5475

Сырьё, вода и энергия в промышленности

Реферат

Производство и промышленные технологии

Сырьё, вода и энергия в промышленности. План: Промышленные сырьевые ресурсы, их характеристика. Вода в промышленности. Производство и потребление энергии. Основные тенденции развития энергетики РФ на рубеже 21 века. Сырьевая база и структу...

Русский

2012-12-12

432.5 KB

66 чел.

Сырьё, вода и энергия в промышленности.

План:

1. Промышленные сырьевые ресурсы, их характеристика.

2. Вода в промышленности.

3. Производство и потребление энергии.

4.Основные тенденции развития энергетики РФ на рубеже 21века. Сырьевая база и структура топливоснабжения РФ.

5. Производство электроэнергии на ТЭЦ. ГРЭС и АЭС.

Сырьё является важнейшим элементом всякого технологического процесса.

Сырьём называют вещества природного и синтетического происхождения, используемые в производстве промышленной продукции.

По агрегатному состоянию сырьё делится на твёрдое, жидкое и газообразное. Наиболее распространённое твёрдое сырьё – уголь, торф, руды, древесина, сланцы; жидкое – вода, нефть, соляные рассолы; газообразное – воздух, природные и промышленные газы.

По составу сырьё делится на органическое и неорганическое.

По происхождению различают сырьё минеральное, растительное и животное.

Минеральное сырьё изучается минералогией – наукой о 2500 различных минералах, отличающихся друг от друга по химическому составу, физическим свойствам, кристаллической форме и прочим признакам. Минеральное сырьё делят на рудное, нерудное и горючее. Рудным минеральным сырьём называют горные породы или минеральные агрегаты, содержащие металлы, которые могут быть экономически выгодно извлечены в чистом виде. Нерудным называется сырьё, используемое в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов и не являющееся источником получения металлов. Однако большая часть нерудного сырья содержит металлы (алюмосиликаты, апатиты). К горючему минеральному сырью относятся органические ископаемые: уголь, торф, сланцы, нефть и др., используемые как топливо или сырьё для химической промышленности.

Рудами называются полезные ископаемые, содержащие один или несколько металлов в количестве и форме, допускающей на данном этапе развития техники их экономически рациональное извлечение. Для классификации металлических руд наиболее часто используют следующие признаки:

  1.  число содержащихся металлов
  •  монометаллические (хромовые, железные)
  •  биметаллические (медно-молибденовые, свинцово-цинковые)
  •  полиметаллические (алтайские руды, саксонские руды);
  1.  химический состав минерала;
  2.  химический состав пустой породы.

Месторождения руд делят на два типа: коренные (первичные, в виде монолитных горных пород, рудных массивов) и рассыпные (продукты распада и разрушения горных пород).

По назначению руды подразделяются на руды цветных, чёрных и редких металлов.

Нерудное сырьё иначе называют минерально-химическим; оно служит источником получения неметаллов (сера, фосфор и др.), солей, минеральных удобрений и строительных материалов. Важнейшими видами нерудного сырья являются самородная сера, апатиты, фосфориты, природные соли. К нерудному сырью относятся и редкие минералы промышленного назначения (алмаз, графит). Источником производства строительных материалов являются горные породы, которые делятся на изверженные (гранит, базальт, пемза); осадочные (гипс, мел, глина, гравий) и метаморфические (мрамор, кварцит).

По химическому составу большинство изверженных пород состоит из кремнезёма SiO2 и глинозёма Al2O3. Осадочные породы добавочно включают ещё и карбонаты кальция (известняк), магния (доломит), сульфат кальция (гипс) и т.д. Глина представляет собой сложную смесь тонкообломочных пород с кварцем, известняком, илом. По распространённости в земной коре первое место занимает кремнезём, второе – глинозём. Все эти горные породы могут применяться самостоятельно в виде естественных строительных материалов (мрамор, гранит, гравий), а также в виде сырья для производства большинства строительных материалов (цемента, бетона, кирпича и т.д.) и для производства химических веществ.

Перерабатываемое сырье

Современное производство характеризуется разнообразием перерабатываемого сырья. Объем этого понятия в известной мере условен, т.к. в конкретные исторические периоды ограничен потребностями и экономическими возможностями народного хозяйства иметь новые виды природных и сырьевых материалов, а также возникновением и развитием новых отраслей. Так в 20 в. перерабатываемым сырьем стали ранее не использовавшиеся  урановые руды (атомная энергетика и производство вооружения) и др. веществ.

Природное сырье по химическому составу делят на неорганическое и органическое. Неорганическое сырье составляют вещества неживой природы (минеральные вещества), органическое сырье – растительного и животного происхождения.

Минеральное сырье относится к разряду важнейших. В настоящее время насчитывается почти 2500 минеральных веществ, отличающихся друг от друга составом, физическими свойствами, формой кристаллов и прочими характеристиками.

Россия имеет значительные месторождения минерального сырья, например, занимает 1 место в мире по разведанным запасам железных руд, асбеста, калийных солей, поваренной соли и др. материалов.

Минеральное сырье относится к числу невозобнавляемых. Растительное и животное сырье (древесина, лён, хлопок, масла, жиры, молоко, кожа и т.д.) перерабатываются или в продукты питания (пищевые сыры), или в продукты промышленного или бытового назначения (техническое сырьё). Источниками растительного и животного сырья являются ресурсы естественной среды обитания: земельные, лесные, водные. Важнейшими особенностями растительного и животного сырья является:

  1.  сезонность добычи;
  2.  особые условия хранения;
  3.  комплексное использование (например, подсолнечник, семена используют для приготовления масла, стебли сжигают и получают поташ, из шелухи выделяют ценное химическое сырьё – фурфурол, а из жмыха – крахмалопаточные продукты);
  4.  замена пищевого сырья не пищевым (например, в производстве этилового спирта замена зерна или картофеля нефтехимическим сырьём высвобождает на каждый литр спирта 3,3 кг зерна или 9 кг картофеля).

Важное значение имеет обогащение сырья. Целью обогащения является получение сырья с возможно большим содержанием полезных элементов. Например, виды обогащения минерального сырья (в твёрдом состоянии) подразделяются на механические, физико-химические и химические и основаны на различии в таких свойствах, как плотность, размер и форма зёрен, прочность, электропроводность, смачиваемость, растворимость и т.д.

Растительное и животное сырье – перерабатывается 1) в продукты питания (сырьевое сырье) и в 2) продукты промышленного и бытового назначения (техническое сырье). Источниками растительного и животного сырья являются возобновляемые ресурсы естественной среды обитания: земельные, лесные, водные.

   Особенностью многих видов животного и растительного сырья является 1) сезонность поступления, поскольку оно, в основном, собирается и используется в определенное время года. 2) Другая особенность состоит в том, что при хранении изменяются свойства, поэтому вопросы сохранности запасов животного и растительного сырья также важны, как и проблемы его переработки. Многие виды этого сырья перед поступлением в производство сортируют, очищают и перерабатывают. Тем не менее, потери его могут быть достаточно велики. Так, для сырья растительного происхождения на пути от поля до потребления потери в ряде случаев (картофель, овощи) достигают 30 – 50% . Их можно значительно снизить, о чем свидетельствует опыт ведущих промышленных и сельскохозяйственных стран, в которых потери аналогичного вида обычно не превышают нескольких процентов.

Искусственное сырье – характеризуется тем, что его получают из разных природных материалов. К этому классу можно отнести химические волокна, синтетические каучуки.

Искусственное сырьё  также подразделяется на два подкласса: 1) органические материалы (вискозные, ацетатные волокна и др.) и 2) минеральные (силикатные, металлические волокна и др.)

Топливом называют горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьём для химической, металлургической и других отраслей промышленности.

Все топлива по агрегатному состоянию делятся на:

  1.  твёрдые(уголь, торф, древесина, сланцы);
  2.  жидкие (нефть, нефтепродукты);
  3.  газообразные (природный и попутный газы).

По происхождению топливо бывает естественным и искусственным, т. е. полученным в результате переработки естественного топлива или в качестве отходов различных технологических процессов (например, доменный газ).

Основным показателем для топлива служит его удельная теплота сгорания, т.е. количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объёма топлива. Техническая характеристика топлива определяется его составом. В состав всех видов топлива входит горючая (органическая масса + горючие неорганические вещества -– сера и её соединения и т.д.) и негорючая масса (зола, влага) – балласт. Органическая масса топлива состоит в основном из углерода, водорода, а также азота и кислорода. Чем больше в топливе золы, влаги, тем ниже его теплота сгорания. Чем выше в органической массе содержание углерода и водорода и чем меньше кислорода и азота, тем большей теплотой сгорания характеризуется топливо.

Для исчисления общих запасов топлива различные его виды пересчитываются на т.н. условное топливо. Например: 1 т бурого угля принимается за 0,4 т.н., каменного – за 1 т.н., нефти – за 1,4 т.н.  условного топлива.

Удельная теплота сгорания различных видов естественного топлива.

Вид топлива

Удельная теплота сгорания

кДж/кг

кВт*ч/кг

Нефть

Природный горючий газ (на 1 м3)

Антрацит

Каменный уголь

Бурый уголь

Торф

Горючие сланцы

Дрова

42000

25000-46000

32800-33600

29300

10500-21000

8300-16700

8300-21000

8300-15400

11,63

6,98-12,82

9,08-9,32

8,15

2,92-5,82

2,33-4,66

2,333-5,82

2,33-4,32

Топливо

Топливом называют органические вещества или их компоненты, способные при взаимодействии с О2 поддерживать самопроизвольный процесс горения с выделением большого количества тепла. В этом качестве топливо имеет огромное народнохозяйственное значение. Оно является энергетической базой всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, коммунально-бытового сектора. Не менее важна роль этих органических веществ как источников первичного сырья для ряда отраслей промышленности.

Можно отметить, что также большое количество теплоты выделяется и при окислении ряда неорганических веществ: например, алюминий, магний, натрий, калий, литий, фосфор. Однако по ряду причин (дефицитность, высокая стоимость и т.д.) указанные неорганические вещества в чисто энергетических целях практически не используются.

Поэтому можно сказать, что топливо – это вещество, при химических и ядерных превращениях которого выделяется количество теплоты, достаточное для использования в других технологических процессах.

   Разработано несколько классификаций топлива: 1) по агрегатному  состоянию – топливо подразделяется на твёрдое (угли, торф, древесина, сланцы), жидкое (нефть и нефтепродукты), газообразное (природный и попутный нефтяной газы); 2) топливо делят на естественное и искусственное, т.е. полученное при переработке естественного топлива или в качестве побочного продукта различных технологических процессов (доменного, коксового и др.)

  Естественное топливо представлено в основном группой горючих     ископаемых. Горючие полезные ископаемые относятся к числу невозобновляемых источников топлива. Эти ископаемые мы и рассматриваем сейчас.

В общей стоимости мировой добычи минерального сырья на топливо приходится 75%. Топливно-энергетический баланс (соотношение между различными видами горючих полезных ископаемых) с течением времени непрерывно изменяется. В начале 20 века главную роль играл уголь (больше 90%). С середины столетия стали широко использоваться более эффективные виды энергетического сырья (нефть и газ), в связи с чем доля угля в топливно-энергетическом балансе упала до 30%. В конце столетия в ряде передовых в промышленном отношении стран наметилась тенденция к увеличению доли угля. Непосредственным толчком к этому послужил энергетический кризис начала 70–х годов, когда выявилась сильная зависимость экономически развитых стран от внешних источников нефти, расположенных в политически неустойчивых регионах мира, прежде всего на Ближнем Востоке.

  Наметившаяся тенденция увеличения доли угля в топливно-энергетическом балансе объясняется еще и тем, что запасы угля во много раз превышают нефтяные и газовые. В общих геологических запасах, залегающих до глубины 1800 м. они оцениваются в 12,8 млн. т. условного топлива и составляют 85%. Уголь рассматривается как надёжный источник энергии и химического сырья на многие столетия (440 лет).

В настоящее время энергетический баланс выглядит следующим образом

источник энергии

% участия

уголь

24,6

нефть и природный газ

45,4

гидроэнергия

3,9

атомная энергия

24,2

др. (приливы – отливы, ветер, Солнце, термальные воды, дрова…)

3,9

Таким образом, основными источниками энергии являются: уголь, нефть, природный газ и запасы расщепляющихся материалов.

Использование энергетических источников в различных районах мира неравномерно. Так некоторые страны, например, Франция, на 70% удовлетворяют свои потребности в электроэнергии за счет развития атомной энергетики. Швейцария и Норвегия за счет гидроэнергии, используя малые электростанции, построенные на горных реках. Если даже использовать все реки Земного шара для выработки электроэнергии, то это удовлетворит потребности всего человечества не более, чем на 20%. В тоже время, энергия ветра превышает потребности всего человечества в 100 раз, а энергия Солнца в 30.000 раз, но как раз эти источники не используются должным образом.

Поэтому, пока основными видами топлива являются уголь, нефть и природный газ.

Основным показателем для всех видов топлива служит:

удельная теплота сгорания – количество теплоты, которое выделяется при полном сжигании единицы массы твёрдого и жидкого топлива или  единицы объёма газообразного топлива (Дж/кг, Дж/м3). Для сведения , для приведения различных видов топлива к единому эквиваленту и для исчисления его общих запасов введено понятие условного топлива.

Условное топливо – топливо, теплота сгорания которого принята равной 29300 кДж/кг. Теплота сгорания реальных топлив обычно существенно отличается от этой величины. Так одна тонна бурого угля эквивалентна 0,4 тонны условного топлива (т.у.т.), каменного угля – 1 т.у.т., нефти – 1,4 т.у.т.

В топливе различают – горючая масса – это органическая часть (основной горючий компонент топлива), горючая неорганическая часть (сера и её соединения) и негорючая масса топлива – это зола (неорганический остаток) и влага. Обычно зола представлена оксидами кремния, алюминия, меди, магния, железа, натрия, калия. Зола – весьма нежелательная составляющая, поскольку:

1) уменьшает долю горючей части, 2) увеличивает механические потери топлива, 3) требует затрат на нагрев, 4) Порождает проблему зашлаковывания. Выход золы значителен и в некоторых случаях достигает половины массы топлива. Это создаёт проблему её складирования и утилизации. В последние годы разработан ряд направлений использования золы в различных отраслях народного хозяйства – для производства строительных материалов и для извлечения рассеянных элементов (германия и др.)

Некоторые характеристики состава твёрдого топлива:

  1.  летучие – вещества, выделяющиеся из топлива при нагревании без доступа воздуха (сухая перегонка). В их состав входят СО2, СО, СН4, Н2S, Н2, N2, CmHn, пары смолы и др. органические соединения. Состав и количество летучих веществ зависит от типа топлива и температуры сухой перегонки.
  2.  Под элементарным составом  твёрдого топлива понимают содержание его в горючей массе основных компонентов: С, Н, О, N и S. Они присутствуют во всех видах твёрдого топлива, образуя сложные соединения, состав которых в большинстве случаев неустановлен. Содержание других элементов в горючей части топлива незначительно.

В современной технологии в основном используют природное топливо всех трех агрегатных состояний. В ряде случаев применяют не только природное топливо, но и продукты его частичной или полной переработки (мазут, кокс), а также отходящие газы ряда производств (доменный, кокосовый газ).

Водные ресурсы

Все стороны человеческого бытия связаны с водой, её определёнными свойствами. Основные запасы воды сосредоточены в мировом океане. Для промышленных и бытовых нужд применяется только пресная вода(3% всех запасов). Важнейшая проблема современности – дефицит пресной воды. Суточный расход воды на душу населения в США 600-700 л, в развивающихся странах – 50 л.

Огромное количество воды потребляет промышленность(для производства 1 т стали необходимо 600 м3 воды), орошаемое земледелие и т.д.

По происхождению все природные пресные воды разделяются на поверхностные( реки, озёра), атмосферные(атмосферные осадки) и подземные(ключевые, артезианские, минеральные).При этом вода, содержащая менее 1 г солей на 1 кг воды, называется пресной, более 1 г – солёной. В воде содержатся кроме этого расиворённые газы: кислород, диоксид углерода CO2, а также сероводород, оксиды азота, кислородные соединения серы, бактерии.

В зависимости от назначения вода условно подразделяется на промышленную и питьевую. Естественно, что требования к составу воды зависят от назначения. Основными показателями качества воды являются жёсткость, общее солесодержание, прозрачность, окисляемость, вкус, запах, реакция среды. Для питьевой воды большое значение имеет токсичность примесей, количество содержащихся в ней микробов, запах, цвет и вкус. Для промышленных вод важными показателями являются жёсткость, солесодержание, количество растворённых газов и механические примеси. Солесодержание определяют по сухому остатку(мг) испарением 1 л воды и высушиванием остатка при 110 С до постоянной массы. Для большинства производств основным показателем является жёсткость воды, обусловленная присутствием солей кальция и магния. Различают три вида жёсткости:

  1.  временную(устранимую), обусловленную присутствием гидрокарбонатов кальция и магния. Эти соли легко удаляются при кипячении.
  2.  постоянную, обусловленную присутствием в воде сульфатов, хлоридов и нитратов кальция и магния, которые при кипячении не удаляются.
  3.  Общую, как сумму временной и постоянной.

Присутствие солей и газов в воде вызывает преждевременный износ оборудования.

Окисляемость воды обусловлена наличием органических примесей и определяется количеством перманганата калия(мг), израсходованного при кипячении 1 л воды в течение 10 мин.

Реакция воды (кислотность и щелочность) характеризуется показателем концентрации водородных ионов pH. Реакция природных вод близка к нейтральной(pH 6,8-7,3). Допустимое количество примесей так же регламентируется соответствующими стандартами.

Прозрачность определяется толщиной слоя воды, через который можно различить визуально или с помощью фотоэлемента изображение креста или определённого шрифта.

Промышленная водоподготовка включает следующие технологические процессы:

  1.  отстаивание, осветление и обесцвечивание;
  2.  фильтрование;
  3.  обеззараживание;
  4.  умягчение и обессоливание.

Все технологические процессы в промышленности связаны с затратой или выделением энергии, или с взаимными превращениями энергии одного вида в другой. Энергия необходима как для проведения самого технологического процесса, так и для транспорта сырья и готовой продукции, для вспомогательных операций (сушки, дробления, фильтрации и др.). Поэтому все технологические процессы являются потребителями энергии.

Энергия

Наиболее широкое практическое применение в промышленности имеют электрическая, ядерная, тепловая, химическая и другие виды энергии.

Электрическая энергия в промышленности применяется для получения механической энергии, для осуществления физических и механических процессов обработки материалов, дробления, измельчения, перемешивания, центрифугирования и т. д., для нагревания, проведения электрохимических реакций, использования электростатических явлений (осаждение пылей и туманов, электрокрекинг). Источником электрической энергии является энергия воды на гидростанциях (ГРЭС) и превращение тепловой энергии, полученной при сгорании топлива (тепловые электростанции — ТЭЦ) или в результате ядерных реакций (атомные электростанции — АЭС), в механическую, а затем механической в электрическую.

Всестороннее развитие промышленности требует электровооруженности труда, электрификации силовых и вспомогательных процессов, комплексной механизации и автоматизации производства, на осуществление которых предусмотрено использовать около  количества энергии, потребляемой всей промышленностью в целом. Современный период развития промышленности характеризуется все возрастающим применением электроэнергии в электрофизических и электрохимических процессах, в электрометаллургии стали, ферросплавов, цветных металлов.

Весь дефицит топливно-энергетического баланса должен в перспективе покрываться за счет существенного расширения доли атомной энергетики. Мировые запасы ядерного горючего обладают энергией, превосходящей в десятки раз потенциальную энергию разведанных запасов угля, нефти и природного газа, вместе взятых. С целью экономии и правильного использования природного невозобновляемого горючего сырья необходимо интенсивно развивать атомную энергетику.

Атомные электростанции (АЭС) обладают высоким коэффициентом полезного действия и являются важными поставщиками электроэнергии. Так, например, при распаде 1 г урана-235 выделяется такое количество тепловой энергии, которое затем превращается в 1000 кВт • ч электроэнергии. Иными словами, при распаде 1 т урана-235 выделяется количество теплоты, эквивалентное сгоранию 300000 т высококачественного каменного угля.

Большинство современных АЭС работает с реакторами на тепловых медленных нейтронах, использующих в качестве ядерного горючего дефицитный уран-235. В ядерных реакторах теплота, возникающая в результате деления ядер урана, нагревает жидкость, прокачиваемую через ураносодержащие тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ); тепловая энергия в турбинах превращается в механическую, а затем в электрическую. Наиболее высокой эффективностью отличаются реакторы-размножители, работающие на быстрых нейтронах и использующие наиболее доступное ядерное горючее уран-238. Строительство АЭС на быстрых нейтронах большой мощности — генеральная линия дальнейшего развития атомной энергетики

Тепловая энергия, получаемая при сжигании топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, выпарки, сушки, перегонки и т. д.), а также в качестве источника теплоты для проведения эндотермических реакций. В виде теплоносителей могут быть использованы топочные газы, водяной пар, перегретая вода, органические теплоносители, что обеспечивает равномерный обогрев, высокое качество получаемой промышленной продукции. Топливо широко применяется в энергетике для преобразования тепловой энергии в электрическую.

Химическая энергия, выделяющаяся в процессе экзотермических химических реакций, служит ценным источником теплоты для обогрева реагентов, используется для проведения эндотермических химических процессов. Например, в производстве аммиачной селитры теплота, выделяющаяся в результате экзотермической реакции, используется для выпаривания реакционной массы и ее кристаллизации.

Химическая энергия применяется в гальванических элементах и аккумуляторах, где она преобразуется в электрическую. Эти химические источники энергии характеризуются высоким к. п. д.

Помимо невозобновляемых источников энергии (полезных ископаемых) существуют также возобновляемые ресурсы, которые имеют в настоящее время сравнительно небольшое применение. Это энергия ветра, течения воды рек, морских приливов, терминальная и геотермальная энергия (теплота подземных источников, морей и океанов).

Геотермальная энергия — это запасы теплоты, имеющейся в глубинах земли. Особенный практический интерес представляют горячие источники воды и пара (гейзеры). Они используются как для отопления, проведения высокотемпературных процессов, так и для производства электроэнергии.

Ветер как носитель кинетической энергии используется человеком уже многие века (парусный флот, ветряные мельницы). Созданы и применяются ветродвигатели для сельскохозяйственных работ, подачи и перекачки воды.

Энергия рек широко используется в производстве электроэнергии в странах, богатых гидроресурсами. Например, в Норвегии гидроэлектроэнергия составляет 99,7% в энергетическом балансе, а во Франции и Италии она соответственно равна 50 и 58 %.

Энергия морских приливов есть разновидность гидроэнергии водного потока. Морские приливы обладают огромной энергией, зависящей от высоты приливной волны, которая достигает 10-20 м. Мировой технический потенциал морских приливов составляет около 500 млн. т условного топлива в год. В нашей стране представляет интерес использование этого источника энергии для районов побережья Баренцева, Белого и Охотского морей. Сделаны первые исследования на пути к практическому использованию этого источника энергии

Световая энергия приобретает все большее значение в промышленности, используется при создании фотоэлементов, фотоэлектрических датчиков, автоматов и т. д., а также для реализации большого числа фотохимических процессов в химической технологии. Перспективным источником энергии является энергия Солнца. Благодаря атомным реакциям синтеза ядер водорода и углеводорода Солнце излучает в мировое пространство колоссальное количество световой и тепловой энергии. Человечество уже давно применяло тепловую энергию солнечных лучей. В настоящее время широко известно применение солнечных батарей на космических кораблях. Солнечную тепловую энергию целесообразно применять в южных районах для промышленных и бытовых целей (плавление металлов в солнечных печах, кипячение воды, нагревание жидкостей и др.).

Крупные масштабы современных промышленных предприятий обусловливают все возрастающую потребность во всех видах энергии. Капитальные затраты на энергетическую базу при строительстве многих предприятий составляют от 13 до 53%. Показателем энергоемкости того или иного процесса служит расход энергии (в кВт • ч или Дж) на единицу получаемой продукции (например, на 1 т). Расход энергии на единицу промышленной продукции неодинаков для различных производств. Большой энергоемкостью характеризуются процессы черной и цветной металлургии, электрохимические процессы, получение фосфора, карбидов и т. д., а такие процессы, как биохимические, некоторые физико-химические (адсорбция, экстракция), химические процессы получения большинства минеральных удобрений и другие, отличаются незначительной энергоемкостью. Например, для производства 1 т алюминия требуется около 20000 кВт-ч, 1 т магния - 18000 кВтч, 1 т фосфора - в среднем 15000 кВт ч, а для производства 1 т аммиачной селитры и суперфосфата—соответственно 10 и 5 кВтч. В мало энергетических производствах доля энергии составляет около 10% себестоимости продукции и менее, в то время как в производстве металлов, фосфора, хлора, карбидов это одна из главных статей расхода.

Снижение энергоемкости и материалоемкости продукции становится важным критерием научно-технического уровня производства. Критерием экономического использования служит коэффициент использования энергии (к.и.э.), который выражается отношением количества энергии, теоретически необходимого на производство этой продукции, к фактически затраченному.

Тепловой к. п. д. процесса является частным случаем коэффициента использования энергии. Во многих производствах  к.и.э. еще довольно низок и не превышает 40-60%. Например,  к.и.э. паротурбинных электростанций составляет около 40%, а тепловой к.и.э. процесса обжига известняка составляет только 65 % и т. д. Поэтому проблема рационального использования энергии, уменьшение потерь теплоты в окружающую среду, использование так называемых вторичных энергетических ресурсов играют важную роль в промышленности.

На многих промышленных предприятиях широко используется теплота отходящих газов и газообразных и жидких продуктов реакции, которая может быть утилизирована в теплообменниках — рекуператорах, камерах — регенераторах и котлах — экономайзерах. В ряде производств используется отходящий пар после его применения для нагрева реакционных аппаратов. Вторичные энергетические ресурсы могут быть использованы для подогрева сырья, сушки, выпаривания, дистилляции, горячего водоснабжения, отопления и различных производственных нужд. Например, в сернокислотном производстве используется теплота обжиговых газов, в технологических процессах производства соды, цемента главным источником вторичных энергоресурсов являются отходящие дымовые газы и т. д. Расход электрической энергии, например, в электрохимических производствах снижается устранением омических потерь в контактах и токопроводящих шинах, уменьшением сопротивления электролита за счет повышения его электропроводимости и сокращения расстояния между электродами, а снижение расхода электроэнергии в электрометаллургических процессах достигается повышением количества электродов и улучшением конструкции печей.

В ряде химико-технологических процессов величина потерь аппаратами в окружающую среду достигает 10—15% от общего количества затраченной теплоты. Эти потери уменьшают тепловой изоляцией аппаратуры, ее конструктивным оформлением и выбором таких габаритов, которые обеспечивают минимальную поверхность теплоотдачи в окружающую среду.

Утилизация вторичных энергоресурсов и устранение потерь теплоты ведут к снижению себестоимости продукции, сокращению капитальных затрат в энергетические отрасли и обеспечивают экономию топлива в народном хозяйстве. В современных условиях нельзя рассматривать топливо только как источник тепловой энергии, так как оно является также ценнейшим сырьем химической промышленности. Комплексное энергохимическое использование топлива служит основой его рационального применения в народном хозяйстве.

Сбережение теплоты и энергии является важнейшей государственной задачей. Достижение этой цели должно быть обеспечено проведением целого комплекса энергосберегающих мероприятий. Одним из важнейших направлений в технологии является создание малоёмких производств за счет применения эффективных катализаторов, ультразвука, магнитного поля, вакуума и других прогрессивных методов интенсификации технологических процессов.

Основные тенденции развития энергетики РФ на рубеже XXI века   Сырьевая база и структура топливоснабжения РФ

Россия обладает одним из самых больших в мире запасом топливно-энергетических ресурсов. На ее территории, занимающей примерно 10% суши, имеющей 2,6% населения земли, сосредоточено свыше 38% разведанных запасов газа, 13% нефти, 12% угля и 14% мировых запасов урана. Такой потенциал в сочетании с процессом в развитии энергомашиностроения позволяет осуществить высочайшую энерговооруженность в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте и в бытовом потреблении.

До конца 50-х годов доминирующим топливом в СССР оставался уголь. С открытием новых нефтяных и газовых месторождений в Сибири, его доля в структуре производства электроэнергии сокращалась при одновременном росте доли газа и мазута. С 80-х годов идет быстрый рост доли природного газа в топливном балансе страны при одновременном снижении доли угля и особенно мазута. Этому способствовало ужесточение требований охраны окружающей среды, при котором приоритет отдавался газоугольной топливной стратегии. Реализация этой стратегии предполагалась в максимально эффективном использовании природного газа на базе внедрения парогазовых технологий, а также росте использования твердого топлива с применением чистых угольных технологий (циркулирующий кипящий слой, кипящий слой под давлением, газификация угля).

Использование мазута резко при этом снижалось в связи с уменьшением добычи нефти и переходом на технологии её глубокой переработки.

Росту потребления газа способствовала также чернобыльская катастрофа (1986), после которой наступил фактический мораторий на вводы мощностей АЭС.

В середине 90-х годов в структуре топливоснабжения РФ, применительно к ТЭЦ на органическом топливе, основное место занимал газ, доля которого составляла 59-63%, уголь в пределах 25*28%, мазут в пределах 11-13%, около 0,3% занимал торф.

К началу XXI века ситуация начинает несколько меняться. Отсутствие экономической и финансовой стабилизации в стране не позволило в широких масштабах перейти к прогрессивным и высоко-эффективным энергетическим технологиям, использующим газ и уголь. Одновременно экспортная цена газа в несколько раз превысила цены на внутреннем рынке и вызвала тенденцию к постепенному сокращению поставок газа в энергетику РФ. Намечается тенденция к расширению использования твердого топлива и реконструкции ряда ТЭЦ с переводом на сжигание угля. Необходимо отметить, что за счет повышения качества проектов и систем безопасности преодолен синдром боязни перед ядерной энергетикой. Начаты работы по завершению сооружения ряда блоков АЭС приостановленных ранее и имеющих высокую степень готовности.

Начиная с 2001 г. предполагается поэтапный ввод в эксплуатацию ряда новых блоков АЭС.

Производство электроэнергии на ТЭЦ, ГРЭС и АЭС.

  С 20-х годов XX века началось развитие ТЭЦ в современном понимании энергопроизводящего объекта. В 1920 г. принимается план ГОЭЛРО, который в значительной степени был выполнен и дал базу для развития промышленности, в том числе и энергомашиностроения. В 50-х годах начинается развитие атомной энергетики (1954 г. - пуск первой в мире АЭС в г. Обнинске). Уже в 1973 г. доля СССР по выработке электроэнергии на ТЭС составляла 16,5% от мировой, по выработке эл. энергии на АЭС более 6%. В 50-70-е годы идет бурный рост энергетики на органическом топливе:

пускаются первые блоки мощностью 150 и 200 МВт на параметры Р0=13,0МПа и То= 565/565°С,

позднее осваиваются блоки 300, 500, 800, 1200 МВт на параметры Ро= 24МПа То= 545/545°С.

В 1979 г. ЛМЗ изготавливает крупнейший в мире одновальный турбоагрегат на сверхкритические параметры мощностью 1200 МВт для Костромской ГРЭС. С 1965 по 1985 гг. ежегодный ввод мощностей на электростанциях СССР составлял 10-12 тыс. МВт. В последующие годы началось снижение объемов ввода электромощностей.

В России на конец 1995 г. действовало 55 электростанций мощностью 1000 МВт и более, и 24 мощностью 2000 МВт и более, в том числе ТЭЦ соответственно - 36 и 13, ГЭС - 13 и 6 и АЭС - 7 и 5. Мощность крупнейшей тепловой электростанции России - Сургутской ГРЭС-2 составляет 4800 МВт. Крупнейшие ГРЭС в России: Саяно-Шушенская - 6720 МВт, Красноярская - 6000 МВт, Братская - 4500 МВт. Крупнейшие АЭС: Ленинградская, Курская, Балаковская - по 4000 МВт каждая.

На тепловых электростанциях отрасли ( РАО ЕЭС) широко используются крупные энергоблоки мощностью 150-1200 МВт. Общее количество таких энергоблоков в конце 1995 г. составляло 251 с суммарной мощностью более 68000 МВт.

Значительную долю тепловых электростанций составляет ТЭЦ. Доля мощности теплофикационных турбин в конце 1995 г. была порядка 50% общей мощности тепловых электростанций. Производство тепловой энергии в 1995 г. на электростанциях отрасли составило 615,8 млн. Гкал и уменьшилось по сравнению с 1992 г на 22%.

С конца 30-х годов в экономике России стали проявляться кризисные тенденции, получившие особенно резкое выражение в начале 90-х годов, в период перехода к рыночным отношениям.

Применительно к энергетике эти явления проявились в следующих факторах:

1. Падение производства электроэнергии в РФ с 1082 млрд. кВт-час в 1990 г. до 860 млрд. кВт-час в 1995 г. Это падение было вызвано резким снижением объемов потребления, особенно в промышленности. Вместе с тем, снижение потребления электроэнергии в стране было неадекватно обвальному падению показателей в производственной сфере.

Бытовое электропотребление даже несколько возросло, кроме того во всех отраслях имеется постоянная составляющая потребления электроэнергии, которая практически не зависит от изменения объемов производства (освещение, вентиляция, насосное хозяйство и т.п).

В итоге падение производства, электроэнергии в I99I-I995 гг. составило ~ 20% при общем спаде промышленного производства ~ 50%.

2. Произошел распад единой энергетической системы СССР, являвшейся уникальным техническим достижением мирового уровня. ЕЭС СССР являлась в конце 80-х годов крупнейшим централизованно управляемым энергообъединением в мире, в состав которого входило 11 объединенных энергосистем (ОЭС), 9 из которых работали параллельно. Параллельно с ЕЭС СССР работали энергосистемы стран Восточной Европы и Монголии, осуществлялась передача энергия в Финляндию, Норвегию, Турцию, Афганистан.

Протяженность высоковольтных линий (220 кВт и выше) в ЕЭС составляла более 186 тыс. км. Следствием распада ЕЭС являлось снижение надежности энергоснабжения; невозможность энергорезервирования ряда регионов; зависимость энергоснабжения отдельных регионов от других стран; менее рациональные режимы загрузки энергомощностей.

          3. Катастрофически быстрое увеличение доли устаревших фондов в общей структуре генерирующих мощностей. В таблице представлен процесс старения генерирующего оборудования электроэнергетики на период до 2010 г.

Таблица

Показатели

Расчетный год

1998

2000

2005

2010

Объем   мощностей   отработавших  расчетный ресурс, всего, млн. кВт

30,98

44,48

83,79

105,93

В т. ч. на ТЭС, млн. кВт

14,18

24,12

55,35

71,77

В т. ч. на ГЭС, млн. кВт

16,8

20,36

24,69

25,8

В т. ч. на АЭС,

млн. кВт

-

-

3,75

8,36

Длительный    период    основными    направлениями    повышения    эс тивности производства электроэнергии являлись :

повышение начальных параметров пара и укрупнение единичных мощностей;

увеличение комбинированного производства тепловой и электрической энергии;

объединение электростанций в систему на параллельную работу для обеспечения экономичного распределения нагрузок и повышения надежности снабжения потребителей.

Уже в 60-х годах XX века в РФ сложилась определенная структура электростанций, которая ориентировочно может быть классифицирована по следующим типам:

  1.  по источникам энергии - электростанции на органическом топливе, ядерном горючем, геотермальной, солнечной, ветровой энергии;
  2.  по виду выдаваемой энергии - конденсационные, теплофикационные;
  3.  по участию в покрытии графиков электрической нагрузки - базовые (не менее 5000 час использования установленной мощности в году), полупиковые и пиковые;
  4.  по назначению и форме использования - общего пользования, промышленные (блок - станции), коммунальные, транспортные, передвижные, плавучие, утилизационные, экспериментальные;
  5.  по технологическому признаку - паротурбинные, газотурбинные,парогазовые, дизельные.

С 90-х годов электростанции стали отличаться и по форме собственности. До 1991 г. около 90 % всех мощностей электростанций в СССР составляли станции общего использования находившиеся в ведении Минэнерго СССР.

Структура установленных мощностей на электростанциях России приведена на рис ( по данным РАО ЕЭС России на 1.01.99)

Уже на 2000 г. исчерпан предельный ресурс более чем 20% действующих энергомощностей. К 2010 г. объем оборудования отработавшего свой ресурс на электростанциях может составить более 40%. Продолжается эксплуатация основного энергетического оборудования ТЭЦ мощностью около 30 млн. кВт имеющего наработку более 250 тысяч часов. Эксплуатация физически изношенного и морально устаревшего оборудования дает больший перерасход топлива, и, кроме того, является потенциальным источником аварий и нарушений надежного электро и теплоснабжения.

Резко снизилась интенсивность обновления фондов, т.е. отношение мощностей выводимых из эксплуатации (замещаемых) к имеющимся. Если в 70-е годы этот показатель составлял 7-8% в год, то в 90-х он упал до 0,2-0,5% в год.

Вводы новых, мощностей приобрели единичный, исключительный характер и, как правило, являлись инерцией дореформенных лет.

Можно отметить пуск в 1993 г. 4-го блока Балаковской АЭС мощностью 1000 МВт, в 1994 г пущен блок 800 МВт на Нижневартовской ГРЭС, блоки 215 МВт на Псковской и Гусиноозерской ГРЭС. В декабре 1999 г. состоялся пуск блока 450 МВт парогазовой ТЭЦ в С.Петербурге, в 2001г. пуск 1 блока Волгодонской АЭС.

Общая мощность электростанций за 1990-1995 гг. выросла на 0,8%. (В 1980-1985 гг. этот показатель составил - 15%). На рис. 1.2. приведена динамика ввода генерирующих мощностей на электростанциях России в 90-е годы, имеющая явно выраженную "затухающую" тенденцию.

МЛН.КВТ.

4,5 -

1990

 1991

 1992

 1993

  1994

  1995

  1996

 1997


          Причиной, по сути, нулевых приростов мощностей являлось отсутствие инвестиций и, как следствие, систематическое невыполнение заданий по вводу и реконструкции генерирующих мощностей.

Резко возросли требования по защите окружающей среды, что с одной стороны вызвало значительное увеличение требуемых инвестиций при строительстве и эксплуатации электростанций, а с другой стороны породило сопротивление общественных организаций и местных органов самоуправления реализации планов размещения и сооружения энергоблоков (особенно в отношении АЭС).

4. Продолжается рост капиталоемкости энергетических объектов, являющийся следствием следующих причин:

усложнения технологии и структуры электростанций из-за стремления к экономии дорожающего топлива и удовлетворению экологических требований;

влияние ценообразующих факторов (рост стоимости материалов и оборудования, ужесточение требований надежности, норм строительного и технологического проектирования, инфляционные процессы);

реформирование форм собственности.

Для преодоления указанных факторов кризисного развития в 1994 - 1995 гг. в РФ была разработана «Энергетическая стратегия России на период до 2010г.», ориентированная на условия перехода к рыночным отношениям и структурные изменения в экономике, снижение масштабов и темпов развития топливно-энергетического комплекса, введение регионального хозрасчета. В техническом отношении «Стратегия» была нацелена, в основном, на преимущественное продление паркового ресурса оборудования электростанций, но предусматривала и наращивание мощностей на основе новых технологических принципов. Был разработан ряд сценариев, по которым могло идти развитие энергетики, в зависимости от времени стабилизации экономики и темпов её ожидаемого развития. К сожалению, финансовая нестабильность и экономическая стагнация конца 90-х годов предопределили невыполнение заданий по реструктуризации и развитию энергетики даже по минимальному сценарию предусмотренному «Стратегией».

Прогнозные оценки развития энергетического комплекса характеризуются существенной зависимостью от ряда факторов:

- неопределенности темпов и направления развития экономики РФ после преодоления экономического спада,

взаимосвязи топливно-энергетического и энерго-машиностроителъных комплексов России с экономикой республик бывшего СССР,

неясности темпов и масштабов внедрения энергосберегающих технологий,

возможного соотношения развития на перспективу теплодобывающих отраслей и ядерной энергетики .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73454. Государственное управление защитой населения от катастроф природного и техногенного характера 124 KB
  Целью данной работы как раз и является исследование системы управления защитой населения в чрезвычайных ситуациях с её недостатками и достоинствами дача оценки работе МЧС в конкретных случаях.
73456. Современное состояние автоматизированных банковских систем в России 121.5 KB
  В соответствии с этим очевидна необходимость обладания современной автоматизированной банковской системой (АБС), позволяющей эффективно обрабатывать все возрастающие информационные потоки, а также непосредственно осуществлять операции на каждом этапе создания банковского продукта.
73457. Основные способы передачи звукоподражательной лексики на язык перевода 120 KB
  Звукоподражанием в морфологии принято считать неизменяемые слова воспроизводящие звуки издаваемые живыми существами механизмами или характерные для явлений окружающей среды хаха кваква и т. Систему звукоизобразительной лексики можно условно поделить на три группы...
73458. МЕТОДИКО–ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ ТВОРЧЕСКИХ ИНДУСТРИЙ В ПРОСТРАНСТВЕ СОВРЕМЕННОГО ГОРОДА 116 KB
  Наверно каждый город может похвастаться своими местными культурными мероприятиями которые проходят в рамках одного города или региона. Данный фестиваль проводится в разных городах России и в каждом городе проводится по своему.
73460. Основания для предоставления отсрочки и рассрочки по уплате налогов и сборов 102.5 KB
  Изменение срока уплаты налога и сбора осуществляется в форме отсрочки рассрочки инвестиционного налогового кредита. Ни для кого не секрет что рассчитаться по налогам с бюджетом компания должна в установленные сроки. В таких случаях законодатель предусмотрел возможность изменения срока уплаты налога.
73461. Роль монастырей в русской культуре 99.5 KB
  Сохранению национального самосознания, национальной культуры русского народа немало содействовали в тяжелые годы татаро-монгольского ига и западных влияний монастыри. Всего с ХIV до половины ХV века на Руси было основано до 180 новых монашеских обителей.