КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ПАРОГЕНЕРАТОРЫ

Виды и состав топлив

Отечественная энергетика развивается за счет строительства электро­станций на органическом и ядерном топливах.

Органическим топливом называют природные горючие вещества, спо­собные активно вступать в реакцию с кислородом и обладающие значитель­ным удельным тепловыделением (на единицу массы или объема). Топливо, используемое паровыми и водогрейными котлами тепловых электростан­ций, а также промышленными котельными, называют котельным топливом. Топливо для ТЭС часто называют энергетическим. Учитывая мощности электростанций, запасы этих топлив должны быть значительны и относи­тельно легко доступны для массового использования. Кроме того, они не должны являться ценным сырьем для других отраслей промышленности.

В качестве топлив для электростанций широко используются: из твер­дых топлив — каменные и бурые угли и отходы их переработки, антрацит и полуантрацит; из жидких — мазут; из газовых — природный и попут­ный газ. В меньшей мере, в силу ограниченности запасов или производ­ства, сжигаются на ТЭС торф и горючие сланцы, стабилизированная нефть и горючие газы промышленности (доменный, коксовый), хотя в отдельных районах страны они могут составлять заметную часть топливного баланса.

В начале XXI века решающая роль в производстве электроэнергии в стране останется за органическим топливом, прежде всего за счет зна­чительной добычи природного газа и углей Западной Сибири. В 1998 году расход топлива электростанциями составил: доля природного газа — 61,8%, разных видов углей — 29,1%, мазута — 8,7%. Доля торфа и сланца составила не более 0,4%. Первое десятилетие XXI века будет характеризоваться пе­реводом ряда действующих электростанций на сжигание твердого топлива и увеличением его доли в топливном балансе.

Твердое и жидкое о р г а, н и ч е с к о е топливо. Эти виды топлив состоят из сложных органических соединений, образованных в основном
пЯтью химическими элементами — углеродом С, водородом Н, серой S, кислородом О и азотом N. В состав топлива входят также влага W и него­рючие твердые (минеральные) вещества, которые после сгорания образуют сухой остаток — золу А. Влага и зола составляют внешний балласт топлива, а кислород и азот — внутренний его балласт. Расчеты по сжиганию топлива вьіполняют на основании его элементного состава, т. е. содержания в топ­ливе (по массе в процентах) химических элементов, а также содержания влаги и золы, которые определяют в лабораторных условиях.

Коксовый остаток

В составе исходной массы топлива выделяют несколько видов так на­зываемых расчетных масс (рис. 3.1). Основной является рабочая масса топлива, представляющая процентное содержание химических элементов и негорючих веществ в натуральном топливе, поступающем на электро­станцию:

C4H4 04N4S4#I Wp = 100%. (3.1)

Поскольку содержание внешнего балласта (Ар 4- W'p) подвержено из­менениям в зависимости от условий хранения и способа добычи топлива, То устанавливают глубину химических преобразований в топливе, т. е. вид угого топлива (бурый, каменный уголь, полуантрацит, антрацит) по про­центному содержанию элементов в безводном и беззольном составе топ­лива. Такими массами являются условно горючая и органическая. Понятие
горючей массы является условным, так как содержащийся в «горючей» мас­се топлива азот не горит, а кислород является окислителем и частично уже находится в соединении с другими горючими компонентами:

Сг + Нг + Ог + Nr + Sr = 100%.

Горючими элементами топлива является углерод С, водород Н, се­ра S. Наибольшей теплотой сгорания на единицу массы обладает водород (120,5 МДж/кг), но его в составе топлив немного. Основным горючим эле­ментом является углерод (34,1 МДж/кг). Сера является вредной примесью: она выделяет при сгорании мало тепла (9,3 МДж/кг), но образующиеся оксиды серы приводят к загрязнению воздуха и развитию сернокислотной коррозии металла котла. По составу горючей массы прослеживается увели­чение доли углерода и уменьшение кислорода по мере старения (повыше­ния качества) топлива. Разделение топлив на виды определяется по теплоте горения горючей массы и по объему выхода из нее летучих веществ при нагреве до 850°С.

Органическая масса характеризует состав исходного вещества, из кото­рого образовалось это топливо. Она отличается от условно горючей исклю­чением из последней колчеданной серы SK (в форме пирита FeS2), попав-^ шей в исходную залежь топлива из внешней окружающей породы. Сухая и аналитическая массы топлива используются при лабораторных анализах. Последнюю часто называют лабораторной массой.

При необходимости пересчета состава топлива с одной массы в другую следует выделить, чем (по составу) отличаются эти массы и в какой из них процентное содержание компонентов будет больше. Так, горючая масса по составу отличается от рабочей на значение внешнего балласта, и все компо­ненты горючей массы на долю этого балласта будут больше (в процентах), чем в рабочей, и наоборот (см. пример 3.3.1), так как за 100% принимается в любом случае 1 кг исходной массы.

Природный газ. Природный газ представляет собой механиче­скую смесь различных горючих и негорючих газов. Основными составля­ющими природного газа являются: метан СЩ (86-95%), тяжелые углево­дороды CmHn (9-4%), азот N2 (5-1%). '

Процентный состав природного газа выражают уравнением

СН4 + ECmH„ + N2 + С02 + H2S + ... = 100%

В котором все составляющие выражены в процентах по объему.

Балластом в природных газовых топливах являются в основном азот и двуокись углерода, содержание которых не превышает нескольких про­центов.

При эксплуатации состав сжигаемого газа определяют эксперименталь­но газоанализаторами. В заключение в табл. 3.1 показана общая структура используемых в энергетике котельных топлив.