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 และไนโตรเจน นู๋... นอกจากนี้เชื้อเพลิงยังมีแร่ธาตุเจือปน อาและความชื้น Wแสดงถึงบัลลาสต์เชื้อเพลิงภายนอกร่วมกัน

องค์ประกอบทางเคมีของเชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซไม่ได้ถูกกำหนดโดยจำนวนของสารประกอบ แต่กำหนดโดยมวลรวมขององค์ประกอบทางเคมี (เป็นเปอร์เซ็นต์ของเชื้อเพลิง 1 กิโลกรัมหรือ 1 ลูกบาศก์เมตร) กล่าวคือ มีการกำหนดองค์ประกอบพื้นฐานของเชื้อเพลิง มีองค์ประกอบเชื้อเพลิงพื้นฐานหลักสามประการ:

1) มวลการทำงานของเชื้อเพลิง +ชม+อู๋+นู๋++อา+W=100%;

2) มวลเชื้อเพลิงแห้ง +ชม+อู๋+นู๋+อา=100%;

3) มวลเชื้อเพลิงที่ติดไฟได้ + 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 ( = 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 การจำแนกประเภทค่าใช้จ่ายในการจัดจำหน่ายตามตัวอย่างของสหภาพผู้บริโภคในภูมิภาค

    บทคัดย่อ >> การเงิน

    ซึ่งประกอบด้วย 3 ส่วน แนวคิด, ชนิดและ การจำแนกประเภทค่าใช้จ่ายในการจัดจำหน่าย ค่าใช้จ่ายในการจัดจำหน่ายคือ ... 100% I. ต้นทุนวัสดุ - 34.53% เชื้อเพลิง- พลังงาน 0.6% - การจัดเก็บ 2.4%, งานนอกเวลา, การคัดแยก, บรรจุภัณฑ์ ...

  • การจำแนกประเภทวัสดุก่อสร้าง (2)

    แผ่นโกง >> การก่อสร้าง

    เชื่อถือได้ในการใช้งาน อนุญาตให้ใช้ local ชนิด เชื้อเพลิงและต้องการการบริโภคน้อยลง After ... และwoody; พอลิเมอไรเซชันและพอลิเมอไรเซชัน ในหนึ่งเดียว การจำแนกประเภทการสร้างกลุ่มบริษัทสารยึดเกาะอินทรีย์ ...

  • การจำแนกประเภทยอดคงเหลือทางบัญชีขององค์กรและขั้นตอนการเตรียมและการใช้งานในระบบเศรษฐกิจ

    บทคัดย่อ >> การบัญชีและการตรวจสอบ

    งบดุลขององค์กร 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"

      1. 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 ชม , 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