No Image

Что легче вода или уголь

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
09 марта 2020

Урок входит в раздел "Тайны недр земли". К моменту проведения урока учащиеся знают следующие понятия: горные породы, минералы, полезные ископаемые, свойства полезных ископаемых. Изучение свойств каменного угля вынесено на отдельный урок с целью реализации регионального компонента.

Просмотр содержимого документа
«Свойства полезных ископаемых. Каменный уголь.»

УРОК ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА

УРОК РАЗРАБОТАЛА: ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА ПАНАФИДИНА

г. Кемерово, МБОУ «СОШ № 35», учитель начальных классов

Предмет, класс: окружающий мир, 3 класс

УМК: Перспективная начальная школа

Тема, количество часов: Свойства полезных ископаемых. Каменный уголь.

Урок входит в раздел «Тайны недр земли». В разделе 8 часов, данный урок является 7-ым. К моменту проведения урока учащиеся знают следующие понятия: горные породы (осадочные и магматические), минералы, полезные ископаемые (твердые, жидкие газообразные), изучили свойства полезных ископаемых по плану. Изучение свойств каменного угля вынесено на отдельный урок с целью реализации регионального компонента.

Цель урока: исследовать свойства каменного угля

Организовать исследование школьниками основных свойств каменного угля.

Познакомить со свойствами каменного угля.

Показать важную роль добычи каменного угля в экономике страны.

Развивать умения анализировать и на основе анализа строить гипотезы, выводы, доказательства.

Развивать умения составлять схемы, таблицы.

Поддерживать осознание причастности каждого школьника в результат совместной учебной деятельности.

Универсальные учебные действия:

Коммуникативные: формировать умения учебного сотрудничества – умение договариваться, распределять работу, оценивать свой вклад в общий результат деятельности.

Регулятивные: формировать умение самостоятельно работать с таблицей; правильно воспроизводить образцы выполнения учебных действий; безошибочно применять усвоенные алгоритмы и правила при решении конкретных учебных задач; умение рефлексировать свои действия при оценивании.

Познавательные: в ходе опытов выявить свойства каменного угля и его использование человеком; представить результаты в таблице; вовлечь обучающихся с помощью постановки опытов в исследовательскую работу;

Личностные: формировать позитивное отношение к охране полезных ископаемых, формировать умение общаться, как умение говорить и слушать

Тип урока: практическая работа, с использованием с использованием технологии Кейс

Оборудование: учебник, электронная форма учебника, глобус, атлас Кемеровской области, образцы угля, ручные лупы, стеклянные палочки, лабораторная посуда, гвозди, салфетки.

Мотивация к учебной деятельности (2 мин.)

Приветствие. Проверка готовности к уроку.

– Предлагаю вашему вниманию высказывание англ. поэта Сэмюэля Джонсон (18 век)

– Как вы думаете, какого слова не хватает?

«Запоминать умеет тот, кто умеет быть …» (внимательным)

– Я желаю быть на уроке очень внимательным, так как это качество нам на уроке очень пригодится.

II. Актуализация (5 мин)

1. – Посмотрите на нашу Землю. Богата и разнообразна природа нашей Земли. Одни богатства находятся на поверхности Земли, другие спрятаны глубоко в Земле.

Какие хитрые секреты

Таят обычные предметы:

Блестят в солонке минералы!

Снежинки – это же кристаллы!

Фольга, скрывавшая конфету –

Металл такой же, как в ракетах.

Таит его простая глина,

Сестра сапфира и рубина!

А коль споткнешься ты о камень,

Не думай, что виной булыжник,

И тут всесильная природа

Тебе подсунула породу!

– Как вы думаете, о каких богатствах и секретах идет речь в этом стихотворении? (о полезных ископаемых)

2. Работа с электронной формой учебника (ЭФУ).

– Повторение материала, необходимого для «открытия нового знания».

III.Постановка учебной задачи (4 мин)

Работа по оглавлению учебника.

– Откройте оглавление учебника. По какому разделу мы работаем? Какую тему мы изучали на предыдущем уроке?

– Я предлагаю сегодня остановиться на этой же теме и исследовать более подробно одно полезное ископаемое. Какое? Попробуйте догадаться…

2. Подводящий диалог.

Почему зимой в помещении тепло? (работают батареи отопления)

– Почему они горячие? (в них циркулирует горячая вода)

– Откуда пришла в батареи горячая вода? (По трубам из котельной, где воду нагревают в специальных котлах).

– Чем нагревают воду в котлах? (Газом или каменным углем).

«Щелчок выключателя» – загорелись электролампы.

– Почему загорелись электрические лампы? (По проводам к лампам поступает электрический ток)

– Откуда поступает ток? (вырабатывается на специальных электростанциях)

С помощью каменного угля нагревают воду – получают пар – пар вращает турбины, вырабатывающие электричество.

– Без чего не поступит тепло и электричество в дома? (без каменного угля)

3. Формулирование темы и целеполагание.

– Догадались, свойства, какого полезного ископаемого мы будем исследовать на уроке? (Свойства каменного угля)

-Что вы уже знаете о каменном угле?

(Уголь – осадочная горная порода. Люди, раскалывая куски угля, часто натыкались на отпечатки листьев растений, коры деревьев. Это доказывает, что уголь образовался из остатков растений давно-давно. Специальные приборы умеют определять возраст угля. Так вот, ему много миллионов лет. По отпечаткам установили, что растения тогда росли совсем другие, чем сейчас, только папоротник есть сейчас в лесах. Умирая, растения образовывали слои, которые спрессовывались и без доступа воздуха обугливались, а не сгнивали.)

– Край, в котором мы живем – Кузбасс – известен во многих странах мира. Почему? (Занимает ведущее место по добыче угля)

– В 1721 году М. Волков нашел месторождение каменного угля на территории нынешнего Рудничного района г.Кемерово. Это место называют «Горелая гора». Это открытие и дало толчок к промышленному освоению Кузнецкого угольного бассейна –Кубасса. В этом году город Кемерово объявлен центром празднования Дня шахтеров.

– Отметьте свои достижения по теме на лесенке успеха.

– Какие вопросы поставим для себя на урок при исследовании свойств угля? (Какого цвета уголь? Легче или тяжелее воды? Как добывают уголь? Твердый или хрупкий? Для чего добывают уголь?)

IV.Открытие нового знания (13 мин)

Для того чтобы ответить на поставленные вопросы мы разделимся на группы. Каждая группа будет геологами – исследователями. Вы займетесь исследованиями и через несколько минут расскажите нам о своих наблюдениях и выводах. Каждая группа будет проводить свое исследование. Слушайте друг друга внимательно и заполняйте ЖУРНАЛ ЭКСПЕДИЦИИ (Приложения № 1, 2, 3, 4)

1. Деление на группы. (Учащиеся объединяются по 4 человека)

2. Вспомним правила работы в группах.

3. Вспомним правила поведения во время практической работы.

4. Распределение поручений в группе

5. Групповая работа.

1-ая группа (Приложение №1)

Определите цвет каменного угля.

1. Рассмотрите образец каменного угля, используя лупу.

2. Определить его цвет.

3. Имеет ли блеск?

4. Запишите свои наблюдения.

2-ая группа (Приложение № 2)

Определите, каменный уголь легче или тяжелее воды.

Опустите кусочек в воду.

Понаблюдайте, он плавает на её поверхности или тонет?

Запишите свои наблюдения.

3-ая группа (Приложение № 3)

Определите твердость каменного угля.

1.Проведите палочкой по породе.

2. Сделайте вывод, если остался след – то порода мягкая;

если можно поцарапать гвоздем, то он твердый;

если нет следа от гвоздя, то очень твердый.

3. Запишите свои наблюдения.

4-ая группа (Приложение № 4)

Изучите карту Кемеровской области.

Найдите на карте города Кемеровской области, в которых ведется добыча каменного угля.

Сделайте вывод. Какое значение имеет угольная промышленность для Кузбасса?

3. Запишите свои наблюдения.

5. Выполнение заданий.

6. Представление результата по группам.

ФИЗМИНУТКА (2 мин)

V. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону (5 мин)

– Что вы узнали в результате исследования. (Работа с «журналом экспедиции» Учащиеся зачитывают все выявленные свойства каменного угля)

– А теперь оцените свои достижения на лесенке успеха.

VI. Включение нового знания в систему знаний (7 мин)

Из каменного угля также делают десятки нужных материалов: краски, пластмассы, резину, даже лекарства. Каменный уголь – источник тепла и электроэнергии, важное химическое сырье. Без угля невозможна выплавка металла.

Так как наш край развивается и богат полезными ископаемыми, нам нужны грамотные геологи. Специалистов такой профессии готовят в ВУЗах России.

У каждой геологической группы было свое задание. И вам сейчас надо представить отчет по итогам экспедиции. Начинайте свой рассказ со слов: “Мы геологи только что вернулись с экспедиции….” (Работа с «журналом экспедиции»)

VII. Рефлексия деятельности (3 мин)

Какие задачи ставили в начале урока?

– Удалось ли решить поставленные задачи?

– Какие открытия для себя сделали?

– Оцените свои достижения по теме урока (Учащиеся перемещают фигурку человека по ступенькам).

– Изменилось ли ваше положение на лесенке успеха? Поднялись выше?

-К сожалению, полезные ископаемые – это такие богатства, которые нельзя восстановить. Ведь они образовались в недрах Земли за многие миллионы лет!

– Об охране полезных ископаемых мы продолжим говорить на следующем уроке.

– Урок хочется закончить словами кузбасского поэта

Отопление дома углем — один из экономически выгодных альтернативных способов обогрева.

Современное оборудование не имеет ничего общего с устаревшими представлениями о котельной — в него не придется ежечасно забрасывать топливо, заботиться об уборке копоти и сажи в помещении.

Читайте также:  Фокачча рецепт классический бездрожжевой

Угольные котлы — разновидность отопительных агрегатов, конструкция которых оптимизирована для использования разных видов угля. Они дают полную независимость — многие из них совершенно автономны, не требуют подключения к инженерным коммуникациям.

Конструкция угольного котла для отопления частного дома

Во многих моделях таких устройств, кроме рекомендованного производителем, допускается использование других видов топлива (древесина, брикет, торф).

Данное оборудование состоит из следующих функциональных элементов:

  • топка — камера для сжигания топлива;
  • зольник — емкость под топкой для сбора продуктов горения;
  • колосник — решетка, предупреждающая осыпание угля в зольник;
  • теплообменник — система, в которой циркулирует теплоноситель;
  • дымоход — канал для дымоудаления;
  • системы управления и температурного контроля.

Принцип работы

За счет тяги дымохода в топку поступает воздух, топливо сгорает. Образовавшиеся газы нагревают стенки топки, передают тепло воде, циркулирующей в системе теплообменника. Нагревшийся теплоноситель подается в трубы, обогревает дом, поступает обратно в котел. Затем газы поступают в дымоход, где поддерживают необходимую для создания тяги температуру.

Самый распространенный вариант теплоносителя — вода, но иногда используются смеси с антифризом и незамерзающие жидкости. В систему дымоудаления входят термоизолированные трубы, которые иногда дополняют блоком принудительной вентиляции.

Внимание! Обычный дровяной котел запрещено топить углем, поскольку этот вид топлива дает в 2—3 раза больше тепла, чем дерево.

По функциональности оборудование делится на 2 группы:

  • с одним контуром — для обогрева помещения;
  • с двумя — для отопления и организации горячего водоснабжения.

Фото 1. Внешний вид и схема с принципом работы отопительного котла на угольном топливе.

Различают классические (однокамерные) и пиролизные модели котлов. В первом случае подразумевается традиционное сжигание топлива в камере, КПД при этом составляет 70%. В пиролизных моделях — уголь и газы, выделяющиеся при горении, горят в разных камерах. КПД таких усовершенствованных моделей достилает 92%. Топливо в них сгорает эффективнее с меньшим количеством сажи и дыма.

Угольные котлы изготавливают из стали и чугуна. Стальные модели — чаще всего устройства с нижним сжиганием, состоят из сваренных элементов. Чугунные — литые, отличаются высоким КПД, меньше подвержены коррозии и загрязнениям. Устройства длительного горения имеют вертикальную топку, топливо постепенно сгорает сверху, за счет чего они работают без дополнительной загрузки несколько суток.

Угольное отопление: плюсы и минусы

Отопительные системы, работающие на угле, отлично справляются с повышенными запросами к обогреву при сильных морозах. Одним из его главных плюсов является способность долго удерживать тепло. Кроме того, у угольного печного отопления есть другие преимущества:

  • независимость от наличия магистральных энергоресурсов (электричества, газа);
  • доступность: уголь, как и сами котлы, отечественное и недорогое;
  • эффективность: среднее КПД для разных видов оборудования — 70%;
  • автономность: если приобрести соответствующую модель, вы не будете зависеть от электричества и газа;
  • простота конструкции обеспечивает продолжительную бесперебойную работу аппарата;
  • автоматизация: многие модели сами решают вопросы подачи топлива и терморегуляции.

Несмотря на совершенство технологий, угольные приспособления не лишены недостатков:

  • Чтобы горение приносило максимальный КПД, придется соблюдать особые условия: требования к марке, качеству, влажности сжигаемого сырья.
  • Необходимость выделения хозяйственного помещения для хранения топлива и установки агрегата.
  • Цикличность процесса — различная частота загрузки (зависит от типа устройства). Уголь придется загружать в любой котел.
  • Необходимость обслуживания: удаление сажи, копоти, золы, чистка.

Многие устройства требуют установки вспомогательных приспособлений, таких как насосы и блоки принудительной вентиляции. Несмотря на автоматизацию многих систем, за угольными генераторами нужен постоянный контроль.

Что лучше, уголь или газ?

Принято считать, что наиболее выгодным вариантом для отопления является магистральный газ.

Однако, узнав стоимость подведения и подключения, многие жители ищут пути альтернативного отопления. Сравнивать эти виды топлива лучше по трем критериям:

  • Энергетический. При сжигании 1 м 3 (0.62 кг) природного газа вы получите 9.45 кВт/ч тепла без учета КПД котла. Килограмм антрацита даст 7.16 кВт/ч.
  • Экономический. Учитываются тарифы для населения на поставку газа, а также стоимость транспортировки угля и КПД котлов.
  • Удобство использования. Во всех случаях потребуется обустройство дымохода и вентиляции. Для хранения угольного топлива необходимо пространство, его закладку придется производить вручную, тогда как газ подается по трубопроводу.

Справка. Если дом уже подключен к газовой магистрали, то более выгодный способ обогрева можно не искать. При отсутствии подключения лучший вариант — угольные котлы, работающие в автоматическом режиме.

Какой уголь лучше использовать для отопления?

В составе этого вида топлива множество элементов, которые влияют на энергетические свойства. Самым чистым и ценным считается топливо, содержащее максимальное количество углерода. Чем ниже процент этого вещества, тем ниже теплота сгорания и выше число примесей и влажности. При выборе угля учитывают следующие характеристики:

  • Теплота сгорания. Показатель отражает, какой объем тепла выдаст определенный объем горючего за единицу времени. Измеряется в МДж/кг или Ккал/кг, в этом случае называется калорийностью.
  • Зольность. Измеряется в процентах, показывает количество негорючих примесей. Чем ниже этот показатель, тем больше тепла от топлива. У высокосортных марок ее уровень находится в пределах 25%, у низкосортных углей — превышает 40%. Чем выше зольность, тем чаще придется убирать шлак и золу.
  • Влажность. Если поверхностная влага легко устраняется просушиванием и проветриванием, то внутренняя испаряется только при горении. Чем выше показатель внутренней влажности, тем больше тепловой энергии потребуется на ее высушивание и меньше пойдет на обогрев.

Маркировка

Первая буква показывает сорт, вторая — величину фракции. Всего существует 17 марок. Основные сорта твердого топлива маркируются: антрациты — «А», длиннопламенный — «Д», слабоспекающийся — «СС».

Уголь классифицируется по размеру кусков:

Маркировка Название Фракция, мм
П Плита Более 100
К Крупный 50—100
О Орех 25—50
М Мелкий 13—25
С Семечка 6—13
Ш Штыб до 6
Р Рядовой 0—300 карьерный 0—200 шахтный

Например, топливо маркировано АШ — антрацит штыб, ДС и ДПК — длиннопламенный «семечка» и плитный с кусками 50—100 мм.

Виды угля и его характеристики: каменный, бурый, антрацит, брикетированный прессованный

Как топливо используются три вида: бурый, каменный и антрацит. Первый дает меньше всего тепла, по этой причине его не используется в быту.

Каменный уголь выделяет большое количество тепла (до 7000 Ккал/кг), имеет влажность до 15%, дает немного золы (до 16%), поэтому чаще других используется для топки котлов.

Фото 2. Каменный уголь в руках. Представляет из себя небольшие камешки черного цвета.

В свою очередь делится на подвиды:

  • Длиннопламенные — получили название за способность гореть с длинным пламенем как древесина. Марка ДПК подходит для большинства котлов, ДО, ДС — для автоматизированных.
  • Слабоспекающиеся — горят без дыма и пламени, расходуется экономно за счет большой продолжительности горения. Используются реже из-за более низкого КПД и сложности розжига.
  • Тощие — недорогие сорта относятся к короткопламенным, чаще применяются в промышленности в чугунных печах. Тощие угли трудно разжечь, они дают до 45% золы, но много тепла, поэтому в быту их применяют в котлах с хорошей тягой.

Антрациты имеют самые высокие качественные показатели среди всех углей для домашних котлов: теплотворность до 8200 Ккал/кг, влажность 1—3%, зольность до 9%. Почти не выделяют летучих веществ (до 9%), горят коротким ровным пламенем, с минимальным образованием дыма и зольных остатков. За счет высших показателей продолжительности горения считаются самыми экономичными видами углей. Подходят для специализированных котлов с объемной топкой, рассчитанной на высокие температуры и хорошей тягой.

Угольные брикеты — бюджетный вид топлива. Изготавливаются из отходов угледобывающей промышленности: мелких угольных фракций, крошки и пыли методом прессования с добавлением связующих компонентов. К преимуществам относят: невысокую зольность и влажность, хорошие теплотворные свойства при условии, что брикеты получены из высокосортного угля. Прессованное топливо хорошо разгорается при помощи дров, долго горит (в среднем 6—8 ч.), дает мало дыма, сажи и шлаков.

Фото 3. Прессованный уголь в продолговатых брикетах. Подобным топливом хорошо топить котлы.

Как посчитать расход?

При расчете расхода топлива учитывают многие факторы: качество, марку, продолжительность горения угля, среднюю температуру на улице, площадь, материал и степень утепления дома. С помощью подсчетов получается усредненное значение, поскольку учесть все критерии, а также наступление оттепелей и заморозков сложно.

Перед началом подсчёта высчитывается общая площадь дома. По стандартной формуле рассчитывается мощность котла: 1 кВт на 10 м 2 . Например, для среднего загородного дома 160 м 2 потребуется оборудование 16 кВт мощностью. КПД современных котлов от 50 до 90%, для примера берем среднее значение 70%. Считаем продолжительность периода, в течение которого нужно отопление (в среднем 6 месяцев).

Читайте также:  Новогодний мишка своими руками

Расчет расхода топлива производится следующим образом:

  1. Для работы котлу, мощностью 16 кВт с КПД 70% потребуется 11,2 кВт/ч. Чтобы выработать 1 кВт нужно 0.25 кг каменного угля со средними характеристиками. 11,2*0,25 = 2,8 кг в час.
  2. Рассчитываем суточный размер топлива: 2,8*24 = 67,2 кг.
  3. Определяем расход угля на месяц: 67,2*30 = 2016 кг.
  4. Чтобы высчитать количество угля на зиму, полученное число умножаем на число холодных месяцев: 2016*6 = 12096 кг.
  5. Для расчета стоимости отопления на зиму полученное значение умножаем на цену угля за 1 кг.

Справка. Чтобы получить данные о расходе, предпочтительной марке и продолжительности работы на одной закладке — посмотрите техническую документацию к котлу. Инструкция всегда прилагается при покупке.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором приводятся примерные расчеты необходимого количества угля для отопления дома на один месяц.

Как получить максимальную пользу?

Чтобы топливо удерживало теплотворность, его нужно правильно хранить. Хоть и выгодно закупать уголь крупными партиями, не стоит делать это на несколько лет вперед. Самый нестойкий к хранению — бурый, он пролежит без потери свойств до полугода, дольше всего хранится антрацит до полутора лет.

Для хранения угля выбирают темное, хорошо проветриваемое и защищенное от влажности место в подвале или сарае. Топливо складывают в специально сколоченные деревянные ящики или хранят в мешках.

Фото 4. Мешок с каменным углём. В такой упаковке лучше всего хранить угольное топливо.

Угольные запасы не боятся осадков, поэтому их можно оставить во дворе. Для такого хранения выбирают утрамбованную площадку, насыпают на нее уголь, уплотняют, чтобы снизить содержание воздуха, способствующее окислению.

Водоу́гольное то́пливо, водоу́голь (сокращения: ВУТ, ВВП, CWS, CWSM, CWM) — жидкое топливо, которое получают путём смешивания измельченного угля, воды и пластификатора. Используется на теплогенерирующих объектах, в основном как альтернатива природному газу и мазуту. Позволяет существенно сократить затраты при производстве тепловой и электрической энергии. Концептуально относится к технологии «CLEAN COAL».

Содержание

Общая характеристика [ править | править код ]

Водоуголь имеет заданные реологические (вязкость, напряжение смещения), седиментационные (сохранение однородности в статических и динамических условиях) и топливные (энергетический потенциал, полнота выгорания органических соединений) характеристики. Параметры водоугля четко регламентированы национальными стандартами Китая (недоступная ссылка) , которые могут применяться в качестве эталона. Также, для водоугольного топлива характерны следующие свойства: температура воспламенения — 800—850 ° С, температура горения — 950—1150 ° С, теплотворная способность — 3700 … 4700 ккал. Степень сгорания углерода более 99 %. Водоуголь пожаро- и взрывобезопасен.

Параметры І КЛАСС ІІ КЛАСС ІІІ КЛАСС Стандарт Китая
Содержание угля, % ≥65 63~65 60~63 GB/T18856.2
Вязкость ≤ 1200 мПа/с GB/T18856.4
Теплота сгорания (низшая), Ккал ≥ 4700 4420 — 4660 4000 — 4420 GB/T 213
Зольность, % ≤ 6 6~8 8~10 GB/T 213
Содержание серы, % ≤ 0,35 0,35~0,65 0,65~0,80 GB/T 214
Температура плавления золы ≤ 1250 GB/T 219
Частицы более 300 мкм, % ≤ 0,05 0,05~0,20 0,20~0,80 GB/T18856.3
Частицы до 75 мкм, % ≥75,0
Содержание летучих, % >30 20~30 ≤ 20 GB/T18856.7

Содержание технологии [ править | править код ]

Приготовление ВУТ [ править | править код ]

Основной принцип в приготовлении водоугольного топлива заключается в обеспечении стабильности измельчения угля с заданными параметрами и четкого соблюдения концентраций вспомогательных веществ, что приводит к улучшению реологических свойств и стабильности процесса горения. [1]

На сегодняшний день существуют различные способы помола угля, но наиболее отработанный и изученный способ заключается в использовании шаровых мельниц непрерывного мокрого размола.

Уголь газовых марок доставляется на открытую площадку завода. Фронтальный погрузчик подает уголь в приемный бункер двухвалковый дробилки, откуда размолотый до фракции 3-6 мм уголь направляется для дальнейшего помола в шаровую мельницу, в которую с помощью дозаторов подается техническая вода и присадка. Происходит мокрый помол угля с присадкой до фракции 0-300 мкм. Водоугольное топливо через фильтр загружается в накопительные ёмкости с перемешивающим устройством. Топливо фракции 71-300 мкм возвращается в мельницу для дальнейшего помола. Готовое топливо из накопительной ёмкости загружается в цистерны для транспортировки.

Уголь для топлива Как видно из классификации и качественных требований к водоугольному топливу, для приготовления должны применяться только высококачественные энергетические угли с низким содержанием серы и золы.

Вода В процессе приготовления топлива значительное внимание уделяется контролю элементарного состава. Это обусловлено необходимостью соблюдения экологических норм, а также позволяет продлить срок эксплуатации оборудования. Поэтому, для приготовления топлива используют только предварительно подготовленную, очищенную воду.

Пластификаторы Использование пластификаторов в водоугольном топливе обусловлено необходимостью обеспечения особых характеристик: низкой вязкости, хорошей текучести, длительной стабильности взвешенных частиц угля. Наиболее часто применяются примеси на основе технических лигносульфонатов, гуминовые реагенты (натриевые соли гуминовых кислот различных фракций), полифосфаты, которые эффективно действуют в щелочной среде (при рН = 9 ÷ 13 при 40 % воды в топливе).

Приготовление в вибромельницах

Для мокрого помола (вторая стадия) чаще всего использовались вибромельницы различных конструкций. В качестве мелющих тел в вибромельницах используются шары диаметром 20—50 мм. Выбор диаметра шаров определяет грансостав ВУТ на выходе мельницы. Практика использования вибромельниц показала, что для достижения проектных значений грансостава и влажности ВУТ на выходе вибромельницы обязательно должен быть установлен классификатор для разделения продукта помола на готовый (с грансоставом менее заданного) и требующий повторного помола. Таким образом, приготовление ВУТ в вибромельницах, как правило, реализует замкнутый цикл помола.

Дополнительно, к мокрому помолу в вибромельницах целесообразно применение дополнительных гомогенизаторов. Энергозатраты на приготовление ВУТ в вибромельницах составляют обычно от 55 кВт*ч/т, без учёта рециркуляций продукта.

Приготовление в ГУУМП В 2009 году группой компаний Амальтеа был разработан и успешно протестирован Гидроударный Узел Мокрого Помола (ГУУМП), реализующий открытый цикл приготовления ВУТ с заданными характеристиками. Приготовление ВУТ в ГУУМП осуществляется за один проход. Одновременно с мокрым помолом в ГУУМП осуществляется гомогенизация суспензии. Энергозатраты на приготовление ВУТ в ГУУМП составляют 8…10 кВт*ч/т, при этом рециркуляция продукта не требуется. ГУУМП позволяет получить водоугольное топливо, стабильное на протяжении не менее 3..5 суток без применения добавок-пластификаторов, что существенно упрощает технологию приготовления ВУТ. Данная стабильность вполне достаточна для большинства применений ВУТ. При необходимости длительного хранения ВУТ (например, для транспортировки) возможно применение пластификаторов. Также поддержание стабильности ВУТ возможно путём периодической рециркуляции в ёмкостях хранения ВУТ.

Транспортировка ВУТ [ править | править код ]

Водоугольное топливо является пожаро- и взрывобезопасным на всех стадиях его производства, транспортировки и использования. Процессы изготовления и сжигания разграничены, что позволяет не загрязнять городскую окружающую среду при транспортировке угля. Доставка топлива осуществляется в цистернах автомобильным или железнодорожным транспортом.

Сжигание ВУТ [ править | править код ]

Водоугольное топливо доставляется на котельную в готовом виде. Хранение топлива происходит в закрытых ёмкостях (необходимый объём определяется согласно «СНиП II-35-76» из расчета 5-суточного объёма потребления). Для защиты от замерзания топлива ёмкости покрываются теплоизоляционным слоем 50 мм и слоем из легкого металла для защиты от внешнего воздействия. Подача водоугля на сжигание осуществляется насосами из ёмкостей хранения через перемешивающие устройства. Для качественного распыления к узлу перемешивания горелки компрессор подает сжатый воздух. Предварительный подогрев камеры сжигания происходит дизельным топливом или природным газом. При достижении заданной температуры открывается запорная арматура для подачи водоугля на основную форсунку. Водоуголь сжигается путём распыления в факеле. Горелка устроена таким образом, чтобы при распылении получать тонкодисперсные частицы для обеспечения быстрого испарения влаги и стабилизации циркуляции горючих газов в зоне воспламенения. Сам процесс горения проходит в пределах 950—1150 ° С. Сгорание водоугольного топлива можно разделить на две фазы: — Испарение влаги, сгорание высвобожденных летучих компонентов угля; — Фаза сгорания твердых частиц. Важным аспектом такого процесса горения является влияние на высвобождение соединений NOx. За счет низкотемпературного горения и избытка воздуха в камере в пределах до 1,25 обеспечивается минимизация образования этих соединений.

Факельное (камерное) сжигание является на сегодня основным способом сжигания ВУТ, особенно в котлах средней и большой мощности. Геометрия котлов, как правило, позволяет организовать факел внутри камеры сгорания таким образом, чтобы частицы угля, входящие в состав ВУТ, могли полностью прогореть.

К недостаткам способа можно отнести достаточно высокие требования к горелочному устройству котла (форсунке).

Теория сжигания в кипящем слое При сжигании ВУТ в кипящем слое струя топлива подаётся на нагретый слой инертного материала. Частицы водоугольного топлива, попадающие на кипящий слой, практически мгновенно воспламеняются. Несомненными преимуществами данного способа сжигания являются относительная простота реализации на котлах небольших мощностей, достаточно большой диапазон регулирования мощностей работы котла (без потери КПД), невысокие требования к качеству подаваемого топлива. К недостаткам можно отнести капиталоёмкость организации кипящего слоя на котлах средней и большой мощности, особенно в случае реконструкции последних.

Читайте также:  Холодный посол помидор в банках

Теория сжигания с газификацией

При сжигании ВУТ в кипящем слое возможны технологические решения по реализации режима газификации ВУТ (пиролиза), для которого ВУТ является идеальным сырьём. В этом случае сжигание осуществляется в две стадии: газификация и непосредственное сжигание полученных газов. В зависимости от технологических особенностей возможна комбинация методов сжигания. Синтезгаз, полученный на стадии газификации, попадая в топку котла увеличивает стабильность горения ВУТ. Недостатком метода на сегодняшний день является отсутствие серийно выпускаемых котлов.

Ограничения применимости ВУТ [ править | править код ]

Наличие влаги Совершенно очевидно, что влага, которая может составлять до 40 % ВУТ, является балластом и часть энергии от сгорания угля тратится на энергию фазового перехода воды из жидкого состояния в газообразное. Точное значение затраченной энергии нужно считать исходя из теплотворной способности угля. Для углей большинства марок можно считать, что на каждые 10 % влаги тратится 1 % теплотворной способности угля. Важно отметить, что при сравнении угля и ВУТ необходимо сравнивать влажность ВУТ и влажность исходного угля, которая может составлять до 25 %. Например, если исходный уголь имеет влагу 15 %, а полученное ВУТ имеет влажность 38 %, то дополнительно требуется испарить 38 % — 15 % = 23% влаги. Несмотря на свою очевидность, этот факт очень часто игнорируется при проведении предварительных расчётов.

Стабильность ВУТ Типовое ВУТ, полученное на большинстве установок, сохраняет свою стабильность (не расслаивается) в течение суток-двух, что предполагает использование специальных присадок-пластификаторов.

Абразивный износ форсунок На первых стадиях применения ВУТ имел место высокий абразивный износ форсунок для сжигания ВУТ. Например, на Новосибирской ТЭЦ-5 первые форсунки служили не более 40 часов. В современных условиях эти вопросы решены, вплоть до выпуска серийных горелочных устройств для ВУТ, прежде всего китайского производства.

Опыт применения в мире [ править | править код ]

СССР [ править | править код ]

Интенсивные научные исследования по созданию водоугольного топлива начались в СССР с 1985 года. В частности, на Украине разработками в этом направлении занимались: ВНИИПИгидротрубопровод, Институт коллоидной химии и химии воды им. А. В. Думанского НАН Украины (г. Киев), Институт физико-органической химии и углехимии НАН Украины (г. Донецк); Донецкий политехнический институт и др.). Отечественные научно-исследовательские организации в сотрудничестве с фирмой «Снампрожетти» (Италия) разработали, построили и в 1989 году запустили в эксплуатацию опытно-промышленный магистральный углепровод Белово-Новосибирск (Россия) длиной 260 км с производительностью 3 млн т угля в год на сухую массу. Для осуществления этого проекта научно-исследовательскими институтами Украины было сделано около 50 изобретений.

В результате последующих разработок [2] также было создано методическое и программное обеспечение параметрических исследований топлива, разработан и экспериментально опробован кавитационно-импульсный генератор для диспергирования водоугля, исследовано влияние дисперсности угольных частиц и состава топлива на теплотворную способность, эффективность его сжигания, теплоёмкость и коэффициент теплопроводности. Расчетным путём установлено, что время выгорания капли водоугольной суспензии квадратично уменьшается при уменьшении её диаметра. Кроме того, исследованиями в данном направлении занималась НПО Сибэкотехника из Новокузнецка.

В мае 1983 года вышло постановление Совета министров СССР «О мерах по развитию трубопроводного гидротранспорта угля» в Москве создан институт ВНИИПИГидротрубопровод [3] с подразделением в городе Новокузнецк. Построен углепровод Белово-Новосибирск (Новосибирская ТЭЦ-5)

СНГ [ править | править код ]

С 2004 года развитие технологии в России получило новый оборот. Первый с момента закрытия в 1993 году проекта Белово-Новосибирск [4] опытно-промышленный центр приготовления ВУТ был построен в посёлке Ёнский Ковдорского района Мурманской области. Цех приготовления ВУТ в Ёнском [5] использовал технологию предыдущего поколения (вибромельницы) для мокрого помола угля и приготовления ВУТ. Также водоугольное топливо используется в Новокузнецке на Абагурской аглофабрике с 1999 года . А также на предприятиях Кузбасса с начала 21 века. [6]

Компания «Украинское тепло» внедрила технологию на базе обогатительного комплекса на линии сушки технологического угля. Речь идет о снижении стоимости тепловой энергии на 28 %, значительное увеличение производительности комплекса и окупаемость капиталовложений в течение 2,5 лет. Доработав китайскую технологию и настроив оборудование с учётом украинского угля компания смогла запустить самостоятельное приготовление водоугольного топлива и активно занимается популяризацией технологий среди других коммерческих предприятий Украины.

Национальный проект «Водоугольное топливо» Технология водоугольного топлива на Украине внедряется на государственном уровне Государственным предприятием «Уктеплоком», в качестве составляющей национального проекта «Энергия природы». Предприятие реализует проект по переводу коммунальных котельных с природного газа на водоугольное топливо. Планируемая мощность переоборудованных водогрейных котлов составляет 2500 Гкал в год, что позволит снизить потребление природного газа на 2,5 млрд м3. На первом этапе, во время пилотного проекта, будут переоборудованы котельные и построены заводы по приготовлению водоугольного топлива в трех городах.

Европа [ править | править код ]

В августе 2013 года компанией Effective Energy Technologies GmbH совместно с российской ООО «Амальтеа-Сервис» смонтирован стенд по приготовлению ВУТ и его сжиганию на газомазутном котле. На данном стенде проведены испытания по измерению выбросов от сжигания ВУТ, прежде всего выбросов оксидов азота (NOx). Результаты испытаний подтвердили снижение выбросов NOx [7] [8] при сжигании угля в форме ВУТ по сравнению с классическим сжигание угля.

Был проведен перевод на водоугольное топливо ТЭЦ в городе Габрово. [9]

Технология разрабатывалась как альтернатива нефти и удобное решение транспортировки угля на длинные расстояния. Фирмой Snamprogetti (Милан) была разработана технология приготовления топлива Reocarb, особенностью которой является получение близкого к бимодальному распределения частиц по размерам. Были построены комплексы по приготовлению водоугля в городах Ливорно и Порто-Торрес, переоборудованы энергетические станции фирмы ENEL мощностью 35 и 75 МВт.

28-29 марта 2017 года сотрудниками «Сибэкотехника» совместно с польскими компаньонами ООО «Жидкие угольные топлива» (г. Катовице) и Институтом химической переработки угля (г. Забже) были проведены испытания пилотной установки сжигания водоугольного топлива (ВУТ). [10]

Разработками технологий водоугольного топлива в Швеции занимались компании AB Carbogel, Nycol, Fluidcarbon international AB. Особенность технологий этих фирм заключается в использовании низкозольных углей. Технология приготовления предусматривает: двухстадийный помол, грохочение, пенную флотацию, обезвоживания кека на вакуумных фильтрах, перемешивание кека с водой и пластификатором. За счет такого процесса получают водоугольное топливо с высокими качественными характеристиками: зола до 2,8 %, твердая фаза 75 %, вязкость 1000 МПа / с, низшая теплота сгорания — 20 МДж / кг.

Азия [ править | править код ]

Технология водоугольного топлива является одной из основных внедренных в стране с целью снижения зависимости Китая от дефицитных жидких и газообразных видов топлива. На сегодняшний день, Китай — мировой лидер в области разработки и внедрения водоугольного топлива в тепло- и электроэнергетике. Ежегодный объём производства водоугля составляет 40-60 млн тонн.

Крупнейшими проектами, реализованными в Китае, являются: 1998 г. Шандунськая ТЭЦ (220 тонн пара в час), 2003 г. Шэньянский НПЗ (75 тонн пара в час), 2004 г. ТЭЦ в г. Тингдао (130 тонн пара в час, 2 турбины на 12 и 25 МВт), 2004 г. Гуандунская ТЭЦ (670 тонн пара в час), 2005 г. завод приготовления водоугля и ТЭЦ в г. Маомин (440 тонн пара в час, 1,5 млн тонн водоугля).

К удачно реализованным и значимым проектам следует отнести: 1986 г. Mitsubishi Heavy Industries (энергетическая станция, 260 тонн пара в час, 75 МВт), 1989 г. Hitachi Zosen (34 тонн пара в час), 1990 г. Japan COM (110 тонн пара в час, доставка топлива танкером на расстояние 680 км.), 1993 г. Japan CJM Ltd (котел энергетической станции 600 МВт).

Северная Америка [ править | править код ]

Компанией Lafard Canada Inc. в 1984 году был продемонстрирован процесс приготовления водоугля непосредственно перед сжиганием в роторной цементной печи. Характерно, что для приготовления применялся уголь и хвосты мокрого процесса обогащения. В связи с отсутствием необходимости в транспортировке и хранении использовались только простейшие реагенты с целью улучшения диспергирования и снижения вязкости. Дальнейшие разработки технологии водоугольного топлива были прекращены в связи со снижением цен на нефть и нефтепродукты.

Основной предпосылкой начала разработок технологии водоугольного топлива в США стала необходимость утилизации отходов мокрого обогащения угля (40-50 млн тонн в год) и поиск эффективных средств транспортировки угля на большие расстояния. В частности, на электростанции Сивард Стейшн было проведено совместное сжигание водоугля и пылеугля.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Adblock detector