1、第一章第一章 常规能源常规能源 能源与可持续发展能源与可持续发展？1.11.1能源概述能源概述1.1.11.1.1能源概念能源概念请同学们对能源作一些描述？能源作一些描述？1.11.1能源概述能源概述1.1.11.1.1能源概念能源概念 含有能量的自然资源，可转换为人们所需的一定形式的能量含有能量的自然资源，可转换为人们所需的一定形式的能量 或能产生能源的物质的或能产生能源的物质的运动运动（水流、风、海浪、潮汐）（水流、风、海浪、潮汐） 或能产生能源的或能产生能源的物质物质（煤炭、石油、天然气）（煤炭、石油、天然气） 或可或可直接直接取得的某种能源（一次能源）：包括取得的某种能源（一次能源）：
2、包括煤、石油、天然气、煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、地热能、核能等太阳能、风能、水能、地热能、核能等 或或经过经过加工、转换加工、转换而获取某种能量（二次能源）：而获取某种能量（二次能源）： 如如煤气、电煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。 尚未开采的能量资源只称为资源，不能列入尚未开采的能量资源只称为资源，不能列入“能源能源”范畴。范畴。 比较集中而又较易转化的比较集中而又较易转化的含能物质含能物质或或能量过程能量过程，可以可以直接直接或或经转换经转换提供人类所需的光、热、动力等提供人类所需的光、热、动力等任何形式能量的载能体任何形式能量的载能体资源资
3、源。总结一下：能源的概念：1.11.1能源概述能源概述1.1.2 1.1.2 能源的分类能源的分类能源多种多样，有各种不同的分类方法能源多种多样，有各种不同的分类方法按被利用的程度分（利用状况） 常规能源（或传统能源）： 开发利用时间长、技术成熟、能大量生产并广泛使用，如煤炭、石油、天然气、薪柴燃料、水能等； 新能源或非常规能源、替代能源： 开发利用较少或正在研究开发之中，如太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等，另外还有核能（也有人将核裂变称为常规能源，而将核聚变称为新能源）。u按获得的方法分 一次能源， 即可供直接利用的能源， 如煤、石油、天然气、风能、水能等； 二次能源， 即由一次能源
4、直接或间接转换而来的能源， 如电、蒸汽、焦炭、煤气、氢等， 它们使用方便，易利用，是高品质的能源。 来自于地球本身地球本身蕴藏的能源，如核能、地热能等； 来自于地球外天体地球外天体的能源 如宇宙射线及太阳能，以及由太阳引起的水能、风能、波浪能、海洋温差能、生物质能、光合作用、化石燃料（如煤、天然气、石油等，是一亿年前由积存下来的有机物质转化而来） 来自于地球和其他星体的相互作用地球和其他星体的相互作用，如潮汐能。p按地球上的能量来源分l按能源能否再生分 可再生能源： 不会随其本身的转化或人类的利用而越来越少的能源，如水能、风能、潮汐能、太阳能等； 非再生能源： 随人类的利用而越来越少， 如石油
5、、煤、天然气、核燃料等。n按能源本身的性质分 含能体能源（载体能源）： 本身可提供能量的物质， 如石油、煤、天然气、地热、氢等，它们可以直接储存； 过程性能源： 由可提供能量的物质运动而产生的能源， 如风能、水能、海流、潮汐、波浪、火山爆发、雷电、电磁能和一般热能等，它们无法直接储存。（1 1）按地球上的能量）按地球上的能量来源来源分分（2 2）按被）按被利用的程度利用的程度分分（3 3）按）按获得的方法获得的方法分分（4 4）按）按能否再生能否再生分分（5 5）按能源本身的）按能源本身的性质性质分分（6 6）按对环境的）按对环境的污染情况污染情况分分常用有六种不同的分类方法常用有六种不同的分
6、类方法1.11.1能源概述能源概述1.1.3 1.1.3 能源的评价能源的评价储量储量能量密度能量密度储能的可能性储能的可能性供能的连续性供能的连续性能源的地理分布能源的地理分布开发费用和利用能源的设备费用开发费用和利用能源的设备费用运输费用与损耗运输费用与损耗能源的可再生性能源的可再生性能源的品位能源的品位对环境的影响对环境的影响1.11.1能源概述能源概述1.1.3 1.1.3 能源的评价能源的评价开发费用和利用能源的设备费用开发费用和利用能源的设备费用能源的品位能源的品位举例说明一下？有关煤炭的知识有关煤炭的知识1 1、煤的形成、煤的形成 2 2、煤的元素组成、煤的元素组成 3 3、常用
7、的煤质指标、常用的煤质指标煤炭资源与开发煤炭资源与开发1 1、储量与分布、储量与分布2 2、煤炭开采、煤炭开采3 3、生产与消费、生产与消费洁净煤的技术洁净煤的技术1 1、燃烧前处理、燃烧前处理2 2、燃烧中处理、燃烧中处理3 3、燃烧后处理、燃烧后处理煤的气化与液化煤的气化与液化1 1、煤的气化、煤的气化2 2、煤的液化、煤的液化3 3、整体气化联合循环发电（、整体气化联合循环发电（IGCCIGCC）技术）技术煤 （coal）又称煤炭，棕色至黑色的可燃烧的类似岩石的固体；可燃矿产 ；化石能源l煤的形成 远古（上亿）植物遗体在地表湖沼或海湾环境中；随着地壳的变动被埋入地下，长期处在温 度、压力
8、较高的环境中， 原植物中的纤维素、木质素经脱水腐蚀，其含氧量不断减少，而碳质不断增加，逐渐形成化学稳定性强、含碳量高的固体碳氢燃料煤。化石能源：是指上古时期遗留下来的动植物的遗骸在地层下 经过上万年的演变形成的能源。 有关煤炭的知识有关煤炭的知识l煤具有多样性： 处于不同的煤化阶段、成煤植物的不同、成煤过程条件变化成煤过程成煤序列植物泥炭褐煤烟煤无烟煤转变阶段第一阶段泥炭化阶段第二阶段煤化阶段成岩分阶段变质分阶段转变条件水中、细菌， 数千年到数万年地下(不太深)， 数百万年地下(深处) 数千万年以上主要影响因素生化作用压力(加压失水)， 物化作用为主温度、压力、时间， 化学作用为主l成 煤 过
9、 程以成煤过程为例：煤的变质程度与含碳量关系煤主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S) 和一些稀有元素和矿物质组成。l煤的元素组成泥炭褐煤烟煤无烟煤C/%(可燃基)5060607474909098n主导成分：n 硫是煤中的有害成分， 含硫焦炭用于炼铁时使铁产生热脆性，严重影响生铁质量： 燃烧时生成的二氧化硫腐蚀设备，污染空气，危害人体健康。 硫在煤中含量变化范围也较大，一般约为0.1-5。有关煤炭的知识有关煤炭的知识l常用的煤质指标通过工业分析可以初步了解煤的性质，大致判断煤的种类和用途。从工业分析：从工业分析： 测定煤的测定煤的水分、灰分、挥发分和固定碳的含量。水分、灰分、挥发
10、分和固定碳的含量。灰分小于灰分小于 12 . 5 的煤炭，称为的煤炭，称为冶炼用冶炼用炼焦精煤炼焦精煤；共分十五级；共分十五级; ;灰分在灰分在 12 . 51 一一 16 的煤炭，称为的煤炭，称为其它用其它用精煤精煤。共分七级。共分七级; ;动力用煤动力用煤通称通称动力煤动力煤共分三十六级共分三十六级; ; 煤炭分级:按目前国家标准，以灰分作为划分煤炭级别的标准 有关煤炭的知识有关煤炭的知识煤炭的分类煤炭分类的GB57512009（国标）l常用的煤质指标有关煤炭的知识有关煤炭的知识1.1.无烟煤（无烟煤（ WY WY ）（）（民用和合成氨的造气原料，航空用型煤）2.贫 煤（ PM )煤化度最
11、高的一种烟煤；（发电燃料，锅炉的配煤） 3.贫瘦煤（ PS )发电、机车、民用及其他工业炉窑的较好燃料4.瘦 煤（ SM ) (电厂及锅炉燃料)5.焦 煤（ JM )(炼焦配煤)6.肥 煤（ FM ) 7.1/3 焦煤(介于焦煤、肥煤、，气 煤三者之间的过渡煤)8.气肥煤（ QF ) (制造 煤气，炼焦配煤)9.气 煤（ QM ) 10. l/2 中粘煤（ 1/2ZN )(气化用煤球和动力用煤)11.弱粘煤（ RN ） 12.不粘煤（ BN ) (气化及动力用煤) 13.长焰煤（ CY ) 变质程度最低，用于炼焦，电厂、机车、工业炉窑燃料14.14.褐褐 煤（煤（ HM )HM ) (发电燃料
12、，气化原料和锅炉燃料）l常用的煤质指标有关煤炭的知识有关煤炭的知识l煤的质量检验以郑州商品交易所为例： 选取发热量指标作为动力煤交割验收的计价指标l常用的煤质指标有关煤炭的知识有关煤炭的知识 发热量 符号：Q，单位：J/g（焦耳/克）、MJ/kg（兆焦耳/千克），习惯上也使用cal/g（卡/克）、kcal/kg（千卡/千克）单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量。发热量换算(百万焦耳=千克):1MJ/KG=239.14KCAL/KG 1卡=4.1816 焦耳褐煤的发热量较低，烟煤中到焦煤和肥煤热值最高国内贸易煤炭购销合同中，用户一般用收到基低位发热量国际贸易常用发热量标准为空气干燥基高位发热量l煤
13、的质量检验重量检验动力煤重量检验由交易所指定质检机构或计量机构进行。除双方协商一致外， 买方使用船舶接货时，重量计量通过水尺进行； 水尺由于是目测，不确定性较大，以船舶接货时， 规定一般船舶重量误差在500吨以内。 买方使用车辆接货时，重量计量通过地磅进行。l常用的煤质指标有关煤炭的知识有关煤炭的知识有关煤炭的知识有关煤炭的知识1 1、煤的形成、煤的形成 2 2、煤的元素组成、煤的元素组成 3 3、常用的煤质指标、常用的煤质指标煤炭资源与开发煤炭资源与开发1 1、储量与分布、储量与分布2 2、煤炭开采、煤炭开采3 3、生产与消费、生产与消费洁净煤的技术洁净煤的技术1 1、燃烧前处理、燃烧前处理
14、2 2、燃烧中处理、燃烧中处理3 3、燃烧后处理、燃烧后处理煤的气化与液化煤的气化与液化1 1、煤的气化、煤的气化2 2、煤的液化、煤的液化3 3、整体气化联合循环发电（、整体气化联合循环发电（IGCCIGCC）技术）技术l储量与分布储量与分布1 1、煤炭的探明储量、煤炭的探明储量煤炭资源与开发煤炭资源与开发前3：俄、美、中我国人均：第53位我国分布极不平衡。华北：55.67%西北：24.54%西南：8.92%l储量与分布储量与分布煤炭资源与开发煤炭资源与开发l储量与分布储量与分布煤炭资源与开发煤炭资源与开发两种方式： 矿井开采(埋藏较深) 露天开采(埋藏较浅) 。 是衡量开采条件优劣的重要指
15、标，我国仅占7.5%储量，以矿井开采为主。l煤炭开采煤炭开采煤炭资源与开发煤炭资源与开发l煤炭生产与消费煤炭生产与消费煤炭资源与开发煤炭资源与开发产量与消费量：2011年均为全球的49.4%进出口情况：20世纪90年代，煤炭贸易以出口为主， 2009年第一次成为煤炭净进口国， 煤炭对外依存度约3%。“十二五”能源规划：2015年，煤炭消费26.1亿T标煤； 一次能源消费比例从2010年的70.9%下降到63.6%我国以煤为主的一次能源格局在相当长时期内难以改变。以煤为主的主要问题是能源利用效率低、环境污染严重。 煤炭利用前的煤炭加工就是通过煤炭洗选、动力配煤、型煤、水浆煤等加工技术，使煤炭高效
16、、洁净地转化为电能、液体燃料、气体燃料，从而解决能源利用效率低、环境污染严重等问题。20102020203020402050010203040506070 煤 石油 天然气 核电 可再生能源亿tce20102010202020202030203020502050一次能源消费总量一次能源消费总量(10(108 8 tcetce/a)/a)32.532.5454555556565数据来源：工程院 中国能源中长期（2030、2050）发展战略研究，2011煤仍为主力能源煤仍为主力能源20102020203020402050020406080100120 煤 石油 天然气CO2排放/亿吨CoalOil
17、Natural gasCO2 emission 0.1 B t在2030年后大幅度减排CO2 主要还是靠煤的清洁低碳利用！不可改变的事实 煤现在是、将来仍是我国能源的主力。煤现在是、将来仍是我国能源的主力。 66.6%50% 2030 煤炭是中国最重要的能源，生产和消费的数量大、比重高，短期内难以替代。 煤用于发电的比例将越来越大。 从目前的49.8%上升到70%以上，绝对量的增加更大。 煤的直接燃烧已引起严重的环境污染。煤的直接燃烧已引起严重的环境污染。 70%80%以上的SO2，NOX，汞，颗粒物，CO2等。 煤的直接燃烧很难解决温室气体减排问题。煤的直接燃烧很难解决温室气体减排问题。 煤
18、炭占我国探明化石能源储量的94%，以煤为主的能源格局在相当长时间内难以改变，可持续发展的出路在于高效清洁利用（包括CCUS）。 2013年我国煤炭消费37.5亿吨（包括进口2.9亿吨），其中用于发电（含热电联产）为18.3亿吨，仅占总消费量的49.8%。 2012年世界煤炭消费中用于发电的比例约为53.5%，更低于美国98%和德国89%的水平。有关煤炭的知识有关煤炭的知识1 1、煤的形成、煤的形成 2 2、煤的元素组成、煤的元素组成 3 3、常用的煤质指标、常用的煤质指标煤炭资源与开发煤炭资源与开发1 1、储量与分布、储量与分布2 2、煤炭开采、煤炭开采3 3、生产与消费、生产与消费洁净煤的技
19、术洁净煤的技术1 1、燃烧前处理、燃烧前处理2 2、燃烧中处理、燃烧中处理3 3、燃烧后处理、燃烧后处理煤的气化与液化煤的气化与液化1 1、煤的气化、煤的气化2 2、煤的液化、煤的液化3 3、整体气化联合循环发电（、整体气化联合循环发电（IGCCIGCC）技术）技术洁净煤的技术洁净煤的技术l煤的洁净技术（clean coal technology；CCT ） 洁净煤技术洁净煤技术源于美国源于美国, ,是旨在减少是旨在减少污染和提高效率的煤炭污染和提高效率的煤炭加工加工、燃烧燃烧、转转换换和和污染控制污染控制新技术的总称新技术的总称高新技术的一个重要领域高新技术的一个重要领域洁净煤技术洁净煤技术
20、： 一是一是直接烧直接烧煤洁净技术，煤洁净技术， 二是煤二是煤转化为洁净燃料转化为洁净燃料技术。技术。(1)(1)燃烧燃烧前的净化加工技术前的净化加工技术(2)(2)燃烧燃烧中的净化燃烧技术中的净化燃烧技术(3)(3)燃烧燃烧后的净化处理技术后的净化处理技术(1)(1)燃烧燃烧前前 主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可，可以除去或减少灰分、矸以除去或减少灰分、矸石石、硫等杂质；、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石
21、灰固硫剂，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是用优质低灰原煤制成，可以代替石油。水煤浆是用优质低灰原煤制成，可以代替石油。一、一、直接烧煤洁净技术直接烧煤洁净技术1)煤炭洗选技术选煤：用物理、化学或微生物的方法使煤和杂质（硫化物）有效分离 提高煤炭质量、能源利用效率、减少燃煤污染物排放、运力浪费。煤炭加工2)动力配煤技术将单种煤，通过筛选、破碎、按不同比例混合和配入添加剂的煤炭产品。3)型煤技术把一种或数种煤粉与一定比例的粘结剂或固硫剂混合的煤炭产品。 显著提高热效率，减少燃煤污染。4)水煤浆技术将煤炭、水、部分添加
22、剂加入磨机中，经磨碎后成为一种类似石油一样的可以流动的煤基流体燃料。一种以煤代油的煤炭利用新方式。2. 2. 燃烧中的净化装置燃烧中的净化装置（1 1）先进的燃烧器）先进的燃烧器 改进电站锅炉及工业锅炉和窑炉的设计和燃烧技术减少污染物排放，并提高效率。（2 2）流化床燃烧器）流化床燃烧器 鼓泡床和循环床两类。鼓泡床和循环床两类。 l循环流化床锅炉技术循环流化床锅炉技术基本流程：基本流程： 煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量煤和脱硫剂送入炉膛后，迅速被大量惰性高温物料惰性高温物料包围，着火燃烧，包围，着火燃烧，同时进行同时进行脱硫反应脱硫反应，并在上升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁，并在上
23、升烟气流的作用下向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热。和炉内布置的其他受热面放热。 粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流。气固混合物离开炉膛后进入下流。气固混合物离开炉膛后进入高温旋风分离器高温旋风分离器，大量固体颗粒（煤粒、，大量固体颗粒（煤粒、脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。脱硫剂）被分离出来回送炉膛，进行循环燃烧。 未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器未被分离出来的细粒子随烟气进入尾部烟道，以加热过热器、省煤器和空气预热器，经除尘器排至大气。和空气预热器
24、，经除尘器排至大气。(2)(2)燃烧中的净化燃烧技术燃烧中的净化燃烧技术l超临界超临界/ /超超临界超超临界燃煤发电技术燃煤发电技术 燃煤发电是通过产生燃煤发电是通过产生高温高压高温高压的水蒸汽来推动汽轮机发的水蒸汽来推动汽轮机发电的，蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高。电的，蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高。 在在347.15347.15摄氏度、摄氏度、22.11522.115兆帕压力下，水蒸汽的密度会兆帕压力下，水蒸汽的密度会增大到与液态水一样，这个条件叫做水的临界参数。比这还增大到与液态水一样，这个条件叫做水的临界参数。比这还高的参数叫做超临界参数。温度和气压升高到高的参数叫做
25、超临界参数。温度和气压升高到600600摄氏度、摄氏度、25282528兆帕这样的区间，就进入了超超临界的兆帕这样的区间，就进入了超超临界的“境界境界”。 超临界机组的热效率比亚临界机组的高超临界机组的热效率比亚临界机组的高2%2%3%3%左右，而左右，而超超临界机组的热效率比超临界机组的高超超临界机组的热效率比超临界机组的高4%4%左右。左右。3. 3. 燃烧后净化燃烧后净化 煤炭燃烧后的净化包括烟气净化和除尘，对二氧化硫、 低氮氧化物和颗粒物的排放进行控制。主要是消烟主要是消烟除尘和脱硫脱氮除尘和脱硫脱氮技术。技术。消烟除尘技术很多，消烟除尘技术很多，静电除尘器静电除尘器效率最高，可达以上
26、，效率最高，可达以上，电厂一般都采用。电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，脱硫有干法和湿法两种，干法干法是用是用浆状石灰喷雾浆状石灰喷雾与烟气中二与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法湿法是用是用石灰水淋洗烟尘石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达。效率可达。北仑发电厂北仑发电厂所采用的脱硫工艺是国际上工艺成熟、已在大型火电机组广泛应用的石灰石石灰石石膏湿法脱硫工艺石膏湿法脱硫工艺。 石灰石石膏湿法脱硫工艺 目前国际上主流脱硫工艺有湿法、干法、半干法和氨法几大类， 石灰石作为脱硫吸
27、收剂其来源广泛且价格低廉，便于就地取材，同时经过脱硫后的副产品石膏经脱水后即可回收，具有较高的综合利用价值。 煤的气化技术煤的气化技术 有有常压气化和加压气化常压气化和加压气化两种，它是在常压或加压条件下，两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应保持一定温度，通过气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成生成煤气煤气，煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。 用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低；用空气和蒸汽做气化剂，煤气热值低； 用氧气做气化剂，煤气热值高。用氧气做气化剂，煤气热值高。煤在气化中可脱硫
28、除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃料了。了。煤的气化与液化煤的气化与液化1、煤的气化、煤的气化 通常是在空气、蒸汽或氧等作气化介质的情况下，在煤通常是在空气、蒸汽或氧等作气化介质的情况下，在煤气发生炉中将煤加热到足够的温度，与煤发生化学反应，生成气发生炉中将煤加热到足够的温度，与煤发生化学反应，生成一氧化碳、氢和甲烷等可燃的混合气体即煤气。一氧化碳、氢和甲烷等可燃的混合气体即煤气。 煤气化主要产生一氧化碳与氢，灰分形成废渣排出。煤气化主要产生一氧化碳与氢，灰分形成废渣排出。 采出煤炭后进行热加工的一种过程，使煤炭转化成为一氧化采出煤炭后进
29、行热加工的一种过程，使煤炭转化成为一氧化碳、氢和甲烷等可燃性气体。碳、氢和甲烷等可燃性气体。1 1） 煤的高温干馏煤的高温干馏 将煤在隔绝空气的条件下加热到将煤在隔绝空气的条件下加热到600600800800，主要反应为煤，主要反应为煤中中有机物的分解，生成焦碳和主要含甲烷、挥发性物质的焦炉煤有机物的分解，生成焦碳和主要含甲烷、挥发性物质的焦炉煤气。气。 地面煤气化技术地面煤气化技术2 2） 发生炉煤气发生炉煤气 将空气通入高温煤层，在发生炉中发生一系列的氧化还原反将空气通入高温煤层，在发生炉中发生一系列的氧化还原反应，如氧化层中煤炭的氧化反应：应，如氧化层中煤炭的氧化反应： C C（s s）
30、1/2O1/2O2 2（g g） CO CO（g g） 110.54 kJ/mol110.54 kJ/mol 地下煤气化地下煤气化 （UGGUGG）技术）技术煤的气化与液化煤的气化与液化2、煤的液化、煤的液化(2)(2)煤的煤的液化技术液化技术 煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。间接液化间接液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替代汽油，我国已有应用。代汽油，我国已有应用。直接液化直接液化是把煤直接转化成液体燃料，是把煤直接转化成液体燃料， 比如比如直接加氢将煤转化成液体燃料直接加氢将煤转
31、化成液体燃料，或煤炭与渣油混合成油，或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究。煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究。 以煤为原料，先气化制成合成气，然后通过以煤为原料，先气化制成合成气，然后通过催化剂作用催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。 第一步是由煤制成合成气的煤气化反应：第一步是由煤制成合成气的煤气化反应：C C H H2 2COCO H H2 2 C C 1/2O1/2O2 2COCO 第二步是一氧化碳的加氢催化反应，即费第二步是一氧化碳的加氢催化反应，即费- -托合成反应，主要有以下一些托合成反应，
32、主要有以下一些反应：反应： 甲烷化甲烷化反应反应COCO 3H3H2 22CH2CH4 4 H H2 2O O 烷烃化烷烃化反应反应nCOnCO （2n+12n+1）H H2 2CCn nH H2n+22n+2nHnH2 2O O 甲醇化甲醇化反应反应COCO2nH2nH2 2CHCH3 3OHOH 高级醇高级醇反应反应nCOnCO 2nH2nH2 2CCn nH H2n+12n+1OH+ (n-1)HOH+ (n-1)H2 2O O费托合成过程把煤把煤直接转化成液体直接转化成液体产品。产品。将煤在高温高压下将煤在高温高压下与氢反应，使其降解与氢反应，使其降解和加氢，从而转化为液和加氢，从而转
33、化为液体油类体油类 （如汽油、柴油、航空燃料和化工原料等）的工艺称（如汽油、柴油、航空燃料和化工原料等）的工艺称为加氢液化。为加氢液化。 煤的直接液化工艺流程图煤的气化与液化煤的气化与液化3、整体气化联合循环发电（、整体气化联合循环发电（IGCC）技术）技术3 3、煤气化联合循环发电技术煤气化联合循环发电技术 先把先把煤煤制成制成煤气煤气，再用燃气轮机发电，再用燃气轮机发电， 排出排出高温废气高温废气烧锅炉，再用烧锅炉，再用蒸汽轮机发电蒸汽轮机发电， 整个发电效率可达。整个发电效率可达。 IGCC发电技术是煤气化和蒸汽联合循环的结合。工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动
34、计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 1 1、焦炉煤气制天然气技术、焦炉煤气制天然气技术 技术内容：以焦炉煤气为原料，经加压预处理、精脱硫净化气，在甲烷化反应器中进行合成反应生成甲烷，得到天然气(SNG)，通过深冷分离，得到液化天然气或冷却脱水、压缩，得到压缩天然气。 适用范围：年产焦炭100万吨及以上独立焦化企业或钢铁联合企业内焦化分厂。 适用条件：焦炉煤气H2S含量250mg/Nm3，富余焦炉煤气量2.28万Nm3/h。 投资估算：100万吨独立焦化企业富余焦炉煤气生产天然气需要建设投资2.5亿元。
35、节能减排效果：单位焦炉煤气减排二氧化硫300mg/m3。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 2 2、焦炉煤气制甲醇技术、焦炉煤气制甲醇技术 技术内容：以焦炉煤气和补炭气(高炉、转炉煤气等)为原料，进行加压混合(单一焦炉煤气不需要)、精脱硫、加热加氧转化、生成合成气，再将其加压加热合成粗甲醇，经气液分离、洗涤、精馏等，得到甲醇产品。 适用范围：年产焦炭150万吨及以上独立焦化企业或钢铁联合企业内焦化分厂。 适用条件：焦炉煤气H2S含量250mg
36、/Nm3，富余焦炉煤气量3.4万Nm3/h。 投资估算：150万吨独立焦化企业富余焦炉煤气生产甲醇需要投资3.2亿元。 节能减排效果：单位焦炉煤气减排二氧化硫300mg/m3。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 3 3、焦炉煤气高效发电技术、焦炉煤气高效发电技术 技术内容：以焦炉煤气作为热源生产高温超高压蒸汽带动汽轮机发电和采用加压焦炉煤气与空气混合后进入燃烧室燃烧，产生高温、高压燃气通过透平机带动发电机组发电，高温废气进入余热锅炉，产生蒸汽
37、后进入蒸汽轮机带动发电机组发电。 适用范围：年产焦炭200万吨及以上独立焦化企业或钢铁联合企业内焦化分厂。 适用条件：焦炉煤气H2S含量250mg/Nm3，富余焦炉煤气量4.5万Nm3/h。 投资估算：200万吨独立焦化企业采用高温超高压蒸汽发电，需投资3.8亿元。采用燃气轮机发电(CCPP)需投资4.5亿元。 节能减排效果：比现有中温中压蒸汽发电效率提高20%以上，每立方焦炉煤气多发电0.5kWh。 。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 4
38、 4、焦炉煤气制合成氨技术、焦炉煤气制合成氨技术 技术内容：以焦炉煤气为原料，经变换冷却、净化(低温甲醇洗)、液氮洗精制、压缩机及高压合成，生产合成氨的技术。 适用范围：焦炭生产规模200万吨及以上独立焦化企业或钢铁联合企业内焦化分厂。 适用条件：焦炉煤气H2S含量250mg/Nm3，富余焦炉煤气量4.5万Nm3/h。 投资估算：200万吨独立焦化企业富余焦炉煤气生产合成氨需要投资4亿元。 节能减排效果：单位焦炉煤气减排二氧化硫250mg/m3。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高
39、效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 5 5、合成气无循环两段甲烷化制合成天然气技术、合成气无循环两段甲烷化制合成天然气技术 技术内容：将煤气化制得的合成气通过脱硫脱碳后，无循环分两段进行甲烷化反应。第一段为配气甲烷化段，通过逐级配气调节CO浓度，控制反应温度在750以下，一段出口CO转化率87%;第二段为补充甲烷化段，通过反应平衡逐级降温完成CO的完全甲烷化，CO转化率大于99%。甲烷化采用绝热轴径向甲烷化反应器。 适用范围：煤制天然气或合成气制备行业的甲烷化工序 适用条件：规模20亿Nm3/年以上的天然气装置 投资估算：以40亿Nm3/年合成天然气装置为例，投资为12亿元，较传统流程降低
40、20% 节能减排效果：以20亿Nm3/年天然气装置为例，每年节能标煤14276.9吨，每年可以减排粉尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物分别为9708.3吨、35585.2吨、1070.8吨、535.4吨。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 6 6、粉煤气流床加压气化技术、粉煤气流床加压气化技术 技术内容：碎煤、石灰石在磨煤机内磨成煤粉，并由高温惰性气体烘干。采用锁斗来完成粉煤的加压和输送，煤粉经三路进入气化炉烧嘴的三个粉煤管。氧气经预热器加热后
41、先在混合气内与一定量的蒸汽混合，然后按一定的比例进入烧嘴。煤粉在炉膛内高温部分氧化反应，生成的合成气主要成分为CO和H2。在激冷室，合成气被急冷，熔渣迅速固化。从气化炉急冷室和合成气洗涤塔底部来的灰水通过渣水处理系统回收热量、去除不凝气和固体颗粒，泵回气化系统重复使用。 适用范围：适用于煤化工装置或IGCC发电装置。 适用条件：煤种适应性较广，但需要对多种类型的煤进行配烧，调节固定碳、灰分、灰熔点在适当的范围。 投资估算：20万t/年合成氨气化岛单位投资1000元/吨合成氨氨。 节能减排效果：冷煤气效率在83%以上，对合成气中的污染物硫成分回收成单质硫磺或硫酸，废液处理后回收利用，废气经回收处
42、理后优于达标排放。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 7 7、粉煤气流床常、粉煤气流床常( (低低) )压气气化技术压气气化技术 技术内容：采用粉煤常压或低压气化技术，磨煤系统来的粉煤由氮气或二氧化碳作为输送介质送至气化炉;与气化剂(蒸汽和富氧空气或纯氧)在气化炉内进行部分氧化还原反应，生成的合成气主要成分为CO和H2。气化反应中产生的渣以液态的形式向下流入渣池。生成的粗合成气余热回收、除尘、脱硫后供给用户使用。 适用范围：连续生产企业大量使
43、用气体燃料的工业行业使用煤炭热值大于5000kcal。 适用条件：单套装置产气能力介于10 40KNm3/h; 投资估算：每10KNm3/h产气能力投资介于2000万2500万元。年耗煤100万吨燃料的建材工业园区新建统一的煤制清洁煤气中心，配套硫回收装置，实现集中式制气和供气，投资约810亿元。 节能减排效果：系统碳转化率达97%以上，较固定床水煤气技术高15%以上、节约用煤超过15%，无酚氰废水产生，出口煤气粉尘含量小于10mg/Nm3;煤气中H2S含量低于20mg/Nm3。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 21
44、21种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 8 8、循环流化床煤气化技术、循环流化床煤气化技术 技术内容：本技术由循环流化床(CFBC)燃烧技术发展而来，煤经破碎筛分送入气化炉底部，与气化剂反应生成湿煤气、粗渣和飞灰。湿煤气携带部分飞灰从气化炉顶部进入高温旋风分离器，进入高温换热器与气化剂换热后再经过余热回收器与来自汽包的软水进一步换热，经过除尘、降温、脱硫后经加压机送用户使用。 适用范围：需要气体燃料的工业行业 适用条件：使用燃料热值大于5200kcal。 投资估算：单套装置产气能力介于20 40KNm3/h;每10KNm3/h产气能力投资介于15002000万
45、元;年耗煤100万吨燃料的建材工业园区新建统一的煤制清洁煤气中心，配套硫回收装置，实现集中式制气和供气，投资约68亿元。 节能减排效果：系统碳综合转化率超过95%，较固定床水煤气技术高15%以上、节约用煤超过15%，无酚氰废水产生，出口煤气粉尘含量小于10mg/Nm3;煤气中H2S含量低于20mg/Nm3，冷煤气效率超过85%。 工业领域煤炭清洁高效利用行动计划工业领域煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)(2015-2020) 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 9 9、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术 技术内容：水煤浆
46、经隔膜泵加压，通过四个对称布置在气化炉中上部同一水平面的工艺喷嘴，与氧气一起对喷进入气化炉进行气化反应。气化炉的流场结构由射流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流区组成，通过喷嘴对置、优化炉型结构及尺寸，在炉内形成撞击流，强化混合和传质传递过程，形成炉内合理的流场结构，达到良好的工艺与工程效果。 适用范围：适用于煤化工装置、IGCC发电装置。 适用条件：适宜长焰烟煤，单炉最大处理能力3000吨/天。 投资估算：45万吨/年合成氨气化岛(一开一备)单位投资900元/吨合成氨。 节能减排效果：碳转化率达99%，有效气成分高于80%，煤炭能量利用率达98%。 2121种工业领域种工业领域煤炭
47、清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 1010、水煤浆水冷壁气化技术、水煤浆水冷壁气化技术 技术内容：通过热能和化工的结合，突破了现有水煤浆+耐火砖保护和干粉+水冷壁的传统概念，实现了新的水煤浆+水冷壁气化工艺。彻底解决了现有耐火砖气化炉的煤种灰熔点限制问题，采用了点火预热和工艺烧嘴组合喷嘴，冷态启动时间不到现有耐火砖气化炉的十分之一，启动迅速灵活;喷嘴使用寿命长，单炉可用率达8000小时/年。 适用范围：适用于以CO和H2为主的合成气生产装置。也可以作为燃料气和还原气。 适用条件：适用于褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶的水煤浆气化工业，要求原料煤成浆浓度50%，干基灰分20%。 投资估算：新
48、建一条处理煤2000吨(干煤)/天的生产线，总投资约1.5亿元。 节能减排效果：新建一条处理煤2000吨(干煤)/天生产线，与现有同类装置相比，每年节能约11000tce，减排二氧化碳约28000吨，减排氮氧化物约130吨，减排硫化物约100吨，减少灰渣排放1800吨。 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 1111、新型高效煤粉锅炉系统技术、新型高效煤粉锅炉系统技术 技术内容：新型高效煤粉锅炉系统采用煤粉集中制备、精密供粉、空气分级燃烧、炉内脱硫、锅壳(或水管)式锅炉换热、高效布袋除尘、烟气脱硫和全过程自动控制等先进技术，实现了燃煤锅炉的高效运行和洁净
49、排放。 适用范围：煤炭行业生产用蒸汽、供暖。 适用条件：适宜燃烧优质褐煤、长焰煤，无烟煤、贫煤及一般烟煤均不适宜。 投资估算：单位投资35万元/t/h。 节能减排效果：煤粉燃尽率98%以上，热效率88%以上，与传统工业锅炉相比，节能35%以上。净化处理后，外排的烟气含尘低于25mg/Nm3、二氧化硫低于100mg/Nm3、氮氧化物低于150mg/Nm3。 2121种工业领域种工业领域煤炭清洁高效煤炭清洁高效利用参考技术利用参考技术 1212、大功率可调节等离子点火技术、大功率可调节等离子点火技术 技术内容：采用航天大功率可调节等离子喷枪，喷枪输出功率100500kW，解决贫煤的点燃问题;阴极使
50、用寿命提高到200小时，不仅可以点火，也可以在煤品变化时进行稳燃、助燃，真正实现无油点火、助燃;喷枪功率大小可随时调节，有效降低能耗，提高设备使用寿命;先进的IGBT晶体管整流和高频起弧装置，大幅度提高整流功率因数与起弧成功率;优化流场设计的点火煤粉燃烧器，保证点火燃烧的稳定性与可靠性。 适用范围：210-3000 吨/小时工业煤粉锅炉 适用条件：适宜燃煤锅炉采用褐煤、烟煤、贫煤等煤种。 投资估算：1097吨/小时及其以下燃煤锅炉费用为350万元;1097-3000吨/小时燃煤锅炉费用为350-700万元 节能减排效果：每次起停1097吨/小时燃煤锅炉、2100吨/小时燃煤锅炉、3000吨/小
