В 2. Топливо и энергетика

В настоящее время за счет сжигания органического топлива на Земле получают теплоты более чем 13·10¹⁶ . Эта тепловая энергия используется в быту, промышленности, на транспорте и других отраслях народного хозяйства в специальных сооружениях, которые объединяют общим термином – тепловые устройства.

Наиболее распространенные промышленные тепловые устройства можно разделить на четыре характерные группы:

1) тепловые генераторы;

2) теплообменники;

3) тепловые аппараты;

4) тепловые машины.

Во всех тепловых устройствах за исключением теплообменников (№ 2) главным тепловым процессом, определяющим тепловую работу устройства, является получение теплоты в результате превращения химической, электрической, солнечной, атомной и других видов энергии.

Превращение химической энергии в тепловую при сжигании органического топлива производится:

- в теплогенераторах – в топках;

- в тепловых аппаратах – в отпускных печах, в паровых и водогрейных котлах; в плавильных и нагревательных печах;

- в тепловых машинах – в двигателях внутреннего сгорания, реактивных двигателях, газовых турбинах.

В этих тепловых установках используется около 70 % всего расходуемого на внутреннее потребление органического топлива. В ближайшей перспективе (до 2020 года) валовое потребление топлива на нужды промышленности будет возрастать, однако потребление его будет неравномерно, в зависимости от вида топлива. Так, доля сжигаемого газа с 50 % (в настоящее время) уменьшается до 49 % в 2010 г. и 46 % в 2020 г. потребление жидкого топлива изменится с 20 до 22%; потребление угля возрастает с 19 до 20 процентов.

Одно из важнейших направлений политики любого государства – обеспечение собственной энергетической безопасности. В настоящее время и на ближайшую перспективу наша страна полностью обеспечивает собственные нужды в органическом топливе и имеет возможность экспортировать его (см. рис. 2).

Однако, несмотря на самодостаточность в обеспечении энергетической безопасности, в нашей стране большое внимание уделяется всемерной экономии энергетических ресурсов, дальнейшему совершенствованию энергопотребления, проведению активной энергосберегающей политики.

Важным направлением в экономии топлива является использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Расчеты показывают, что капитальные затраты на внедрение в производство устройств по утилизации ВЭР в 3,5 раза меньше капитальных затрат на добычу, обогащение и транспортировку органического топлива (в расчете на 1 т).

Повышение экономичности, надежности и экологической безопасности в практике сжигания топлив базируется на теоретических исследованиях, проводимых учеными всех (промышленно развитых) стран мира.

Исследованиям общих вопросов теории горения (химический и физический этапы) посвящены работы зарубежных (Льюис Б., Эльбе Г., Пиз Р.Н., Иост В., Эванс М. и др.) и отечественных ученых. Еще в 1890 годах русский ученый В.А. Михельсон опубликовал результаты своих фундаментальных работ по теории горения газов. Известны основополагающие работы Д.И. Менделеева по химизму различных топлив. Широкое развитие теория горения получила в работах советских ученых (Н.Н. Семенов, Г.Ф. Кнорре, Д.А. Франк-Каменецкий, Я.Б. Зельдович, Л.Н. Хитрин, В.В. Померанцев, В.И. Блинов и др.).

Вопросам теории горения частиц (капель) топлив посвящены работы зарубежных авторов (Вуд Б.Д., Россер В.А., Уайз Х., Гольдсмит М., Пеннер С. и др.) и отечественных ученых (Г.А. Варшавский, И.И. Палеев, М.А. Гуревич, Д.Б. Сполдинг, В.И. Блинов, А.С. Предводителев, С.В. Бухман и др.).

Большое значение в организации горения имеет аэродинамика топочных струй. Теоретическим разработкам в области аэродинамики факела, плотного и кипящего слоев посвященных работы Л. Прандтля, Г.Н. Абрамовича, Л.А. Вулиса, Ю.В. Иванова, Л.Г. Лойцянского, С.Л. Шагаловой и др.

Очень большое количество научно-исследовательских, конструкторских и опытно-промышленных работ приходится на прикладное направление подготовки топлива и его сжигания различными способами. В этом направлении известны работы таких ученых, как Гаусорн В., Уиделл Д., Хотел Г., Воль К., Геслей К., Кутателадзе С.С., Померанцев В.В., Баскаков А.П., Арефьев К.М. и многих других.

Горение – один из первых сложных технических процессов, освоенный человечеством. В истории развития техники этот процесс занимал и продолжает занимать очень важное место, является основой современной энергетики, многих технологических производств, транспорта и быта.

Курс «Топливо и теория горения» в значительной степени синтезирует сведения основных физико-химических и теплотехнических дисциплин.

Знание этого курса во всем предлагаемом в данной работе объеме необходимо при изучении дисциплины «Котельные установки и парогенераторы», отдельные разделы используется при изучении дисциплин: «Технологические энергоносители предприятий», «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», «Тепловые и атомные электростанции», «Режимы работы и эксплуатация ТЭС», «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций».

3.2.1. Топливо: виды, состав, характеристики

В процессе работы с данным разделом Вам предстоит:

- изучить три темы;

- выполнить блок лабораторных работ, включающих работы 1…5;

- выполнить блок практических занятий, включающих два задания (задачи 1…4);

- ответить на вопрсы для самопроверки;

- ответить на вопросы тренировочного теста № 1;

- выполнить часть контрольной работы.