Основні поняття

Технологія Штучна сировина

Високі технології Поліметалева сировина

Операційна карта Збагачення сировини

Маршрутна карта Концентрат

Виробничий процес Хвости збагачення

Технологічний процес Магнітна сепарація

Технологічний регламент Умовне паливо

Типи виробництв Жорсткість води

Питання для обговорення

1. Що таке технологія?

2. У чому полягає сутність виробничого процесу?

3. У чому полягає сутність технологічного процесу?

4. За якими ознаками класифікується сировина?

5. Що таке умовне паливо?

Змістовий модуль 2. Система технологій в енергетиці

2.1. Основні види і джерела енергії

Енергетичний потенціал планети включає практично невичерпні джерела енергії – сонце, вітер, води рік і морів – і непоправні, пов’язані з використанням корисних копалин – нафти, вугілля, природного газу, уранових руд, пальних сланців і торфу.

Джерела енергії першої групи, за винятком гідроенергії рік, дотепер посідають незначне місце у світовому енергетичному балансі.

Енергія необхідна як для проведення безпосереднього технологічного процесу, так і для транспортування сировини і готової продук­ції, допоміжних матеріалів. У структурі собівартості продукції витрати на електроенергію складають більш 30%, що свідчить про високу енергоємність деяких видів виробництв, які у 5 разів перевищують досягнуті у світі зі застосуванням новітніх технологій.

У промисловості використовуються різноманітні види енергії: електрична, теплова, ядерна, хімічна й енергія світла.

Електроенергію в Україні виробляють теплові (ТЕС і ТЕЦ), гідравлічні (ГЕС), гідроакумулюючі (ГАЕС) та атомні (АЕС) станції. У перспективі набуде поширення використання екологічно чистої енергії за рахунок нетрадиційних відновлювальних джерел енергії.

2.2. Система технологій теплових електростанцій

На теплових електростанціях (ТЕС) джерелом енергії є органічне паливо, насамперед вугілля, а також пальні сланці, нафтовий мазут, газ. В стадії промислового випробування знаходяться ТЕС, що працюють на значно дешевих від газу пиловугільному та водовугільному видах палива. Система технологій теплоенергетики складається з таких ланок (при роботі на вугіллі).

1. Видобуток вугілля (підземним або відкритим засобом).

2. Збагачення і підготовка до спалювання.

3. Спалювання вугілля й одержання пари високого тиску.

4. Конверсія теплової енергії пари послідовно в механічну енергію турбоелектрогенератора й електричну (в одному блоці турбо­електрогенератора).

Основне устаткування паротурбінних ТЕС:

1) котлоагрегат (паровий котел, пароперегрівник).

2) турбогенератор (парова турбіна, сполучена з електро­генератором).

Теплові електростанції, на яких у ролі приводу електрогенераторів застосовують так звані конденсаційні турбіни, називають конденсаційними електростанціями (КЕС).

Паротурбінні електростанції, що виробляють і відпускають споживачам одночасно 2 види енергії: електричну і тепло (одержуване в результаті часткового використання відпрацьованої пари), називають теплоелектроцентраллю (ТЕЦ).

При спалюванні палива в топці котлоагрегату 1 вода, що надходить до нього по трубах, перетворюється в пару. Під високим тиском пара подається в турбіну 2, де вона, діючи на лопаті ротора турбіни, призводить його до обертового руху. Ротор турбіни механічно пов’язаний із ротором електрогенератора 3, у трифазній статорній обмотці якого при обертанні виробляється електроенергія.

Пара, що відпрацювала в турбіні, подається трубопроводом в конденсатор 4, що є частиною турбоагрегату. Конденсатор являє собою теплообмінник для здійснення переходу води з пароподібного стану в рідке. Конденсація пари відбувається в результаті потрапляння пари в паропровід теплообмінника з більш низькою температурою, ніж температура насичення пари при даному тиску. Конденсація пари супроводжується виділенням тепла, яке відводиться від гарячого паропроводу за допомогою охолодженої води, що циркулює за допомогою циркуляційного насоса 5 через теплообмінник 4 і градирню 6.

Градирня – пустотіла споруда для охолодження води атмосфер­ним повітрям. Насос 7 подає воду усередину градирні, де вона розбризкується у виді фонтана. Охолодження відбувається в основному за рахунок випару води наскрізним повітряним потоком, що рухається знизу вгору.

На рис. 2.1 зображено спрощену технологічну систему ТЕС. Реальні агрегати конструктивно значно складніші.

u

Рис.2.1. Технологічна схема конденсаційної ТЕС:

1 – котлоагрегат, 2 – турбіна, 3 – електрогенератор,

4 – конденсатор, 5 – циркуляційний насос, 6 – градирня,

7 – насос градирні, 8 – конденсаційний насос 1-го ступеню,

9 – знесолююча установка; 10 – конденсаційний насос 2-го ступеню, 11 – підігрівник низького тиску;12 – деаератор;

13 – бустерний живильний насос; 14 – живильний насос;

15 – підігрівник високого тиску.

Перетворенню пари у воду, крім охолодження, сприяє вакуум, утворюваний у паропроводі теплообмінника конденсаційними насосами 1-го і 2-го ступенів (8 і 10). Далі вода через знесолюючу установку 9, підігрівники низького і високого тисків 11, 15 і деаератор 12 за допомогою бустерного 13 і живильного 14 насосів спрямовується в котлоагрегат для повторного використання.

Деаератор являє собою апарат для видалення з води розчинених у ній кисню і диоксиду вуглецю, що викликають корозію труб та іншого устаткування. За принципом дії деаератори бувають термічні, хімічні та інші.

Бустерний насос – це вакуумний насос, установлений між конденсаційними насосами з метою приведення у відповідність різних рівнів їхнього випускного тиску.

Таким чином утворюється замкнений пароводяний тракт: котлоагрегат – парова турбіна – конденсатор-котлоагрегат.

Підвищення тиску і температури пари перед турбінами і зниження кінцевої температури і тиску відпрацьованої пари збільшує коефіцієнт корисної дії (ККД) конденсаційної електростанції. При роботі КЕС практично вся енергія, надана парі при спалюванні палива, перетвориться в електричну. Частина виробленої електроенергії витрачається на забезпечення власних потреб електростанції (робота допоміжного устаткування, освітлення, вентиляція й ін.). Загальний ККД сучасних КЕС досягає 35-42%. Зазвичай КЕС працюють на місцевих твердих паливах, мазуті та природному газі.

Конденсаційні електростанції є основним типом потужних теплових електростанцій.

Теплові конденсаційні електростанції часто називають ДРЕС, тобто державні районні електростанції. Але зараз ця назва застаріла і не відповідає дійсності. Раніш, коли не було енергосистем, кожна ТЕС забезпечувала споживачів у межах того району, де сама розміщувалась. В даний час за наявності єдиних енергосистем країни слово “районна” втратило сенс.

ТЕЦ обладнують переважно теплофікаційними турбінами, тобто турбінами без конденсатора. В таких турбінах тиск на виході останнього ступеню вище атмосферного. Пара, що відпрацювала в турбіні, або подається в теплофікаційну мережу, або направляється в спеці­альні водонагрівники, де віддає тепло воді, що йде на обігрівання житла, забезпечення комунально-побутових потреб у гарячій воді і технологічних потреб промислових підприємств.

Комбіноване виробництво електроенергії і тепла сприяє ефек­тивнішому використанню палива в порівнянні з роздільним виробітком електроенергії на КЕС і тепла в місцевих котельнях. Крім того, місцеві котельні не завжди раціонально використовують паливо, забруд­нюють атмосферу викидами продуктів згорання і тим самим погір­шують навколишнє середовище населених пунктів. Такі міста як Київ і Харків для тепло- і електропостачання використовують декілька ТЕЦ.

Приклад. Щоб усвідомити екологічну проблему ТЕС, варто проаналізувати кількісні характеристики відходів у ланцюзі потоку енергії від видобутку вугілля до одержання електроенергії.

Але розрахунки зручніше робити, задаючись потужністю електрогенератора і по черзі переходити до попередньої стадії конверсії.

Тому, якщо потужність достатньо великого турбогенератора складає 1000 МДж/с, коефіцієнт корисної дії конверсії механічної енергії парової турбіни в електричну – 0.95, а енергії пари в механічну – 0.37, то коефіцієнт конверсії хімічної енергії вугілля в теплову енергію пари і далі в електричну буде дорівнювати добуткові:

η = 0,95 × 0,37 = 0,36.

Якщо питома теплота горіння якісного кам’яного вугілля становить біля 28 МДж/кг, то щомиті потрібно спалювати

P

q = ,

η · Q

де P – потужність турбогенератора, МДж;

η – коефіцієнт корисної дії;

Q – питома теплота горіння, МДж/с;

1000 МДж

q = = 98,2 кг .

0,36 × 28 МДж × кг^-1

Тобто 98,2 кг вугілля, що спалюється за 1с, еквівалентні 1000 МДж, тобто потужності у 1000 МВт.

На ТЕС сумарні річні викиди шкідливих речовин, в які входять оксиди сірки, азоту, вуглецю, альдегіди і пилюка золи на 1000 МВт встановленої потужності складають орієнтовно від 1300т на газових до 165000т на пиловугільних.

Впровадження в експлуатацію на Старобешевській ТЕС котла з циркуляційним киплячим спалюванням пиловугільного палива позволило вдвоє знизити собівартість електроенергії, питомі викиди золи – в 20 раз, SO₂ – в 11 раз, окислів азоту – в 3,3 рази, виключити викиди CO.

У атмосфері оксиди сірки й азоту утворюють із парами води відповідні кислоти, що згубно діють на рослинність і фауну водойм. Крім того великий питомий (на одиницю виробленої електроенергії) викид радіоактивних речовин дає ТЕС, що працює на вугіллі. У вугіллі завжди містяться природні радіоактивні речовини, при спалюванні вугілля вони практично повністю потрапляю у навколишнє середовище.