel.
Kui näidatud hinnad (tariifid) ei allu valitsuse regulatsioonile, määratakse kütuse hind selle kütuseliigi turuhinna alusel, mis määratakse kindlaks vastavalt ametlikele turuhindade teabeallikatele ja (või) börsinoteeringutele.
Teave soojuselektrijaama tehnoloogilise tsükli esimese osa kohta on süstematiseeritud ja kokku võetud: erinevad tüübid kütus põletamiseks, põlemisprotsessi korraldamine, ülekuumendatud auru tootmine katlamajades mitmesugused kujundused... Sisse lülitatud aurukatelde töö omadused erinevad tüübid orgaaniline kütus. Arvestades keskkonnaprobleemide kasvavat tähtsust, räägivad autorid oma uuringute tulemusi ning kodu- ja välismaiste energeetikainseneride saavutusi üksikasjalikult atmosfääri toksiliste ja kasvuhoonegaaside eest kaitsmiseks mõeldud seadmete meetoditest ja konstruktsioonidest. samuti suitsukatla gaasidega atmosfääri paisatud tuhaosakesed. Käsiraamat on mõeldud tehnikaülikoolide energeetika erialade üliõpilastele, inseneriettevõtete ja soojuselektrijaamade inseneri- ja tehnilisele personalile ning soojusinseneride täiendõppe kursuste üliõpilastele.
* * *
Antud sissejuhatav fragment raamatust Soojuselektrijaamade katlad ja atmosfäärikaitse (V.R.Kotler, 2008) pakub meie raamatupartner – firma Liters.
2. peatükk. Orgaaniline kütus ja selle kasutamise omadused soojuselektrijaamades
2.1. Fossiilkütuste koostis ja peamised omadused
Soojuselektrijaamades kasutatav esmane energiaallikas on orgaanilise päritoluga fossiilkütused. Kütuse moodustavad põlevad ained on süsinik C, vesinik H ja väävel S (erandiks on väike osa kütuse mineraalmassis sisalduvast väävlist - sulfaatväävel). Kütuse koostises on lisaks põlevatele ainetele hapnik O (toetab põlemist, kuid ei eralda soojust) ja lämmastik N (inertgaas, mis ei osale põlemisreaktsioonides). Hapnikku ja lämmastikku nimetatakse mõnikord sisemiseks kütuseballastiks, erinevalt välisest ballastist, mis sisaldab tuhka ja niiskust.
Tuhk (tähistatakse tähega "A") on kütuse mineraalne osa, sealhulgas räni, raua, alumiiniumi oksiidid, samuti leelis- ja leelismuldmetallide soolad.
Kütuse niiskus (W) jaguneb väliseks ja hügroskoopseks. Tahkekütuse pikaajalisel ladustamisel kuivas kohas kaotab see välise niiskuse ja muutub "õhkkuivaks".
Seega, kui teatud kogus kütust võtta 100%, võime kirjutada:
C r + H r + O r + N r + S l r + A r + W r = 100%. (2.1)
Indeks "r" tähendab selles võrrandis, et me räägime elektrijaamas vastuvõetud kütuse töömassist (välismaal öeldakse tavaliselt mitte "töötab", vaid "nagu vastu võetakse", see tähendab "saadud" kütust).
Kui töökompositsioonist kogu niiskus välja jätta, võite saada:
C d + H d + O d + N d + S l d + A d = 100%. (2.2)
Alamindeks "d" selles võrrandis tähistab "kuiv", see tähendab "kuival baasil".
C daf + H daf + N daf + O daf + S l daf = 100%. (2.3)
Daf-indeks selles võrrandis tähistab kuiva tuhavaba, mis tähendab kuiva ja tuhavaba.
Väävel, mille tähis on ülaltoodud võrrandites "l", ei hõlma esiteks väävlit, mis on osa tuhast, ja teiseks koosneb see kahest osast: orgaanilisest väävlist ja püriitväävlist (Fe 2 S), mis on esineb mõnes kivisöe kaubamärgis märgatavates kogustes.
Seetõttu võime arvestada ka kütuse orgaanilise massiga, mis ei sisalda püriitväävlit:
C o + H o + O o + N o + S o = 100%. (2.4)
Kütuse koostise, lenduvate ainete eraldumise väärtuse ja põlemissoojuse ümberarvutamiseks ühest kütusemassist teise on vaja kasutada tabelis toodud teisendustegureid. 2.1.
Kõrge karbonaadisisaldusega põlevkivi kasutamisel tekivad teatud iseärasused kütuse omaduste muundamisel. Kui tavaliste kütuste puhul on põlevmassi vahe 100 - W r - A r, siis kui karbonaadisisaldus on üle 2%, tuleb põlevmass arvutada erineva valemi järgi:
100 − W r −A recr r - (СО 2) K,
kus A isp on tuhasisaldus, võtmata arvesse karbonaatide lagunemisel tekkinud sulfaate, mida on korrigeeritud püriidi väävli põlemisel, see tähendab
A recr r = A r – (1 − W r / 100),
kus S, S st ja S to - vastavalt väävlisisaldus laboratoorses tuhas, sulfaatväävel kütuses ja püriitväävel.
Kütuse põlevad elemendid, nagu juba märgitud, on süsinik, vesinik ja väävel. Täielikul põlemisel teoreetiliselt vajaliku koguse oksüdeerijaga eraldavad need komponendid erineval hulgal soojust:
C + O 2 = CO 2 - 8130 kcal / kg (34,04 MJ / kg);
2H 2 + O 2 = 2H 2 O - 29 100 kcal / kg (121,8 MJ / kg);
S + O 2 = SO 2 - 2600 kcal / kg (10,88 MJ / kg).
Tuleb meeles pidada, et süsinik moodustab suure osa kütuse töömassist: tahkes kütuses on selle osakaal 50–75% (olenevalt söe vanusest) ja kütteõlides 83–85%. . Kütuses on vähem vesinikku, kuid sellel on väga kõrge kütteväärtus. Kui selle põlemissaadused kondenseeruvad (see tähendab, et võtta arvesse mitte madalaimat, vaid kõrgeimat põlemissoojust), ei ole eralduv soojus isegi 121,8, vaid 144,4 MJ / kg.
Väävlit eristab madal põlemissoojus ja selle kogus on reeglina väike. Järelikult ei ole väävel põleva elemendina olulise väärtusega, kuid SO 2 esinemisega seotud probleemid põlemisproduktides on väga olulised.
Tabel 2.1 Kütuseomaduste teisendustegurid
Kõik eelnev kehtib peamiselt tahkete ja vedelate kütuste kohta. Gaas seevastu on mitme komponendi mehaaniline segu. Enamiku maardlate maagaasis on põhikomponendiks metaan - CH 4, mille kogus jääb vahemikku 85–96%. Maagaas sisaldab lisaks metaanile tavaliselt raskemaid süsivesinikke: etaan C 2 H 6, propaan C 3 H 8, butaan C 4 H 10 jne. Mõnest väljast pärinev gaas sisaldab lisaks süsivesinikele ka muid põlevaid komponente: vesinik H 2 ja süsinikmonooksiid CO. Gaasi mittesüttivad komponendid on lämmastik N 2 ja süsinikdioksiid CO 2.
Igat tüüpi fossiilkütuste peamine omadus on selle põlemissoojus, see tähendab massiühiku (tahke ja vedelkütuse puhul) või mahuühiku (gaasi puhul) täielikul põlemisel eralduv soojushulk. Enamasti kasutatakse arvutustes madalam kütteväärtus(Q i r) - soojushulk, mis tekib 1 kg kivisöe või kütteõli põletamisel ja gaaskütuse põletamisel - 1 m 3 seda gaasi. Eeldatakse, et põlemissaadused jäid gaasilisse olekusse. Mõnikord kasutavad nad teistsugust termotehnilist omadust - kõrgem kütteväärtus(Q s r), kuid samas on tekstis vaja selgitada, et jutt käib Q s r-st (või HHV-st - kõrgem kütteväärtus, erinevalt LHV-st - madalam kütteväärtus - puhas kütteväärtus). Kõrgeim põlemissoojus on alati kõrgem kui madalaim, kuna see võtab arvesse veeauru kondenseerumisel ja kõigi põlemisproduktide algtemperatuurini jahutamisel eralduva täiendava soojushulga.
Madalaima kütteväärtuse teisendamine kõrgeimaks (ja vastupidi) viiakse läbi vastavalt järgmisele seosele:
Q i r = Q s r - 6 (W r + 9Н r), kcal / kg (2,5)
Q i r = Q s r - 25,12 (W r + 9 H r), kJ / kg. (2,5 a)
Mugavam on tahkete, vedelate ja gaaskütuste puhul eraldi vaadelda kütuste muid omadusi, mis erinevad nende agregatsiooniseisundi poolest.
2.2. Tahke kütus
Tahkekütuste hulka kuuluvad eelkõige erinevad kivisöed (antratsiit, bituumen- ja pruunsüsi), samuti turvas, põlevkivi ja teatud liiki jäätmed (nii tööstus- kui ka olmejäätmed). Sama kütuseliigi alla kuulub üks taastuvatest energiaallikatest – biokütus ehk puit, metsaraie, puidutöötlemise, tselluloosi ja paberi ning põllumajandustootmise jäätmed.
Soojuselektrijaamades on valdavaks kütuseliigiks mitmesugused kivisüsi. Venemaal on söe jaotus pruuniks (noorim), bituumeniks ja antratsiidiks (maksimaalse söestumise astmega vanad söed) kindlalt välja kujunenud.
Pruunsöed jaotatakse maksimaalse niiskusmahu järgi (tuhavaba massi W af max alusel) 3 rühma: 1B (W af max> 50%), 2B (30 ≤ W af max ≤ 50) ja ZB (W af max< 30 %). Бурые угли отличают высокий выход летучих (V daf >40%), paagutamata koksi jääk ja kõrge hügroskoopsus. Nendes söes on vähem (võrreldes bituumensöega) süsinikku ja rohkem hapnikku. Õhus kuivatamisel kaotavad pruunsöed oma mehaanilise tugevuse ja pragunevad. Nende puuduseks on suurenenud kalduvus isesüttimisele laos ladustamise ajal.
Bituumensöe klassifitseerimise aluseks on lenduvate ainete põlevmassi eraldumise väärtus, st V daf,%. Kui jätta kõrvale peamiselt metallurgilises tootmises kasutatavad koksisöed, siis saab kõik termilised söed järjestada V daf redutseerimise astme järgi: D - pika leegi; DG - pika leegiga gaas; G - gaas (rühmad 1G ja 2G); kergelt paagutatud (rühmad 1CC, 2СС ja ЗСС); kõhn (rühmad 1T ja 2T). 1. rühma lahja kivisöe V daf on üle 12% ja 2T - 8 kuni 12%. Selle rea sulgevad antratsiidid (rühmad 1A, 2A ja 3A). Kõigil neil on lenduvate ainete saagis põlevmassil alla 8%, kuid rühmad 1–3 erinevad lenduvate ainete erineva mahulise saagise poolest.
Ülaltoodud klassifikatsioonis ei võeta arvesse bituumensütt, mis on söemaardlate tekke käigus läbinud loodusliku oksüdatsiooni. Oksüdeerunud kivisöed eristavad väiksema põlemissoojuse poolest kuiva ja tuhavaba massi kohta (Q s daf), samuti paagutamisvõime vähenemist. Eristage I oksüdatsioonirühma (Q s daf vähenemine 10%) ja II rühma (Q s daf vähenemine 25%). Näiteks Tallinna maardla (Kuzbass) pika leegi söel on kõrgem kütteväärtus Q s daf = 31,82 MJ / kg. Oksüdeeritud kivisüsi samast DROK-I maardlast (pika leegi, toores, oksüdeeritud I rühm) - kuni 27,42 MJ / kg ja veelgi rohkem oksüdeeritud - DROK-II - ainult 25,04 MJ / kg.
Teine oluline bituumensöe omadus on tükkide suurus. Selle indikaatoriga elektrijaama tarnitud kivisüsi jaguneb järgmistesse klassidesse:
plaat (P - 100 kuni 200 või 300 mm);
suur (K - 50-100 mm);
pähkel (O - 25-50 mm);
väike (М - 13-25 mm);
seeme (C - 6-13 mm);
tihvt (L - 0-6 mm);
privaatne (P - 0-200 või 300 mm).
Ülempiir 300 mm kehtib ainult avakaevandustele ehk avakaevandustele.
Mõnikord edasi soojuselektrijaamad kivisüsi ei tule otse kaevandusettevõttest, vaid pärast kontsentreerivaid tehaseid. Söe rikastamisel märg- ja kuivmeetodil eristatakse järgmisi rikastustooteid: tuhavaene kontsentraat, suure tuhasisaldusega vahesegu, peente sortide sõelumine, muda, aga ka kivimid ja aheraine, mis ladestatakse prügilasse. Seda arvesse võttes on võimalik TEJ-sse tarnitud kivisöe märgistamisel esitada mõned kütuseomadused, mis on väga olulised nii TEJ-sisese kütusevarustuse usaldusväärsuse kui ka katlatsehhi põletamise seisukohalt. Näiteks GSSH on gaassüsi suurustega "seeme" ja "shtyb" ning GROKII on samuti gaassüsi, kuid "tavaline", 2. oksüdatsioonirühmast.
Põlemisprotsessi korraldamisel mängivad olulist rolli mineraalosa omadused. Tavapäraselt võib kivisöe mineraalse osa jagada kolme rühma:
- mineraalid, mis on sattunud kütusekihti geoloogiliste muutuste tulemusena selle moodustumise protsessis;
- kütusekihiga külgnevate kivimite mineraalid, mis sisestatakse kütusesse selle kaevandamise käigus;
- mineraalid, mis on seotud kütuse orgaanilise osaga või tekivad selle lagunemisel söe tekke käigus.
Viimast mineraalide rühma nimetatakse sisemiseks tuhaks; see jaotub ühtlaselt kütuse orgaanilisele massile. Esimene mineraalide rühm võib olenevalt nende jaotumisest kütuses olla nii sisemise kui ka välise tuha allikaks. Teine mineraalide rühm kuulub välistuha hulka.
Veel üks oluline detail: kivisöe täielikul põlemisel saadava tuha kogus ei ole võrdne kivisöes sisalduvate mineraalsete lisandite kogusega. Fakt on see, et mineraalosa koostis sisaldab savimineraale, vilgukivi, karbonaate, sulfaate ja mitmeid muid aineid. Savimineraalide ja vilgukivide ahjus kuumutamisel kaob esmalt kristallisatsioonivesi (kuni 500–600 °C), seejärel hävib esialgne kristallvõre ja tekivad sekundaarsed mineraalid (mulliit, spinell jne). Temperatuuri edasise tõusuga (üle 1100 ° C) algab sulamine. Isegi varem, temperatuurivahemikus 400–900 ° C, lagunevad karbonaadid ja tekivad väga tulekindlad oksiidid. Püriit põleb oksüdeerivas keskkonnas täielikult läbi temperatuuril 700–800 ° C. Kõik need protsessid kütuse põlemisel põhjustavad olulisi muutusi mineraalsete lisandite koostises ja massis. Seega on õigem eeldada, et tuhk on kütuse mineraalse osa reaktsioonide tahke saadus, mis tekib selle kütuse põlemisel.
Arvukad uuringud on näidanud, et bituumensöe põletamisel on mineraalmass tavaliselt suurem kui tuhasisaldus, vähese tuhasisaldusega pruunsöe puhul on see väiksem.
Sest üldhinnang Tuha keemilised omadused tutvustasid räbu "happelise" ja "aluselise" koostise mõisteid. Tuha käitumine ahjus määrab suuresti happeliste ja aluseliste oksiidide suhte väärtuse:
Seda arvesse võttes nimetatakse Donbassi kivisöe, enamiku Kuznetski, Podmoskovnõi, Ekibastuzi ja mõne teise basseini tuha avaldumist happeliseks. Kansk-Achinsky basseini kivisöes, turbas, põlevkivis on tuhk, mis kuulub peamiste (K<1,0). Состав золы оказывает большое влияние на шлакующие свойства твердых видов топлива.
2.3. Gaasiline kütus
Vene Föderatsiooni tingimustes on gaaskütus peamiselt maagaas, kuna Venemaa moodustab peaaegu kolmandiku kõigist uuritud maagaasivarudest. Nagu juba märgitud, on gaaskütus põlevate ja mittesüttivate gaaside segu, mis sisaldab väikeses koguses lisandeid veeauru ja tolmu kujul. Lisaks maagaasile saab elektrijaamadesse tarnida seotud ja tööstusgaase: kõrgahju, koksiahju, sünteesgaasi.
Üksikute gaaside põlemissoojus ja nende massitihedus on toodud tabelis. 2.2.
Tabel 2.2. Põlemissoojus ja gaaside tihedus
* Tiheduse väärtused on antud temperatuuril 0 °C ja 101,3 kPa.
Põhiosa maagaasist moodustab metaan, mille osakaal erinevates valdkondades jääb vahemikku 84-98%. Oluliselt vähem küllastunud ja küllastumata süsivesinikke maagaasis. Siin on ladestusi, milles on märgatav toksilise ja söövitava vesiniksulfiidi H 2 S sisaldus. Venemaal on nendeks näiteks Orenburgi ja Astrahani maardlad. Sellise gaasi kasutamine elektrijaamades on võimalik alles pärast seda, kui see on gaasitöötlemistehastes puhastatud.
Seotud (naftavälja) gaasid koosnevad metaanist ja muudest koostisosadest. Need gaasid sisaldavad palju vähem CH 4, kuid raskete süsivesinike hulk on juba kümneid protsente. Seotud gaasi kogus ja kvaliteet sõltuvad toornafta koostisest ja selle stabiliseerimisest tootmiskohas (ainult stabiliseeritud nafta loetakse ettevalmistatuks edasiseks transportimiseks torujuhtmete või tankerite kaudu).
Mõnede Venemaa Föderatsiooni väljade seotud gaaside keskmised omadused on toodud tabelis. 2.3.
Tabel 2.3. Seotud gaaside koostis ja tihedus
Tabel 2.4. Tööstusgaaside koostis ja tihedus
Lisaks looduslikele ja nendega seotud gaasidele kasutatakse mõnikord tööstuses erinevaid tehisgaase. Metallurgiatööstuse ettevõtetes (kõrgahjude tootmine ja koksiahjud) suures koguses madala kalorsusega kõrgahjugaasi (Q ir = 4,0 ÷ 5,0 MJ / m 3) ja keskmise kalorsusega koksiahju gaasi (Q ir = 17). ÷ 19 MJ / m 3), mis sisaldavad H 2, CH 4, CO ja muid põlevaid gaasilisi komponente (tabel 2.4). Enne kateldes kasutamist peab kõrgahju ja koksiahju gaas olema tolmuvaba.
Mõnes riigis, mis ei ole nii rikas maagaasi poolest kui Venemaal, on terve tööstusharu, mis on pühendatud generaatorigaaside tootmisele, mida sageli nimetatakse sünteesgaasideks. Tahkete orgaaniliste kütuste: kivisüsi, põlevkivi, turvas, puit gaasistamisel on välja töötatud meetodid ja loodud seadmed igapäevaelus mugava kütuse saamiseks. Kui kasutatakse oksüdeerijana tavalist õhku, saadakse madala kalorsusega gaas (3 ÷ 5 MJ / m 3) ja hapnikuga gaasistamine võimaldab saada keskmise kalorsusega gaasi Q i r = 16 ÷ 17 MJ / m 3. Sellist gaasi, erinevalt madala kalorsusega gaasist, saab kasutada mitte ainult tootmiskohas, vaid ka transportida teatud vahemaa tagant. Generaatori gaasi koostise määrab algkütus ja selle gaasistamise tehnoloogia.
Kuid Venemaa tegelikkuses on maagaasi suhteliselt madalate hindadega kõik generaatorigaasi liigid maagaasiga võrreldes konkurentsivõimetud. Sellegipoolest on mõnel juhul (objekti läheduses gaasijuhtmete puudumisel või orgaanilisi aineid sisaldavate tootmisjäätmete kõrvaldamise vajaduse korral) praktiseeritud H 2 sisaldava gaasisegu saamiseks õhu- või auru-õhk puhumisega gaasistajate paigaldamine. CO ja väike kogus süsivesinikke, mis võimaldab varustada gaaskütusel töötavad küttekatel automatiseeritud põletitega ja kõrge kasuteguriga.
Möödunud sajandi teisel poolel alustati LNG – veeldatud maagaasi – tootmist tööstuslikus mastaabis. Tegemist on tegelikult uut tüüpi kütusega, mis oma eksisteerimise esimesel ja viimasel etapil on gaas, kuid käitub transportimisel ja ladustamisel vedelkütusena (pakkudes seeläbi laia müügiturgu suurtel territooriumidel, kus see ei ole võimalik või gaasitoru tõmbamine ebapraktiline). LNG saadakse maagaasi veeldamisel, jahutades seda temperatuurini alla -160 °C. Pärast taasgaasistamist tarbimiskohas ei kaota LNG tavapärasele maagaasile omaseid omadusi. Rõhul 0,6 MPa, mis töötab LNG transportimisel ja ladustamisel, on selle tihedus 385 kg / m 3. Selge on see, et sellisel temperatuuril tuleb LNG-d hoida ja transportida spetsiaalsetes (krüogeensetes) konteinerites. Selliste paigaldiste maksumus on üsna kõrge, kuid veeldatud maagaasi hind on oluliselt madalam sarnase toote - veeldatud naftagaasi, paremini tuntud kui propaani-butaani segu - maksumus.
Seni vaid elamusektoris laialdaselt kasutatud propaani-butaani segude tootmise tooraineks on peamiselt naftatootmisest saadav assotsieerunud gaas. Veel üheks veeldatud naftagaasi allikaks on rafineerimistehased, mis saavad vedelgaasi sisaldavat toornaftat. Destilleerimise käigus need püütakse kinni ja nende saagis on 2–3% töödeldud õli mahust. Selle kütuse põlemissoojus ja selle muud omadused sõltuvad butaani ja propaani sisalduse vahelisest suhtest.
2.4. Vedel kütus
Vedelkütused on tavaliselt toornafta rafineerimise saadused (kuigi mõned riigid on omandanud söest, põlevkivist või muust orgaanilisest ainest vedelkütuste tootmise tehnoloogia). Toornafta on orgaaniliste ühendite ning mõningate väävli- ja lämmastikuühendite, parafiinide ja vaikude segu. Pärast toornafta töötlemist rafineerimistehastes saadakse kergeid kütust: bensiin, petrooleum ja diislikütus. Neid kütuseid kasutatakse peamiselt transpordis, kommunaalsektoris ja erinevate tööstusettevõtete sisepõlemismootorites.
Seejärel saadakse rafineerimistehases kütteõli, mis on rasked krakitud jäägid või krakitud jääkide segud otsedestilleerimisega kütteõlidega. Lisaks kõrgele viskoossusele ja positiivsele hangumispunktile on kütteõlides lubatud suurem mehaaniliste lisandite, väävli ja vee sisaldus. Kütteõli tarnitakse soojuselektrijaamadesse ja tööstuslike katlamajade suurkateldesse. Samas on suurem osa algses õlis sisalduvatest mineraalsetest lisanditest koondunud kütteõlisse.
Vastavalt Venemaa standarditele tarnib elektrijaam kütteõlisid klassidega 40 ja 100. Klassi määrab sel juhul kütteõli piirav viskoossus temperatuuril 80 ° C. Kütteõli klassi 40 puhul ei tohiks see ületada 8,0 kraadi tavaviskoossusest (° VU) ja kütteõli klassi 100 - 15,5 ° VU. düüsid (joonis 2.1).
Riis. 2.1. Vedelkütuste viskoossuse-temperatuuri diagramm
Väävlisisalduse järgi jaotatakse kütteõlid madala väävlisisaldusega (S r ≤0,5%), väävlisisaldusega (kuni 2,0% väävlisisaldusega) ja kõrge väävlisisaldusega (kuni 3,5%). Väävlisisalduse tase sõltub peamiselt toiteõli väävlisisaldusest: selle töötlemisel läheb 70–90% väävliühendeid kütteõliks, tekitades sellega tõsiseid raskusi TPP operatiivpersonalile.
Kütteõli muude omaduste hulgas on olulised ka tuhasisaldus, niiskusesisaldus ja kütteõli tihedus.
Tuhasisaldus, nagu ka väävlisisalduse puhul, sõltub mineraalsete lisandite sisaldusest algses õlis. Selle töötlemise käigus kontsentreeritakse need lisandid peamiselt kütteõlisse. Sellegipoolest on kütteõli põletamisel tekkiv tuhajääk nii väike, et suitsugaaside tuhapuhastust raskeõlikateldes tavaliselt ei vajata. Kütteõli tuha eripäraks on vanaadiumi olemasolu selles. Vanaadiumpentoksiidi V 2 O 5 osas võib see tööstusele väga väärtuslik komponent kõrge väävlisisaldusega kütteõli põletamisel ulatuda 50%-ni.
Kütteõli põlemisel osa selle tuha komponentidest sublimeerub ja seejärel kondenseerub konvektiivsetel küttepindadel. Nendele esmastele ladestustele ladestuvad tahked või sulatuha osakesed, samuti tahma- ja koksiosakesed, mis tekitavad torudele kleepuvaid sitkeid saasteaineid. Raskesti eemaldatavad vanaadiumi, nikli, raua ja naatriumi oksiide sisaldavad ladestused halvendavad soojusülekannet, häirivad temperatuurirežiimi ja suurendavad konvektiivsete küttepindade aerodünaamilist takistust. Küttepindadel, mille metalli temperatuur on alla kastepunkti, tekib väävelhappekile, millele ladestuvad ka tuha ja koksi tahked osakesed.
Tarbijale tarnitava kütteõli niiskusesisaldus ei ületa reeglina 1,5–2%. Aga kütteõli mahutitest tühjendamise ja masuudipaakidesse hoidmise käigus suureneb kütteõli niiskusesisaldus auru tõttu, mida kasutatakse vajaliku temperatuuri hoidmiseks (vt täpsemalt ptk 3).
Kütteõli tihedust hinnatakse tavaliselt tegeliku tiheduse ja vee tiheduse suhtena temperatuuril 20 ° C. Temperatuuri tõustes kütteõli suhteline tihedus väheneb ja seda saab arvutada valemiga
kus ρ t ja ρ 20 on kütteõli suhtelised tihedused tegelikul temperatuuril t ja temperatuuril 20 ° C, β on mahupaisumise koefitsient kütteõli temperatuuri tõusuga 1 ° C võrra. Enamiku kütteõlide puhul β = (5,1 ÷ 5,3) · 10 -4.
Massuudi rajatiste töös pakuvad huvi veel kaks masuudi omadust: hangumispunkt ja leekpunkt. Esimene on temperatuur, mille juures kütteõli pakseneb nii palju, et 45 ° nurga all kallutatud katseklaasis jääb kütteõli pind 1 minutiks liikumatuks. Kütteõli klassi 40 puhul on maksimaalne hangumistemperatuur +10 ° C ja kõrge parafiinisisaldusega kütteõli klassi 100 hangumistemperatuur tõuseb 25 ° C-ni.
Leekpunkt on temperatuur, mille juures õhuga segunenud kütteõliaurud lahtise leegiga kokkupuutel süttivad. Erinevate kütteõli klasside leekpunkt varieerub laias vahemikus. Kütteõlide, mis ei sisalda parafiine, leekpunkt on 135–234 °C ja parafiinsete kütteõlide leekpunkt on 60 °C lähedal. Kütteõli kütteskeemi valimisel tuleks tuleohu vältimiseks arvestada leekpunktiga.
Arkharov Yu.M.
Venemaa energiastrateegia kuni 2020. aastani ei ole suunatud mitte ainult riigi energiapotentsiaali suurendamisele, vaid ka keskkonnasõbralike, ohutute, usaldusväärsete ja majanduslikult vastuvõetavate elektritootmismeetodite väljatöötamisele.
Üks selle probleemi lahendamise viise on taastuvate energiaallikate (RES) ja kütusevabade tehnoloogiate kasutamise laiendamine.
Venemaa jaoks on eriti oluline taastuvenergia puitkütus, mille varud on tohutud ja taastuvad.
Märkimisväärse metsaga piirkondadele, kus puuduvad traditsiooniliste kütuste (gaas, nafta, kivisüsi jne) loodusvarud, avab olemasolevatel puitkütusevarudel põhinev regionaalse energeetika arendamine laialdased väljavaated majanduskasvuks ja piirkonna energiasõltumatuse tagamiseks. .
Sellise oma metsaressurssidel ja "kütusevabadel" tehnoloogiatel (paisugeneraatorid, hüdroenergia, jäätmepõletus jne) põhineva regionaalse energia tekkimine võimaldab luua mehhanisme elektri- ja soojusenergia tariifide kasvu piiramiseks. Lisaks võimaldab see vähendada Piirkonna kulusid kütuse ja energiaressursside ostmiseks väljaspool piire, suunata vabanevad vahendid eelarve täiendamiseks; luua piirkonnas tõhusat integreeritud tootmist ja uusi töökohti, laiendades vastavalt maksubaasi.
Keskkonna seisukohalt on puiduküttel töötavatel soojuselektrijaamadel (TPP) olulisi eeliseid võrreldes traditsiooniliste kivisütt, gaasi, kütteõli jne kasutavate soojuselektrijaamadega.
Esiteks: puitkütus on taastuv. Kui kasutada soojuselektrijaamade kütusena mitte ainult puidutöötlemisjäätmeid, vaid otsest metsaraiet, siis teatud istutus- ja metsakasvutsüklit (10-40 aastat) jälgides saame kinnise ökoenergiasüsteemi, mis varustab piirkondi. elektriga.
Teiseks: puitkütuse põletamisel tekib sama palju CO2, kui kulub puude kasvuks. Seega täheldatakse null CO2 bilansi, mis ei suurenda kasvuhoonegaaside (CO2) emissiooni.
Kolmandaks: puitkütuse põletamisel eraldub atmosfääri 100 korda vähem vääveldioksiidi ja 2-3 korda vähem lämmastikoksiidi. Lisaks sõltub nende heitmete hulk puidu liigist, katlajaama kvaliteedist ja elektrienergia tootmiseks kasutatava auru-energia tsükli täiuslikkusest.
Järelikult saab neid näitajaid tehnoloogia arendamise käigus parandada.
Neljandaks on puitkütuse põletamisel tekkiv puutuhk kõige väärtuslikum väetis, mida saab kasutada metsa intensiivseks taastootmiseks ja puiduküttel soojuselektrijaamadel põhinevate põllumajanduskomplekside arendamiseks.
Viiendaks korraldatakse puiduküttega TPP-de baasil integreeritud puidutöötlemistehaseid erinevate toodete saamiseks. Samas on eelnimetatud tööstusharude kasutegur oluliselt kõrgem, kuna neis kasutatav elekter ja soojus on tunduvalt soodsamad.
Kuuendaks: saavutatakse piirkonna energiajulgeolek, kuna metsa taastuvkütuse varud ületavad sageli piirkonna elektrivajadust (3-5 korda). Lisaks saab TPP-de kütusega varustamiseks läbi viia spetsiaalseid metsaistutusi, samuti kasutada asulate, põllumajandus- ja tööstusettevõtete puhastusrajatiste põllumajandusjäätmeid, prügi, kuivatatud muda.
Seitsmendaks: puiduküttel töötavate elektrijaamade projektide majanduslik efektiivsus on täna tavapäraste kivisöel töötavate soojuselektrijaamade efektiivsuse tasemel (800–1000 dollarit / kW). Kuid seda saab konkreetse projekti elluviimisel oluliselt parandada (kuni 500-600 USD / kW), vähendades puitkütuse maksumust, minimeerides selle kohaletoimetamise transpordikulusid, kasutades täiustatud tehnoloogiaid raie- ja puidu väljaveo jaoks. tõhus tehnoloogiline tsükkel elektri ja soojuse tootmiseks ning integreeritud e-kirjade vastuvõtmise peamise tehnoloogilise protsessiga. puidutöötlemise abitööstuste energia, kasvuhoonefarmid, huumuse tootmistehnoloogia kasutamine California ja vihmausside abil jne.
Seega tundub puiduküttel töötava TPP tehnoloogia rakendamine piirkonnas (näiteks Kaluga piirkonnas), kus on suured puiduvarudega metsad, piirkonnale äärmiselt kasulik.
See võimaldab oluliselt tõsta piirkonna energiajulgeolekut, anda olulise tõuke majanduse, eelkõige põllumajanduse, puidutöötlemise, metsanduse arengule.
| tasuta allalaadimine Puuküttega soojuselektrijaamad, Arkharov Yu.M.,
