煤的洁净利用考点-谭厚章

ｑｉｕｙｕｃｈｉｎａｃｏｐｙｒｉｇｈｔ煤的洁净利用ｑｉｕｙｕｃｈｉｎａ２０１２交大ｃｏｐｙｒｉｇｈｔｑｉｕｙｕｃｈｉｎａ＠１６３．ｃｏｍ注：根据谭厚章老师最后一节课所说知识点总结而成。谭子曰：如果把这个都掌握了，就能考１００。。。。。个人整理，不保证全对，差不多吧。。。。。和其他版本一起看吧～考研的亲，加油！！！

煤的洁净利用西安交通大学２０１２第一章绪论1、一次能源和二次能源：一次能源指现存于自然界的能源，包括化石能源(煤炭、石油、天然气等)、核燃料、可再生能源(水能、太阳能、风能、地热、生物质能、海洋能、潮汐能等)等。二次能源是指将一次能源转化而成的能源产品，如电力、煤气、焦炭、柴油、汽油、液化石油气等。2、中国一次能源消费结构：2002年中国一次能源消费结构为煤炭占66.1%；石油占23.40％；天然气占2.70％；核能和水电分别占0.70％和7.10％。预计到2020年中国一次能源消费为煤炭57.80%；石油20.90％；天然气8.20％；水电9.70％；核能3％；新能源0.40％。3、世界一次能源储采比：2002年世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为40.6、60.8和2042003年世界石油、天然气和煤炭的储采比分别为41.0、67.1和192.0百度最新《BP世界能源统计年鉴2012》世界煤炭、天然气、石油的储采比分别为１１２年、６４年和５２年.答：２００＋，６０＋，４０＋就好中国能源生产消费中存在的问题和带来的环境压力：能源资源不足。中国能源资源总量虽然比较丰富，但人均资源占有量相对较少能源资源地域分布不平衡，资源与区域经济发展矛盾突出。总体上讲，是北多南少、西富东贫能源生产消费结构与世界其他国家显著不同。煤炭在中国能源资源中占绝对优势地位，石油、天然气资源短缺能源效率低下，虽然中国节能工作取得了巨大的成绩，平均每年节能率为5%，但平均能源效率与世界先进水平相比仍有较大的差距。洁净煤技术主要包括以下几个方面：(1)燃烧前的煤炭加工和转化技术，包括选煤、型煤、配煤、水煤浆、煤炭气化液化、煤的干馏技术。(2)煤的燃烧技术，主要是洁净煤发电技术，包括低NOx燃烧技术、煤气化联合循环发电技术(IntegratedGasificationCombinedCycle，IGCC)、循环流化床燃烧技术及联合循环发电技术(FBC)、超临界超超临界发电技术，以及未来的与燃料电池结合的联合循环系统。(3)燃烧后的烟气净化技术，包括烟气脱硫技术、烟气脱氮技术、烟气除尘技术、CO2捕捉技术等。(4)煤炭开发利用中的污染控制，煤层气资源开发利用、废弃物的处理与利用、炼焦厂、水泥厂、化肥厂等煤炭利用中的污染控制技术等。第二章煤气化煤炭气化：指用煤炭作原料来生产工业燃料气、民用煤气和化工原料气。它是洁净、高效利用煤炭的最主要途径，是许多能源高技术的关键技术和重要环节。如燃料电池、煤气联合循环发电技术等，煤制气应用领域非常广泛。煤碳气化的基本原理：煤碳气化方法，按煤在气化炉内状态分：a)移动床(固定床)气化法；(b)流化床气化法；(c)气流床气化法；(d)熔融床气化法煤气化的过程1、预热干燥阶段；2、干馏裂解阶段；3、气化阶段；4、燃烧阶段；流化床气化炉优点：煤种适应性强可利用劣质煤气化强度大产品煤气中不含有焦油和酚类而且0-10㎜的碎煤不必筛分，加工简单流化床气化炉的基本特性密相流化层和稀相流化层：颗粒浓度急剧变化的位置，就可认为是密相流化层的高度；密相流化之上称为稀相区。夹带分离高度TDH(transportdisengagingheight)：从密相流化层表面迸裂的气泡夹带固体颗粒进入上升气流中，开始由于气泡的爆裂作用，截面上的速度分布是不均匀的。逐渐地速度变为截面平均的气流速度。此时，沿着高度向上，终端速度大于气流速度的较大颗粒逐次落回床内。较低终端速度的较小颗粒则继续上升，达到一定高度后气流中所含固体颗粒的浓度几乎保持不变。这一夹带变成恒定的高度叫做夹带分离高度TDH；这一点是装设除尘器入口最经济的位置，也是设计流化床的重要参数。自由空间高度从密相流化层顶部到炉气出口（除尘器入口）的实际距离叫做自由空间高度。煤气化的基本反应⒈碳与氧的基本反应碳完全燃烧反应C+O2→CO2+Q1碳的不完全燃烧反应C+1/2O2→CO+Q2一氧化碳燃烧反应CO+1/2O2→CO2+Q3二氧化碳还原反应C+CO2→2CO–Q4碳完全燃烧反应和不完全燃烧反应为初始物质间的反应，所以称一次反应，一氧化碳燃烧反应和二氧化碳还原反应为初级产物与始物质之间的反应，称为二次反应。2.碳与水蒸气间发生下列反应：P17水煤气反应C+H2O→CO+H2–Q5C+H2O→CO2+2H2–Q6水煤气平衡反应（或称一氧化碳变换反应）CO+H2O→CO2+H2+Q73.甲烷生成反应C+2H2→CH4+Q8CO+3H2→CH4+H2O+Q9CO2+4H2→CH4+2H2O+Q102CO+2H2→CH4+CO2+Q112C+2H2O→CH4+CO2+Q12所有合成甲烷的反应都是体积缩小的反应。加压很有利于反应的进行。第三章煤的液化煤炭液化的基本原理虽然煤与石油主要组成元素都是C、H、O等，但煤的基本结构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链和官能团的大分子，而石油则为烷烃、环烷烃和芳烃的混合物。因此煤的摩尔质量大，一般＞5000，而石油约为200，汽油约为110。此外，煤的H/C原子比比较小，小于1.0，而石油的H/C原子比大于1.5。因此，在煤的液化过程中必须加氢，以提高H/C原子比，才能获得与石油性质相似的液体产品。所以煤液化的主要问题是将煤中的H/C原子比调整到合适的数值。煤炭的液化分为直接液化和间接液化两大类：加氢法、抽提法和合成法。前两种方法是煤的直接液化1、煤炭直接液化工艺：在液化反应器内，煤浆被加氢液化，其产物经高、低温两级三相分离，高温可分离出重质油馏分和固体残渣，低温分离出中轻质油馏分和气态烃。第一段的液化反应主要是将煤加氢溶解，获得较高产率的重质液化油.第二段是将第一段产生的重质产物进一步液化，以获得更多的轻质液化油及少量气体.第四章水煤浆水煤浆概念：煤浆概念是指以煤粉同其他流体调制成的一种浆状燃料(如油煤浆、水煤浆和甲醇煤浆等)。水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。水煤浆的特点1、水煤浆为多孔隙的煤和水的混合物，具有类似重油燃料油的流动特性。2、水煤浆在制造过程中需进行净化处理，可除去原料煤中灰分的50％一75％，黄铁矿(无机硫)40%-90%，同时可回收原料煤发热量的90％～98％。3、把原煤的开采、洗选和水煤浆的制造过程结合起来，在通过管道输送，具有更好的经济性。4、由于水煤浆很容易做到在压力下给煤，因此它可成为加压煤气化炉和增压循环流化床锅炉的一种理想燃料。第五章高效低污染发电技术大容量高参数超临界、超超临界锅炉关键技术：材料问题最主要的是奥氏体钢的使用问题。奥氏体钢比铁素体钢具有更高的热强性和抗高温氧化、腐蚀性，但同时也存在膨胀系数大、热导性差、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂敏感和异种钢焊接等诸多问题。我国大容量超临界、超超临界锅炉蒸汽参数的发展应分为两个阶段第一阶段：由于提高蒸汽的温度对提高机组热效率更有益，因此早期可采用较低主蒸汽压力，主要提高蒸汽温度，即：主蒸汽压力宜采用25～28MPa左右，蒸汽温度以580～610℃为宜。这样，与常规超临界锅炉相比，主要是提高过热器与再热器高温段的材料等级。第二阶段：在总结第一阶段机组的设计与运行经验的基础上，同时提高蒸汽的压力和温度参数，即：主蒸汽压力为31.8MPa～35.8MPa左右，蒸汽温度为650℃～700℃或更高。蒸汽的压力和温度全部提高后，机组热效率将进一步提高，当然锅炉整个受压系统的设计也都将发生变化。螺旋管圈水冷壁的最大特点：是在达到足够的质量流速的同时，其管径和管数可不受炉膛周界尺寸的限制，解决了周界尺寸与质量流速之间的矛盾，只要增减螺旋上升角度，就可以改变管数，在管径选用上有一定的灵活性，可以采用较大管径的光管水冷壁。螺旋管圈的盘绕圈数与上升角度和炉膛高度锅炉布置型式与燃烧方式大容量电站锅炉的总体布置型式主要有两种，即形炉和塔式炉.型布置是国内外中大容量锅炉用的最广泛的布置形式。对于超临界和超超临界锅炉，国外除德国、丹麦等欧洲国家因多燃用褐煤而多采用塔式炉布置外，大多数采用型布置。我国现役及在建的亚临界和超临界锅炉中，型锅炉也占绝大多数，只有少数由欧洲进口的锅炉采用塔式炉布置。直流燃烧器切圆燃烧和旋流燃烧器前墙或对冲燃烧是目前应用最为广泛的煤粉燃烧方式。在国外，只要锅炉制造厂一经确定，其燃烧器的型式也就确定了，因为他们都有各自的传统技术，例如：美国CE公司技术的特点之一就是采用直流燃烧器切圆燃烧方式，与ALSTOM－CE同属一个技术流派的日本三菱重工在燃烧器布置方面也采取相同的策略，而美国B&W公司、俄罗斯等习惯采用旋流燃烧器前后墙对冲燃烧方式。什么是流态化？利用流动流体的作用，将固体颗粒群悬浮起来，从而使固体颗粒具有某些流体表观特征，这种流体与固体间的接触方式称为流态化循环流化床燃烧的特点：燃料适应性广，燃烧效率高特殊的炉内传热传质过程低温动力控制燃烧高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程高强度的热量、质量、动量传递过程低污染燃烧方式低硫排放炉内脱硫低NOx排放；燃烧温度低，相对N2O高整体式煤气化－蒸汽联合循环系统(IGCC)燃气－蒸汽联合循环：利用燃气轮机循环吸热平均温度高和蒸汽轮机循环放热平均温度低的特点，各取所长，把这两种循环联合起来。它以Brayton循环作为其顶循环；作为第一工质的燃气经燃气轮机后，具有较高温度的排气进入余热锅炉，其余热作为第二工质的水/蒸汽所回收；蒸汽进入蒸汽轮机后，由冷凝器冷凝回收，构成封闭的Rankine底循环。选择合适的底循环，顶循环的高温排气余热可得到很好的回收，这样既增加了总的输出功率，又利用了燃气轮机和蒸汽轮机各自的优点，使整个循环的热效率得到了很大的提高。优点：热效率高，发电效率高，可用率高环保性能好负荷变化和启动迅速燃料电池的基本原理，分类：原理：燃料电池是一种能量转换装置。它按电化学原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。分类：碱性氢氧燃料电池以氢氧化钾或氢氧化钠为电解质。导电离子为OH－在阳极发生氧化反应：H2+2OH－→2H2O+2e－阴极发生还原反应：1/2O2+H2O+2e－→2OH－标准电极总反应为：1/2O2+H2→H2O磷酸型燃料电池以磷酸为电解质，重整气为燃料，空气为氧化剂。导电离子H＋阳极反应：H2→2H＋+2e－阴极反应：1/2O2+2H++2e－→H2O总反应：1/2O2+H2→H2O质子交换膜燃料电池：以全氟磺酸型固体聚合物为电解质，/碳或铂-钌/碳为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气或纯氧为氧化剂。氢燃料电池的基本原理：燃料电池主要由燃料极、空气极和电解质组成，空气极能够吸附空气，燃料极可以吸附氢气，并带有催化剂，电解质板为饱含KOH等溶液的多孔性材料。当向燃料极充以氢气时，氢气由于催化作用转变成氢离子，而释放电子。电子沿着燃料极与空气极之间的外电路流向空气极，形成电流。在空气极，电子使氧成为氧离子，然后经过电解质氢、氧离子结合成为水分子。反应方程式H2→2H++2e－1/2O2+2H++2e－→H2OH2+1/2O2→H2O燃料电池的特点高效直接将化学能转化为电能。它不通过热机过程，因此不受卡诺循环的限制。在理论上它的热电转化效率可达85%～90%环境友好燃料电池的燃料是通过矿物燃料来制取的。在制取过程中，其二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上，这对缓解地球的温室效应是十分重要的。燃料电池是按电化学原理发电，不经过热机的燃烧过程，所以以纯氢为燃料时，它的化学反应产物仅为水，从根本上消除了氮的氧化物、硫的氧化物及二氧化碳等的排安静燃料电池按电化学原理工作，运动部件很少。因此它工作时安静，噪音很低可靠性高碱性燃料电池和磷酸燃料电池的运行均证明燃料电池的运行高度可靠，可作为各种应急电源和不间断电源使用。低NOX燃烧及脱硝相关煤燃烧过程中，生成NOX的途径⑴热力型NOX（ThermalNOX）,它是空气中氮气在高温下氧化而生成的NOX。⑵燃料型NOX（FuelNOX）,它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的NOX。⑶快速型NOX（PromptNOX）它是燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOX低NOX燃烧技术空气分级低NOX燃烧技术燃料分级低NOx燃烧技术烟气再循环低NOx排放技术低NOx燃烧器：四角切圆、旋流燃烧器烟气脱硝放法：ＳＣＲ：选择性催化还原法(SelectiveCatalyticReduction，SCR)的原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在相对较低的温度下将NO和NO2还原成N2烟气脱硫相关湿法烟气脱硫：整个脱硫系统位于燃煤锅炉烟道的末端、除尘系统之后，脱硫过程在溶液中进行，脱硫剂和脱硫生成物均为湿态，其脱硫过程的反应温度低于露点，所以脱硫以后的烟气一般需经再加热才能从烟囱排出。石灰石-石膏湿法烟气脱硫从除尘器出来的烟气一般要经过一个热交换器，然后进入吸收塔，在吸收塔里SO2直接和磨细的石灰石悬浮液接触并被吸收去除。新鲜的石灰石浆液不断地加入到吸收塔底部的持液槽中，被洗涤后的烟气通过除雾器，然后从烟囱排到大气中。反应产物从塔中取出，然后被送去脱水或进一步进行处理。主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸收液中，形成亚硫酸，再与石灰石（C