лучшие книги по экономике
Главная страница

Главная

Замовити роботу

Последние поступления

Форум

Создай свою тему

Карта сайта

Обратная связь

Статьи партнёров


Замовити роботу
Книги по
алфавиту

Б
В
Г
Д
Е
Ж
З
И
К
Л
М
Н
О

Технологічні процеси галузей промисловості

Страницы [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]

Проаналізуємо дані таблиці. Найнижчий коефіцієнт конверсії теплової енергії пального в роботу має місце в парових машинах, що зумовлено технічними складностями реалізації високих температур водяної пари, отже й тиску, «на вході» в машину перед поршнем робочого циліндра і малою залежністю температури пари «на виході» від конструкції машини. Саме за показником температури пари «на вході» парові турбіни мають перевагу перед паровими машинами. Серед двигунів внутрішнього згоряння дизельні мають найвищий коефіцієнт конверсії, хоч за показниками якості дизельне пальне поступається бензину. У даному разі вирішальний вплив на коефіцієнт конверсії має конструкція двигуна (надходження палива до камери згоряння). Але узагальнююче спостереження таке: чим більша якість (сконцентрованість енергії) енергоносія, тим вищий його робочий потенціал і коефіцієнт конверсії у енергоносій ще з більшою якістю енергії.
Таблиця 2.2
КОЕФІЦІЄНТ КОНВЕРСІЇ ЕНЕРГІЇ З ОДНИХ ФОРМ В ІНШІ
В СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМАХ


Конверсійна система
(перетворення енергії)

Форма енергії

Коефіцієнт конверсії (корисної дії), %

Спалювання викопного палива:

хімічна ® теплова

 

у топках

 

до 40

форсунками для газу і нафти

 

до 65

парова машина Д. Уатта ХІХ ст

хімічна ® теплова ®
® механічна

3—4

сучасна (стаціонарна)

 

15—17

Парова турбіна за параметрів:

хімічна ® теплова ®
® механічна

 

Р = 3,5 МРа і Т = 700 К

 

25

Р = 4 МРа і Т = 820 К

 

40

Двигуни внутрішнього згоряння:

хімічна ® механічна

 

карбюраторний

 

25—30

дизельний

 

28—40

газотурбінна установка

 

25—28

Електрогенератор

механічна ®
® електрична

98

Суха електробатарея

хімічна ® механічна

90

Автомобільний акумулятор

електрична ®
® хімічна ®
® електрична

73

Атомна електростанція

ядерна ® теплова ®
® електрична

33

Сонячна батарея

світлова ® електрична

2—10

Напрями технічного вдосконалення конструкції двигунів щодо підвищення економічної та екологічної характеристик збігаються і полягають у забезпеченні найбільш повного згоряння палива у двигуні, що зменшує викиди токсичних канцерогенних органічних сполук типу бензопірену і не до кінця окисненого вуглецю СО. Є підстави сподіватись, що найбільш повно комплекс­ним техніко-економічній і екологічній характеристикам якості палива в перспективі відповідатиме молекулярний водень Н2, під час згоряння якого утворюється лише водяна пара.
Сучасна економіка більшу частину вилучених з природи енергетичних ресурсів (енергоносіїв) піддає технологічній конверсії на теплових електростанціях (ТЕС), атомних (АЕС) та гідроелектростанціях (ГЕС) у більш високоякісну й зручну для використання електричну енергію. Дані щодо виробництва електроенергії в Україні наведено в табл. 2.3.
Таблиця 2.3
ВСТАНОВЛЕНА ПОТУЖНІСТЬ І ВИРОБНИЦТВО
ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ у 1990—1997 рр.*


Показники

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1. Встановлена потужність, млн W

55,7

54,4

54,4

54,3

55,2

53,9

54,06

53,9

у тому числі:
а) ТЕС

38,2

37,0

37,0

36,9

37,8

35,5

36,48

36,4

частка ТЕС, %

68,7

68,0

68,0

67,9

67,6

65,8

67,6

67,5

б) АЕС

12,8

12,68

12,68

12,68

12,68

13,68

12,81

12,8

частка АЕС, %

22,8

23,3

23,3

23,3

23,0

25,4

23,7

23,8

в) ГЕС

4,7

4,7

4,7

4,7

4,7

4,7

4,7

4,7

частка ГЕС

84,5

84,5

84,5

86,6

8,7

8,7

8,7

8,7

2. Виробництво електроенергії

298,5

278,7

252,5

229,9

202,9

194,0

183,0

178,0

у тому числі:
а) ТЕС, ТW ? h

211,6

191,6

170,8

143,8

121,8

113,2

94,57

88,6

частка ТЕС, %

70,9

68,7

67,6

62,4

60,0

58,4

51,6

49,8

б) АЕС, ТW ? h

76,2

75,1

73,7

75,2

68,8

70,5

79,6

79,4

частка АЕС, %

25,5

26,9

29,2

32,7

33,9

36,3

43,5

44,6

в) ГЕС—ГАЕС,
ТW ? h

10,7

11,9

8,1

11,2

12,3

10,1

8,8

10,0

частка ГЕС—ГАЕС, %

3,6

4,3

3,2

4,9

6,0

5,3

4,8

5,6

Виробництво електроенергії у розвинених країнах світу на початок ХХІ століття становило (орієнтовно) в млрд кіловат-годин: США — понад 3000; ФРН і Франція — понад 400; Великобританія — понад 300 і Японія — близько 700.
Видобування енергоносіїв в Україні: вугілля — 150 млн тонн (власні потреби — 120 млн тонн); нафти, відповідно, — близько 5 млн тонн (потреби 40 млн тонн); газ — 25 млрд м3 (потреби близько 80 млрд м3).
У наступних підрозділах ми розглянемо найбільш поширені схеми (принципи) технологій конверсії різних видів природних енергетичних ресурсів саме в електроенергію у зв’язку з економічними та екологічними проблемами їх реалізації.


* У наступні роки (до 2001) зміни незначні.

2.3. Системи технологій ТЕС і шляхи
вирішення проблеми токсичних викидів


На теплових електростанціях (ТЕС) вихідним джерелом енергії є органічне паливо, передовсім вугілля, а також сланці, нафтовий мазут, газ. Система технологій теплоенергетики складається з таких ланок:
1) видобуток вугілля (шахтним чи відкритим способом);
2) збагачення і підготовка вугілля до спалювання;
3) спалювання вугілля й одержання водяної пари високого тиску;
4) конверсія теплової енергії пари послідовно в механічну енергію парової турбіни і в електричну (в одному блоці турбоелектрогенератора).
Спрощену схему ТЕС зображено на рис. 2.3. Реальні агрегати конструктивно значно складніші.
Щоб з’ясувати матеріальні й енергетичні потоки та екологічну проблему ТЕС, проаналізуємо кількісні та якісні характеристики потоку енергії від видобутку вугілля до одержання електроенергії. Відповідні розрахунки зручніше робити, задавшись потужністю електрогенератора, і по черзі переходити до попередньої стадії конверсії.
Якщо (умовно для зручності розрахунку) потужність великого електрогенератора приймемо за 1000 MW, коефіцієнт корисної дії (конверсії) механічної енергії парової турбіни в електричну — 0,95, а енергії вугілля в енергію пари і далі в механічну — 0,37, то для ТЕС повний коефіцієнт конверсії дорівнюватиме добутку: ? = 0,95·0,37 = 0,36. За таких умов, якщо будемо спалювати кам’яне вугілля з питомою теплотою згоряння близько 28 J·kg–1, то щосекунди його потреба становитиме :


Рис. 2.3. Схема енергетичного і матеріального потоків
теплової електростанції (ТЕС):
1 — топка; 2 — паровий котел з перегрівачем пари; 3 — парова турбіна; 4 — електрогенератор;5 — теплообмінник; 6 — насос постачання водою (конденсатом) парового котла; 7 — насос циркуляції води в охолоджуючому контурі
Згідно з першим законом термодинаміки, тепло (енергія), що виділяється під час згоряння 100 kg вугілля за 1s (100kg ? 28 MJ/kg), має дорівнювати сумі енергій 1000 MJ, які виробляє за одну секунду електростанція потужністю у 1000 MW і водночас втрачає [(100 kg ? 28 MJ/kg) – 1000 MJ] = 1800 MJ. Відтак коефіцієнт конверсії (корисної дії — ?) дорівнює відношенню отриманої електроенергії до енергії, яка виділилась під час згоряння енергоносія. У нашому випадку ? збігається з орієнтовно визна­ченим вище

Розглянемо матеріальні потоки за реалізації конверсії внутрішньої енергії 100 kg вугілля під час його згоряння в електричну енергію. Склад різних видів кам’яного вугілля коливається в досить широких межах. Так, вміст вуглецю становить 75—97 %, водню 2—5 %, кисню 2—15 %, сірки 1—4 %, азоту до 1,5 %. Крім наведених хімічних елементів, вугілля містить у невеликій кількості інші, які в процесі його згоряння утворюють до 6% золи (оксиди і солі), а також токсичні леткі сполуки. Виходячи з серед­ніх значень наведених даних щодо складу вугілля, виконаємо розрахунки за вже відомою нам схемою. (Згадайте стехіометрію за прикладами 1-го розділу.)
Вихід діоксиду вуглецю (СО2) і витрати кисню за повного згоряння вугілля визначимо за стехіометричним рівнянням:
С + О2 = СО2.
Молярні маси:
С = 12; О2 = 32; СО2 = 44.
Діоксид вуглецю за масою m (kg) і кількість речовини n (kmol), що виділяється в процесі згоряння 100 kg вугілля із серед­нім вмістом 86 % вуглецю, відповідно становлять:
    
За аналогічним розрахунком маса і кількість речовини (mol) витраченого кисню становитимуть:
    
Вихід діоксиду сірки за стехіометричним рівнянням: S + O2 =
= SO2 за її вмісту у вугіллі 2,5 % становитиме:
молярні маси: S = 32; O2 = 32; SO2 = 64.
 
Вихід оксидів азоту в перерахунку на NO2, якщо середній вміст азоту 1 %, визначимо за рівнянням N + O2 = NO2.
молярні маси: N = 14; O2 = 32; NO2 = 46.
 кількість речовини
Витрати сумарної кількості атмосферного кисню (mol) на окис­нення сірки й азоту визначимо, виходячи з того, що за стехіометричним рівнянням на один моль SO2 i NO2 потрібно по одному молю О2. Отже, на 0,08 kmol SO2 i 0,07 kmol NO2 буде витрачено 0,08 + 0,07 = 0,15 kmol молекулярного кисню (О2), маса якого становитиме 0,15 kmol ? 32 = 4,8 kg.
Разом із розрахованою вище масою витрати кисню на окиснення вуглецю вугілля (229,3 kg) сумарна витрата атмосферного кисню становитиме:

У складі атмосферного повітря в топку електростанції, крім кисню, надходить ще молярний азот (N2) відповідно до складу повітря (О2 — 23 %, N — 76 % і близько 1 % інертних газів).
 
Звідси маса повітря:

Об’єм повітря Vп, яке надходить у топку парового котла електростанції кожної секунди (за умов спалювання 100kg вугілля за секунду), можна визначити, виходячи з розрахованої вище кількості речовини (mol) кисню й азоту:

Якщо кількість речовини (mol) попередньо не розраховувалась, але відома маса повітря — mп і густина ?п, то об’єм Vп дорів­нюватиме:

Незначну різницю в розрахунках Vп двома способами зумовлено визначенням  за молярною масою тільки азоту.
Склад димового газу визначимо через відносну кількість речовин —
 (100 %).
Звідси склад димових газів за об’ємом (% об’ємн.):

      .
Слід зазначити, що, розраховуючи об’єм, ми знехтували незначною витратою азоту на утворення його оксиду, вологістю повітря та іншими компонентами реагуючої системи. Але навіть більш коректний підхід не змінить суттєво результату розрахунків за стехіометричним рівнянням. Інша справа — це відхилення розрахункових даних від реальних, що зумовлено технологічною доцільністю подавання в топку значно більшої (ніж стехіометрич­на) кількості повітря.
Цінність розрахунку полягає в тім, що він дає можливість визначити як мінімальні витрати чистого повітря і вугілля, так і нижчу межу викиду токсичних речовин і прогнозувати екологічні наслідки.
Обчислені дані ТЕС, що спалює 100 kg вугілля за 1s, відповідають тепловій потужності топки 3000 MW і електричній — 1000 MW (278 kW·h / s).
Схематично матеріальні й енергетичні потоки ТЕС потужністю 1000 MW показано на рис. 2.3.
Для більшої наочності екологічних проблем розглянемо ситуацію, яка складається навколо великої сучасної електростанції з потужністю 3000 MW, отже, такої, котра спалює щонайменше 300kg вугілля за 1s (необхідні вихідні дані ми розрахували вище).
За добу, тобто за 86 400 s, викиди становитимуть:
за СО2: 3 · 315 · 8,64 · 104 = 8165·104kg (81 650 t);
за SO2: 3 ? 5 · 8,64 · 104 = 129 · 104kg(1290 t);
за NO2: 3 · 3,3 · 8,64 · 104 = 85 · 104kg (850 t).

 

Страницы [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]


ВНИМАНИЕ! Содержимое сайта предназначено исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права принадлежат их законным правообладателям. Любое использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие или полученные в связи с использованием содержимого сайта.
© 2007-2019 BPK Group.