Лабораторна робота № 2

1. Мета: вивчити будову та основні режими роботи ТЕС.

Аналіз та відповіді на завдання лабораторної роботи:

Завдання №1

1. Розрахуйте середню теплову енергію 1м³ газів у топковій камері котла, якщо температура факела t = 1750 ^оС, а концентрація часток у ньому 8,35·10²⁶м^-3. Визначте, якій кількості умовного палива відповідає ця енергія?

Відповідь:

Джерелом енергії на ТЕС є тепло, що генерується у котлах внаслідок хімічної реакції згоряння палива,

R(CH_m)_n + k∙O₂ → z∙CO₂ + y∙H₂O + Q_t + зола ,

k, m, n, y, z – стехіометричні коефіцієнти.

Тепло Q_t виділяється у вигляді кінетичної енергії руху продуктів реакції

Q_t = N∙ ε_t ,

ε_t – середня кінетична енергія руху частинок речовини; N – число часток, що задіяні в реакції окислення.

Середня кінетична енергія частинок дається виразом

ε_t = 3/2∙k_Б∙T,

k_Б – стала Больцмана, k_Б = 1.38·10^-23 Дж/К; Т – температура за шкалою Кельвіна, (T ^oK = 273,15 + t ^oC).

Температура горіння Т палива залежить від сили хімічних зв’язків у паливі та умов горіння (тиску в топці котла, подачі кисню (повітря), фазового стану палива – тверде, рідке чи газоподібне).

Отже згідно вище формулам ми можем розрахувати такі параметри:

ε_t = 3/2∙1,38·10^-23 ∙(273,15 + 1750)= 4,19·10^-20 Дж;

Q_t = 8,35·10²⁶∙ 4,19·10^-20 =34986,5 кДж;

Якість палива характеризують його теплотворною здатністю – кількістю тепла, що виділяється при згорянні одного кілограма палива.

Для оцінки якості палива в теплотехніці використовують еталон - умовне паливо. Теплотворна здатність у.п. В_у.п. = 29,3 МДж/кг.

Кількість умовного палива ми можемо знайти за формулою:

n= Q_t /В_у.п.

n= 34986,5 /29,3·10³.=1,19 кг.у.п.

Завдання №2

2. Потужність котла ТЕЦ 200 МВт. Розрахуйте, яку кількість у. п. спалюють за добу у цьому котлі. Який повинен бути об’єм складу вугілля для його тижневого запасу? Скільки вагонів повинно бути виділено на добу для обслуговування цієї ТЕЦ? Яку кількість кисню використовує ТЕЦ для спалювання палива за добу, за місяць та за рік? Розрахуйте також відповідні викиди СО₂ (парникового газу) від такої ТЕЦ.

Відповідь:

Аналізуючи задачу, а саме потужність котла ТЕЦ 200 МВт – це потужність на виході з котла, отже ми маємо врахувати ККД котла, який рівний 0,85, тобто на початковому етапі спалювання органічного палива втрачається 15% палива, отже зараз ми розрахуєм початкову потужність котла ТЕЦ:

N=200/0,85=235,3 МВт.

235,3 МВт – це потужність, яку котел розвиває за 1 годину, тобто це можна прийняти рівним 235,3 МВт·год.

Приймаємо, що на ТЕЦ спалюється кам’яне вугілля.

Діаграма перерахунку енергетичних величин

Конденсаційними електростанціями (КЕС) - електростанції, (

Тепловими електричними станціями (ТЕС) – називають станції на яких

т. у. п. – 1 тонна умовного палива Теплотворна здатність палива

вугілля = 24,98 МДж/кг

Згідно із діаграмою перерахунку енергетичних величин, перерахуємо 235,3 МВт·год у умовне паливо, а це буде рівним:

235,3·0,123=28,94 т. у.п.

Тобто це кількість умовного палива за годину, а за добу це буде рівним:

28,94·24=694,57 т. у.п./ за добу.

Отже зараз ми знаємо яка кількість умовного палива спалюється на ТЕЦ за добу, а тому як на ТЕЦ спалюється вугілля, то отримане умовне паливо переведемо у тони вугілля і також з допомогою діаграми перерахунку енергетичних величин:

235,3·0,144·24=813,2 т.вугілля/ за добу.

Визначаємо необхідний об'єм складу для зберігання тижневого запасу вугілля:

Визначаємо необхідну кількість вагонів для доставки добового запасу вугілля:

Приймаємо кількість вагонів 14 штук.

Для визначення необхідної кількості спалюваного кисню, приймаємо склад вугілля: вуглець r_c =50%, сірка r_s=0,8%, кисню r_o =30%. Розглянемо реакції:

С+О₂→ СО₂

S+О₂→ SО₂

Тобто на кожен моль вуглецю і сірки необхідний один моль кисню.

Визначимо, кількість вуглецю в вугіллі:

Визначимо кількість сірки у вугіллі:

Визначаємо кількість кисню у вугіллі:

Визначаємо необхідну добову кількість кисню:

Визначаємо необхідну місячну кількість кисню:

Визначаємо необхідну річну кількість кисню:

Кількість вуглекислого газу буде рівна кількості вуглецю:

Визначаємо об’єм місячного викиду двоокису вуглецю:

Визначаємо об’єм річного викиду двоокису вуглецю:

Завдання №3

3. Поясніть, навіщо при спалюванні твердого палива його подрібнюють до пилоподібного стану? Опишіть та зобразіть технологічну схему підготовки та спалювання палива.

Відповідь:

В наш час широкого поширення набув процес спалювання твердого палива факельним, вихровим (циклонним) способами. Це пов’язано із економічних умов, а також процесом горіння твердого палива. Під час цьго вугілля (тверде паливо) за допомогою млинів перемелюється до пилевидного стану, а саме: розмір пилинків сягає десятків мікрометрів.

При швидкості газового потоку у топковій камері, перевищуючи швидкість витання пилинок, останні при такому процесі будуть у зваженому стані в газоповітряному потоці і разом з цим починають перемішуватися, згораючи в польоті в межах топкової камери.

Цей процес має ряд переваг у порівнянні із звичайним спалюванням твердого палива (шаровий процес), а саме:

• добре перемішування палива (вугільного пилу) із повітрям;

• розподілення факелу по всій висоті топкової камери;

• стала температура горіння в топковій камері;

• удосконалення топкових камер;

• відсутність транспортуючих механізмів;

• повна автоматизація та механізація всіх робіт пов’язаних із спалюванням палива;

• дуже малі втрати теплоти від механічної і хімічної неповноти згорання палива;

• економне спалювання палива.

Рис.1. Технологічна схема підготовки та спалювання палива