ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ  ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ПАВЛОДАР  ПОЛИТЕХНИКАЛЫҚ КОЛЛЕДЖДI

ПАВЛОДАРСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  КОЛЛЕДЖ 
 
 
 
 

КУРСТЫҚ   ЖҰМЫСЫ

КУРСОВАЯ  РАБОТА

КР 1003000.526.12 ПЗ 
 
 

Тақырыбы/ Тема: Твердое топливо 
 

Қорғауының  бағасы/

Оценка  при защите__________ 

                                                                                           Орындады/выполнил:

                                                                                    Студент гр.ЗКТТ-210

                                                                                     Кеженева.А                                                                                                                                                                                                                        

                                                                                                                         (аты-жөнi) /(Ф.И.О)

                                                                                                                                       ________________________

                                                                                                                                                      (қолы, мерзiмi)/(подпись, дата) 

                                                                           Тексерді/пров 

                                                                                Ускумбаева.О.В

                                                                                                                                                        (аты-жөнi) / (Ф.И.О)

      __________________________                                                                                                                                                                                                

                                                                                                                                                         (қолы, мерзiмi)/(подпись, дата) 
 
 
 

2012 ж/г

СОДЕРЖАНИЕ 
 

      Введение.                                                                                                       4                                                                                                  

1   Виды топлива 5

2    Основная часть 7

2.1 Описание технологического процесса 9

2.2 Состав топлива 11

2.3 Устройство ТСУ (топливо сжигающие устройства) 12

2.4 Применение топлива.  13

3    Расчет сжигания топлива 15

      Заключение 22

      Список использованных источников 23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                                                                             5

     1 ВИДЫ ТОПЛИВА                                                                                     

          Нефть, природный газ, каменный уголь, а так же многие соединения углерода играют важную роль в современной жизни как источники получения энергии. При сгорании угля и углесодержащих соединений выделяется теплота, которая используется для производственных процессов, отопления, приготовления пищи. Большая же часть получаемой теплоты превращается в другие виды энергии и затрачивается на совершение механической работы.

          К основным видам топлива относятся  ископаемый уголь, торф, дрова,                    нефть и природный газ. 

     Твёрдое топливо — это горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом — содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Одинаковые количества топлива дают при сжигании различное количество теплоты. Поэтому для оценки качества топлива определяют его теплотворную способность, то есть наибольшее количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива (наибольшая теплотворная способность у каменного угля). В основном твёрдое топливо применяют для получения теплоты и других видов энергии, которые затрачиваются на получение механической работы. Кроме того, из твёрдого топлива при его соответствующей обработке (перегонке) можно получить более 300 различных химических соединений. Большое значение имеет переработка бурого угля в ценные виды жидкого топлива — бензин и керосин.

     В зависимости от степени метаморфизма в России принято разделять уголь  на следующие виды – бурые угли, каменные угли, антрациты и графиты, а за рубежом принята иная дифференциация – лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты  соответственно.

     Классификация угля, основанная на степени углефикации  торфа, может указать на его примерный  возраст. Как правило, чем уголь  древней, тем больше в нем углерода. По содержанию углерода от наибольшего  содержания к наименьшему уголь  классифицируется так – антрацит, битуминозный уголь, суббитуминозный  уголь и лигнит. Уголь, в котором  максимальное количество углерода является самым чистым и ценным. Чем ниже количество углерода, тем ниже теплота  его сгорания и тем выше количество примесей и влажности.  
      Лигнит (образовано от латинского слова, обозначающего дерево и древесину) - самый молодой вид угля. Коричневого  цвета, большой влажности (до 45%, высокое содержание серы. Рыхлее остальных видов, на открытом воздухе со временем рассыпается. Используется в основном только на электростанциях.  
Суббитуминозный уголь имеет еще одно название – черный лигнит. Черного цвета, влажность достигает двадцати - тридцати процентов. Его используют для производства электрической энергии для обогрева домов. Имеет приблизительную теплоту сгорания 5-6 кВт/кг.

     6 

     Битуминозный  уголь – наиболее распространенный - черного цвета, мягкий, плотный  с часто встречающимися блестящими и матовыми полосками. Влажность  битуминозного угля менее двадцати процентов. Имеет приблизительную теплоту сгорания 7-9 кВт/кг.

     Антрацитовый  уголь самой высокой кондиции, черного цвета, блестящий. Влажность  антрацита как правило менее 15%. Имеет самую высокую среди  углей теплоту сгорания – до 9 и более кВт/кг.

     Ископаемые  угли - твердое топливо растительного происхождения; подразделяются на гумусовые, образующиеся из остатков высших растений, и сапропелевые, образующиеся из остатков низших растений, главным образом водорослей. В нашей стране добывают угли гумусовые и частично смешанные гумус сапропелевые.

     Угли  разного состава отличаются не только по блеску и строению, но также по дробимости (прочности), спекаемости, выходу летучих веществ и продуктов  их термической переработки, что  вытекает из различия физико-химических свойств отдельных типов углей. Так, блестящие и полублестящие  угли обладают низкой механической прочностью, легко дробятся и при добыче и  дроблении переходят в мелкие классы. Матовые же и полуматовые  обладают более высокой механической прочностью, труднее дробятся и при  добыче и дроблении преимущественно  остаются в крупных классах. Блестящие  и полублестящие типы углей хорошо спекаются, полуматовые и особенно матовые спекаются плохо или  совсем не спекаются.

     К бурым относятся угли, имеющие  высшую удельную теплоту сгорания влажной  без зольной массы угля менее 23,8 МДж/кг и представляющие собой самую низкую стадию превращения исходного растительного вещества в уголь. Характерная особенность бурого угля: большая гигроскопичность, следствием которой является высокая влажность; высокий выход летучих веществ (обычно более 40 %); отсутствие спекаемости; легкая окисляемость и самовозгорание. В зависимости от влажности бурые угли делятся на три группы: Б1 — с содержанием рабочей влаги более 40 %, Б2 - от 30 до 40 % и БЗ - менее 30 %. Основная масса бурого угля используется в качестве энергетического топлива в электростанциях ТЭЦ, остальное применяется в качестве технологического сырья при газификации, химической переработке.

     К каменным относятся угли высшей удельной теплоты сгорания влажной без зольной массы более 23,8 МДж/кг; представляют собой следующую после бурого угля стадию превращения растительного вещества в уголь. В отличие от бурого каменный уголь характеризуется большей твердостью, всегда черным цветом, невысокой рабочей влажностью (3 ... 13 %), пониженным выходом летучих веществ (9 ... 35 %). Одно из важнейших свойств каменных углей — спекаемость. На этом свойстве основан процесс коксования, в результате которого получают кокс, являющийся металлургическим топливом, и химические продукты. 
 
 

                                                                                                                              7

     2 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 

     Современные технологии добычи угля. Сегодняшняя угледобывающая промышленность достигла определенных успехов в модернизации горного хозяйства, повысился как уровень механизации, так и оптимизировалось производство. Произошли положительные сдвиги в условиях опасного шахтерского труда, и повышенное внимание стало уделяться технике безопасности при работе в шахте. В России и Украине - странах, владеющих значительными запасами угля, модернизация предприятий угледобывающей промышленности происходило на базе техники, которая досталась по наследству от СССР. На территории постсоветского пространства пласты угля залегают с точки зрения геологии в самых разнообразных условиях. Ни одна другая страна в мире не может похвастаться таким многообразием геологических условий, которые влияют на принципы и идеи конструирования оборудования для угледобывающей промышленности. В настоящее время существует два способа разработки угольных месторождений – открытый (карьеры) и подземный (шахты). Шестьдесят процентов мирового угля добывают карьерным способом. На территории России ведется самая глубокая угледобыча в мире – около отметки в 1200 метров.

     Пласт угля, мощностью от полуметра до 1,3 м называется тонким. Пласт от 1,3 м до трех с половиной метров – принадлежит к средней мощности. А пласты от 3,5 м до тридцати метров - являются мощными. Все три вида пластов разрабатываются подземным  способом, то есть в шахте. При разработке карьерным способом, помимо средней  мощности, в разработку идут пласты угля, мощностью до 150 метров - которые  приближаются к залежам.   При  карьерном способе все процессы производства, необходимые для извлечения угля из недр, происходят на поверхности. При открытом способе применяют  три вида выемки – механический, гидравлический и смешанный. При  шахтной выработке угольного  месторождения то, каким способом выемки будут пользоваться, зависит  напрямую от свойств вмещающих пород  и пласта, и условий, которые предъявляются  к кондиции угля. Могут применять  следующие виды выемки – ручную, буровзрывную, геотехнологическую, а также ряд смешанных способов.

     Полезно знать, что угольные месторождения  найдены почти во всех странах, но рентабельные месторождения угля имеют  около семидесяти стран, а разработка их ведется пятьюдесятью странами. Учитывая современные темпы добычи угля и постоянно совершенствующиеся технологии добычи, разведанные запасы угля рискуют быть уничтоженными  за полтора столетия.

В Европе древесина используется в качестве сжигаемого топлива в основном только в виде отходов лесной и лесопильной  промышленности, обычно в виде древесной  стружки или древесных опилок. Древесный уголь представляет собой  эти отходы, переработанные в углевыжигательных  или других специальных печах.

     Кокс  производится из каменного и бурого угля и угольных смесей в особых печах при температуре приблизительно 1200^oС, при которой происходит их дегазация.

                                                                                                                               8

     Дегазацией  называется процесс удаления газообразных компонентов  из твердых материалов в герметичных нагревательных камерах. Каменный уголь, брикеты бурого угля, кокс и древесный голь представляют собой очищенное твердое топливо. Брикеты изготавливаются из раздробленного и высушенного каменного или  бурого угля в специальных прессах. Брикеты могут иметь различные  формы. Сжигаемые материалы должны пройти полный анализ, включающий в  себя расчет необходимого для горения  объема воздуха, определение объема выхлопных и отработанных газов, массы шлака и получаемого  топлива. При оценке возможности  применения установок для производства твердого топлива, необходимо определить, насколько они удовлетворяют  экологическим требованиям, предъявляемым  к таким печам в стране, где  предполагается их использовать.

     Основная масса каменных (гумусовых) углей используется в качестве энергетического топлива, широко применяются каменные угли для производства металлургического кокса.

     Антрацит  и полуантрацит — ископаемое твердое  топливо высшей степени углефикации. К ним относят ископаемые угли с выходом летучих веществ  менее 9 %. По сравнению с каменными  углями антрациты — самые блестящие, твердые и плотного образования.

     Различают следующие марки каменных углей :Д - длиннопламенный, Г —газовый, ГЖ — газовый жирный, Ж — жирный, КЖ — коксовый жирный, К — коксовый, ОС - отощенный спекающийся, Т - тощий, СС –слабоспекающийся, ПА — полуантрацит и А — антрацит. По крупности кусков угли подразделяются на классы (табл. 2). 

Таблица 2 - Классификация углей по крупности кусков

     Торф — ископаемое топливо, представляющее собой смесь продуктов неполного разложения в условиях болот при ограниченном доступе воздуха и большой влажности остатков наземных и болотных растений с продуктами более глубокого превращения растительных остатков. 

     В зависимости от характера торфообразования различают торф верховой, низинный и переходной. Верховой торф образуется из мхов; низинный — из луговых болотных растений (тростников, камышей); в образовании  переходного торфа принимают  участие те и другие торфообразователи. 

     По  способу добычи торф как топливо  разделяется на фрезерный  (крошка) и кусковой (брикеты и полубрикеты).

                                                                                                                             9

     Наиболее  распространен фрезерный способ добычи торфа, при котором верхний, наиболее сухой, слой измельчается до крошкообразного состояния. Из фрезерного торфа производят торфяные брикеты и полубрикеты.

     Основными потребителями торфа являются электростанции, работающие на торфе. Его также используют для отопления промышленных печей  и бытового потребления.

     Горючие сланцы - ископаемое топливо с очень высоким содержанием минеральных веществ (преимущественно карбонатов до 40 %); используются как топливо для электростанций, а также для термической и химической переработки на жидкие продукты и газ. Полученная при переработке смола и подсмольные воды служат сырьем для выработки светлого моторного топлива, топливных и смазочных масел, препаратов для консервации древесины, фармацевтических и других продуктов. Сланцевый газ используется в качестве топлива главным образом для коммунальных целей.

     В качестве топлива в основном для  коммунальных нужд используется древесина  лиственных и хвойных пород. Из топливного баланса дрова практически исключены. Качество дров зависит от породы древесины, однородности, влажности и наличия  пороков. В зависимости от способа обработки твердое топливо можно разделять на две группы: природное и очищенное. К природному твердому топливу относятся уголь, бурый уголь, торф, древесина и солома. Уголь и торф являются осадком, образующимся в результате распада и разложения растений в древние времена под воздействием высокого давления и недостатка кислорода. Каменный уголь является наиболее древним природным минеральным топливом, распространенном во всем мире, залежи которого находят на разной глубине. Бурый уголь образовался гораздо позднее и содержит древесные остатки. Содержание воды в буром угле составляет 45 - 60%; добывается он, как правило, открытым способом. Бурый уголь имеет очень низкую энергетическую ценность и обычно не перевозится на большие расстояния. Торф образуется из разложившихся растений и воды; по этой причине он содержит большое количество влаги. Поэтому на поверхности большие пласты добытого торфа разрезаются на блоки, которые высушиваются перед сжиганием. 

     2.1 Описание технологического процесса

     Технология  добычи угля открытым способом. Важной отраслью экономики нашей страны является угольная промышленность, которая включает не только добычу (обогащение), но и переработку (брикетирование) каменного и бурого угля. Сама по себе добыча угля — это удаление его с открытой поверхности месторождения с последующим вывозом из шахты. Правильно организованная добыча угля имеет важное значение не только для экономики страны, но и для защиты недр и окружающей среды от последствий вторжения человека.

Существуют  различные способы добычи угля, которые  зависят от глубины залегания  угольных пород. Если глубина нахождения угольного пласта составляет до ста  метров – в этом случае добыча угля производится открытым способом.

                                                                                                                                  10

На сегодняшний  день объем добычи угля открытым способом в общем объеме добычи угля примерно составляет 65 % и его доля предположительно увеличится за ближайшее десятилетие  еще процентов на десять.

     Добыча  угля производится открытым способом тогда, когда уголь залегает неглубоко. В таком случае первоначально  производится удаление вскрыши после  чего производится буровзрывная отбойка  угля. После отбойки уголь с  помощью вагонов или автотехники  увозится с места добычи. При производстве вскрышных работ уделяют внимание составу и величине верхнего слоя породы – при незначительной толщине  и рыхлости вскрышевание можно произвести бульдозером. А вот в случае если верхний слой породы более толстый  – применяются роторные экскаваторы, лопаты и драглайны. Методология  технологии добычи угля открытым способом имеет ряд особенностей. Так, влияние  открытого способа добычи угля на природную среду может быть весьма велико, следовательно необходим  тщательный контроль и планирование на всех стадиях разработки породы, а также правильное управление процессами.

     Рассматривая  способы добычи угля открытым способом, отметим что для этого используются три способа: одноковшовый экскаватор грузовой автомобиль; драглайны; многоковшовые  роторные экскаваторы и дробилки (впрочем это более редкий способ добычи открытым способом). Грузовые автомобили и одноковшовые экскаваторы используются довольно широко, в то же время драглайны  и системы многоковшовых роторных экскаваторов применяются преимущественно  именно для добычи угля открытым способом.

     Особенностью  открытого способа добычи угля является применением специального оборудования и методик, позволяющих производить  добычу на больших по площади территориях  залежей угольной породы.

     Оценка  экономической эффективности технологии обогащения углей

Проблема  комплексности использования сырья  — не только проблема экологии, ресурсов, новых технологий, это, прежде всего  экономическая проблема. Производство любой минеральной продукции  ориентировано на получение прибыли. Поэтому важно использовать ценные компоненты сырья оптимальным образом. Критерием оптимальности в этом случае служит прирост прибыли.

     Важное  экономическое обстоятельство, способствующее повышению полноты использования  сырья, — система ценообразования. Обогатительные процессы, различающиеся  по степени утилизации сырья, с технологической  точки зрения трудно сопоставимы  из-за различия в ассортименте и  номенклатуре выпускаемой продукции. Экономическая оценка, особенно с  учетом экологических характеристик  технических решений, позволяет  дать объективную картину в сравнении различных производств.

     Обычно  определение наивыгоднейшего режима разделения не учитывает экономических показателей результатов технологического процесса. Это будет справедливо, если одинаковы убытки при:

- потере выхода при фиксированной зольности;

- потере качества (увеличение зольности) при фиксированном выходе. 

                                                                                                                                11

     В этом случае наивыгоднейший режим разделения определяется с точки зрения свойств  самого угля. Это та точка, где уголь  легче всего разделить и легче  всего удержать параметры процесса. Но могут сложиться такие требования на продукты обогащения, такие цены на него, что для фабрики экономически будет выгоднее разделять уголь  не по такой удобной точке, как  опт, а по некоторой другой точке  Х. Хотя процесс обогащения при этом не будет столь совершенным, как  это возможно для данного угля, но зато будет обеспечена максимальная прибыль на одну тонну перерабатываемого  сырья. Методов оценок экономической  эффективности известно меньше, чем  технологических. Кроме того, они  не носят конструктивный характер, а являются описательными. Они скорее содержат рациональные идеи, чем методы их осуществления. Однако графическое  решение полученного им уравнения, сложные громоздкие процедуры и  огрубление в конечном счете результатов  расчета сводят на нет его применение. 

     Таким образом, актуальной является постановка задачи о выборе наивыгоднейшего  режима разделения с целью получения  максимальной прибыли. Ее нужно решать конкретно для каждой фабрики. Это  возможно только при наличии аналитического аппарата для описания кривых обогатимости. Алгоритм решения этой задачи должен входить в автоматизированную систему  управления ОФ. При этом может учитываться  большее или меньшее количество факторов, определяющих управление режимом  разделения.