Краткая характеристика источников энергии.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Прощекальников Д.В.

 

 

ЛЕКЦИИ

по дисциплине «Источники энергии теплотехнологии»

 

 

Казань-2008

ЛЕКЦИЯ 1 (Раздел 1)

Теплотехнологические процессы как ДОМИНИРУЮЩИЕ

Потребители энергии.

Сырье, вода, энергия.

В промышленности для производства 1 т продукта требуется несколько тонн сырья и материала. Как правило это составляет 60 – 70 % от стоимости продукта. Следовательно себестоимость продукции зависит:

1. от стоимости сырья;

2. от качества;

3. от подготовки сырья;

4. от способа перевозки сырья.

От качества сырья зависит:

1. полнота использования мощностей;

2. производительность труда.

Поэтому очень важен вопрос выбора сырья, подготовки сырьевых баз. От этого зависит технико-экономические показатели производства.

Классификация сырья и энергоресурсов.

Сырье

 

минеральное растительное воздух вода

 

рудное нерудное горючее техническое пищевое

 

Рудное сырье – это горные породы, из которых можно выгодно получать металл и некоторые химические продукты. Например: медь, цинк, никель, серная кислота.

Нерудное сырье – это горные породы, используемые в производстве химических материалов, которые в основном являются строительными материалами (гравий, песок и т.д.). Здесь производятся удобрения, цемент, стекло, керамика.

Горючие материалы делятся на:

1. органические – уголь, торф, нефть, природный газ;

2. минеральные – сланцы, попутный газ.

Применение: горючее вещество (энергия), красители, лекарства, химические волокна, пластмасса. Из нефти делают каучук, химическое волокно. Из природного газа – фармацевтические препараты, пластмасса.

Растительное и животное сырье – это пищевые продукты сельского хозяйства, лесного и рыбного хозяйства.

Техническое сырье – хлопок, солома, лен, конопля. Кости животных используются для производства желатина.

Воздух – используется на компрессорных станциях. Кислород воздуха используется как окислитель.

 

Вода – используется для получения водорода:

Сырьевые ресурсы.

Сырьевые ресурсы связаны с градацией сырья и в промышленности разделяются на 2 типа: балансовые и небалансовые.

Балансовые соответствуют условиям промышленности по перевозке, по эксплуатации. Они могут перерабатываться в настоящее время доступными средствами и экономически эффективно.

Небалансовые характеризуются низким содержанием полезных веществ, сложными условиями залегания и не могут эффективно перерабатываться.

Существует три категории сырья:

А – находятся в эксплуатации;

В – находятся в лабораторных исследованиях;

С – изучается необходимость их использования.

Сырье категории А – это сырье разведанное, опробованное и подготовленное для эксплуатации. Сырье категории В учитывает разведанные запасы сырья и их качество лишь по лабораторному исследованию, эти данные предоставляются для разработки проектных заданий. Сырье категории С учитывает лишь геологические изучения, это предварительные сведения, служащие для перспективных планов.

Вода служит и источником сырья и реагентом. В качестве источника сырья вода используется как растворитель и теплоноситель:

Источники водоснабжения:

Основным источником водоснабжения являются речные воды (общий сток воды за год в России 4700 км³). Пример: современный завод капронового волокна расходует воды 1000000 м³/сутки.

Вид и качество потребляемой воды:

1. питьевая вода;

2. промышленные воды (вода не должна содержать примесей газовых (газы СО₂, О₂ должны содержать не более 0,2 – 0,3 мг/л сухого остатка) и солевых (кальций, магний, которые в процессе эксплуатации откладываются в виде накипи, следствием чего является перегрев оборудования). Жесткость воды обусловлена солями, которые делятся на:

· соли, которые могут быть ликвидированы. Пример: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂

· соли, которые не могут быть ликвидированы. Пример: Ca²⁺, Mg²⁺

очень мягкая 0 – 1,5 мг-экв./л;

мягкая 1,5 – 3 мг-экв./л;

средняя 3 – 6 мг-экв./л;

жесткая 6 – 10 мг-экв./л;

очень жесткая >10 мг-экв./л

Например Ca²⁺ - это 1 мг-экв., а 1 мг-экв.=20 мг кальция.

Энергия.

Потребление энергии по регионам РФ.

 

Регионы	Запасы энергоресурсов, %	Потребление энергии, %
Европейская часть
Урал	0,5
Западная Сибирь
Восточная Сибирь
Дальний Восток

 

Виды энергии:

1. Механическая, связана с транспортом и перемещением большого количества масс (нефтепроводы, газопроводы, компрессорные станции, магистрали).

2. Электрическая (двигатели, которые используются в следующих элементах оборудования: насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д., а также в электромагнитных процессах нагревания токами Фуко, в электрохимических процессах, таких как гидролиз, электролиз.

Расход электроэнергии на производство химических продуктов (кВтч/т)

Химические элементы	Показатели
Алюминий
Фосфор
Аммиак (синтетический)
Серная кислота
Аммиачная селитра

 

3. Тепловая, которая проявляется в процессах теплообмена, сушки, плавления, выпаривания, дистилляции. Источником тепловой энергии является тепло при сжигании топлива (топочные газы, продукты сгорания). Топочные газы могут также использоваться при получении водяного пара, перегретой воды и других теплоносителей. В энергетическом эквиваленте расход пара может достигать до 500 МДж/т, получаемой продукции.

 

Химическая энергия – это тепло экзотермических реакций в тепло технологиях, которое может быть использовано для производства водяного пара или превращена в электроэнергию.

Атомная энергия – внутренняя энергия атомных ядер, выделяющаяся при некоторых ядерных превращениях. Атомная энергетика – отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и теплофикации. Основа атомной энергетики – атомные электростанции (АЭС)

На АЭС тепло, выделяющееся в ядерном реакторе, используется для получения водяного пара, вращающего турбогенератор.

Световая энергия (излучение)используется в солнечных батареях (источники тока на основе полупроводниковых фотоэлементов) и фотосинтезе.

Вторичные энергоресурсы (ВЭР) – энергетические ресурсы, которые представляют собой энергетические отходы (потери). Например, выхлопные газы, побочные продукты в виде отходящих газов, горячих жидкостей, пара и др. Использование ВЭР ведет к снижению себестоимости продукции.

 

Другие Виды энергии

 

Краткая характеристика источников энергии.

Тепловая энергия.

а) энергетическая ценность источников сырья. Она определяется по количеству тепла, выделившегося при сжигании этого вида топлива.

Энергетическая ценность некоторых видов топлив:

 

Топливо	Энергетическая ценность, квт·ч/кг
Каменный уголь
Торф
Природный газ
Уран

 

Энергия урана больше энергии угля, нефти и природного газа, однако есть и другая сторона – себестоимость.

б) себестоимость. Она зависит от затрат на подготовку топлива, а также на его транспортировку. Например, для природного газа эти затраты составляют 60-70% цены продукции, для твердого топлива затраты существенно больше и составляют 80-90% цены продукции.

в) оборудование. Это установки для получения тепловой энергии (ТЭЦ, КЭС, ГЭС). 90% всех энергетических ресурсов получают путем сжигания топлив (углей, природного газа, горючих сланцев, мазута, торфа), 10% - использование ГЭС.

г) потребление энергии в промышленности. См. таблицу 2 (цифры приведены в расчете на единицу условного топлива).

Таблица 2.

 

	60-ые гг.	70-ые гг.	80-ые гг.
Электроэнергия
Тепловая энергия
Топливо прямого использования

 

 

Химическая энергия.

В центре любого химического производства стоят химические реакторы. Существуют производства, где наряду с химическими продуктами получают также товарную энергию, выдаваемую в виде пара или электроэнергии. Есть производства, где существует самоокупаемость в потребности через использование химической энергии. Например, при получении 1 тонны серной кислоты Н₂SO₄ выделяется 5 МДж теплоты, а общая потребность в электроэнергии на 1 тонну составляет 100 кВт·ч или 0,36 МДж. Это составляет 7% от энергии, получаемой в химической реакции.

 

Основы процесса углефикации и происхождение энергетического топлива.

 

Торф, бурые угли, каменные угли и антрациты образовались в процессе последовательной углефикации отмершей растительной массы.

Под углефикацией понимают процесс освобождения от наиболее не прочных соединений, содержащих кислород, и обогащение углеродом, приводящее к более высокой прочности. В настоящее время существуют целые производства, где вырабатывают технический углерод.

Ежегодно под водой в заболоченных местах без доступа воздуха отмирает большое количество многоклеточных растений. При этом происходит разложение органической массы, а также синтез новых веществ. При этом количество компонентов, содержащих кислород, понижается и повышается концентрация углерода. Скорость этих процессов зависит от давления и температуры. В результате естественным образом получается целый спектр угольных пород: торф, бурые угли, каменные угли, сланцы, антрациты.

Начальная стадия этого биохимического процесса называется оторфянением. В древесине растений находится до 70% целлюлозы – это кислородосодержащее вещество. Также в отмершей массе содержится лигнин. Клетчатка целлюлозы разлагается, и ее продукты в виде газов растворяются в воде или уносятся. Второе вещество – лигнин – вещество в межклеточном пространстве обладает стойкостью к биоразложению. Однако он переходит в лигнинные кислоты. При этом количество кислорода повышается, а количество углерода понижается. Лигнинные кислоты являются основой торфяной массы.

Следующий этап – превращение лигнинных кислот в гумусовые кислоты и является главным углеобразователем.

Общая схема данного способа углефикации:

лигнин лигнинные кислоты гумус уголь.

Существует и другая схема углефикации. В озерах и заливах также отмирает огромное количество одноклеточных микроорганизмов. Оседая на дно, эта отмирающая масса образует ил. Вследствие отсутствия межклеточного вещества углеобразователем является жировое вещество в клетке. Одновременно с повышение концентрации углерода повышается концентрация водорода. Продукт углефикации из одноклеточной отмирающей массы (ила) называется сапропель, говорят о сапропеловом происхождении. Сапропель – гниющий ил. Пример, сланцы – разновидность угля, образованные из минеральной массы, пропитанной нефтеподобными органическими веществами сапропелового происхождения.

Нефть – естественное жидкое топливо, смесь органических соединений, кислородных компонентов, сернистых и азотистых соединений и смол. Нефть произошла из устойчивых к биоразложениям веществ. Это белки и животного и растительного происхождения. Нефть через переработку дает нефтепродукты. Нефть образуют светлая часть и тяжелый остаток. Светлая часть (40-60%) пригодна для получения бензина, керосина. Тяжелый остаток – это нефтешламы, элементы смолы, асфальто-смолистые соединения и мазут.

Газовое топливо – природные и искусственные газы или смесь горючих и негорючих веществ. Они также образуются в процессе биоразложения в жидких и твердых породах и ввиду большой проницаемости проникают в пористые породы далеко от места рождения.

 

ЛЕКЦИЯ 2 (Раздел 2)