10493

41

г)

Рис. 5.2. Виды твердого топлива: а) каменный уголь; б) антрацит; в) буры й уголь; г) торф.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископае мое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительн ое количество смолы, близкой по составу к нефт и (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Горючий сланец и процесс сжигания сланцев.

Жидкие виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300 - 370° С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

42

-сжиженный газ (выход около 1 %);

-бензиновую (около 15%, tK =30 ... 180° С);

-керосиновую (около 17%, tK= 120 ... 135 ° С);

-дизельную (около 18%, tK = 180 ... 350 ° С).

Жидкий остаток с температурой начала кипения 330 - 350 ° С называется мазутом (рис. 5.4).

в) г)

Рис. 5.4. Виды жидкого топлива: а) сжиженный газ; б) бензин; в) керосин и дизель с присадками; г) мазут.

Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, который называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН4 и в небольшом количестве азот N2, высшие углеводороды СnНm, двуокись углерода СО2 - попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты.

43

В промышленности и, особенно в быту, находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Транспортировка природного газа (основной компонент метан) и сжиженного газа (основные компоненты пропан-бутан): слева – общий вид компрессорной станции (природный газ); справа – цистерны со сжиженным газом.

На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердого топливо, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и использованию.

В последнее время все большее применение находит биогаз – продукт аэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.).

Ядерным топливом называют материалы, которые используются в ядерных реакторах для осуществления управляемой цепной ядерной реакции деления. Ядерное топливо принципиально отличается от других видов топлива, используемых человечеством, оно чрезвычайно энергоемко, но и весьма опасно для человека, что накладывает множество ограничений на его использование из соображений безопасности. По этой и многим другим причинам ядерное топливо гораздо сложнее в применении, чем любой вид органического топлива, и требует множества

44

специальных технических и организационных мер при его использовании, а также высокую квалификацию персонала, имеющего с ним дело. Ядерное топливо используется в ядерных реакторах в виде таблеток размером в несколько сантиметров, где оно обычно располагается в герметично закрытых тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах), которые в свою очередь для удобства использования объединяются по нескольку сотен в тепловыделяющие сборки (ТВС). В качестве природного ядерного топлива используется уран 235, а также сырье уран 238 способные при захвате нейтрона образовывать плутоний 239 (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Урановая руда и урановые таблетки.

Анализ оценки обеспеченности топливно-энергетических ресурсов показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 30-40 лет. Затем, через 30-70 лет, истощатся запасы горючего газа и урана. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 230-330 лет. Поэтому в последние годы широкое распространение наравне с невозобновляемыми получили возобновляемые источники энергии.

ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Вторичные энергоресурсы, образующиеся в технологических агрегатах (установках, процессах) - энергетический потенциал отходов, побочных и промежуточных продуктов, который не используется в самом агрегате, но может

45

быть частично или полностью использован для энергосбережения в других агрегатах. Под энергетическим потенциалом понимается имеющийся в перечисленных продуктах определенный запас энергии в виде химически связанной теплоты, физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления. В соответствии с этим определением, вторичными энергоресурсами не является, в частности, физическая теплота продуктов или отходов, возвращаемая в агрегат – источник ВЭР – с помощью рекуператоров, экономайзеров и других утилизационных устройств. При использовании ВЭР в других агрегатах расход топлива или другого энергоносителя в технологическом агрегате – источнике ВЭР - практически не меняется, вследствие чего достигается экономия топлива, снижение эксплуатационных затрат в замещаемых энерготехнологических установках.

По виду заключенной в них энергии ВЭР подразделяется на три основные группы:

Горючие – горючие отходы технологических процессов химической и термохимической переработки, углеродистого и углеводородного сырья: горючие, городские и сельскохозяйственные отходы; углеводородные отходы (отработанные масла и растворители) машиностроительных и других предприятий;

Тепловые – практически любые теплоносители, имеющие температуру выше температуры окружающей среды и способные при определенных условиях выделять определенное количество теплоты для последующего использования;

ВЭР избыточного давления – газы и жидкости, покидающие технологические агрегаты под избыточным давлением и способные передать часть накопленной потенциальной энергии перед их использованием и сбросом в окружающую среду;

В зависимости от вида и параметров различают четыре основные направления использования ВЭР:

1)Топливное – непосредственное использование горючих ВЭР в качестве

топлива;

2)Тепловое – использование теплоты, получаемой непосредственно в качестве ВЭР или вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках;

46

3)Силовое – использование механической и электрической энергии, вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках;

4)Комбинированное – использование ВЭР для получения электроэнергии и теплоты в утилизационных установках (утилизационных ТЭЦ) по тепловому циклу;

Вданном пособии рассмотрим самые распространенные из установок и агрегатов по использованию теплоты вторичных энергетических ресурсов.

для использования высокотемпературных ВЭР широкое распространение получили рекуператоры и регенераторы.

Врекуператоре (рис. 5.7) теплота уходящих газов передается воздуху через поверхности пластин, отделяющих течение уходящих газов от течения воздуха. В рекуператоре процесс теплообмена между дымовыми газами и воздухом происходит непрерывно. С одной стороны это положительный момент, поскольку в рекуператоре отсутствуют сложные конструктивные элементы, требующие дополнительного обслуживания. С другой стороны, невозможно добиться такой же эффективности использования теплоты дымовых газов как в регенераторе (рис. 5.8).

Рис. 5.7. Принцип работы рекуператора.

47

Рис. 5.8. Принцип работы регенератора.

Регенератор снабжается поворотным механизмом, через ротор которого попеременно проходят то уходящие газы, то нагреваемый воздух. Насадки в роторе нагреваются после прохождения через них уходящих газов, и эта теплота затем передается воздуху. Регенератор позволяет добиться более высокой эффективности использования теплоты, чем рекуператор, но из-за сложности конструкции (рис. 5.8) по сравнению с рекуператором, имеет более высокую стоимость и стоимость обслуживания (рис. 5.9).

48

Рис. 5.9. Монтаж ротора регенератора.

В качестве насадок могут быть использованы: диски из алюминиевой гофрированной ленты; пакет пластин; различные виды кирпичных насадок; насадки из керамических колец и т.д. Среди керамических колец наибольшее распространение получили кольца Рашига, в качестве альтернативы можно рассмотреть кольца Палля (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Керамические кольца: слева – кольца Рашига, справа – кольца Палля.

Процесс теплообмена в регенераторе происходит посредством прямого контакта уходящих газов и продуктов сгорания (и греющая и нагреваемая среда омывают насадки, передавая им свою теплоту) – такой способ передачи теплоты называется контактным. В рекуператоре теплота от уходящих газов к воздуху осуществляется через стенку (поверхность) отделяющих среды пластин – такой способ передачи теплоты называют поверхностным.

49

Если рассматривать паровую котельную малой производительности (рис. 5.11), то самым часто встречающимся теплообменником будет экономайзер ВТИ чугунноребристый (хвостовая поверхность нагрева), который используется для подогрева питательной воды и охлаждения уходящих газов (рис. 5.12).

Рис. 5.11. Общий вид котла ДКВр-6,5-13ГМ и схема газового тракта с экономайзером.

50

Рис. 5.12. Принцип работы экономайзера.

В качестве альтернативы экономайзеру, или в дополнение к нему можно рассмотреть другой поверхностный теплообменник – конденсационный теплообменник на базе секций калориферов КСк Костромского калориферного завода (рис. 5.13).

Рис. 5.13. План и разрез конденсационного теплообменника. Биметаллическая секция КСк.