洁净煤答案整理

第一章绪论1洁净煤技术的概念及主要内容。概念：洁净煤技术是以煤炭分选为源头，以煤炭气化为先导，以煤炭高效、洁净燃烧和洁净煤发电为核心的技术体系，其根本目标就是要较少环境污染和提高煤炭利用效率。主要内容：主要包括煤炭分选、加工、转化、先进发电技术、烟气净化、矿区环境治理与综合利用等技术领域。2洁净煤技术的分类及各类包含的主要内容。煤炭燃烧前净化技术：选煤、型煤、水煤浆②煤炭燃烧中净化技术：低污染燃烧、燃烧中固硫、流化床燃烧、涡流燃烧③燃烧后净化技术：烟气净化、灰渣处理、粉煤灰利用④煤炭转化：烟气联合循环发电、煤气化、煤的地下气化、煤的直接液化、煤的间接液化、燃料电池、磁流体发电⑤煤系共伴生资源利用：煤层气资源开发利用、煤系有益矿产的利用、煤层伴生水（矿井水）利用。第二章煤的结构与性质1煤的化学结构模型和物理结构模型各有哪几种？化学结构模型：Given模型、Wiser模型、Shinn模型物理结构模型：Hirsch模型、主一客模型（两相模型）2如何计算煤的孔隙率。孔隙率=（真相对密度-视相对密度）/真相对密度X100%3煤的热解过程反应类型总的讲包括哪两类。裂解和缩聚。4煤热解反应中的裂解反应可分为哪四类。桥键断裂生成自由基脂肪侧链裂解含氧官能团裂解煤中低分子化合物的裂解第三章型煤技术1型煤的定义及优点。定义：型煤是指按照一定粒度要求，将一种或几种煤粉在有或无粘结剂存在的条件下，经一定压力作用，加工制成具有一定的外形和物理化学性质的煤炭制品。优点：①可以提高炉窑效率5%〜13%,从而节约煤炭7%〜15%②可以减少粉尘排放量30%〜60%，从而降低大气中粉尘颗粒物浓度使用固硫添加剂的型煤，可以降低SO2排放20%〜50%，从而在一定程度上遏制酸雨的危害④使燃煤的其他有害物排放降低。2粉煤成型的主要影响因素。粉煤成型的主要影响因素有①成型压力：随着成型压力增大，型煤的跌落强度随之提高。但是，当压力增大到一定程度后，型煤跌落强度的增加将减缓②煤粉粒度：随着原料颗粒粒级变小，样品的可压缩性逐渐增大，膨胀量逐渐减少，压缩密度逐渐增高，颗粒之间的作用效果逐渐增强③成型水分：对于亲水性粘结剂，水分越高，粘结剂在煤粉中的分散越有利，粘结剂无需过多，就可以起到较好效果；如果水分不足，粘结剂只能在局部发挥作用，型煤的强度就会受到影响。但是，当原料的水分较高时，容易引起脱模困难，不仅不会制得质量较好的型煤，而且还可能损毁成型机。所以，成型原料的水分必须适当。3煤炭无黏结剂成型机理有哪几种？沥青质假说②腐植酸假说③毛细孔假说④胶体假说⑤分子粘合假说第四章煤炭分选技术及超纯煤1选煤的作用。选煤是一项经济有效的清洁煤生产技术，是洁净煤技术的源头技术，具有重大的社会经济意义，它已成为煤炭工业现代化水平的重要标志之一。2跳汰选煤的过程及原理。被选物料给到跳汰机的筛板上，形成一个密集的物料层，这个密集的物料层称为床层。在给料的同时，从跳汰机下部透过筛板周期地给入上下交变水流，物料在水流的作用下进行分选。首先，在上升水流的作用下，床层逐渐松散悬浮，这时床层中的矿粒按照其本身的特性（密度、粒度和形状）做相对运动，进行分层。上升水流结束后，在休止期（停止给入压缩空气）以及下降水流期间，床层逐渐紧密，并继续进行分层。待全部煤粒都沉降到筛面上以后，床层又恢复了紧密状态，这时大部分矿粒彼此间已丧失了相对运动的可能性，分层作用几乎全部停止。只有那些极细矿粒，尚可以穿过床层的缝隙继续向下运动并继续分层。下降水流结束后，分层暂告终止，至此完成了一个跳汰周期的分层过程。3常用的跳汰机分为哪两种？空气脉动跳汰机（又分为筛侧空气室跳汰机和筛下空气室跳汰机）和动筛跳汰机。4重介质选煤的定义。重介质选煤是一种采用密度介于煤与砰石之间的液体作为分选介质的高效重力选煤方法。5重介质选煤按分选力可分为哪两类？重力重介质选煤和离心力重介质选煤。6重介质分选机的分选原理。阿基米得浮力定律7浮游选煤的浮选原理。浮选是利用煤和砰石表面物理化学性质（特别是表面润湿性）差异在固-液-气三相界面进行的一种选别技术。将煤泥在搅拌桶内配制成一定浓度的煤浆，加入药剂后充分搅拌，搅拌后的煤浆进入浮选机，在浮选机的搅拌充气作用下，矿粒与气泡相互碰撞，由于煤粒的表面润湿性差，碰撞时粘附到气泡上，被气泡带到水面的矿化泡沫层形成浮选精煤，而砰石是润湿性好，碰撞时不与气泡附着，仍留在矿浆中成为浮选尾煤。8浮选药剂可分为哪几类？捕收剂：能选择性地作用于矿物表面并使其疏水的有机物起泡剂：为表面活性物质，主要富集在水-气界面，促使空气在矿浆中弥散成小气泡，防止气泡兼并，并提高气泡在矿化和上浮过程中的稳定性，保证矿化气泡上浮后形成泡沫层刮出调整剂：改善捕收剂和起泡剂的作用效应的添加剂，具有增溶、分散和乳化作用9超纯煤有哪些用途？燃油锅炉代油燃料化工厂重油造气的替换原料高温燃气轮机发电技术高级活性炭和煤制炭黑的原料制作石墨电极、碳素制品等第五章水煤浆技术1水煤浆技术的定义。水煤浆技术是将煤炭粉碎到足够的细度后和流动介质水混合搅拌制成浆体燃料以代替石油等液体燃料的一种新型煤基洁净流体燃料制备技术。2水煤浆的特点。水煤浆作为固液两相流态燃料，在特性上既不同于固态的粉煤，也不同于作为流体的石油。主要特点：流变性、触变性、雾化性、燃烧特性、环境特性。3水煤浆中分散剂的作用。分散剂是促进分散相在分散介质中均匀分散的化学药剂。分散剂分子在煤炭颗粒表面吸附后，形成一层分散剂分子层和水化膜，可以大大降低颗粒表面和水之间的界面张力。分散剂的作用使得煤炭颗粒彼此相互分离，良好分散，加上水化膜的作用，使得水煤浆受到剪切作用时不产生新的界面，可以大大降低颗粒之间的摩擦力。因此，水煤浆的分散作用主要是为了降低其粘度，增加流动性。4水煤浆制浆工艺包括哪几个环节？选煤、破碎与磨矿、捏混与搅拌以及虑浆等环节。第六章煤炭的热解技术1热解的定义。热解是将有机物在缺氧或惰性气氛状态下加热，发生一系列的物理变化和化学反应，使之分解形成气体、液体和固体的热分解反应，2热解按照不同的温度范围分为哪几个阶段？第一阶段为干燥阶段，热解温度在300r以下，原料煤在此阶段外形没有变化，主要发生表面的吸附水蒸发，放出原料中的吸附气体，并有少量CO2、ch4、h2s及水蒸气产生。这个过程为吸热过程，主要发生脱羧基反应。第二阶段为热解阶段，热解温度为300°C〜600°C，原料煤中有机质开始发生变化，放出CO、CO2及水蒸气，生成热解水，产生焦油，原料煤变软并发生剧烈分解，放出大量挥发产物，绝大部分焦油产生，形成半焦。这个过程主要发生解聚和分解反应。第三阶段为热解后期，热解温度为600C〜1000C，在这个阶段绝大部分焦油已经生成完毕，是焦炭的形成阶段。从半焦到焦炭，析出大量的煤气，使固体产物的挥发分降低，密度增加，体积收缩，形成碎块。700C以下煤气的主要成分是CO、CO2和H2，当温度大于700C时，煤气的主要成分是氢气。这个过程以缩聚反应为主。3热解反应总的可分为哪两类？裂解和缩聚。第七章煤炭清洁燃烧技术1煤的燃烧过程可分为哪几个阶段？煤的燃烧过程是指煤中的可燃物成分与空气中的氧发生强烈的氧化反应并伴随着发热、发光的过程。①煤的燃烧过程首先从加热干燥开始，然后挥发分开始分解析出②如果炉内温度足够高，并有氧气存在，则挥发分着火燃烧，形成明亮的火焰。这时氧气消耗于挥发分的燃烧，不能到达煤焦的表面，因此煤焦还是暗的，煤焦的温度也不很高。③随着挥发分的逐渐燃尽，火焰逐渐缩短，煤焦的温度也逐渐升高，当挥发分基本燃尽后，焦炭开始燃烧，直到完全燃尽。（①加热过程中首先析出水分和挥发分的热解过程②挥发分着火和燃烧③固定碳或半焦着火和燃烧）2加强煤粉高效燃烧的措施。强化煤颗粒和高温烟气的对流换热②强化煤粉的高浓度集聚③强化燃烧过程的初始阶段3鼓泡流化床和快速流化床的概念。（固体颗粒在自下而上的气流作用下具有流体性质的过程称为流化。）颗粒尺度较大而操作气速较小时在床下部形成鼓泡流化床，即其连续相是气固乳化团，其分散相是以气为主的气泡。颗粒尺度较小、操作气速较高，加以使用分离器使溢出物料不断返回时，形成快速流化床，其分散相为气固乳化团，连续相为含少量颗粒的气体。4流化床燃烧的优点。燃料适应性强②易于实现炉内高效脱硫③NOx排放量低④燃烧效率高⑤灰渣便于综合利用5动力配煤的概念。动力配煤就是根据用户对煤质的要求，将若干种不同种类、不同性质的煤按照一定比例掺配加工而成的混合煤。第八章燃煤烟气净化技术1燃煤烟气中主要有害物质的种类及其危害。烟尘：烟尘按粒径大小分为降尘和飘尘。降尘对人体的影响不大，但对室内外的环境卫生有很大影响，若积存过多会使土壤变质，造成对植物生存的影响，存在于水中对动物影响也很大。飘尘对人体危害较大，主要是通过呼吸道进入人体内部，危害程度取决于粒径的大小及其化学成分，粒径越小，危害越大。烟尘中的炭黑、多环芳烃、苯并芘等可以致癌，还含有汞、铝、铍、钒等对人体有害的痕量物质。硫氧化物：主要有SO2、SO3、硫酸雾和酸性尘等。烟气中的SO3与烟气中水结合生成h2so4。当温度降低时，硫酸气体将形成硫酸雾，硫酸雾凝结于金属表面，对金属有强烈的腐蚀作用。排入大气中的SO2气体在金属飘尘的触媒作用下，也会被氧化成SO3，遇水形成硫酸雾，若被大雨淋落即成硫酸雨。硫酸雾凝结于微粒表面，使一些微粒相互粘结，长大成雪片状的酸性尘。另外，当锅炉低负荷运行时，烟气温度低于烟气露点产生低温腐蚀硫酸物和未保温的金属烟囱及烟道内的酸蚀金属硫酸盐等脱落成块状或片状物质，随烟气排入大气，也成为酸性尘。氮氧化物：主要是n2o、no和no2。氮氧化物对人体、动植物的生长及自然环境有很大的危害°NO具有一定毒性，很易和血液中血色素结合，使血液缺氧，引起中枢神经麻痹症。而大气中的NO可氧化为毒性更大的NO2。NO2对呼吸气管粘膜有强烈的刺激作用，引起肺气肿和肺癌，此外，在阳光作用下NOx与挥发有机化合物反应能生成臭氧。臭氧是一种有害的、危险的刺激物°no2参与光化学烟雾的形成，其毒性更强。大气中NOx对森林和农作物的损害是很大的，可引起森林和农作物枯黄，产量降低，品质恶劣°NOx还可以生成酸雨和酸雾，对农作物和森林危害很大。此外，NOx也是一种温室气体。二氧化碳：CO2不是有毒气体，但它使空气中含氧量减少，因而使人感到头痛和呼吸短促。其最大危害是产生温室效应。它能选择性吸收地球表面的低温辐射红外光谱，使大气温度升高，同时发出较强的热辐射，使地球表面得到的总辐射量增加而变暖。重金属元素：对高熔点元素，在燃烧中不挥发，所以排入大气中很少，主要集中在灰渣中；对于易挥发不易冷凝的元素，燃烧中全部以气态排入大气；对于高温下易挥发，低温易冷凝的元素，易在微粒上富集。最有危害的是痕量元素在微粒上的富集。因为这些亚微米级的微粒排入大气后，对人体健康毒害很大。此外，这些重金属飘尘还会促进大气中各种化学反应，产生二次污染。如遇大雨，有些重金属以可溶盐的形式进入地面水和地下水，造成水污染，最终污染食物链和饮用水，甚至通过食物链的富集，在生物和人体中不断积累起来，对人体危害更大。多环有机化合物：虽然POM大部分属于非致癌物质，但也有像苯二萘这种强致癌物，即使只有很小量，也对人类存在巨大的危害。2电除尘器的除尘原理。电除尘器利用强电场电晕放电使气体电离，粉尘荷电，并在电场力作用下，使粉尘从气体中分离出来。3烟气脱硫技术分为哪两类？湿式烟气脱硫和干式烟气脱硫4湿式石灰石/石膏脱硫法的原理。CaCO3+SO2+H2O-CaSO3-1/2H2O+CO2+1/2H2OCaSO3-1/2H2O+1/2O2+3/2H2O-CaSO4-2H2O5烟气脱硝技术有哪些方法？选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SCNR）、湿式氧化吸收脱硝法、电子束辐射法和脉冲电晕法等。6重金属污染控制的方法和途径

有三种方法来减少煤燃烧中元素迁徙的数量：开采含有低浓度痕量元素的煤；在燃烧前除去这些有害重金属元素；在燃烧后的排放物中除去这些元素。洗选分离法：煤中重金属元素有的与煤中的有机物结合，有的与煤中的矿物质结合，有的则在有机质和矿物质中都存在。存在于矿物质中的元素，有的倾向于以硫化物形式存在；有的则倾向于以碳酸盐形式存在。最具毒性的As和Hg主要出现在粗颗粒的黄铁矿中，物理选煤过程可以成功地除去这些元素的大部分。控制燃烧工况法：降低温度、适当提高煤粉细度、延长炉内停留时间以及保持氧气气氛等，都有利于控制重金属向大气中的排放。除尘净化法：利用除尘器等烟气净化装置，也能有效地除去烟尘中的重金属，从而减少大气污染。除尘方式在很大程度上可以影响烟尘中有害元素的含量、排放系数及有害元素的富集因子。吸附法：使用固体吸附剂来捕获并固定重金属化合物，是通过物理吸附与化学反应结合的机理来实现的。一般，吸附剂有三种途径使用①作为粉末来喷射，在线地除去金属化合物②使含有重金属的烟气通过固定的或流化的吸附剂床，这时吸附剂可以做成小球、豆状或片状③将吸附剂粉末以一定的比例掺和到煤粉中去，均匀混合。第九章煤的气化技术1煤炭气化的概念。煤炭气化是指在特定的设备内于一定温度及压力下使煤中的有机质与气化剂发生一系列化学反应，将固体煤转化为灰渣和可燃性气体的过程。2煤炭气化的原理、主要反应。煤的气化过程是以煤或煤焦为原料，以氧气、蒸汽或氢气为气化剂，在高温条件下，通过一系列反应将原料煤从固体燃料转化为气体燃料的过程。主要反应:碳完全燃烧碳不完全燃烧CO2在半焦上的还原水煤气变换反应C+O碳完全燃烧碳不完全燃烧CO2在半焦上的还原水煤气变换反应C+O2fCO2+393.8kJ/mol2C+O2f2CO+115.7kJ/molC+CO2f2CO-164.2kJ/mol甲烷化反应C+H2O-CO+H2-131.5kJ/molCO+H2O-H2+CO2+41.0kJ/molCO+3H2fCH4+H2O+250.3kJ/molC+2H2-CH4+71.9kJ/mol3气化反应经历的七个步骤。反应气体从气相扩散到固体碳表面（外扩散）反应气体再通过颗粒的孔道进入小孔的内表面（内扩散）反应气体分子吸附在固体表面上，形成中间络合物形成的中间络合物之间，或中间络合物和气相分子之间发生反应，属于表面反应步骤吸附态的产物从固体表面脱附产物分子通过固体的内部孔道扩散出来（内扩散）产物分子从颗粒表面扩散到气相中（外扩散）4煤气湿法脱硫有哪两种？烷基醇胺法和低温甲醇洗涤法第十章燃料电池与发电新技术1燃料电池的发电原理。燃料电池原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由阴极（氧化极）、阳极（燃料极）以及电解质组成。燃料电池的阴阳极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此，燃料电池是名副其实地把化学能转换为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上，只要反应物不断输入，产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。2燃料电池的特点。化学能直接转化为电能，其发电过程不经过卡诺循环，因此可以避免中间能量转换的损失，达到很高的发电效率不管是满负荷还是部分负荷均能保持高发电效率具有很强的过负载能力发电量由电池堆的大小和组数决定，机组容量的自由度大电池本体的负荷响应性好，用于电网调峰优于其他发电方式无污染：发电过程中没有燃烧，几乎不会产生NOx及SOx，同时由于电池结构简单无转动组件，噪音很低。通过与燃料供给装置组合的可以适用的燃料广泛。3超超临界发电技术的理论基础是什么？火力发电技术主要是由锅炉和汽轮机来完成的，为了节约能源，必须提高机组的发电效率。从锅炉出来的蒸汽初参数对整个发电的效率有着直接影响。由Rankine循环可知：提高汽压和汽温的主要目的是改善热循环效率。汽压和汽温不是能相互完全独立的两个变量，必须予以协调考虑，以做到排汽不过热，也不含湿过多，对再热机组都是有可能的。提高蒸汽参数得益于排汽量的减少，即排至凝汽器热量的减少。提高蒸汽压力还可以增加抽汽量，这样又进一步减少了排汽量。欲获取最大的热耗收益，汽压和汽温必须同步增加。总之，提高蒸汽初参数汽压和汽温、降低排汽压力均可以提高循环效率。4燃料电池按电解质分类可分为哪几种？碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、质子交换膜燃料电池、固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池第十一章煤的液化技术1煤炭液化的定义及分类。煤炭液化是把固体状态的煤炭经过一系列化学加工将其转化成液态产品（汽油、柴油等液态烃类燃料）的洁净煤技术。根据化学加工过程的不同，煤炭液化工艺分为直接液化和间接液化。（直接液化是指煤在高压和一定温度下直接与氢气反应，使煤中的有机物直接转化为较低分子的液体燃料的工艺过程。间接液化是首先将煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应转化成合成气，然后再合成为流体燃料的工艺过程。）2煤直接液化的基本原理及影响因素。基本原理：煤炭大分子结构的分解是通过加热实现的。煤的结构单元之间的桥键在加热到250°C以上时断裂，产生自由基碎片。自由基碎片非常活泼，当处于氢环境时，它能与周围的氢结合成稳定的H/C比较高的低分子产物（油和气）。因此加氢液化的实质是用高温切断煤分子中的C-C键，在键断裂处用氢来饱和，从而使相对分子质量减小和H/C提高。影响因素：原料煤：一般认为挥发分高的煤易于直接液化，通常要求挥发分大于30%。与此同时，灰分带来的影响则更为明显，灰分过高将降低液化效率，还会产生设备磨损等问题，因此选用煤的灰分一般小于10%oH/C越大，液化所需的氢气量也就越小。研究表明，H/C越小，越有利于氢向煤中转移，其转化率越大，有良好的液化特性。供氢溶剂：与煤配成煤浆，便于煤的输送和加压；溶解煤，防止煤热解产生的自由基碎片缩聚；溶解部分氢，作为活性氢的传递介质或通过供氢剂的脱氢反应提供煤液化需要的活性氢原子；在有催化剂时，促使催化剂分散和萃取出在催化剂表面上强吸附的毒物。操作条件：煤液化反应对温度最敏感，温度增加后，氢气在溶剂中的溶解度增加，更重要的是反应速度随温度增加成指数增加，但是反应热也会成比例增加，使温度控制困难。温度过高一次产物会发生二次热解，生成气体，使液体产物的收率降低。理论上压力