Кокс (нім. koks)— твердий залишок, що отримується при коксуванні природного палива. Має в своєму складі 90—98 % вуглецю. Кам’яновугільний кокс є паливом та відновником заліза із залізної руди при виробництві чавуну.
При коксуванні кам’яного вугілля одержують кокс, горючий газ з високою теплотвірною здатністю і різні цінні хімічні продукти (аміак, бензол, толуол, нафталін та ін.). Коксують до 20 % усього видобутого вугілля.
Коксується вугілля в коксохімічних печах, які опалюються газом або нагріваються електричним струмом. Вихід коксу становить 17-80% від маси шихти, а продуктивність однієї коксової батареї – близько 1500 т коксу за добу. Описаний технологічний процес одержання коксу є періодичним, з чим пов’язана недостатня продуктивність, крім того, ще один недолік такого процесу – суворі вимоги до складу шихти по вмісту коксівного вугілля.
Нові технології. Синтетичні палива з вугілля можуть замінити паливо з природної нафти і газу у двигунах.
Торф’яна промисловість України є однією з найдавніших галузей паливної промисловості. Основні родовища торфу зосереджені в Сумській, Чернігівській, Житомирській, Рівненській та Львівській областях. Видобуток його невеликий. У вигляді брикетів і шматків торф використовується як паливо. У сільському господарстві його застосовують для виготовлення органічних добрив, торфоізоляційних плит. Торф може бути сировиною для виробництва парафіну, масел, фенолів, креоліну та ін. Торф належить до викопного палива і є продуктом неповного розкладу відмерлих рештків болотяних рослин в умовах підвищеної вологості. Торф добувають механізовано, фрезерним або гідравлічним способом. Фрезерний найпростіший і найдешевший спосіб видобування торфу у вигляді дріб’язку.
Нафта – це рідина, що має колір від світло-жовтого з зеленуватим відтінком до червоно-коричневого і навіть чорний. Вона складається з суміші вуглеводнів з різними домішками органічних сполук, які містять у собі кисень, сірку, азот і велику кількість мінеральних речовин.
Нафта і газ утворюються в материнських породах (вапняки та темнозабарвлені глини), а потім перетікають та накопичуються в промислових кількостях у так званих колекторах (пористих та проникних породах). Тут ці копалини переміщуються в горизонтальному та вертикальному напрямках, поки не потрапляють у так звані структурні пастки. В цих пастках, коли колектор знизу і зверху обмежений водотривкими шарами (найчастіше глиняними), відбувається накопичення нафти і газу, витиснених знизу підземними водами. У пастках газ, нафта та вода залягають окремими шарами, оскільки нафта не розчиняється у воді і легша за воду, а газ розміщується над нафтою. В 1 м3піщанику міститься до 130—250 кг нафти.
Україна має відносно невеликі запаси нафти і газу, які не можуть задовольнити її потреб. Відомі три нафтогазові райони: Дніпропетровсько-Донецька западина, Карпатська і Кримсько-Причорноморська. Перший, відкритий ще у 1937 році (Ромни), включає близько 50 нафтогазових родовищ, які забезпечують близько 80 % видобутку нафти і газу. Карпатський район охоплює Закарпаття, Українські Карпати, Прикарпаття з частиною Волині. Останнім був відкритий Кримсько-Причорноморський район з шельфом Чорного та Азовського морів. Сьогодні це найбільш перспективна територія.
Для добування нафти, що залягає в земній корі на великих глибинах, бурять нафтові свердловини, укріпленні сталевими трубами. Процес буріння свердловини складається з операцій: руйнування гірських порід у свердловині і видалення продуктів руйнування на поверхню. Для буріння свердловин застосовують ударний і обертальний способи.
Видобувають нафту з надр землі фонтанним способом або за допомогою механізмів (насосів та компресорів).
Фонтанна експлуатація свердловини – це видобування нафти з нафтового пласта за допомогою тиску розчинених у нафті газів (від кількох десятків до кількох сотень атмосфер), які здатні виштовхувати нафту по свердловині на поверхню землі.
При компресорному або газліфтному методі у свердловину компресором закачують газ, який змішується з нафтою. Щільність нафти знижується, забійний тиск стає нижчим за пластовий, що викликає рух рідини до поверхні землі. Іноді у свердловину подають газ під тиском з розташованих поблизу газових пластів (метод безкомпресорного газліфта). На деяких старих родовищах існують системи ерліфта, в котрих як робочий агент використовують повітря.
При насосному способі експлуатації на визначену глибину спускають насоси, які приводяться в дію за рахунок енергії, що передається різними способами. На більшості нафтодобувних підприємств світу набули поширення штангові насоси.
Існують також способи добування нафти із застосуванням безштангових насосів. Найбільш поширені установки з відцентровими електронасосами. За їх допомогою видобувають близько 1/3 загальної кількості нафти.
На собівартість нафти впливають способи її видобутку. Видобута в Україні нафта має відносно високу собівартість, оскільки видобуток її найпрогресивнішим фонтанним способом майже припинився. Для підтримування високого пластового тиску практикують введення у законтурні горизонти нафтової свердловини гарячої води, пари, хімічних реагентів, що дає можливість збільшити видобуток нафти до 60—70 %.
Вартість нафти у районах споживання значною мірою визначається витратами на її транспортування, що залежить від діаметра трубопроводу, вмісту в сирій нафті парафіну, потужності нафтоперекачувальних станцій. Останніми роками визначилась тенденція подорожчання нафти, що пов’язано з ускладненням умов видобутку та експлуатації більшості родовищ. Поряд з цим будівництво нафтопереробних підприємств у районах споживання нафти і нафтопродуктів має ряд переваг, оскільки значно зменшується шлях транспортування сирої нафти.
Газова промисловість – наймолодша галузь паливної промисловості України, яка сформувалась у післявоєнні роки на базі розвіданих у країні родовищ природного газу. Основним напрямом ефективного використання природного газу, крім комунально-побутового сектора і широкого переведення на нього автотранспорту, є нафтохімічний, де як продукт одержують синтетичні матеріали. З однієї тонни рідких вуглеводнів можна одержати 600—700 кг нафтохімічної сировини, вартість якої в багато разів перевищує ефект використання його як палива. Супутні гази, які є на ряді невеликих нафтових родовищ,— дуже цінна сировина для промисловості органічного синтезу. З них на газобензинових заводах одержують бензин. Певну роль у паливному балансі відіграє утилізація промислових газів і виробництво штучного газу з твердого палива. В Донбасі (Лисичанськ) ведеться підземна газифікація вугілля.
Родовища горючих газів поділяють на власне газові, в яких скупчення газів не пов’язане з іншими корисними копалинами; газонафтові, де газоподібні вуглеводні розчинені в нафті або знаходяться над нафтовим покладом; газоконденсатні, в яких газ збагачений рідкими вуглеводнями. Добування горючих газів включає їх видобування з землі, збирання, облік, підготовку до транспортування споживачу.
Газ, як і нафту, видобувають із землі через мережу свердловин. Оскільки він знаходиться в земних надрах під високим тиском, для його добування застосовують, як правило, фонтанний спосіб. Щоб газ почав надходити на поверхню, достатньо відкрити свердловину, пробурену в газоносному пласті. При вільному витіканні газу нераціонально витрачається енергія пласта, можливе руйнування свердловини. Тому на головці свердловини встановлюють штуцер (місцеве звуження труби) для реглювання надходження газу. Розробка газового покладу триває 15—20 років, за цей час видобувається 80—90 % запасів.
Газ, що надійшов із свердловини, безпосередньо на промислі підготовляють до транспортування. З нього видаляють механічні домішки, водяні пари, важкі вуглеводні, в разі необхідності очищають від сірковмісних сполук.
Склад природного газу: суміш легких вуглеводнів (С4Н10, С3Н8, С2Н6, СН4), азот, вуглекислий газ, сірководень, інертні гази. Він накопичується в пористих земних породах на глибині від 0,9 до 1,5 км і більше.
Для транспортування газу на значні відстані будують магістральні газопроводи. На газопроводі встановлюють кілька станцій для перекачування, де газ стискують у компресорах до 20—50 МПа. У центрах споживання газ надходить у газову сітку. Газова сітка складається з розподільника газопроводів, призначених для розведення газу по місцях споживання; регулювального обладнання, яке забезпечує постійний тиск газу в трубопроводі, газосховищ, або газгольдерів, що вирівнюють добові коливання споживання газу.
Газогенераторна установка — це сукупність агрегатів, за допомогою яких з твердого палива добувають горючі гази, що є сировиною для ряду хімічних виробництв або паливом для установок, в яких безпосередньо застосувати тверде паливо неможливо (мартенівські печі, двигуни внутрішнього згоряння). Газифікація твердого палива відбувається в газогенераторних установках при нагріванні до високої температури і відс утності кисню.
Контрольні питання
1.Означте основні положення технологій видобування та збагачення вугілля.
2. Основи технологій видобування нафти, газу.
3. Де використовується кам’яновугільний кокс?
4. Опишіть будову та принцип дії коксових батарей.
5. Охарактеризуйте вплив технологічних процесів на прибутковість в добувній промисловості.
Література: основна [1-5];
Додаткова [2, 3, 7, 14-16].
Тема 2.2.Виробництво електроенергії
Семінарське заняття
План
1. Роль енергетики в економіці.
2. Основи технологій виробництва електроенергії на ТЕС та ТЕЦ.
3. Основи технологій виробництва електроенергії на ГЕС та ГАЕС.
4. Основи технологій виробництва електроенергії на АЕС.
5. Альтернативні технології виробництва електроенергії.
6. Побічна товарна продукція ТЕС.
7. Попередження навмисного зниження прибутковості роботи електростанцій різних типів та величини податків.
Перелік питань до самостійної роботи:
1. Атомна енергетика України
2. Альтернативні джерела енергії
Перелік питань до індивідуальної роботи
1. Вплив якості енергоресурсів, робочих параметрів енергоагрегатів, втрат в ЛЕП, засобів обліку споживання електроенергії та інших факторів на прибутковість електроенергетичних підприємств.
2. Особливості оподаткування енергозберігаючих підприємств та виробництва енергії з альтернативних джерел.
3. Перспективи атомної енергетики в світі та Україні.
Енергетика як галузь господарства охоплює різноманітні енергетичні ресурси, виробництво, перетворення, передачу і використання різних видів енергії.
Електроенергетика є провідною галуззю енергетики, яка забезпечує електроенергією всі галузі народного господарства та всіх інших споживачів.
Електроенергія виробляється електричними станціями.
Електрична станція – це сукупність установок, обладнання та апаратури, які використовуються безпосередньо для виробництва електричної енергії, а також необхідні для цього споруди та будівлі, розташовані на певній території. Тобто це підприємство призначене для виробництва електричної енергії. Електростанції характеризуються потужністю, що дорівнює сумарній потужності всіх установлених на електростанції електрогенераторів в МВт.
Електростанції за використанням джерела енергії поділяються на:
1. теплові електростанції, що працюють на твердому, рідкому і газоподібному паливі;
2. гідравлічні, що використовують відповідні гідроресурси;
3. атомні, які використовують як паливо збагачений уран або інші радіоактивні елементи;
4. електростанції, що використовують нетрадиційні джерела енергії (вітрові, сонячні, геотермальні, припливів та відпливів тощо).
Залежно від характеру споживання електроенергії станції бувають регіонального і місцевого значення.
Найпоширенішими в Україні є теплові електростанції (ТЕС). Вони виробляють майже 2/3 всієї електричної енергії.
Перевагою ТЕС є відносно вільне розміщення, вдвічі дешевша вартість їх будівництва порівняно з гідравлічними електростанціями (ГЕС). Недоліком –негативний вплив на навколишнє середовище.
Найбільшими ТЕС в Україні є Вуглегірська, Старобешівська, Курахівська, Слов’янська (Донецька обл.), Криворізька – 2, Придніпровська (Дніпропетровська обл.), Бурштинська (Івано-Франківська обл.), Запорізька, Ладижинська (Вінницька обл.), Трипільська (Київська обл.) та ін. Дедалі більшого значення набувають теплоелектроцентралі.
Технологія одержання електричної енергії полягає на теплових електростанціях (ТЕС) полягає у перетворенні хімічної енергії горіння палива (вугілля, нафти, газу тощо) послідовно в теплову, механічну і електричну енергію. До господарства ТЕС входять:
1. паливне господарство, яке включає постачання та зберігання палива на паливних складах, систему підготовки палива до спалювання,
2. система забезпечення повітрям та відбору газів, систему золошлаковидалення;
2. головний корпус, де розміщені машинний зал і котельня, (сукупність котлів та допоміжного обладнання;);
4. система технічного водопостачання установки, водопідготовки (хімводочистки) та конденсатоочистки;
5. електротехнічне господарство: енергогенератор, трансформаторна підстанція та система управління енергообладнанням.
На ТЕЦ існують внутрішні втрати конденсату та пари, обумовлені неповною герметичністю водопарового тракту, а також безповоротної витрати пари конденсату на технічні потреби станції. Вони складають невелику частку загальної витрати пари на турбіни (близько 1—1,5 %).
Зовнішні втрати пари та конденсату, пов’язані з постачанням теплоти промисловим споживачам.
В середньому зовнішні витрати дорівнюють 35—50 %.
Внутрішні і зовнішні витрати пари та конденсату, відновлюються попередньо відпрацьованою водою водопідготувальної установки.
Таким чином, живильна вода котлів являє собою суміш турбінного конденсату та додаткової води.
Висновок. Теплоелектроцентралі, порівняно з тепловими електростанціями, більш економічні, бо використовують до 70 % тепла, яке є в паливі, тоді як конденсаційні електростанції використовують лише 30…35 % тепла палива.
Термодинамічні основи роботи ТЕС: на паротурбінних електростанціях ротори електричних генераторів приводяться в обертання паровими турбінами, в яких теплова енергія пари перетворюється на кінетичну, що передається роторові турбіни. Таким чином, водяна пара є робочим тілом паротурбінної електростанції. Пара необхідних параметрів утворюється у котлі за рахунок тепла, що виділяється при спалюванні органічного палива.
Гідроелектростанції — це комплекс силових установок і споруд, призначений для перетворення механічної енергії води в електричну.
Гідроелектростанції мають значні переваги перед тепловими, які полягають зниженні собівартості електроенергії, відсутності палива, прості в обладнанні та обслуговуванні, дешевші в експлуатації і забезпечують високу надійність електропостачання, а також повну автоматизацію роботи. Коефіцієнт корисної дії ГЕС становить понад 80 %. Проте, розміщення їх повністю залежить від природних умов, а виробництво електроенергії має сезонний характер. Будівництво ГЕС на рівнинних річках України завдає значних матеріальних збитків, оскільки потребує затоплення великих територій, що використовуються під водосховища. Питома вага капіталовкладень на будівництво великих гідроелектростанцій у 2—3 рази вища, ніж при спорудженні потужних теплових електростанцій. Строки будівництва гідроелектростанцій також в 2,5—3 рази перевищують строки для спорудження теплових електростацій. Тому гідроенергетика посідає незначне місце в загальному енергетичному комплексяі України — біля 6 % виробництва електроенергії.
Гідроенергетичні ресурси – запаси енергії річкових потоків і водойм, які лежать вище рівня моря. Загалом гідроенергетичні ресурси становлять близько 60 % всієї енергії поверхневого стоку та належать до відновлюваних природних ресурсів. В Україні споруджено 47 ГЕС.
ГР України обмежені, тому їх використовують здебільшого для покриття пікових навантажень діючої енергосистеми. З цією метою на річках створюють системи гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС): Київська, Дністровська і Запорізька (Дніпрогес— 2). За їх допомогою можна успішно розв’язувати проблему забезпечення споживачів електроенергією в пікові години. Діючи за принципом переміщення того самого обсягу води між двома басейнами, розміщеними на різних рівнях висоти, ГАЕС працюють як помпи.
Принцип роботи. У гідроелектростанціях потоки води підводяться до водяних турбін, де енергія руху води перетворюється в механічну енергію обертання роторів турбін. Турбіни обертають ротори генераторів, які перетворюють механічну енергію в електричну.
Потужність гідроелектростанцій прямо пропорційна висоті напору води, який залежить від висоти греблі, і кількість води, що проходить за одиницю часу через турбіни гідроелектроагрегатів.
ГАЕС споживають і накопичують енергію, коли вона є в надлишку, і повертають її в електричну мережу, коли її недостатньо.
Атомні електростанції (АЕС) за характером використовуваного палива не пов’язані з родовищами його видобування, що забезпечує широкий маневр їх розміщення. АЕС орієнтовані виключно на споживачів електроенергії, особливо на райони з обмеженими ресурсами палива та гідроенергії.
В Україні працюють кілька потужних атомних електростанцій — Запорізька, Південно-Українська, Рівненська, Хмельницька.
Джерелом отримання електроенергії на АЕС є ланцюгова реакція ділення ядер атомів важких елементів. Ця реакція відбувається в атомних реакторах з виділенням великої кількості тепла.
Обґрунтування економічних і екологічних переваг АЕС ґрунтувались на таких твердженнях:
1. Ресурси урану для атомної енергетики дорівнюють ресурсам вугілля, нафти й газу разом узятим.
2. АЕС економлять дефіцитне органічне паливо (нафту і газ).
3. АЕС не споживають кисню і майже не викидають шкідливих газів і твердих продуктів.
4. За збільшення потужності всіх діючих електростанцій, навіть у кілька разів, глобальне радіоактивне забруднення становитиме не більше 1 % від рівня природної радіації на планеті.
5. Атомна енергетика ліквідує прірву між багатими й бідними державами, зменшить загрозу насильницького перерозподілу світових ресурсів.
Усіма державами світу було переглянуті й суттєво скорочені програми подальшої побудови АЕС, що пов’язано з їх техногенною небезпечністю, особливо у разі природних катаклізмів.
На АЕС отримане в реакторі тепло перетворюється на електроенергію за допомогою парових турбін і електричних генераторів. В парових турбінах використовують водяний пар як робоче тіло. Принцип отримання теплової енергії в реакторах різних типів однаковий, але використання тепла залежно від призначення різне. За числом контурів циркуляції для передачі виділеної тепла по робочому тілу виділяють одно-, дво- та триконтурні теплові схеми.
Атомна енергетика займає 24 % у загальноенергетичному балансі України. Гідроенергетика та інші нетрадиційні джерела – в межах 3 %.
Серед альтернативних джерел виробництва електроенергії є енергія сонячного світла, вітру, морських течій, хвиль, припливів і відпливів, геотермальна енергія земних надр та інші.
Прибутковість електроенергетичних підприємств залежить від багатьох факторів, серед яких визначальними є вартість палива, характеристики робочих параметрів енергоагрегатів та їх коефіцієнти корисної дії, втрати в лініях електропередач (ЛЕП); точність засобів обліку виробництва, споживання та втрат енергії; відстань транспортування, досконалість енергосистем, можливість регулювати виробництва та споживання електроенергії в часі, використання сучасних технологій електроенергетики та енергозбереження та багато іншого.
Найважливіша тенденція в розвитку електроенергетики – об’єднання електростанцій в енергосистеми, які здійснюють виробництво, транспортування і розподіл електроенергії між споживачами. Створення енергосистем зумовлюється потребою ритмічного забезпечення споживачів електроенергією, виробництво і споживання якої має не тільки сезонні, а й добові коливання. В Україні досить розгалужена об’єднана енергосистема, до якої належать усі великі електростанції. Об’єднана енергосистема України пов’язана з енергосистемою “Мир”, а також з енергосистемами сусідніх з Україною держав.
Втрати електроенергії в лініях електропередач прямо пропорційні відстані передачі електроенергії, силі електричного струму, активному електричному опору проводів чи кабелів та ін. і обернено пропорційні електричній напрузі в лініях електропередач.
Рентабельність виробництва електроенергії в Україні (тобто відношення собівартості електроенергії в Україні, до її світової собівартості) становить: вугілля – 58 %, газу— 155, мазуту – 95...125, урану – 89, води – 24 %.
Таким чином, використання сучасних маловитратних технологій виробництва, передачі та споживання електроенергії дає можливість значно зменшити собівартість електроенергії та підвищити прибутковість електроенергетичних підприємств. Головним напрямком удосконалення у паливно-енергетичному комплексі країни повинна бути розробка і впровадження енергозберігаючих технологій та енергозберігаючих організаційних заходів.
Контрольні питання
1. Роль енергетики у промисловому виробництві.
2. Дати загальну характеристика виробництва електроенергії в Україні.
3. Охарактеризуйте технологію виробництва електроенергії тепловими електростанціями (ТЕС, ТЕЦ),
4. Охарактеризуйте технологію виробництва електроенергії гідроелектростанціями (ГЕС), гідроакумулюючими електростанціями (ГАЕС).
5. Охарактеризуйте технологію виробництва електроенергії атомними електростанціями (АЕС).
6. Означте альтернативні способи виробництва електроенергії.
7. Дайте порівняльну оцінку альтернативні способам виробництва електроенергії.
8. Які перспективи розвитку енергетики в Україні?
Література: основна [1-4];
Додаткова [2, 4, 11, 13-16].
Тема 2.3. Металургійна промисловість
Семінарське заняття
План
1.Загальна характеристика чорної металургії.
2. Основи технологій виробництва чавуну.
3. Основи технологій виробництва сталі.
4. Основи технологій прямого відновлення заліза із руд.
5. Побічна товарна продукція чорної металургії.
6. Шляхи попередження навмисного заниження прибутковості підприємств чорної металургії та податку з прибутку.
Перелік питань до самостійної роботи:
1.Технологія порошкової металургії.
2. Технологія виробництва кольорових металів (алюміній).
