Органические топлива (горючие)

Областное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

 «Курский электромеханический техникум»

(ОБПОУ «КЭМТ»)

 

КУРС ЛЕКЦИЙ

По учебной дисциплине ОП.13 Общая энергетика

для студентов ОБПОУ «КЭМТ»

специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

 

Разработчик: МАСЛЕННИКОВА Татьяна Николаевна,

преподаватель ОБПОУ «КЭМТ»

 

 

2019

РАССМОТРЕН на заседании предметной (цикловой) комиссии преподавателей профессионального цикла по направлению подготовки 13.00.00 Электро- и теплоэнергетика Протокол №___ от                                  2019 г. Председатель ПЦК                                              Т.Н. Масленникова «      »                                                          2019 г.

СОГЛАСОВАН Заведующий отделением                     Н.Г. Корнев «____»                        2019 г.

 

 

Масленникова Т.Н. Курс лекций по учебной дисциплине ОП.13 Общая энергетика для студентов ОБПОУ «КЭМТ» специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электрического оборудования (по отраслям). – Курск: ОБПОУ «КЭМТ», 2019 г. – 98 с.

 

 

Содержание

Содержание. 2

Пояснительная записка. 5

Лекция 1. Невозобновляемые источники энергии.. 6

1.1 Общие сведения.. 6

1.2 Органические топлива (горючие). 6

1.3 Ядерная энергия и механизм тепловыделения.. 10

Лекция 2. Возобновляемые источники энергии и вторичные энергоресурсы... 11

2.1 Теплота недр Земли и толщи вод морей.. 12

2.2 Солнечная энергия.. 12

2.3 Энергия движения воздуха в атмосфере. 12

2.4 Гидроэнергетические ресурсы... 13

2.5 Вторичные энергоресурсы... 14

Лекция 3. Решение проблем энергообеспечения.. 16

3.1 Энергетические проблемы России. Общие сведения.. 17

3.2 Низкий уровень изученности энергоемких секторов промышленности.. 17

3.3 Проблема государственного контроля.. 19

3.4 Проблема отсутствия единого владельца норм и законов                                                по энергосбережению... 19

3.6 Проблема отсутствия на предприятиях специалистов                                                       по профессиональному энергосбережению... 20

3.7 Проблема недостаточной подготовки кадров. 20

3.9 Проблема низкой культуры ресурсопотребления населения.. 21

Лекция 4. Основы теплотехники.. 22

4.1 Основные понятия и определения технической термодинамики.. 22

4.4 Основные термодинамические процессы идеальных газов. 27

4.5 Реальные газы, вода и водяной пар.. 27

4.6 Круговой процесс. Цикл Карно.. 28

Лекция 5. Циклы основных тепловых электрических станций.. 29

5.1 Особенности тепловых электростанций.. 29

5.2 Паротурбинные электрические станции.. 30

5.3 Влияние КЭС на окружающую среду. 32

5.4 Теплофикационный цикл ТЭЦ.. 33

5.5 Газотурбинные установки.. 36

5.6 Парогазовые установки.. 37

Лекция 6. Атомные электростанции (АЭС). 38

6.1 Характеристика АЭС.. 38

6.2 Топливо АЭС.. 39

6.3 Типы реакторов АЭС.. 39

6.4 Схемы АЭС.. 40

6.5 Преимущества АЭС.. 41

Лекция 7. Гидроэлектростанции, солнечные и ветровые электростанции.. 42

7.1 Классификация ГЭС.. 42

7.2 Схема создания напора на ГЭС.. 44

7.3 Энергия и мощность ГЭС.. 49

Лекция 8. Солнечные и ветровые электростанции.. 49

8.1 Общие сведения о ветроэнергетике. 49

8.2 Ветроэнергетические установки (ВЭУ). 51

8.3 Солнечная энергетика. 52

8.4 Типы солнечных коллекторов. 56

Лекция 9. Передача электроэнергии.. 56

9.1 Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь. 56

9.2 Классификация линий электропередач (ЛЭП). 57

9.3 Способы передачи электроэнергии.. 58

9.4 Структурная схема электроснабжения.. 59

Лекция 10. Назначение и классификация котельных агрегатов. 61

10.1 Основное оборудование котельной установки.. 61

10.2 Технологическая схема котельной установки.. 62

10.3 Назначение и классификация котельных агрегатов. 64

Лекция 11. Основные элементы котельного агрегата. 66

10.1 Основные элементы котельного агрегата. 67

10.2 Тепловой баланс котельного агрегата. 71

Лекция 12. Классификация и основные конструкции паровых турбин.. 72

12.1 Основные сведения о паровых турбинах. 72

12.2 Классификация и основные конструкции паровых турбин.. 74

12.4 Потери энергии и КПД турбины... 77

12.5 Конденсационные установки паровых турбин.. 78

Лекция 13. Классификация систем ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.. 82

13.1 Классификация систем теплоснабжения.. 82

13.2 Системы источников тепла. 84

13.3 Районные и промышленные отопительные котельные. 84

13.3 Центральные тепловые пункты (ЦТП). 87

Лекция 14. Отраслевое энергосбережение. 89

14.1 Способы энергосбережения в промышленности.. 89

14.2 Организационные мероприятия.. 90

14.3 Технические мероприятия по повышению энергоэффективности в промышленности.. 90

Лекция 15. Энергосбережение в быту и в ЖКХ.. 92

15.1 Основные направления энергосбережения в быту. 93

15.2 Способы экономии электроэнергии в быту. 93

15.3 Экономия тепла. 95

15.4 Экономия воды... 96

Список источников. 97

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курс лекций по учебной дисциплине ОП.13 Общая энергетика предназначен для обучающихся по программе подготовки специалистов среднего звена по специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электрического оборудования (по отраслям) в ОБПОУ «КЭМТ».

Курс лекций является структурным компонентом учебно-методического комплекса (УМК) по указанной учебной дисциплине.

Курс лекций содержит 15 лекций по следующим тематическим разделам:

- энергетические ресурсы;

- технология производства и передачи электрической энергии;

- основное оборудование тепловых электрических станций;

- энергосбережение при потреблении энергоресурсов.

В каждой лекции представлен план изложения материала и вопросы для самопроверки по изученной теме.

Курс лекций по учебной дисциплине ОП.13 Общая энергетика для студентов специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электрического оборудования (по отраслям) могут быть использованы преподавателями для организации текущей работы в рамках учебного занятия, а также для самоподготовки обучающихся по указанным темам.

Лекция 1. Невозобновляемые источники энергии

План лекции:

Общие сведения об энергоресурсах.

Органические топлива (горючие).

3. Ядерная   энергия и механизм тепловыделения.

Общие сведения

Энергоресурсы – материальные объекты, в которых сосредо­точена возможная для использования энергия.

Энергия – коли­чественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга, – условно подразделяется по видам: химическая, механическая, электрическая, ядерная и т.д.

К основным энергоресурсам относят энергию рек, водопадов; различные органические топлива – уголь, нефть, газ; ядерное топливо – тяжелые элементы урана и тория, а в перспективе – легкие элементы.

Энергоресурсы подразделяют на возобнов­ляемые и невозобновляемые. К первым относятся те, которые природа непрерывно восстанавливает (вода, ветер и т.д.), а ко вторым – ранее накопленные в природе, но в новых геоло­гических условиях практически не образующиеся (каменный уголь, нефть, газ и др.).

Энергия, непосредственно существующая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепла Земли, ядерная), называется первичной.

Энергия, получаемая человеком после преобразования перви­чной энергии на специальных установках – станциях, называется вторичной (энергия электрическая, пара, горячей воды и т.д.).

Органические топлива (горючие)

Основные сведения. Топливом может быть названо любое веще­ство, способное при горении (окислении) выделять значитель­ное количество теплоты.

Химические топлива состоят из горючего и окислителя.

Горючие топлива бывают органического и неорганического происхождения. Те и другие могут быть твердыми, жидкими и га­зообразными.

В энергетике для получения электрической энергии на тепло­вых электрических станциях в основном используются топлива органического происхождения.

Все виды органического топлива (горючие) представляют со­бой углеводородные соединения, в которые входят небольшие количества других веществ.

К твердому топливу относятся: антрацит, каменный и бурый уголь, торф, дрова, сланцы, отходы лесопильных заводов и дере­вообделочных цехов, а также растительные отходы сельскохозяй­ственного производства – солома, костра, лузга, чинголак и др.

Твердые топлива используются в основном на ТЭС для получе­ния электрической энергии, для отопления и технологических нужд промышленности и в незначительной степени для судовых и ло­комотивных двигателей.

К жидкому топливу относятся нефть, а также различные про­дукты ее переработки: бензин, керосин, лигроин, разнообразные масла и остаточный продукт нефтепереработки – мазут. Искусст­венное жидкое топливо и горючие смолы, а также масла получа­ют и при переработке некоторых твердых топлив.

До 70% жидких топлив расходуют транспортные средства – автомобили, трактора, тепловозы, суда, самолеты, вертолеты; около 30 % сжигается в виде мазута на тепловых электростанциях. Сырую нефть в качестве топлива в котельных и других установках не применяют.

К газообразному топливу относятся: природный газ, добывае­мый из недр земли; попутный нефтяной газ; газообразные отходы металлургического производства (коксовый и доменный газы); кре­кинговый газ; генераторный газ, получаемый искусственным пу­тем из твердого топлива в особых газогенераторных установках.

Газообразные топлива (горючие) сжигаются на ТЭС для полу­чения электрической и тепловой энергии. И в очень небольшом количестве используются на транспорте.

Элементарный состав твердого и жидкого топлив. Топливо в том виде, в каком оно поступает для сжигания в топки или в двигатели внутреннего сгорания и специальные аппараты, назы­вается рабочим.

В состав рабочего (твердого или жидкого) топлива входят углерод С, водород Н, кислород О, азот N, летучая сера S, негорючая ми­неральная примесь – зола А, а также влага W.

Влага, содержащаяся в топливе, совместно с золой называется балластом топлива.

Балласт значительно снижает ценность топлива, уменьшая его теплоту сгорания. Влага в топливе вредна тем, что, во-первых, на ее испарение при горении расходуется тепло и, во-вторых, умень­шается относительное количество горючего вещества в топливе. Наличие золы не только снижает теплоту сгорания, но и значи­тельно затрудняет процесс горения в топке и ее эксплуатацию.

В горючую часть топлива входит только лету­чая сера, остальная сера в горении участия не принимает и может быть отнесена к балласту (зола топлива).

Горючими элементами являются только угле­род, водород и сера. Горючую массу можно характеризовать как топливо, не содержащее золы и в абсолютно сухом состоянии. Содержание азота в горючей массе твердых топлив обычно со­ставляет 1... 2 % по массе.

Зольность топлива. Золой называют твердый негорючий оста­ток, который образуется после сжигания топлива в атмосфере воз­духа. Зола способствует разрушению обмуровки топочных устройств и поверхностей камер сгорания, оседает в газоходах теплообмен­ных аппаратов и ускоряет износ поверхностей, обтекаемых забал­ластированным газовым потоком, а также засоряет окружающую местность.

Влажность топлива. Определяется по ГОСТ 11014 – 81 высуши­ванием навески при 105... 110 °С. Максимальная влажность массы Wp составляет 50 % и более и определяет экономическую целесо­образность использования данного горючего материала и возмож­ность его сжигания. Влага снижает температуру в топке и увеличи­вает объем дымовых газов.

Летучие вещества. При нагревании твердого топлива без досту­па воздуха его органическая масса разлагается, в результате чего образуются газы, водяные и смоляные пары и углеродосодержа­щий остаток. Суммарное количество выделяющихся летучих ве­ществ увеличивается с увеличением температуры и времени вы­держки. Выход летучих веществ является важнейшей характеристи­кой горючей массы топлива и уменьшается по мере увеличения его возраста. Чем больше выход летучих веществ, т.е. чем больше топлива превращается при нагревании в горючий газ, тем проще зажечь это топливо и легче поддерживать устойчивое горение.

Жидкие топлива. Практически все жидкие топлива пока полу­чают путем переработки нефти (бензин, керосин, дизельное топ­ливо и мазут). Мазут, как и моторные топлива, представляет со­бой сложную смесь жидких углеводородов, в состав которых вхо­дят в основном углерод и водород; содержание воды и зольность не превышают 0,2... 1,5%.

Мазуты, полученные из нефти ряда месторождений, могут со­держать большое количество серы (до 5 %), что резко усложняет защиту окружающей среды при их сжигании.

Наиболее легкие сорта бензина применяются в авиации и называются авиационными, более тяжелые – в автотранспорте (автомобильные). Лигроин и керосин могут применяться для трак торных, турбореактивных и других двигателей.

Из жидких топлив в котельных и промышленных печах сжига­ются только топочные мазуты, которые классифицируются по сте­пени их вязкости.

Основные свойства жидких топлив – плотность, испаряемость, вязкость, стабильность при хранении, температуры застывания, вспышки, воспламенения и самовоспламенения, антидетонационная стойкость и др.

Температура воспламенения горючего – температура, при кото­рой начинается самоподдерживающееся длительное горение с поверхности горючего.

Тем­пература вспышки характеризует способность паров жид­кого горючего воспламеняться от пламени над поверхностью го­рючего.

Эти две температуры характеризуют условия хранения и обра­щения с топливом (пожарная опасность).

Температура самовоспламенения определяет способность топлива самовоспламеняться от постороннего источника (например, в дизелях это нагретый от сжатия воздух, в карбюраторных двигате­лях – искра от электрической свечи).

Це­тановое число характеризует склонность дизельного горюче­го к термическому распаду, окислению и самовоспламенению. Чем больше цетановое число, тем легче самовоспламеняется го­рючее.

Октановое число характеризует склонность жидкого топли­ва, обычно бензина, к детонационному, т. е. взрывному, сгора­нию. Чем октановое число больше, тем склонность к детонации меньше. Детонация наблюдается в карбюраторных двигателях и ведет к повышению износа двигателя, уменьшению его мощности, уве­личению расхода горючего. Чем выше давление смеси, тем боль­ше при прочих равных условиях возможность и сила детонации.

У жидких топлив цетановое число 40... 50. Октановое число бен­зинов 60...98, для авиационных, более легких, бензинов – близ­ко к 100.

Газообразное топливо. Преимущества:

- сгорает при небольшом избытке воздуха, образуя продукты полного горения без дыма и копоти,

- не дает твердых остатков;

- удобно для транспортирования по газопро­водам на большие расстояния;

- позволяет простейшими сред­ствами осуществлять сжигание в установках самых различных кон­струкций и мощностей.

Газообразное топливо подразделяется на естественное и искусственное. Естественное, в свою очередь, под­разделяется на природное и нефтепромысловое.

Природный газ получают из чисто газовых месторождений, где он выбрасывается из недр земли под давлением, доходящим иногда до 10 МПа и более. Основным его компонентом является метан СН4.

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теп­лоты. Проблема полного его использования сейчас весьма акту­альна.

В промышленности и особенно в быту находит широкое рас­пространение сжиженный газ, получаемый при первичной пере­работке нефти и попутных нефтяных газов. По ГОСТ 20448–90 выпускают технический пропан, тех­нический бутан и их смеси.

К искусственным газам относят: доменный газ, являющийся продуктом при выплавке чугуна на металлургических заводах; кок­совый, образующийся при получении кокса в коксовых батареях; светильный, получаемый при сухой перегонке угля; генераторный, получаемый в газогенераторах, который для сжигания в топках котлов не применяют.

Коксовый и доменный газ используют главным образом на месте в доменном и других цехах металлургического завода.

К основным свойствам газообразных горючих относятся плот­ность, токсичность, взрываемость, влажность, запыленность.

Газы как горючее для двигателей внутреннего сгорания (ДВС) имеют следующие достоинства: обладают высокими антидетонационными свойствами, широкими пределами воспламенения (по избытку воздуха); обеспечивают хорошие условия смесеобразова­ния; приводят к меньшему, чем в ДВС на жидком горючем, изно­су; менее требовательны к качеству смазочных материалов и т.п. Однако все горючие газы имеют высокую температуру самовосп­ламенения и поэтому нуждаются в постороннем источнике зажи­гания.

Теплота сгорания топлива. Основной характеристикой топлива яв­ляется так называемая теплота сгорания. Теплотой сгорания твердого и жидкого топлива называется количество теплоты (кДж), выделяемое 1 кг топлива при его полном сгорании. Теплоту сгорания обозначают буквой Q и измеряют в кДж/кг (в системе МКГСС – в ккал/кг).

Теплоту сгорания газообразного топлива относят обычно к 1 м³, взятому при нормальных условиях (0 °С, 760 мм рт. ст.), и измеряют в кДж/м³.

Теплота сгорания зависит от химического состава топлива и усло­вий его сжигания.

В соответствии с понятием органической, горючей и других масс топлива она может быть отнесена к той или другой из этих масс. Наи­больший практический интерес представляет теплота сгорания рабо­чей массы топлива 0^Р.

В продуктах сгорания топлива, содержащего водород и влагу, будет содержаться водяной пар Н₂0, обладающий определенной энтальпи­ей, равной примерно 2510 кДж/кг. Наличие в продуктах сгорания то­плива водяного пара заставляет ввести понятия высшей теплоты сго­рания Q^в.

Высшей теплотой сгорания рабочего топлива называют теплоту, вы­деляемую при полном сгорании 1 кг топлива, считая, что образующие­ся при сгорании водяные пары конденсируются.

Низшей теплотой сгорания Q_н рабочего топлива называют теплоту, выделяемую при полном сгорании 1 кг топлива, за вычетом теплоты, затраченной на испарение как влаги, содержащейся в топливе, так и влаги, образующейся от сгорания водорода.

Чаще всего теплоту' сгорания топлива определяют по формулам, учитывающим, что углерод С, водород Н и сера S, участвующие в го­рении, выделяют определенное количество теплоты.