เชื้อเพลิงอินทรีย์ เชื้อเพลิงเหลวและลักษณะเฉพาะ การจำแนกน้ำมันเชื้อเพลิงตามวิธีการผลิต
เชื้อเพลิงเป็นสารไวไฟที่ปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณมากระหว่างการเผาไหม้ซึ่งใช้โดยตรงใน กระบวนการทางเทคโนโลยีหรือแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เหล่านี้รวมถึงแร่ธาตุที่มีแหล่งกำเนิดอินทรีย์ - ถ่านหิน, ก๊าซที่ติดไฟได้, หินน้ำมัน, น้ำมัน, พีทรวมถึงเศษไม้และพืช
พลังงานนิวเคลียร์ใช้แนวคิดของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์- สารที่นิวเคลียสฟิชชันภายใต้การกระทำของนิวตรอนในขณะที่ปล่อยพลังงานส่วนใหญ่อยู่ในรูปของพลังงานจลน์ของชิ้นส่วนฟิชชันของนิวเคลียสและนิวตรอน
เชื้อเพลิงเคมีทั่วไปซึ่งแตกต่างจากนิวเคลียร์เรียกว่าอินทรีย์และมัน เป็นแหล่งความร้อนหลักในปัจจุบัน.
ในการวิเคราะห์ลักษณะทางความร้อนของเชื้อเพลิง กำหนดองค์ประกอบของก๊าซและการคำนวณอื่นๆ จำเป็นต้องทราบโครงสร้างทางเคมีของเชื้อเพลิงแต่ละประเภท ส่วนอินทรีย์ของเชื้อเพลิงแข็งและของเหลวประกอบด้วยสารประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีห้าชนิด: คาร์บอน กับ, ไฮโดรเจน นู๋, ออกซิเจน อู๋,กำมะถัน สและไนโตรเจน นู๋... นอกจากนี้เชื้อเพลิงยังมีแร่ธาตุเจือปน อาและความชื้น Wแสดงถึงบัลลาสต์เชื้อเพลิงภายนอกร่วมกัน
องค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซไม่ได้ถูกกำหนดโดยจำนวนของสารประกอบ แต่กำหนดโดยมวลรวมขององค์ประกอบทางเคมี (เป็นเปอร์เซ็นต์ของเชื้อเพลิง 1 กิโลกรัมหรือ 1 ลูกบาศก์เมตร) กล่าวคือ มีการกำหนดองค์ประกอบพื้นฐานของเชื้อเพลิง มีองค์ประกอบเชื้อเพลิงพื้นฐานหลักสามประการ:
1) มวลการทำงานของเชื้อเพลิง ค+ชม+อู๋+นู๋+ส+อา+W=100%;
2) มวลเชื้อเพลิงแห้ง ค+ชม+อู๋+นู๋+อา=100%;
3) มวลเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้ ค+ ชม+อู๋+นู๋=100%.
มวลของเชื้อเพลิงในรูปแบบที่เข้าสู่สถานประกอบการถือเป็นคนงาน
หากเชื้อเพลิงถูกทำให้ร้อนถึง 102-105 ºС ความชื้นจะระเหย จากนั้นจะได้มวลแห้งของเชื้อเพลิง ชื่อของมวลที่ติดไฟได้นั้นมีเงื่อนไข เนื่องจากเป็นส่วนประกอบ ไนโตรเจนและออกซิเจนไม่ติดไฟและประกอบเป็นบัลลาสต์ภายในของเชื้อเพลิง ไนโตรเจนและออกซิเจนมีส่วนช่วยในกระบวนการเผาไหม้.
องค์ประกอบที่ติดไฟได้ของเชื้อเพลิง ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน และกำมะถัน... คาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักที่ติดไฟได้ของเชื้อเพลิง มีค่าความร้อนสูง (33600 kJ / kg) และประกอบขึ้นเป็นมวลการทำงานของเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ (50-75% สำหรับเชื้อเพลิงแข็งและ 80-85% สำหรับน้ำมันเชื้อเพลิงหนัก) ไฮโดรเจนมีค่าความร้อนสูง (ประมาณ 130,000 kJ / kg) แต่ปริมาณในเชื้อเพลิงแข็งมีน้อย ( นู๋= 2-6%) และมากกว่าเล็กน้อยในของเหลว (ประมาณ 10%) ทำให้ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเหลวสูงกว่าเชื้อเพลิงแข็ง
กำมะถันมีค่าความร้อนต่ำ (9000 kJ / kg) เนื้อหาในเชื้อเพลิงมีขนาดเล็ก ( ส= 0.2-4%) ดังนั้นจึงไม่มีค่ากำมะถันซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ติดไฟได้
การปรากฏตัวของซัลเฟอร์ออกไซด์ในผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ในระดับความเข้มข้นหนึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและพืช และต้องใช้มาตรการและวิธีการบางอย่างในการดักจับหรือกระจายไปในบรรยากาศ
ประเภทของเชื้อเพลิง การจำแนกน้ำมันเชื้อเพลิง
ตามคำจำกัดความของ DI Mendeleev "เชื้อเพลิงเป็นสารที่ติดไฟได้และตั้งใจเผาเพื่อให้ได้ความร้อน"
ในปัจจุบัน คำว่า "เชื้อเพลิง" ใช้กับวัสดุทั้งหมดที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน (เช่น เชื้อเพลิงนิวเคลียร์)
เชื้อเพลิงตามแหล่งกำเนิดแบ่งออกเป็น:
เชื้อเพลิงธรรมชาติ (ถ่านหิน พีท น้ำมัน หินน้ำมัน ไม้ ฯลฯ)
เชื้อเพลิงประดิษฐ์ (เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ ก๊าซธรรมชาติ โค้ก อัดก้อน ฯลฯ)
ตามสถานะของการรวมกลุ่ม มันถูกแบ่งออกเป็นเชื้อเพลิงแข็ง ของเหลว และก๊าซ และตามวัตถุประสงค์ เมื่อนำไปใช้เป็นพลังงาน เทคโนโลยี และเชื้อเพลิงในครัวเรือน ข้อกำหนดสูงสุดสำหรับเชื้อเพลิงพลังงาน และข้อกำหนดขั้นต่ำสำหรับเชื้อเพลิงในครัวเรือน
เชื้อเพลิงแข็ง - ธาตุไม้, พีท, หินดินดาน, ถ่านหินสีน้ำตาล, ถ่านหิน
เชื้อเพลิงเหลว - ผลิตภัณฑ์กลั่นน้ำมัน (น้ำมันเชื้อเพลิง)
เชื้อเพลิงก๊าซ - ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซจากการกลั่นน้ำมันและก๊าซชีวภาพ
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - สารฟิชไซล์ (กัมมันตภาพรังสี) (ยูเรเนียม, พลูโทเนียม)
เชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่ ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนสำคัญของการใช้พลังงานทั้งหมด การก่อตัวของเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นผลมาจากผลกระทบจากความร้อน กลไก และชีวภาพเป็นเวลาหลายศตวรรษต่อซากพืชและสัตว์ต่างๆ ที่สะสมอยู่ในรูปแบบทางธรณีวิทยาทั้งหมด เชื้อเพลิงเหล่านี้ทั้งหมดมีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ และพลังงานถูกปล่อยออกมาจากเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ผ่านการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์
เชื้อเพลิงแข็ง ลักษณะหลัก
เชื้อเพลิงแข็ง . เชื้อเพลิงแข็งจากฟอสซิล (ยกเว้นหินดินดาน) เป็นผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของอินทรียวัตถุในพืช น้องคนสุดท้องของพวกเขา - พีท - เป็นมวลหนาแน่น , เกิดจากซากพืชที่เน่าเปื่อย ที่เก่าแก่ที่สุดต่อไปคือ ถ่านสีน้ำตาล- มวลที่เป็นเนื้อเดียวกันของดินหรือสีดำ ซึ่งเมื่อเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลานาน จะถูกออกซิไดซ์บางส่วน ("กัดเซาะ") และแตกเป็นผง จากนั้นก็มีถ่านหินบิทูมินัสซึ่งตามกฎแล้วจะมีความแข็งแกร่งและความพรุนที่ต่ำกว่า มวลอินทรีย์ที่เก่าแก่ที่สุดของพวกเขา - แอนทราไซต์ - ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดและเป็นคาร์บอน 93% แอนทราไซต์มีความโดดเด่นด้วยความแข็งสูง
ปริมาณสำรองถ่านหินทางธรณีวิทยาของโลกที่แสดงในเชื้อเพลิงทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 14,000 พันล้านตัน ซึ่งครึ่งหนึ่งมีความน่าเชื่อถือ (เอเชีย - 63% อเมริกา - 27%) สหรัฐอเมริกาและรัสเซียมีถ่านหินสำรองที่ใหญ่ที่สุด ทุนสำรองที่สำคัญมีอยู่ในเยอรมนี อังกฤษ จีน ยูเครน และคาซัคสถาน
ปริมาณถ่านหินทั้งหมดสามารถแสดงได้ในรูปของลูกบาศก์ที่มีด้านยาว 21 กม. ซึ่ง "ลูกบาศก์" ที่มีด้าน 1.8 กม. จะถูกถอนออกทุกปีโดยบุคคล ในอัตรานี้ การใช้ถ่านหินจะมีอายุประมาณ 1,000 ปี แต่ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหนักและไม่สะดวกซึ่งมีแร่ธาตุเจือปนอยู่มากมาย ซึ่งทำให้การใช้งานยุ่งยาก เงินสำรองมีการกระจายอย่างไม่เท่าเทียมกันอย่างมาก แหล่งถ่านหินที่มีชื่อเสียงที่สุด: Donbassky (ถ่านหินสำรอง 128 พันล้านตัน), Pechora (210 พันล้านตัน), Karaganda (50 พันล้านตัน), Ekibastuz (10 พันล้านตัน), Kuznetsky (600 พันล้านตัน) , Kansko-Achinsky (600 พันล้านตัน ). แอ่งน้ำอีร์คุตสค์ (70 พันล้านตัน) แหล่งถ่านหินที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือ Tungusskoye (2300 พันล้านตัน - มากกว่า 15% ของทุนสำรองโลก) และ Lenskoye (1800 พันล้านตัน - เกือบ 13% ของทุนสำรองโลก)
การขุดถ่านหินดำเนินการโดยวิธีการขุด (ความลึกตั้งแต่หลายร้อยเมตรถึงหลายกิโลเมตร) หรือในรูปแบบของเหมืองหลุมเปิด อยู่ในขั้นตอนของการขุดและขนส่งถ่านหิน โดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงแล้ว สามารถลดการสูญเสียระหว่างการขนส่งได้ การลดปริมาณเถ้าและความชื้นของถ่านหินที่ขนส่ง
ไม้เป็นเชื้อเพลิงแข็งหมุนเวียน ส่วนแบ่งในสมดุลพลังงานของโลกขณะนี้มีขนาดเล็กมาก แต่ในบางภูมิภาค ไม้ (และบ่อยครั้งกว่าจะสูญเสียไป) เป็นเชื้อเพลิงเช่นกัน
เนื่องจาก เชื้อเพลิงแข็งสามารถใช้อิฐได้ - ส่วนผสมทางกลของถ่านหินและค่าปรับพีทที่มีสารยึดเกาะ (น้ำมันดิน ฯลฯ ) บีบอัดภายใต้ความดันสูงถึง 100 MPa ในเครื่องอัดพิเศษ
เชื้อเพลิงเหลว ลักษณะหลัก
เชื้อเพลิงเหลว เชื้อเพลิงเหลวเกือบทั้งหมดยังคงได้มาจากการกลั่นน้ำมัน น้ำมัน ซึ่งเป็นแร่ของเหลวที่ติดไฟได้ เป็นของเหลวสีน้ำตาลที่มีไฮโดรคาร์บอนที่เป็นก๊าซและมีความผันผวนสูงในสารละลาย มีกลิ่นยางแปลก ๆ ในระหว่างการกลั่นน้ำมัน จะมีผลิตภัณฑ์จำนวนหนึ่งที่มีความสำคัญทางเทคนิคอย่างยิ่ง ได้แก่ น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด น้ำมันหล่อลื่น ตลอดจนปิโตรเลียมเจลลี่ซึ่งใช้ในยาและน้ำหอม
น้ำมันดิบถูกให้ความร้อนที่ 300-370 ° C หลังจากนั้นไอระเหยที่ได้รับจะกระจายเป็นเศษส่วนที่ควบแน่นที่อุณหภูมิต่างกัน tª: ก๊าซเหลว (ให้ผลผลิตประมาณ 1%) น้ำมันเบนซิน (ประมาณ 15%, tª = 30 - 180 ° C ). น้ำมันก๊าด (ประมาณ 17%, tª = 120 - 135 ° C), ดีเซล (ประมาณ 18%, tª = 180 - 350 ° C) กากของเหลวที่มีจุดเดือด 330-350 ° C เรียกว่า น้ำมันเชื้อเพลิง น้ำมันเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงรถยนต์ เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอน (84-86%) และไฮโดรเจน (10-12%)
น้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากน้ำมันจากหลายแหล่งสามารถบรรจุกำมะถันได้มาก (มากถึง 4.3%) ซึ่งทำให้การปกป้องอุปกรณ์และ สิ่งแวดล้อมเมื่อมันถูกเผา
ปริมาณเถ้าของน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ควรเกิน 0.14% และปริมาณน้ำไม่ควรเกิน 1.5% เถ้าประกอบด้วยสารประกอบของวาเนเดียม นิกเกิล เหล็ก และโลหะอื่นๆ ดังนั้นจึงมักใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต เช่น วาเนเดียม
ในหม้อไอน้ำของโรงต้มน้ำและโรงไฟฟ้า น้ำมันเชื้อเพลิงมักจะถูกเผาไหม้ ในการติดตั้งเครื่องทำความร้อนในบ้าน - การให้ความร้อนเชื้อเพลิงในประเทศ (ส่วนผสมของเศษส่วนตรงกลาง)
ปริมาณสำรองน้ำมันทางธรณีวิทยาของโลกอยู่ที่ประมาณ 2 แสนล้านตัน ซึ่ง 53 พันล้านตัน เป็นทุนสำรองที่เชื่อถือได้ ปริมาณสำรองน้ำมันที่พิสูจน์แล้วมากกว่าครึ่งหนึ่งตั้งอยู่ในตะวันออกกลางและตะวันออกใกล้ ในประเทศแถบยุโรปตะวันตกซึ่งมีอุตสาหกรรมที่พัฒนาอย่างสูง น้ำมันสำรองที่มีขนาดค่อนข้างเล็กจะกระจุกตัวอยู่ ปริมาณสำรองน้ำมันที่พิสูจน์แล้วเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากชั้นทะเล ดังนั้นการประมาณการปริมาณสำรองน้ำมันทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกสารจึงมีเงื่อนไขและกำหนดลักษณะเฉพาะตามลำดับความสำคัญเท่านั้น
ปริมาณสำรองน้ำมันทั้งหมดในโลกต่ำกว่าถ่านหิน แต่น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้งานสะดวกกว่า โดยเฉพาะในรูปแบบที่แก้ไข หลังจากยกผ่านบ่อน้ำแล้ว น้ำมันจะถูกส่งไปยังผู้บริโภคส่วนใหญ่ผ่านทางท่อส่งน้ำมัน ทางรถไฟ หรือเรือบรรทุกน้ำมัน ดังนั้นองค์ประกอบการขนส่งจึงมีส่วนสำคัญของต้นทุนน้ำมัน
เชื้อเพลิงแก๊ส ลักษณะหลัก
เชื้อเพลิงก๊าซ เชื้อเพลิงก๊าซประกอบด้วยก๊าซธรรมชาติเป็นหลัก นี่คือก๊าซที่ผลิตจากแหล่งก๊าซล้วนๆ ก๊าซที่เกี่ยวข้อง ทุ่งน้ำมัน, ก๊าซจากการสะสมของคอนเดนเสท, มีเทนของเหมืองถ่านหิน เป็นต้น ส่วนประกอบหลักคือมีเทน CH 4; นอกจากนี้ ก๊าซจากแหล่งต่าง ๆ ยังมีไนโตรเจน N 2 จำนวนเล็กน้อย CnHm ไฮโดรคาร์บอนที่สูงขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 ในระหว่างการสกัดก๊าซธรรมชาติ จะถูกทำให้บริสุทธิ์จากสารประกอบกำมะถัน แต่บางส่วนอาจยังคงอยู่ (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์)
เมื่อน้ำมันถูกสกัดออกมา ก๊าซที่เรียกว่าที่เกี่ยวข้องจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งมีก๊าซมีเทนน้อยกว่าก๊าซธรรมชาติ แต่มีไฮโดรคาร์บอนสูงกว่า ดังนั้นจึงปล่อยความร้อนเพิ่มขึ้นระหว่างการเผาไหม้
ในอุตสาหกรรมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในชีวิตประจำวัน ก๊าซเหลวที่ได้จากกระบวนการขั้นต้นของน้ำมันและก๊าซปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้องนั้นถูกใช้อย่างแพร่หลาย พวกเขาผลิตโพรเพนทางเทคนิค (อย่างน้อย 93% С 3 Н 8 + С 3 Н 6) บิวเทนทางเทคนิค (อย่างน้อย 93% С 4 Н 10 + С 4 Н 8) และสารผสม
ปริมาณสำรองก๊าซทางธรณีวิทยาของโลกอยู่ที่ประมาณ 140-170 ล้านล้านลูกบาศก์เมตร
ก๊าซธรรมชาติตั้งอยู่ในแหล่งกักเก็บ ซึ่งเป็น "โดม" ของชั้นกันน้ำ (เช่น ดินเหนียว) ซึ่งก๊าซอยู่ภายใต้แรงกดดันในตัวกลางที่มีรูพรุน (หินทราย) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยมีเทน CH 4 ที่ทางออกของบ่อน้ำ ก๊าซจะถูกทำความสะอาดจากสารแขวนลอยด้วยทราย หยดน้ำคอนเดนเสท และสารเจือปนอื่นๆ และจ่ายให้กับ ท่อส่งก๊าซหลักมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 - 1.5 ม. และยาวหลายพันกิโลเมตร แรงดันแก๊สในท่อส่งก๊าซจะอยู่ที่ 5 MPa ด้วยความช่วยเหลือของคอมเพรสเซอร์ที่ติดตั้งทุก ๆ 100-150 ม. คอมเพรสเซอร์หมุน กังหันก๊าซการบริโภคก๊าซ ปริมาณการใช้ก๊าซทั้งหมดเพื่อรักษาความดันในท่อส่งก๊าซคือ 10-12% ของปริมาณการสูบทั้งหมด ดังนั้นการขนส่งเชื้อเพลิงก๊าซจึงใช้พลังงานมาก
วี เมื่อเร็ว ๆ นี้ในหลาย ๆ แห่งมีการใช้ก๊าซชีวภาพมากขึ้น - ผลิตภัณฑ์ของการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจน (การหมัก) ของขยะอินทรีย์ (ปุ๋ยคอก เศษพืช ขยะ สิ่งปฏิกูล ฯลฯ ) ในประเทศจีน โรงงานก๊าซชีวภาพมากกว่าหนึ่งล้านแห่งได้ดำเนินการเกี่ยวกับขยะหลายประเภทแล้ว (ตามข้อมูลของ UNESCO - มากถึง 7 ล้านแห่ง) ในญี่ปุ่น แหล่งที่มาของก๊าซชีวภาพคือการฝังกลบขยะในครัวเรือนที่คัดแยกไว้แล้ว "โรงงาน" ที่มีความจุก๊าซมากถึง 10-20 ลบ.ม. ต่อวัน ให้เชื้อเพลิงแก่โรงไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีกำลังการผลิต 716 กิโลวัตต์
การย่อยของเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจนจากศูนย์ปศุสัตว์ขนาดใหญ่ช่วยแก้ปัญหามลพิษสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงด้วยของเสียที่เป็นของเหลวโดยแปลงเป็นก๊าซชีวภาพ (ประมาณ 1 ลูกบาศก์เมตรต่อวันต่อปศุสัตว์หนึ่งหน่วย) และปุ๋ยคุณภาพสูง
มาก มุมมองเชื้อเพลิงซึ่งมีพลังงานจำเพาะสูงกว่าน้ำมันถึงสามเท่า คือ ไฮโดรเจน งานทางวิทยาศาสตร์และการทดลองเพื่อค้นหาวิธีการเชิงเศรษฐกิจของการเปลี่ยนแปลงทางอุตสาหกรรม ซึ่งกำลังดำเนินการอย่างแข็งขันทั้งในประเทศและต่างประเทศของเรา ปริมาณสำรองไฮโดรเจนเป็นสิ่งที่ไม่รู้จักหมดสิ้นและไม่เกี่ยวข้องกับภูมิภาคใดๆ ของโลก ไฮโดรเจนในสถานะที่ถูกผูกไว้มีอยู่ในโมเลกุลของน้ำ (H 2 O) เมื่อถูกเผาจะเกิดน้ำที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ไฮโดรเจนสามารถจัดเก็บ กระจายไปตามท่อได้อย่างสะดวก และขนส่งได้ในราคาไม่แพง
ในปัจจุบัน ไฮโดรเจนได้มาจากก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนใหญ่ ในอนาคตอันใกล้ จะสามารถได้รับไฮโดรเจนในกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหิน เพื่อให้ได้พลังงานเคมีของไฮโดรเจน กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสก็ใช้เช่นกัน วิธีหลังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเนื่องจากจะนำไปสู่การเสริมสร้างสภาพแวดล้อมด้วยออกซิเจน การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างแพร่หลายสามารถแก้ปัญหาเร่งด่วนสามประการ:
ลดการใช้เชื้อเพลิงอินทรีย์และเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ตอบสนองความต้องการด้านพลังงานที่เพิ่มขึ้น
ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ การจำแนกประเภทและการใช้งาน
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ธรรมชาติชนิดเดียวคือนิวเคลียสหนักของยูเรเนียมและทอเรียม พลังงานในรูปของความร้อนจะถูกปลดปล่อยออกมาภายใต้การกระทำของนิวตรอนช้าในระหว่างการแตกตัวของไอโซโทป 235 U ซึ่งเป็น 1/140 ของยูเรเนียมธรรมชาติ สามารถใช้เป็นวัตถุดิบได้ 238 U และ 239 Th ซึ่งเมื่อฉายรังสีด้วยนิวตรอนแล้วจะกลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ชนิดใหม่ - 239 Pu และ 239 U ตามลำดับ เมื่อนิวเคลียสทั้งหมดที่อยู่ในยูเรเนียม 1 กิโลกรัมจะแตกตัวเป็นพลังงาน ปล่อย 2 10 7 kWh ซึ่งเทียบเท่ากับถ่านหินคุณภาพสูง 2.5 พันตันที่มีค่าความร้อน 35 MJ / kg (8373 kcal / kg)
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบ่งออกเป็นสองประเภท:
ยูเรเนียมธรรมชาติที่มีนิวเคลียส 235 U ฟิชไซล์ และวัตถุดิบ 238 U สามารถสร้างพลูโทเนียม 239 Pu เมื่อจับนิวตรอน
เชื้อเพลิงทุติยภูมิที่ไม่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ได้แก่ 239 Pu ที่ได้จากเชื้อเพลิงประเภทแรก รวมทั้งไอโซโทป U 233 U ที่เกิดขึ้นระหว่างการดักจับนิวตรอนโดยนิวเคลียสทอเรียมที่ 232 Th
โดย องค์ประกอบทางเคมี, เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถ:
โลหะรวมทั้งโลหะผสม
ออกไซด์ (เช่น UO 2);
คาร์ไบด์ (เช่น PuC 1-x)
ไนไตรด์
ผสม (PuO 2 + UO 2)
แอปพลิเคชัน. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถูกใช้ใน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งมักจะอยู่ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ปิดสนิท (แท่งเชื้อเพลิง) ในรูปแบบของเม็ดยาขนาดหลายเซนติเมตร
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดระดับสูงสำหรับความเข้ากันได้ทางเคมีกับส่วนหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง จะต้องมีอุณหภูมิหลอมเหลวและการระเหยที่เพียงพอ การนำความร้อนที่ดี ปริมาณเพิ่มขึ้นเล็กน้อยภายใต้การฉายรังสีนิวตรอน และความสามารถในการผลิต
โลหะยูเรเนียมค่อนข้างไม่ค่อยถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ อุณหภูมิสูงสุดถูก จำกัด ไว้ที่ 660 ° C ที่อุณหภูมินี้ จะเกิดการเปลี่ยนเฟส ซึ่งโครงสร้างผลึกของยูเรเนียมจะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนเฟสจะมาพร้อมกับการเพิ่มปริมาตรของยูเรเนียม ซึ่งอาจนำไปสู่การทำลายเปลือกหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง ภายใต้การฉายรังสีเป็นเวลานานในช่วงอุณหภูมิ 200-500 ° C ยูเรเนียมอาจมีการเติบโตของรังสี ปรากฏการณ์นี้ประกอบด้วยการยืดตัวของแกนยูเรเนียมที่ฉายรังสี จากการทดลองพบว่าความยาวของแท่งยูเรเนียมเพิ่มขึ้นหนึ่งเท่าครึ่ง
การใช้โลหะยูเรเนียมโดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 ° C เป็นเรื่องยากเนื่องจากการบวม หลังจากการแตกตัวของนิวเคลียสจะเกิดชิ้นส่วนฟิชชันสองชิ้นซึ่งมีปริมาตรรวมมากกว่าปริมาตรของอะตอมของยูเรเนียม (พลูโทเนียม) ส่วนหนึ่งของอะตอม - ชิ้นส่วนฟิชชันคืออะตอมของก๊าซ (คริปทอน ซีนอน ฯลฯ) อะตอมของแก๊สจะสะสมอยู่ในรูพรุนของยูเรเนียมและสร้างแรงดันภายในซึ่งเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของอะตอมในกระบวนการฟิชชันและความดันภายในของก๊าซที่เพิ่มขึ้น ยูเรเนียมและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อื่นๆ เริ่มบวม อาการบวมเป็นที่เข้าใจกันว่าการเปลี่ยนแปลงเชิงสัมพันธ์ในปริมาตรของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับการแตกตัวของนิวเคลียร์
อาการบวมขึ้นอยู่กับความเหนื่อยหน่ายและอุณหภูมิของแท่งเชื้อเพลิง จำนวนชิ้นส่วนฟิชชันจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเผาไหม้ และความดันก๊าซภายในจะเพิ่มขึ้นตามการเผาไหม้และอุณหภูมิ การบวมตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถนำไปสู่การทำลายเปลือกหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิงได้ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีแนวโน้มน้อยที่จะบวมถ้ามีสูง คุณสมบัติทางกล... โลหะยูเรเนียมไม่ได้เป็นเพียงวัสดุดังกล่าว ดังนั้นการใช้โลหะยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จำกัดการเผาไหม้ ซึ่งเป็นหนึ่งในการประเมินหลักด้านเศรษฐศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์
ความต้านทานการแผ่รังสีและคุณสมบัติทางกลของเชื้อเพลิงจะดีขึ้นหลังจากการเติมยูเรเนียม ในระหว่างนั้นจะมีการเติมโมลิบดีนัม อลูมิเนียม และโลหะอื่นๆ จำนวนเล็กน้อยลงในยูเรเนียม สารเจือปนลดจำนวนนิวตรอนฟิชชันต่อการจับนิวตรอนด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ดังนั้นพวกเขาจึงมักจะเลือกการเติมยูเรเนียมผสมจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้เล็กน้อย
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ดี ได้แก่ สารประกอบยูเรเนียมทนไฟบางชนิด ได้แก่ ออกไซด์ คาร์ไบด์ และสารประกอบระหว่างโลหะ เซรามิกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือยูเรเนียมไดออกไซด์ UO 2 จุดหลอมเหลวของมันคือ 2800 ° C ความหนาแน่น - 10.2 t / m 3 ยูเรเนียมไดออกไซด์ไม่มีการเปลี่ยนเฟสและมีแนวโน้มที่จะบวมน้อยกว่ายูเรเนียมอัลลอยด์ วิธีนี้ช่วยให้การเผาไหม้เพิ่มขึ้นถึงหลายเปอร์เซ็นต์ ยูเรเนียมไดออกไซด์ไม่ทำปฏิกิริยากับเซอร์โคเนียม ไนโอเบียม สแตนเลส และวัสดุอื่น ๆ ที่อุณหภูมิสูง ข้อเสียเปรียบหลักของเซรามิกคือการนำความร้อนต่ำ - 4.5 kJ / (m · K) ซึ่งจำกัดพลังงานจำเพาะของเครื่องปฏิกรณ์ในแง่ของอุณหภูมิหลอมเหลว ดังนั้นความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนสูงสุดในเครื่องปฏิกรณ์ VVER ที่ใช้ยูเรเนียมไดออกไซด์จะต้องไม่เกิน 1.4 · 10 3 kW / m2 ในขณะที่อุณหภูมิสูงสุดในแท่งแท่งเชื้อเพลิงถึง 2200 ° C นอกจากนี้ เซรามิกร้อนยังเปราะบางและสามารถแตกร้าวได้
พลูโทเนียมเป็นโลหะหลอมต่ำ จุดหลอมเหลวของมันคือ 640 ° C พลูโทเนียมมีคุณสมบัติเชิงพลาสติกต่ำ ดังนั้นจึงแทบจะไม่สามารถนำไปใช้กับกระบวนการทางกลได้ เทคโนโลยีการผลิตแท่งเชื้อเพลิงมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากความเป็นพิษของพลูโทเนียม สำหรับการเตรียมเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มักใช้พลูโทเนียมไดออกไซด์ ส่วนผสมของพลูโทเนียมคาร์ไบด์กับยูเรเนียมคาร์ไบด์ และโลหะผสมพลูโทเนียม-โลหะ
เชื้อเพลิงแบบกระจายมีค่าการนำความร้อนสูงและคุณสมบัติทางกล ซึ่งอนุภาคขนาดเล็กของ UO 2, UC, PuO 2 และสารประกอบยูเรเนียมและพลูโทเนียมอื่น ๆ จะถูกวางไว้อย่างต่างกันในเมทริกซ์โลหะของอะลูมิเนียม โมลิบดีนัม สแตนเลส ฯลฯ วัสดุเมทริกซ์กำหนด ความต้านทานการแผ่รังสีและการนำความร้อนของเชื้อเพลิงแบบกระจาย ตัวอย่างเช่น เชื้อเพลิงกระจายตัวของ NPP แรกประกอบด้วยอนุภาคของโลหะผสมของยูเรเนียมที่มีโมลิบดีนัม 9% ซึ่งเต็มไปด้วยแมกนีเซียม
เชื้อเพลิงตามเงื่อนไข
เชื้อเพลิงธรรมดา แหล่งพลังงานประเภทต่างๆ มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ซึ่งมีลักษณะเฉพาะตามความเข้มข้นของพลังงานของเชื้อเพลิง การใช้พลังงานจำเพาะคือปริมาณพลังงานต่อหน่วยมวลของร่างกายของทรัพยากรพลังงาน
เพื่อเปรียบเทียบเชื้อเพลิงต่างๆ การบัญชีทั้งหมดปริมาณสำรอง, การประเมินประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรพลังงาน, การเปรียบเทียบตัวชี้วัดของอุปกรณ์ที่ใช้ความร้อน, หน่วยวัดเป็นเชื้อเพลิงมาตรฐาน เชื้อเพลิงธรรมดาคือเชื้อเพลิงประเภทดังกล่าว การเผาไหม้ 1 กิโลกรัมจะปล่อยพลังงาน 29309 กิโลจูล หรือ 700 กิโลแคลอรี สำหรับ การวิเคราะห์เปรียบเทียบใช้น้ำมันมาตรฐาน 1 ตัน
1 ถังน้ำมัน = 29309 kJ = 7000 kcal = 8120 kWh
ตัวเลขนี้สอดคล้องกับถ่านหินที่มีเถ้าต่ำซึ่งบางครั้งเรียกว่าถ่านหินที่เทียบเท่ากัน
ในต่างประเทศ น้ำมันอ้างอิงที่มีค่าความร้อน 41,900 kJ / kg (10,000 kcal / kg) ใช้สำหรับการวิเคราะห์ ตัวเลขนี้เรียกว่าเทียบเท่าน้ำมัน ตารางต่อไปนี้แสดงค่าการใช้พลังงานเฉพาะสำหรับแหล่งพลังงานจำนวนหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงทั่วไป
บทสรุป
ดังนั้นจากเนื้อหาข้างต้นจึงสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:
เชื้อเพลิงเป็นสารที่ติดไฟได้ซึ่งใช้สร้างความร้อน
ต้นกำเนิดของเชื้อเพลิงเป็นไปตามธรรมชาติและประดิษฐ์
ตามสถานะของการรวมกลุ่ม เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซจะถูกปล่อยออกมา
ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้ เมื่อใช้แล้ว เชื้อเพลิงอาจเป็นพลังงาน เทคโนโลยี และของใช้ในครัวเรือน
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยังถูกแยกออกเป็นสปีชีส์อิสระอีกด้วย
สำหรับการเปรียบเทียบ ประเภทต่างๆเชื้อเพลิงตามค่าความร้อนใช้หน่วยวัด "เทียบเท่าเชื้อเพลิง"
เชื้อเพลิงธรรมดาเป็นเชื้อเพลิงที่ยอมรับตามอัตภาพโดยมีค่าความร้อน 7000 kcal / kg (สำหรับเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็ง) และ 7000 kcal / Nm 3 (สำหรับก๊าซ ประเภทต่างๆเชื้อเพลิง).
รายชื่อแหล่งที่ใช้
การคุ้มครองแรงงานและพื้นฐานของการประหยัดพลังงาน: หนังสือเรียน. คู่มือ /
อีเอ็ม. Krachenya, R.N. โคเซล, ไอ.พี. สวิริด. - ครั้งที่ 2 - มินสค์: TetraSystems, 2005 .-- 156-161, 166-167 p.
Wikipedia เป็นสารานุกรมเสรี [ ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] / เชื้อเพลิงนิวเคลียร์. โหมดการเข้าถึง: http://ru.wikipedia.org/วันที่เข้าถึง: 04.10.2009.
3. กรมอนุรักษ์พลังงาน คณะกรรมการของรัฐเกี่ยวกับมาตรฐานของสาธารณรัฐเบลารุส [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] / ข้อบังคับ... คำแนะนำที่เป็นระเบียบสำหรับการเตรียมการศึกษาความเป็นไปได้สำหรับมาตรการประหยัดพลังงาน โหมดการเข้าถึง: http://energoeffekt.gov.by/doc/metodika_1.asp วันที่เข้าถึง: 03.10.2009
ภาคผนวก A
ตารางที่ 1: การใช้พลังงานเฉพาะของแหล่งพลังงาน
ประเภทเชื้อเพลิง |
การใช้พลังงานเฉพาะ |
การใช้พลังงานเฉพาะ |
เชื้อเพลิงธรรมดา เชื้อเพลิง-พลังงานแสงอาทิตย์) อาจมีอย่างอื่นอีก การจำแนกประเภท... ตัวอย่างเช่น ทรัพยากรหมด - ชนิดเป็นธรรมชาติ ... แนวคิด, ชนิดและ การจำแนกประเภทค่าใช้จ่ายในการจัดจำหน่ายตามตัวอย่างของสหภาพผู้บริโภคในภูมิภาคบทคัดย่อ >> การเงินซึ่งประกอบด้วย 3 ส่วน แนวคิด, ชนิดและ การจำแนกประเภทค่าใช้จ่ายในการจัดจำหน่าย ค่าใช้จ่ายในการจัดจำหน่ายคือ ... 100% I. ต้นทุนวัสดุ - 34.53% เชื้อเพลิง- พลังงาน 0.6% - การจัดเก็บ 2.4%, งานนอกเวลา, การคัดแยก, บรรจุภัณฑ์ ... การจำแนกประเภทวัสดุก่อสร้าง (2)แผ่นโกง >> การก่อสร้างเชื่อถือได้ในการใช้งาน อนุญาตให้ใช้ local ชนิด เชื้อเพลิงและต้องการการบริโภคน้อยลง After ... และwoody; พอลิเมอไรเซชันและพอลิเมอไรเซชัน ในหนึ่งเดียว การจำแนกประเภทการสร้างกลุ่มบริษัทสารยึดเกาะอินทรีย์ ... การจำแนกประเภทยอดคงเหลือทางบัญชีขององค์กรและขั้นตอนการเตรียมและการใช้งานในระบบเศรษฐกิจบทคัดย่อ >> การบัญชีและการตรวจสอบงบดุลขององค์กร 1.2 การจำแนกประเภทงบดุล 2.องค์กร- ...ยังศึกษา ชนิดและ การจำแนกประเภทงบดุล เรื่อง ... วัสดุพื้นฐานและเสริม เชื้อเพลิง, ซื้อผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปและส่วนประกอบ ... |
เชื้อเพลิง- เป็นสารที่ติดไฟได้ซึ่งปล่อยความร้อนออกมาเป็นจำนวนมากระหว่างการเผาไหม้ ซึ่งใช้โดยตรงในกระบวนการทางเทคโนโลยีและเพื่อให้ความร้อน หรือถูกแปลงเป็นพลังงานประเภทอื่น
ตามสถานะของการรวมกลุ่ม เชื้อเพลิงที่มีแหล่งกำเนิดอินทรีย์แบ่งออกเป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ (ก๊าซ)
โดยแหล่งกำเนิด เชื้อเพลิงฟอสซิลแบ่งออกเป็นธรรมชาติ (ธรรมชาติ) และเทียม โดยได้มาจากวิธีการต่างๆ
ตาราง 1.1
การจำแนกเชื้อเพลิงฟอสซิล
เชื้อเพลิงฟอสซิลสามารถแบ่งออกเป็นพลังงาน (สำหรับการผลิตพลังงานความร้อนและพลังงานไฟฟ้า) และอุตสาหกรรม (สำหรับการติดตั้งและระบบเทคโนโลยีความร้อนที่อุณหภูมิสูง) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งาน พลังงานและเชื้อเพลิงอุตสาหกรรมยังถูกกำหนดโดยคำว่า "เชื้อเพลิงหม้อไอน้ำและเตาเผา"
องค์ประกอบเบื้องต้นและลักษณะทางเทคนิคของเชื้อเพลิงฟอสซิล
เชื้อเพลิงอินทรีย์ประกอบด้วยสารประกอบต่างๆ ที่ติดไฟได้และไม่ติดไฟ เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็งและของเหลวประกอบด้วยสารที่ติดไฟได้ เช่น คาร์บอน C, ไฮโดรเจน H, กำมะถันระเหยง่าย S l และสารที่ไม่ติดไฟ - ออกซิเจน O, ไนโตรเจน N, เถ้า อา, ความชื้น W... กำมะถันระเหยประกอบด้วย S op อินทรีย์และ pyrite S ต่อสารประกอบ: S l = S op + S k เชื้อเพลิงอินทรีย์มีลักษณะดังนี้:
มวลการทำงาน
น้ำหนักแห้ง
มวลที่ติดไฟได้;
มวลอินทรีย์
กำมะถันจากอินทรียวัตถุไม่มีสารไพไรต์ คุณสามารถคำนวณองค์ประกอบของเชื้อเพลิงจากมวลหนึ่งไปอีกมวลหนึ่งโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ที่เหมาะสม (ตารางที่ 1.2)
ตาราง 1.2
การแปลงองค์ประกอบเชื้อเพลิงจากมวลหนึ่งเป็นอีกมวลหนึ่ง
น้ำหนักเป้าหมาย |
แสวงหามวล |
|||
โดยธรรมชาติ | ||||
โดยธรรมชาติ | ||||
เชื้อเพลิงก๊าซมักจะลดลงเป็นน้ำหนักแห้งในเศษส่วนปริมาตร:
ลักษณะทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดของเชื้อเพลิง ได้แก่ ความร้อนจากการเผาไหม้ ความร้อนที่ส่งออก ปริมาณเถ้าและความชื้น เนื้อหาของสิ่งเจือปนที่เป็นอันตรายซึ่งลดมูลค่าของเชื้อเพลิง ผลผลิตของสารระเหย และคุณสมบัติของโค้ก (ไม่ระเหย) สารตกค้าง)
ความร้อนจากการเผาไหม้(ค่าความร้อน) ของเชื้อเพลิง - ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของหน่วยมวล (kJ / kg) หรือปริมาตร (kJ / m 3) ของเชื้อเพลิง ค่าความร้อนเป็นคุณลักษณะที่กำหนดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงสำหรับการทำงานของอุปกรณ์ที่ใช้เชื้อเพลิง แยกความแตกต่างระหว่างมูลค่าความร้อนรวมและค่าความร้อนสุทธิของน้ำมันเชื้อเพลิง เมื่อออกแบบหม้อไอน้ำและหน่วยเทคโนโลยีที่ไม่ใช้ความร้อนแฝงของการควบแน่นของไอน้ำที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เชื้อเพลิง การคำนวณจะดำเนินการตามประเพณีตาม มูลค่าความร้อนสุทธิความสามารถเชื้อเพลิง.
ในกรณีที่ใช้ความร้อนแฝงของการควบแน่นของไอน้ำในหน่วย การคำนวณจะเกี่ยวข้องกับ ค่าความร้อนรวมเชื้อเพลิง.
ค่าความร้อนสุทธิของเชื้อเพลิงสามารถกำหนดได้โดยรู้ค่าความร้อนสุทธิ
ความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงถูกกำหนดโดยการทดลองในระเบิดความร้อนหรือในเครื่องวัดปริมาณความร้อนของแก๊ส หลักการทำงานของแคลอรีมิเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาเผาผลาญมวลหรือปริมาตรของเชื้อเพลิงที่วัดได้อย่างแม่นยำ ความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกถ่ายเทไปยังน้ำ อุณหภูมิเริ่มต้นและมวลเป็นที่ทราบกันดี เมื่อทราบมวลของน้ำและการวัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ จะกำหนดปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาและความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ด้วยองค์ประกอบของเชื้อเพลิงที่ทราบกันดีอยู่แล้ว ความร้อนจากการเผาไหม้จึงสามารถคำนวณวิเคราะห์ได้ ค่าความร้อนสุทธิที่ใช้งานได้ของเชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงเหลวสามารถกำหนดได้โดยสูตรของ D.I. Mendeleev, kJ / kg
ที่ไหน
คือความร้อนจากการเผาไหม้ของก๊าซแต่ละชนิดที่รวมอยู่ในเชื้อเพลิง MJ / m 3; C มชม น, H 2 S, CO, H 2 - เนื้อหาของก๊าซแต่ละตัวในเชื้อเพลิง,% vol.
ความร้อนจากการเผาไหม้ของก๊าซแต่ละตัวที่ประกอบเป็นเชื้อเพลิงก๊าซแสดงไว้ในตาราง 1.3.
ค่าความร้อนของเชื้อเพลิงหลายชนิดแตกต่างกันไปตามช่วงกว้าง เพื่อเปรียบเทียบเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ ในการกำหนดอัตราการสิ้นเปลือง การสำรอง การประหยัดเชื้อเพลิง แนวคิดของเชื้อเพลิงทั่วไปได้ถูกนำมาใช้ เชื้อเพลิงตามเงื่อนไขเรียกว่า เชื้อเพลิง ความร้อนต่ำของการเผาไหม้มีค่าเท่ากับ คิวเชื้อเพลิงมาตรฐาน = 29310 kJ / kg (7000 kcal / kg)
ในการคำนวณปริมาณการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติชนิดใดๆ ก็ตามให้เป็นเชื้อเพลิงธรรมดาและในทางกลับกัน ให้ใช้ค่าเทียบเท่าความร้อน ซึ่งเป็นอัตราส่วนของความร้อนต่ำสุดของการเผาไหม้ของมวลในการทำงานของเชื้อเพลิงธรรมชาติต่อความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่เทียบเท่า
. |
ประเภทของเชื้อเพลิง การจำแนกน้ำมันเชื้อเพลิง
ตามคำจำกัดความของ DI Mendeleev "เชื้อเพลิงเป็นสารที่ติดไฟได้และตั้งใจเผาเพื่อให้ได้ความร้อน"
ในปัจจุบัน คำว่า "เชื้อเพลิง" ใช้กับวัสดุทั้งหมดที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน (เช่น เชื้อเพลิงนิวเคลียร์)
เชื้อเพลิงตามแหล่งกำเนิดแบ่งออกเป็น:
เชื้อเพลิงธรรมชาติ (ถ่านหิน พีท น้ำมัน หินน้ำมัน ไม้ ฯลฯ)
เชื้อเพลิงประดิษฐ์ (เชื้อเพลิงเครื่องยนต์ ก๊าซธรรมชาติ โค้ก อัดก้อน ฯลฯ)
ตามสถานะของการรวมกลุ่ม มันถูกแบ่งออกเป็นเชื้อเพลิงแข็ง ของเหลว และก๊าซ และตามวัตถุประสงค์ เมื่อนำไปใช้เป็นพลังงาน เทคโนโลยี และเชื้อเพลิงในครัวเรือน ข้อกำหนดสูงสุดสำหรับเชื้อเพลิงพลังงาน และข้อกำหนดขั้นต่ำสำหรับเชื้อเพลิงในครัวเรือน
เชื้อเพลิงแข็ง - ธาตุไม้, พีท, หินดินดาน, ถ่านหินสีน้ำตาล, ถ่านหิน
เชื้อเพลิงเหลว - ผลิตภัณฑ์กลั่นน้ำมัน (น้ำมันเชื้อเพลิง)
เชื้อเพลิงก๊าซ - ก๊าซธรรมชาติ ก๊าซจากการกลั่นน้ำมันและก๊าซชีวภาพ
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ - สารฟิชไซล์ (กัมมันตภาพรังสี) (ยูเรเนียม, พลูโทเนียม)
เชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่ ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนสำคัญของการใช้พลังงานทั้งหมด การก่อตัวของเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นผลมาจากผลกระทบจากความร้อน กลไก และชีวภาพเป็นเวลาหลายศตวรรษต่อซากพืชและสัตว์ต่างๆ ที่สะสมอยู่ในรูปแบบทางธรณีวิทยาทั้งหมด เชื้อเพลิงเหล่านี้ทั้งหมดมีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ และพลังงานถูกปล่อยออกมาจากเชื้อเพลิงส่วนใหญ่ผ่านการก่อตัวของคาร์บอนไดออกไซด์
เชื้อเพลิงแข็ง ลักษณะหลัก
เชื้อเพลิงแข็ง . เชื้อเพลิงแข็งจากฟอสซิล (ยกเว้นหินดินดาน) เป็นผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของอินทรียวัตถุในพืช น้องคนสุดท้องของพวกเขา - พีท - เป็นมวลหนาแน่น , เกิดจากซากพืชที่เน่าเปื่อย ถัดไปในแง่ของ "อายุ" คือถ่านหินสีน้ำตาล - มวลที่เป็นเนื้อเดียวกันของดินหรือสีดำซึ่งเมื่อเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลานานจะถูกออกซิไดซ์บางส่วน ("กัดเซาะ") และแตกเป็นผง จากนั้นก็มีถ่านหินบิทูมินัสซึ่งตามกฎแล้วจะมีความแข็งแกร่งและความพรุนที่ต่ำกว่า มวลอินทรีย์ที่เก่าแก่ที่สุดของพวกเขา - แอนทราไซต์ - ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดและเป็นคาร์บอน 93% แอนทราไซต์มีความโดดเด่นด้วยความแข็งสูง
ปริมาณสำรองถ่านหินทางธรณีวิทยาของโลกที่แสดงในเชื้อเพลิงทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 14,000 พันล้านตัน ซึ่งครึ่งหนึ่งมีความน่าเชื่อถือ (เอเชีย - 63% อเมริกา - 27%) สหรัฐอเมริกาและรัสเซียมีถ่านหินสำรองที่ใหญ่ที่สุด ทุนสำรองที่สำคัญมีอยู่ในเยอรมนี อังกฤษ จีน ยูเครน และคาซัคสถาน
ปริมาณถ่านหินทั้งหมดสามารถแสดงได้ในรูปของลูกบาศก์ที่มีด้านยาว 21 กม. ซึ่ง "ลูกบาศก์" ที่มีด้าน 1.8 กม. จะถูกถอนออกทุกปีโดยบุคคล ในอัตรานี้ การใช้ถ่านหินจะมีอายุประมาณ 1,000 ปี แต่ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหนักและไม่สะดวกซึ่งมีแร่ธาตุเจือปนอยู่มากมาย ซึ่งทำให้การใช้งานยุ่งยาก เงินสำรองมีการกระจายอย่างไม่เท่าเทียมกันอย่างมาก แหล่งถ่านหินที่มีชื่อเสียงที่สุด: Donbassky (ถ่านหินสำรอง 128 พันล้านตัน), Pechora (210 พันล้านตัน), Karaganda (50 พันล้านตัน), Ekibastuz (10 พันล้านตัน), Kuznetsky (600 พันล้านตัน) , Kansko-Achinsky (600 พันล้านตัน ). แอ่งน้ำอีร์คุตสค์ (70 พันล้านตัน) แหล่งถ่านหินที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือ Tungusskoye (2300 พันล้านตัน - มากกว่า 15% ของทุนสำรองโลก) และ Lenskoye (1800 พันล้านตัน - เกือบ 13% ของทุนสำรองโลก)
การขุดถ่านหินดำเนินการโดยวิธีการขุด (ความลึกตั้งแต่หลายร้อยเมตรถึงหลายกิโลเมตร) หรือในรูปแบบของเหมืองหลุมเปิด อยู่ในขั้นตอนของการขุดและขนส่งถ่านหิน โดยใช้เทคโนโลยีขั้นสูงแล้ว สามารถลดการสูญเสียระหว่างการขนส่งได้ การลดปริมาณเถ้าและความชื้นของถ่านหินที่ขนส่ง
ไม้เป็นเชื้อเพลิงแข็งหมุนเวียน ส่วนแบ่งในสมดุลพลังงานของโลกขณะนี้มีขนาดเล็กมาก แต่ในบางภูมิภาค ไม้ (และบ่อยครั้งกว่าจะสูญเสียไป) เป็นเชื้อเพลิงเช่นกัน
Briquettes - ส่วนผสมทางกลของถ่านหินและค่าปรับพีทที่มีสารยึดเกาะ (น้ำมันดิน ฯลฯ ) ซึ่งบีบอัดภายใต้ความดันสูงถึง 100 MPa ในเครื่องอัดพิเศษสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงแข็งได้
เชื้อเพลิงเหลว ลักษณะหลัก
เชื้อเพลิงเหลว เชื้อเพลิงเหลวเกือบทั้งหมดยังคงได้มาจากการกลั่นน้ำมัน น้ำมัน ซึ่งเป็นแร่ของเหลวที่ติดไฟได้ เป็นของเหลวสีน้ำตาลที่มีไฮโดรคาร์บอนที่เป็นก๊าซและมีความผันผวนสูงในสารละลาย มีกลิ่นยางแปลก ๆ ในระหว่างการกลั่นน้ำมัน จะมีผลิตภัณฑ์จำนวนหนึ่งที่มีความสำคัญทางเทคนิคอย่างยิ่ง ได้แก่ น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด น้ำมันหล่อลื่น ตลอดจนปิโตรเลียมเจลลี่ซึ่งใช้ในยาและน้ำหอม
น้ำมันดิบถูกให้ความร้อนที่ 300-370 ° C หลังจากนั้นไอระเหยที่ได้รับจะกระจายเป็นเศษส่วนที่ควบแน่นที่อุณหภูมิต่างกัน tª: ก๊าซเหลว (ให้ผลผลิตประมาณ 1%) น้ำมันเบนซิน (ประมาณ 15%, tª = 30 - 180 ° C ). น้ำมันก๊าด (ประมาณ 17%, tª = 120 - 135 ° C), ดีเซล (ประมาณ 18%, tª = 180 - 350 ° C) กากของเหลวที่มีจุดเดือด 330-350 ° C เรียกว่า น้ำมันเชื้อเพลิง น้ำมันเชื้อเพลิง เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงรถยนต์ เป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยคาร์บอน (84-86%) และไฮโดรเจน (10-12%)
น้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากน้ำมันจากหลายแหล่งสามารถบรรจุกำมะถันได้มาก (มากถึง 4.3%) ซึ่งทำให้การปกป้องอุปกรณ์และสิ่งแวดล้อมมีความซับซ้อนอย่างมากในระหว่างการเผาไหม้
ปริมาณเถ้าของน้ำมันเชื้อเพลิงไม่ควรเกิน 0.14% และปริมาณน้ำไม่ควรเกิน 1.5% เถ้าประกอบด้วยสารประกอบของวาเนเดียม นิกเกิล เหล็ก และโลหะอื่นๆ ดังนั้นจึงมักใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต เช่น วาเนเดียม
ในหม้อไอน้ำของโรงต้มน้ำและโรงไฟฟ้า น้ำมันเชื้อเพลิงมักจะถูกเผาไหม้ ในการติดตั้งเครื่องทำความร้อนในบ้าน - การให้ความร้อนเชื้อเพลิงในประเทศ (ส่วนผสมของเศษส่วนตรงกลาง)
ปริมาณสำรองน้ำมันทางธรณีวิทยาของโลกอยู่ที่ประมาณ 2 แสนล้านตัน ซึ่ง 53 พันล้านตัน เป็นทุนสำรองที่เชื่อถือได้ ปริมาณสำรองน้ำมันที่พิสูจน์แล้วมากกว่าครึ่งหนึ่งตั้งอยู่ในตะวันออกกลางและตะวันออกใกล้ ในประเทศแถบยุโรปตะวันตกซึ่งมีอุตสาหกรรมที่พัฒนาอย่างสูง น้ำมันสำรองที่มีขนาดค่อนข้างเล็กจะกระจุกตัวอยู่ ปริมาณสำรองน้ำมันที่พิสูจน์แล้วเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากชั้นทะเล ดังนั้นการประมาณการปริมาณสำรองน้ำมันทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกสารจึงมีเงื่อนไขและกำหนดลักษณะเฉพาะตามลำดับความสำคัญเท่านั้น
ปริมาณสำรองน้ำมันทั้งหมดในโลกต่ำกว่าถ่านหิน แต่น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงที่ใช้งานสะดวกกว่า โดยเฉพาะในรูปแบบที่แก้ไข หลังจากยกผ่านบ่อน้ำแล้ว น้ำมันจะถูกส่งไปยังผู้บริโภคส่วนใหญ่ผ่านทางท่อส่งน้ำมัน ทางรถไฟ หรือเรือบรรทุกน้ำมัน ดังนั้นองค์ประกอบการขนส่งจึงมีส่วนสำคัญของต้นทุนน้ำมัน
เชื้อเพลิงแก๊ส ลักษณะหลัก
เชื้อเพลิงก๊าซ เชื้อเพลิงก๊าซประกอบด้วยก๊าซธรรมชาติเป็นหลัก ได้แก่ ก๊าซที่ผลิตจากแหล่งก๊าซบริสุทธิ์ ก๊าซที่เกี่ยวข้องจากแหล่งน้ำมัน ก๊าซจากแหล่งคอนเดนเสท ก๊าซมีเทนของเหมืองถ่านหิน เป็นต้น ส่วนประกอบหลักคือมีเทน CH 4; นอกจากนี้ ก๊าซจากแหล่งต่าง ๆ ยังมีไนโตรเจน N 2 จำนวนเล็กน้อย CnHm ไฮโดรคาร์บอนที่สูงขึ้น คาร์บอนไดออกไซด์ CO 2 ในระหว่างการสกัดก๊าซธรรมชาติ จะถูกทำให้บริสุทธิ์จากสารประกอบกำมะถัน แต่บางส่วนอาจยังคงอยู่ (ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์)
เมื่อน้ำมันถูกสกัดออกมา ก๊าซที่เรียกว่าที่เกี่ยวข้องจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งมีก๊าซมีเทนน้อยกว่าก๊าซธรรมชาติ แต่มีไฮโดรคาร์บอนสูงกว่า ดังนั้นจึงปล่อยความร้อนเพิ่มขึ้นระหว่างการเผาไหม้
ในอุตสาหกรรมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในชีวิตประจำวัน ก๊าซเหลวที่ได้จากกระบวนการขั้นต้นของน้ำมันและก๊าซปิโตรเลียมที่เกี่ยวข้องนั้นถูกใช้อย่างแพร่หลาย พวกเขาผลิตโพรเพนทางเทคนิค (ไม่น้อยกว่า 93% С 3 Н 8 + С 3 Н 6) บิวเทนทางเทคนิค (ไม่น้อยกว่า 93% С 4 Н 10 + С 4 Н 8) และของผสม
ปริมาณสำรองก๊าซทางธรณีวิทยาของโลกอยู่ที่ประมาณ 140-170 ล้านล้านลูกบาศก์เมตร
ก๊าซธรรมชาติตั้งอยู่ในแหล่งกักเก็บ ซึ่งเป็น "โดม" ของชั้นกันน้ำ (เช่น ดินเหนียว) ซึ่งก๊าซอยู่ภายใต้แรงกดดันในตัวกลางที่มีรูพรุน (หินทราย) ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยมีเทน CH 4 ที่ทางออกของบ่อน้ำก๊าซจะถูกทำความสะอาดจากสารแขวนลอยทรายหยดน้ำคอนเดนเสทและการรวมอื่น ๆ และถูกส่งไปยังท่อส่งก๊าซหลักที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.5 - 1.5 ม. และความยาวหลายพันกิโลเมตร แรงดันแก๊สในท่อส่งก๊าซจะอยู่ที่ระดับ 5 MPa ด้วยความช่วยเหลือของคอมเพรสเซอร์ที่ติดตั้งทุกๆ 100-150 ม. คอมเพรสเซอร์จะหมุนด้วยกังหันก๊าซที่ใช้ก๊าซ ปริมาณการใช้ก๊าซทั้งหมดเพื่อรักษาความดันในท่อส่งก๊าซคือ 10-12% ของปริมาณการสูบทั้งหมด ดังนั้นการขนส่งเชื้อเพลิงก๊าซจึงใช้พลังงานมาก
เมื่อเร็ว ๆ นี้ในหลาย ๆ แห่งมีการใช้ก๊าซชีวภาพมากขึ้น - ผลิตภัณฑ์ของการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจน (การหมัก) ของขยะอินทรีย์ (ปุ๋ยคอก เศษพืช ขยะ สิ่งปฏิกูล ฯลฯ ) ในประเทศจีน โรงงานก๊าซชีวภาพมากกว่าหนึ่งล้านแห่งได้ดำเนินการเกี่ยวกับขยะหลายประเภทแล้ว (ตามข้อมูลของ UNESCO - มากถึง 7 ล้านแห่ง) ในญี่ปุ่น แหล่งที่มาของก๊าซชีวภาพคือการฝังกลบขยะในครัวเรือนที่คัดแยกไว้แล้ว "โรงงาน" ที่มีความจุก๊าซมากถึง 10-20 ลบ.ม. ต่อวัน ให้เชื้อเพลิงแก่โรงไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีกำลังการผลิต 716 กิโลวัตต์
การย่อยของเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจนจากศูนย์ปศุสัตว์ขนาดใหญ่ช่วยแก้ปัญหามลพิษสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงด้วยของเสียที่เป็นของเหลวโดยแปลงเป็นก๊าซชีวภาพ (ประมาณ 1 ลูกบาศก์เมตรต่อวันต่อปศุสัตว์หนึ่งหน่วย) และปุ๋ยคุณภาพสูง
ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงประเภทที่มีแนวโน้มสูง ซึ่งมีการใช้พลังงานจำเพาะสูงกว่าน้ำมันถึง 3 เท่า งานทางวิทยาศาสตร์และการทดลองเพื่อค้นหาวิธีการประหยัดของการเปลี่ยนแปลงทางอุตสาหกรรมซึ่งกำลังดำเนินการอย่างแข็งขันทั้งในประเทศและต่างประเทศของเรา ปริมาณสำรองไฮโดรเจนเป็นสิ่งที่ไม่รู้จักหมดสิ้นและไม่เกี่ยวข้องกับภูมิภาคใดๆ ของโลก ไฮโดรเจนในสถานะที่ถูกผูกไว้มีอยู่ในโมเลกุลของน้ำ (H 2 O) เมื่อถูกเผาจะเกิดน้ำที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ไฮโดรเจนสามารถจัดเก็บ กระจายไปตามท่อได้อย่างสะดวก และขนส่งได้ในราคาไม่แพง
ในปัจจุบัน ไฮโดรเจนได้มาจากก๊าซธรรมชาติเป็นส่วนใหญ่ ในอนาคตอันใกล้ จะสามารถได้รับไฮโดรเจนในกระบวนการแปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหิน เพื่อให้ได้พลังงานเคมีของไฮโดรเจน กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสก็ใช้เช่นกัน วิธีหลังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญเนื่องจากจะนำไปสู่การเสริมสร้างสภาพแวดล้อมด้วยออกซิเจน การใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างแพร่หลายสามารถแก้ปัญหาเร่งด่วนสามประการ:
ลดการใช้เชื้อเพลิงอินทรีย์และเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ตอบสนองความต้องการด้านพลังงานที่เพิ่มขึ้น
ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ การจำแนกประเภทและการใช้งาน
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ธรรมชาติชนิดเดียวคือนิวเคลียสหนักของยูเรเนียมและทอเรียม พลังงานในรูปของความร้อนจะถูกปลดปล่อยออกมาภายใต้การกระทำของนิวตรอนช้าในระหว่างการแตกตัวของไอโซโทป 235 U ซึ่งเป็น 1/140 ของยูเรเนียมธรรมชาติ สามารถใช้เป็นวัตถุดิบได้ 238 U และ 239 Th ซึ่งเมื่อฉายรังสีด้วยนิวตรอนแล้วจะกลายเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ชนิดใหม่ - 239 Pu และ 239 U ตามลำดับ เมื่อนิวเคลียสทั้งหมดที่อยู่ในยูเรเนียม 1 กิโลกรัมจะแตกตัวเป็นพลังงาน ปล่อย 2 10 7 kWh ซึ่งเทียบเท่ากับคุณภาพสูง 2.5 พันตัน ถ่านหินด้วยค่าความร้อน 35 MJ / kg (8373 kcal / kg)
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบ่งออกเป็นสองประเภท:
- ยูเรเนียมธรรมชาติที่มีนิวเคลียส 235 U ฟิชไซล์ และวัตถุดิบ 238 U สามารถสร้างพลูโทเนียม 239 Pu เมื่อจับนิวตรอน
- เชื้อเพลิงทุติยภูมิที่ไม่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ได้แก่ 239 Pu ที่ได้จากเชื้อเพลิงประเภทแรก รวมทั้งไอโซโทป U 233 U ที่เกิดขึ้นระหว่างการดักจับนิวตรอนโดยนิวเคลียสทอเรียมที่ 232 Th
โดยองค์ประกอบทางเคมี เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถ:
- โลหะรวมทั้งโลหะผสม
- ออกไซด์ (เช่น UO 2);
- คาร์ไบด์ (เช่น PuC 1-x)
- ไนไตรด์
- ผสม (PuO 2 + UO 2)
แอปพลิเคชัน. เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งมักจะอยู่ในองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่ปิดสนิท (แท่งเชื้อเพลิง) ในรูปของเม็ดขนาดหลายเซนติเมตร
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดระดับสูงสำหรับความเข้ากันได้ทางเคมีกับส่วนหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง จะต้องมีอุณหภูมิหลอมเหลวและการระเหยที่เพียงพอ การนำความร้อนที่ดี ปริมาณเพิ่มขึ้นเล็กน้อยภายใต้การฉายรังสีนิวตรอน และความสามารถในการผลิต
โลหะยูเรเนียมค่อนข้างไม่ค่อยถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ อุณหภูมิสูงสุดถูก จำกัด ไว้ที่ 660 ° C ที่อุณหภูมินี้ จะเกิดการเปลี่ยนเฟส ซึ่งโครงสร้างผลึกของยูเรเนียมจะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนเฟสจะมาพร้อมกับการเพิ่มปริมาตรของยูเรเนียม ซึ่งอาจนำไปสู่การทำลายเปลือกหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิง ภายใต้การฉายรังสีเป็นเวลานานในช่วงอุณหภูมิ 200-500 ° C ยูเรเนียมอาจมีการเติบโตของรังสี ปรากฏการณ์นี้ประกอบด้วยการยืดตัวของแกนยูเรเนียมที่ฉายรังสี จากการทดลองพบว่าความยาวของแท่งยูเรเนียมเพิ่มขึ้นหนึ่งเท่าครึ่ง
การใช้โลหะยูเรเนียมโดยเฉพาะที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 ° C เป็นเรื่องยากเนื่องจากการบวม หลังจากการแตกตัวของนิวเคลียสจะเกิดชิ้นส่วนฟิชชันสองชิ้นซึ่งมีปริมาตรรวมมากกว่าปริมาตรของอะตอมของยูเรเนียม (พลูโทเนียม) ส่วนหนึ่งของอะตอม - ชิ้นส่วนฟิชชันคืออะตอมของก๊าซ (คริปทอน ซีนอน ฯลฯ) อะตอมของแก๊สจะสะสมอยู่ในรูพรุนของยูเรเนียมและสร้างแรงดันภายในซึ่งเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรของอะตอมในกระบวนการฟิชชันและความดันภายในของก๊าซที่เพิ่มขึ้น ยูเรเนียมและเชื้อเพลิงนิวเคลียร์อื่นๆ เริ่มบวม อาการบวมเป็นที่เข้าใจกันว่าการเปลี่ยนแปลงเชิงสัมพันธ์ในปริมาตรของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เกี่ยวข้องกับการแตกตัวของนิวเคลียร์
อาการบวมขึ้นอยู่กับความเหนื่อยหน่ายและอุณหภูมิของแท่งเชื้อเพลิง จำนวนชิ้นส่วนฟิชชันจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการเผาไหม้ และความดันก๊าซภายในจะเพิ่มขึ้นตามการเผาไหม้และอุณหภูมิ การบวมตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถนำไปสู่การทำลายเปลือกหุ้มองค์ประกอบเชื้อเพลิงได้ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีแนวโน้มที่จะบวมน้อยลงหากมีคุณสมบัติเชิงกลสูง โลหะยูเรเนียมไม่ได้เป็นเพียงวัสดุดังกล่าว ดังนั้นการใช้โลหะยูเรเนียมเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จำกัดการเผาไหม้ ซึ่งเป็นหนึ่งในการประเมินหลักด้านเศรษฐศาสตร์ของพลังงานนิวเคลียร์
ความต้านทานการแผ่รังสีและคุณสมบัติทางกลของเชื้อเพลิงจะดีขึ้นหลังจากการเติมยูเรเนียม ในระหว่างนั้นจะมีการเติมโมลิบดีนัม อลูมิเนียม และโลหะอื่นๆ จำนวนเล็กน้อยลงในยูเรเนียม สารเจือปนลดจำนวนนิวตรอนฟิชชันต่อการจับนิวตรอนด้วยเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ดังนั้นพวกเขาจึงมักจะเลือกการเติมยูเรเนียมผสมจากวัสดุที่ดูดซับนิวตรอนได้เล็กน้อย
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ดี ได้แก่ สารประกอบยูเรเนียมทนไฟบางชนิด ได้แก่ ออกไซด์ คาร์ไบด์ และสารประกอบระหว่างโลหะ เซรามิกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดคือยูเรเนียมไดออกไซด์ UO 2 จุดหลอมเหลวของมันคือ 2800 ° C ความหนาแน่น - 10.2 t / m 3 ยูเรเนียมไดออกไซด์ไม่มีการเปลี่ยนเฟสและมีแนวโน้มที่จะบวมน้อยกว่ายูเรเนียมอัลลอยด์ วิธีนี้ช่วยให้การเผาไหม้เพิ่มขึ้นถึงหลายเปอร์เซ็นต์ ยูเรเนียมไดออกไซด์ไม่ทำปฏิกิริยากับเซอร์โคเนียม ไนโอเบียม สแตนเลส และวัสดุอื่นๆ เมื่อ อุณหภูมิสูง... ข้อเสียเปรียบหลักของเซรามิกคือการนำความร้อนต่ำ - 4.5 kJ / (m · K) ซึ่งจำกัดพลังงานจำเพาะของเครื่องปฏิกรณ์ในแง่ของอุณหภูมิหลอมเหลว ดังนั้นความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนสูงสุดในเครื่องปฏิกรณ์ VVER ที่ใช้ยูเรเนียมไดออกไซด์จะต้องไม่เกิน 1.4 · 10 3 kW / m2 ในขณะที่อุณหภูมิสูงสุดในแท่งแท่งเชื้อเพลิงถึง 2200 ° C นอกจากนี้ เซรามิกร้อนยังเปราะบางและสามารถแตกร้าวได้
พลูโทเนียมเป็นโลหะหลอมต่ำ จุดหลอมเหลวของมันคือ 640 ° C พลูโทเนียมมีคุณสมบัติเชิงพลาสติกต่ำ ดังนั้นจึงแทบจะไม่สามารถนำไปใช้กับกระบวนการทางกลได้ เทคโนโลยีการผลิตแท่งเชื้อเพลิงมีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากความเป็นพิษของพลูโทเนียม สำหรับการเตรียมเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มักใช้พลูโทเนียมไดออกไซด์ ส่วนผสมของพลูโทเนียมคาร์ไบด์กับยูเรเนียมคาร์ไบด์ และโลหะผสมพลูโทเนียม-โลหะ
เชื้อเพลิงแบบกระจายมีการนำความร้อนสูงและคุณสมบัติเชิงกล ซึ่งอนุภาคขนาดเล็กของ UO 2, UC, PuO 2 และสารประกอบยูเรเนียมและพลูโทเนียมอื่น ๆ จะถูกวางไว้อย่างต่างกันในเมทริกซ์โลหะของอะลูมิเนียม โมลิบดีนัม ของสแตนเลสและอื่นๆ วัสดุของเมทริกซ์เป็นตัวกำหนดความต้านทานการแผ่รังสีและค่าการนำความร้อนของเชื้อเพลิงที่กระจายตัว ตัวอย่างเช่น เชื้อเพลิงกระจายตัวของ NPP แรกประกอบด้วยอนุภาคของโลหะผสมของยูเรเนียมที่มีโมลิบดีนัม 9% ซึ่งเต็มไปด้วยแมกนีเซียม
เชื้อเพลิงตามเงื่อนไข
เชื้อเพลิงธรรมดา แหล่งพลังงานประเภทต่างๆ มี คุณภาพต่างกันซึ่งมีลักษณะเฉพาะตามปริมาณพลังงานของเชื้อเพลิง การใช้พลังงานจำเพาะคือปริมาณพลังงานต่อหน่วยมวลของร่างกายของทรัพยากรพลังงาน
สำหรับการเปรียบเทียบเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ การบัญชีรวมของปริมาณสำรอง การประเมินประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรพลังงาน การเปรียบเทียบตัวชี้วัดของอุปกรณ์ที่ใช้ความร้อน หน่วยวัดเป็นเชื้อเพลิงมาตรฐาน เชื้อเพลิงธรรมดาคือเชื้อเพลิงประเภทดังกล่าว การเผาไหม้ 1 กิโลกรัมจะปล่อยพลังงาน 29309 กิโลจูล หรือ 700 กิโลแคลอรี สำหรับการวิเคราะห์เปรียบเทียบจะใช้เชื้อเพลิงมาตรฐาน 1 ตัน
1 ถังน้ำมัน = 29309 kJ = 7000 kcal = 8120 kWh
ตัวเลขนี้สอดคล้องกับถ่านหินที่มีเถ้าต่ำซึ่งบางครั้งเรียกว่าถ่านหินที่เทียบเท่ากัน
ในต่างประเทศ น้ำมันอ้างอิงที่มีค่าความร้อน 41,900 kJ / kg (10,000 kcal / kg) ใช้สำหรับการวิเคราะห์ ตัวเลขนี้เรียกว่าเทียบเท่าน้ำมัน ตารางต่อไปนี้แสดงค่าการใช้พลังงานเฉพาะสำหรับแหล่งพลังงานจำนวนหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงทั่วไป
บทสรุป
ดังนั้นจากเนื้อหาข้างต้นจึงสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:
เชื้อเพลิงเป็นสารที่ติดไฟได้ซึ่งใช้สร้างความร้อน
โดยกำเนิด เชื้อเพลิงสามารถเป็นธรรมชาติและประดิษฐ์ได้
ตามสถานะของการรวมกลุ่ม เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซจะถูกปล่อยออกมา
ตามวัตถุประสงค์ที่ตั้งใจไว้ เมื่อใช้แล้ว เชื้อเพลิงอาจเป็นพลังงาน เทคโนโลยี และของใช้ในครัวเรือน
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ยังถูกแยกออกเป็นสปีชีส์อิสระอีกด้วย
เพื่อเปรียบเทียบเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ ตามค่าความร้อน หน่วยวัดคือ "เชื้อเพลิงอ้างอิง"
เชื้อเพลิงธรรมดาเป็นเชื้อเพลิงที่ยอมรับตามอัตภาพโดยมีค่าความร้อน 7000 kcal / kg (สำหรับเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็ง) และ 7000 kcal / Nm 3 (สำหรับเชื้อเพลิงประเภทแก๊ส)
รายชื่อแหล่งที่ใช้
1. การคุ้มครองแรงงานและพื้นฐานของการประหยัดพลังงาน: ตำราเรียน คู่มือ /
อีเอ็ม. Krachenya, R.N. โคเซล, ไอ.พี. สวิริด. - ครั้งที่ 2 - มินสค์: TetraSystems, 2005 .-- 156-161, 166-167 p.
2. Wikipedia - สารานุกรมเสรี [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] / เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ โหมดการเข้าถึง: http://ru.wikipedia.org/วันที่เข้าถึง: 04.10.2009.
3. Department for Energy Efficiency of the State Committee for Standardization of the Republic of Belarus [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] / เอกสารกฎเกณฑ์ แนวปฏิบัติในการจัดทำการศึกษาความเป็นไปได้ของมาตรการประหยัดพลังงาน โหมดการเข้าถึง: http://energoeffekt.gov.by/doc/metodika_1.asp วันที่เข้าถึง: 03.10.2009
ภาคผนวก A
ตารางที่ 1: การใช้พลังงานเฉพาะของแหล่งพลังงาน
รวม สภาพ |
แหล่งกำเนิดน้ำมันเชื้อเพลิง |
|
เป็นธรรมชาติ |
เทียม |
|
น้ำมันเบนซินน้ำมันก๊าด น้ำมันดีเซล, น้ำมันเชื้อเพลิง, แอลกอฮอล์, เบนซิน, น้ำมันดิน (ถ่านหิน, พีท, หินดินดาน) |
||
ก๊าซ |
ธรรมชาติและ บ่อน้ำมัน |
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า น้ำ ไฟ โค้ก กึ่งโค้ก เตาหลอมเหลว ก๊าซกลั่นน้ำมัน |
ถ่านหินฟอสซิล หินน้ำมัน, พีท, |
ถ่านโค้กและกึ่งโค้ก เชื้อเพลิงอัดก้อนและบด ถ่าน |
เชื้อเพลิงประกอบด้วยชิ้นส่วนที่ติดไฟได้และไม่ติดไฟ ส่วนที่ติดไฟได้ของเชื้อเพลิงคือการรวมกันของสารประกอบอินทรีย์ต่างๆ ซึ่งรวมถึงคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน ส่วนที่ไม่ติดไฟ (บัลลาสต์) ประกอบด้วยแร่ธาตุเจือปน รวมทั้งเถ้าและความชื้น
คาร์บอน C เป็นส่วนประกอบหลักของเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้ ด้วยเนื้อหาที่เพิ่มขึ้นค่าความร้อนของเชื้อเพลิงจะเพิ่มขึ้น สำหรับเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ ปริมาณคาร์บอนอยู่ในช่วง 50 ถึง 97%
ไฮโดรเจน เอช เป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้ที่สำคัญที่สุดเป็นอันดับสอง ปริมาณไฮโดรเจนในเชื้อเพลิงถึง 25% อย่างไรก็ตาม การเผาไหม้ของไฮโดรเจนทำให้เกิดความร้อนมากกว่าการเผาไหม้ของคาร์บอนถึงสี่เท่า
ออกซิเจน O ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงไม่เผาไหม้และไม่ปล่อยความร้อนจึงเป็นบัลลาสต์ภายในของเชื้อเพลิง เนื้อหาขึ้นอยู่กับประเภทของเชื้อเพลิงตั้งแต่ 0.5 ถึง 43%
ไนโตรเจน N ไม่เผาไหม้และเป็นเชื้อเพลิงภายในบัลลาสต์ ปริมาณในเชื้อเพลิงของเหลวและของแข็งมีขนาดไม่ใหญ่และมีค่า 0.5 - 1.5%
ซัลเฟอร์ S ในระหว่างการเผาไหม้ซึ่งมีการปล่อยความร้อนออกมาจำนวนหนึ่งเป็นส่วนประกอบที่ไม่พึงประสงค์อย่างมากของเชื้อเพลิงเนื่องจากผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ - ซัลเฟอร์ SO 2 และแอนไฮไดรด์ SO 3 กำมะถันทำให้เกิดการกัดกร่อนของก๊าซหรือของเหลวที่รุนแรงของพื้นผิวโลหะ ปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิงแข็งสูงถึง 8% และในน้ำมันตั้งแต่ 0.1 ถึง 4%
Ash A เป็นส่วนประกอบที่เป็นของแข็งที่ไม่ติดไฟ ซึ่งปริมาณจะถูกกำหนดหลังจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างสมบูรณ์ มันเป็นสิ่งเจือปนที่ไม่พึงประสงค์และเป็นอันตรายได้ เนื่องจากการสึกหรอจากการเสียดสีจะเพิ่มขึ้น และการทำงานของหน่วยต่างๆ จะซับซ้อนยิ่งขึ้น เชื้อเพลิงที่มีเถ้าสูงจะมีความร้อนจากการเผาไหม้และการจุดติดไฟต่ำ
Moisture W เป็นส่วนผสมของเชื้อเพลิงที่ไม่พึงปรารถนาอย่างยิ่ง เนื่องจากการใช้ความร้อนในการระเหยช่วยลดความร้อนและอุณหภูมิของการเผาไหม้เชื้อเพลิง ทำให้การติดตั้งซับซ้อน (โดยเฉพาะในฤดูหนาว) และส่งเสริมการกัดกร่อน
สิ่งสกปรกจากแร่ (เถ้าและความชื้น) มักจะถูกแบ่งออกเป็นภายนอกและภายใน สารแรกเข้าสู่เชื้อเพลิงจากสิ่งแวดล้อมในระหว่างการสกัด การขนส่ง หรือการเก็บรักษา และเชื้อเพลิงหลังจะรวมอยู่ในองค์ประกอบทางเคมี
เชื้อเพลิงที่ส่งถึงผู้บริโภคในสภาพธรรมชาติและประกอบด้วยส่วนที่ติดไฟได้ เถ้าและความชื้น เรียกว่าเชื้อเพลิงที่ใช้การได้ เพื่อตรวจสอบมวลแห้งของเชื้อเพลิง จะต้องทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 105 ° C เพื่อขจัดความชื้น
องค์ประกอบของเชื้อเพลิงก๊าซมีความหลากหลายมาก: ส่วนที่ติดไฟได้ประกอบด้วยไฮโดรเจน H, คาร์บอนมอนอกไซด์ CO, มีเทน CH 4 และก๊าซไฮโดรคาร์บอน (CnHm) อื่น ๆ ที่มีจำนวนอะตอมของไฮโดรคาร์บอนรวมสูงถึง 4
เป็นที่นิยม
- การจัดอันดับบริษัทจัดหางาน
- การจัดอันดับบริษัทจัดหางาน
- ฟองสบู่ที่ทะลุทะลวง
- ฟองสบู่ที่ทะลุทะลวง
- การ์ดอวยพรให้น่ารัก มีวันที่ดี
- ประเภทของงานวรรณกรรมและคำจำกัดความ
- บทสรุปของ GCD "การสร้างเกมตามเทพนิยาย" Kolobok "
- การเสียดสีหมายถึงอะไรในวรรณคดี
- อะไรคือความแตกต่างระหว่างผู้ดูแลระบบและผู้จัดการ
- สถานการณ์สำหรับวันหยุดต่างๆ