常规能源开发与利用-煤炭.ppt

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1、煤炭煤炭石油石油天然气天然气水能水能二、常规能源二、常规能源 第二节第二节第二节第二节 能源概述能源概述能源概述能源概述1、煤炭、煤炭 掌握的知识点掌握的知识点：（1）煤的形成；）煤的形成；（2）煤的主要元素组成煤的主要元素组成；（3）煤的煤质指标煤的煤质指标；（4）煤的分类煤的分类；（5）我国的煤炭资源情况；）我国的煤炭资源情况；（6）煤的利用途径。）煤的利用途径。煤是古代的煤是古代的植物体植物体因为地壳运动因为地壳运动而而埋没地下埋没地下，在适宜的地质环境，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，中经过漫长年代的演变而成的，含碳量一般为含碳量一般为46%97%。煤是。煤是重要的燃料和化

2、学工业原料。煤重要的燃料和化学工业原料。煤在地球上的储量非常丰富。在地球上的储量非常丰富。第二节第二节第二节第二节 能源概述能源概述能源概述能源概述1、煤炭、煤炭（1 1）煤的元素组成）煤的元素组成 煤是由煤是由有机物质有机物质和和无机物质无机物质混合组成的。煤中有机物混合组成的。煤中有机物质主要由质主要由碳（碳（C，82%93%）、氢（）、氢（H，3.6%5%）、）、氧（氧（O，1.3%10%）、氮（）、氮（N，1%2%）四种元素四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（硫（S）、磷（）、磷（P）以及稀有元素等以及稀有元素等。世界

3、上所有的元素均可在煤中找到；世界上所有的元素均可在煤中找到；煤是煤是黑色黄金黑色黄金。（2 2）煤的成因）煤的成因 煤是怎样形成的？在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、蕨类、灌木、乔木等植物。但在不同时代海平面常有变化.当水面升高时，植物因被淹而死 亡。如果这些死亡的植物被沉积物覆盖而不透氧气，植物就不会完全分解，而是在地下形成有机地层。随着海平面的升降，会产生多层有机地层。经过漫长的地质作用，在温度增 高、压力变大的还原环境中，这一有机层最后会转变为煤层。因埋深和埋藏时间的差异，形成的煤也不尽相同。煤炭煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最

4、广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达量达4.844.84 10104 4亿吨标准煤亿吨标准煤亿吨标准煤亿吨标准煤，占世界化石燃料，占世界化石燃料可采资源可采资源量的量的66.866.8。在我国，煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、在我国，煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东、新疆等几个省区，著名的大型黑龙江、辽宁、山东、新疆等几个省区，著名的大型煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。（3 3）中国煤炭资源）中国煤炭资源 中国煤炭资源总体特点资源总量相对分布不均煤炭资

5、源与地区的经济发达程度呈逆向分布煤炭资源与水资源呈逆向分布煤种齐全，但不均衡优质动力煤丰富，优质无烟煤和优质炼焦用煤不多煤质较好含硫量小于1%的低硫煤约占65%煤层埋藏较深，适于露天开采的储量很少，适于露天开采的中、高变质煤更少共伴生矿产种类多，资源丰富我国的煤炭资源分布我国的煤炭资源分布中国中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布煤炭资源和现有生产力呈逆向分布，造成，造成了了“北煤南运北煤南运”和和“西煤东调西煤东调”的被动局面。的被动局面。大量煤炭自北向南、由西到东大量煤炭自北向南、由西到东长距离运输长距离运输，给，给煤炭生产和运输造成了极大的压力。煤炭生产和运输造成了极大的压力。我国适合露天开

6、采的煤炭资源不多，煤炭生产我国适合露天开采的煤炭资源不多，煤炭生产以以地下开采地下开采为主。为主。我国的人均煤炭资源现状我国的人均煤炭资源现状中国煤炭资源总量虽然较多，但中国煤炭资源总量虽然较多，但探明程度低探明程度低，人均占有储量较少人均占有储量较少，按，按1999年人均可采储量对年人均可采储量对比，中国比，中国人均人均可采储量仅为可采储量仅为90.9吨吨，约为世界，约为世界人均可采储量的人均可采储量的55%。3 3）我国的煤炭消费）我国的煤炭消费我国是世界上最大的煤炭消费国。我国是世界上最大的煤炭消费国。在我国煤炭消费中，在我国煤炭消费中，煤炭的加工转换煤炭的加工转换（包括洗（包括洗选、发

7、电、供热、炼焦、制气及煤制品加工等）选、发电、供热、炼焦、制气及煤制品加工等）增长迅速，而增长迅速，而煤炭终端消费煤炭终端消费增长缓慢增长缓慢。（4 4）煤质指标与煤分类）煤质指标与煤分类 水分水分（外部水、内部水和化合水）（外部水、内部水和化合水）灰分灰分（煤完全燃烧后，其中矿物（煤完全燃烧后，其中矿物质的固体残余物）质的固体残余物）挥发分挥发分（在（在隔绝空气隔绝空气的条件下，的条件下，将煤加热到将煤加热到850850左右，从煤中左右，从煤中有有机物质机物质分解出来的液体和气体产物分解出来的液体和气体产物称为挥发分）称为挥发分）发热量发热量（单位质量煤完全燃烧时（单位质量煤完全燃烧时所放出

8、的热量）所放出的热量）1 1）煤的分类）煤的分类 煤的科学分类为煤的科学分类为煤炭的煤炭的合理开发和利用提供了合理开发和利用提供了基础基础，通常最简单的分，通常最简单的分类方法是根据煤中类方法是根据煤中干燥干燥无灰基挥发分含量无灰基挥发分含量将煤将煤分成分成褐煤褐煤、烟煤烟煤和和无烟无烟煤煤三大类三大类。褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤煤种煤种干燥无灰基挥发分含量（干燥无灰基挥发分含量（%）LHV（MJ/kg）无烟煤无烟煤92633烟煤烟煤9452033褐煤褐煤40661017煤的分类方法煤的分类方法煤种煤种干燥无灰基挥发分含量（干燥无灰基挥发分含量（%）LHV（MJ/kg）无烟煤无烟煤9 20.

9、9贫煤贫煤919 18.4低挥发分烟煤低挥发分烟煤193016.3高挥发分烟煤高挥发分烟煤304015.5褐煤褐煤4050 11.7我国动力煤的分类方法我国动力煤的分类方法拓展拓展-各煤种的用途各煤种的用途 无烟煤无烟煤：是：是煤化程度最高煤化程度最高的的煤，含碳量煤，含碳量90%以上。以上。特点：特点：挥发分低、比重大、挥发分低、比重大、硬度高硬度高、燃烧时、燃烧时烟少、火苗短、烟少、火苗短、火力强火力强。无烟煤通常作无烟煤通常作民用和动力燃民用和动力燃料料；质量好的无烟煤可作；质量好的无烟煤可作气化气化原料原料、高炉喷吹高炉喷吹和和烧结铁矿石烧结铁矿石的燃料以及作的燃料以及作铸造燃料铸造燃

10、料等；用等；用优质无烟煤还可以制造碳化硅、优质无烟煤还可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和炭素材料。电极、电石和炭素材料。中国无烟煤需求行业中国无烟煤需求行业烟煤烟煤：燃烧燃烧时时火焰火焰较长而有较长而有烟烟的煤，的煤，煤化程度较大煤化程度较大的煤。外观呈灰黑色至黑色，的煤。外观呈灰黑色至黑色，粉末粉末从从棕色到黑色棕色到黑色。由。由有有光泽光泽的和无光泽的部分互相集合合成层状，的和无光泽的部分互相集合合成层状，沥青沥青、油脂油脂、玻璃玻璃、金属金属、金刚金刚等光泽均有，具明显的条带等光泽均有，具明显的条带状、凸镜状构造。该种煤状、凸镜状构造。该

11、种煤含碳量为含碳量为7590，不含不含游离的游离的腐殖酸腐殖酸。大多数具有。大多数具有粘结性粘结性；发热量较高。燃；发热量较高。燃烧时火焰长而多烟。多数能烧时火焰长而多烟。多数能结焦结焦。根据挥发分含量、胶质层厚度或工艺性质，可分为根据挥发分含量、胶质层厚度或工艺性质，可分为长焰煤长焰煤、气煤气煤、肥煤肥煤、焦煤焦煤、贫煤贫煤、瘦煤瘦煤等。等。用作用作炼焦炼焦、炼油炼油、气化气化、低温干馏及、低温干馏及化学工业化学工业等的等的原料，也可直接用作燃料。原料，也可直接用作燃料。褐煤褐煤：又名柴煤，是：又名柴煤，是煤化程度最低煤化程度最低的矿产煤。一种的矿产煤。一种介于介于泥炭与沥青煤泥炭与沥青煤之

12、间的之间的棕黑色、无光泽棕黑色、无光泽的低级煤。的低级煤。由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹。含有可溶于碱液内的以清楚地看出原来木质的痕迹。含有可溶于碱液内的腐殖酸。含碳量腐殖酸。含碳量6077。主要用于主要用于发电厂的燃料发电厂的燃料，也可作，也可作化工原料、催化剂化工原料、催化剂载体、吸附剂、净化污水和回收金属载体、吸附剂、净化污水和回收金属等。等。代代 号号等级名称等级名称技术要求技术要求Ad（%）SLA特低灰煤特低灰煤5LA低灰分煤低灰分煤5.0110LMA低中灰煤低中灰煤10.0120MA中灰分煤中灰

13、分煤20.0130MHA中高灰煤中高灰煤30.0140HA高灰分煤高灰分煤4050煤炭灰分煤炭灰分等级划分标准等级划分标准2）其他分类方式）其他分类方式煤的挥发分煤的挥发分分级标准分级标准技术要求技术要求低挥发分低挥发分中挥发分中挥发分中高挥发分中高挥发分高挥发分高挥发分Vdaf（%）2020.012828.013737代代 号号等级名称等级名称技术要求技术要求Qnet,ar（MJ/kg）LC低热值煤低热值煤8.512.5ML中低热值煤中低热值煤12.5117MC中热值煤中热值煤17.0121MH中高热值煤中高热值煤21.0124HC高热值煤高热值煤24.0127SH特高热值煤特高热值煤27煤

14、的发热量煤的发热量等级划分标准等级划分标准代代 号号等级名称等级名称技术要求技术要求Std（%）SLS特低硫煤特低硫煤0.5LS低硫分煤低硫分煤0.511LMS低中硫煤低中硫煤1.011.5MS中硫分煤中硫分煤1.512MHS中高硫煤中高硫煤2.013HS高硫分煤高硫分煤3煤炭硫分煤炭硫分等级划分标准等级划分标准？$煤燃烧？气化液化（5）煤的利用方式煤可以做什么？化工焦炭煤炭的利用途径煤炭的利用途径根据煤炭的使用目的分为两大主要用途：根据煤炭的使用目的分为两大主要用途：(1)动力煤动力煤，(2)炼焦煤。炼焦煤。我国我国动力煤动力煤的主要用途有：的主要用途有：1)发电用煤发电用煤：我国约：我国约

15、1/3 以上的煤用来发电，目前平均发电耗以上的煤用来发电，目前平均发电耗煤为标准煤煤为标准煤370g/(kWh)左右。左右。电厂电厂利用煤的热值，把热能转变为利用煤的热值，把热能转变为电能。电能。2)蒸汽机车蒸汽机车用煤：占动力用煤用煤：占动力用煤2%左右，蒸汽机车左右，蒸汽机车锅炉锅炉平均耗平均耗煤指标为煤指标为100kg/(万吨万吨km)左右。左右。3)建材用煤建材用煤：约占动力用煤的：约占动力用煤的l0%以上，以以上，以水泥用煤量最大水泥用煤量最大，其次为玻璃、砖、瓦等。其次为玻璃、砖、瓦等。4)一般一般工业锅炉用煤工业锅炉用煤：除热电厂及大型供热锅炉外，一般企业：除热电厂及大型供热锅炉

16、外，一般企业及取暖用的工业锅炉型号繁多，数量大且分散，用煤量约占动力煤及取暖用的工业锅炉型号繁多，数量大且分散，用煤量约占动力煤的的30%。5)生活用煤生活用煤：生活用煤的数量也较大，约占燃料用煤的：生活用煤的数量也较大，约占燃料用煤的20%。6)冶金用动力煤冶金用动力煤：冶金用动力煤主要为烧结和高炉喷吹用：冶金用动力煤主要为烧结和高炉喷吹用无烟无烟煤煤，其用量不到动力用煤量的，其用量不到动力用煤量的1%。炼焦煤炼焦煤的主要用途是的主要用途是炼炼焦炭焦炭，焦炭由焦煤或混，焦炭由焦煤或混合煤高温冶炼而成，一般合煤高温冶炼而成，一般1.3 吨左右的焦煤才吨左右的焦煤才能炼一吨焦炭。能炼一吨焦炭。焦

17、炭多用于炼钢焦炭多用于炼钢，是目前钢铁，是目前钢铁等行业的主要生产原料，被喻为等行业的主要生产原料，被喻为钢铁工业钢铁工业的的“基本食粮基本食粮”。（6）中国煤的利用方向提高价值洁净利用高效利用煤系共伴生资源利用（7）煤炭加工技术煤炭洗选技术煤炭洗选技术粉煤成型技术粉煤成型技术动力煤配煤技术动力煤配煤技术水煤浆技术水煤浆技术1）煤炭洗选技术常规的物理选煤可除去煤中60%的灰分和1/3到1/2的黄铁矿硫(燃料时SOX的主要来源)。煤炭经洗选可大大提高燃烧效率，如电厂粉煤锅炉燃烧原煤的效率一般为28%左右，而燃洗精煤可达35%。（其他优点见P37）煤炭经过洗选可大大降低污染物的排放大大降低污染物的

18、排放。选煤是洁净煤技术的源头技术。2）粉煤成型技术民用型煤工业型煤型煤技术的研究应着力于开发强度高、防水性好、适合于长途运输的型煤及其配套工艺设备和粘结剂以及研制固硫工业型煤等技术上。3）动力煤配煤技术（P38）意义重大，主要表现在：提高热效率节约煤炭；充分利用煤炭资源，做到物尽其用；可以利用劣质煤；有利于拓展煤炭资源，减轻环境污染。4）水煤浆技术石油产品供不应求，煤代油势在必行便于储运。水煤浆利用储量丰富、价格低廉的水煤浆利用储量丰富、价格低廉的煤炭煤炭作为主作为主要原料，使用要原料，使用浮选精煤或水洗煤浮选精煤或水洗煤进行进行研磨加工研磨加工、细化、细化，再辅以，再辅以27%35%的水的水

19、和约和约1%的化的化学添加剂学添加剂，经过多道严密工序，层层，经过多道严密工序，层层筛除煤炭筛除煤炭中不能充分燃烧的成份及产生污染的硫、灰等中不能充分燃烧的成份及产生污染的硫、灰等杂质杂质，只将炭本质留下来，制出性能像油的水，只将炭本质留下来，制出性能像油的水煤浆成品。煤浆成品。水煤浆具有水煤浆具有浓度高、流变性好、耐储存浓度高、流变性好、耐储存等特点等特点。它能。它能象油一样泵送、雾化燃烧，燃烬率能达象油一样泵送、雾化燃烧，燃烬率能达到到98%以上以上，只产生极少的灰渣。水煤浆用储，只产生极少的灰渣。水煤浆用储罐进行运输和储存，避免了运输和储存过程中罐进行运输和储存，避免了运输和储存过程中的

20、污染，并减少了储存时的占地面积，无论储的污染，并减少了储存时的占地面积，无论储存还是排放指标均能达到国家一类地区的环保存还是排放指标均能达到国家一类地区的环保要求。要求。（8）煤炭转化技术煤炭转化煤炭转化是指通过化学加工或热加工的方法，将煤转化成一系列气体、液体和固体等化学产品的过程。煤炭的干馏技术煤炭的干馏技术煤炭气化技术煤炭气化技术煤炭地下气化煤炭地下气化煤炭的直接液化煤炭的直接液化1）煤炭的干馏技术煤在煤在隔绝空气隔绝空气的条件下加热，将产生一系列的条件下加热，将产生一系列的的热分解过程热分解过程，得到，得到气态、液态和固体气态、液态和固体产物产物。干馏得到的固体产物固体产物：冶金焦炭冶

21、金焦炭从煤干馏得到的挥发分挥发分中可以回收煤焦油煤气等产物。温度高于950的过程称为高温干馏，如采用合适的烟煤干馏可得冶金焦炭。2）煤炭气化技术煤炭的气化煤炭的气化是指将煤与气化剂反应，使煤中的有机部分完全转化为煤气的过程。CO、H2、CH4碳的氧化反应C+O2=CO2393.8KJ/mol碳的部分氧化反应 2C+O2=2CO231.4kJ/mol二氧化碳的还原反应 C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸气分解反应水蒸气分解反应C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol一氧化碳变换反应 CO+H2O(g)=CO2+H2-

22、41.5kJ/mol碳的加氢反应 C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反应 CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反应 2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反应 CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol煤炭气化技术应用领域应用领域：工业燃气民用煤气化工合成和燃料油合成原料气冶金还原气联合循环发电燃气燃料电池煤炭气化制氢煤炭液化的气源26气化方法固定床流化床气流床整体气化联合循环发电(IGCC)技术3）煤炭地下气化把煤的开采和转化结合起来，气化后残余灰渣仍滞留地下，减轻固体废渣对环境的污染，有利于提高煤炭资源回收率4）煤炭的直

23、接液化煤直接加氢液化煤直接加氢液化是采用高温、高压氢气高温、高压氢气，在催化剂和溶剂催化剂和溶剂作用下进行裂解、加氢裂解、加氢等反应，将煤直接转化为分子量较小分子量较小的燃料燃料油和化工原料油和化工原料。神华集团已经开始在内蒙古鄂尔多斯建设世界上第一条每天6000吨煤的商业液化生产线，最终每年可产油品500万吨以上。5）煤炭的间接液化 煤的间接液化煤的间接液化是将煤气化煤气化得到的原料气原料气，在一定条件下（温度压力），经催化合成石油及其他化学产品的加工过程，又称一氧化碳一氧化碳加氢法加氢法。从2003年7月起，兖矿集团开始在下属的鲁南化工厂建立万吨级中试装置，该装置从2004年4月开始出油，

24、至今一直在平稳运行。兖矿计划设在新疆的煤制油厂采用兖矿研发的低温费托合成煤间接液化技术，设计的年产量为108万吨油品。6）燃料电池 燃料电池（Fuel Cell）是发展中的发电技术，它利用电化学过程，将燃料（氢气）的化学能转化为电能，它的发电原理与常规化学电源类似，因为没有热力学上的限制，能量转换过程的热效率很高，可以将存在燃料和氧化剂中的化学能高效（5070）、环境友好地转化为电能，发电过程不产生污染物。碱性（AFC）、质子交换膜（PEMFC）、磷酸（PAFC）、熔融碳酸盐（MCFC）和固体氧化物（SOFC）燃料电池。7）煤的多联产煤的多联产技术煤的多联产技术的实质是以的实质是以煤炭为原料煤

25、炭为原料，通过把，通过把多种煤炭转多种煤炭转化技术有机集成化技术有机集成在一起，同时获得多种高附加值的在一起，同时获得多种高附加值的化工产品化工产品（如脂肪烃和芳香烃等）、多种洁净的（如脂肪烃和芳香烃等）、多种洁净的二次能源二次能源（气体燃料、（气体燃料、液体燃料、电）液体燃料、电）及其他产品及其他产品。以煤气化为核心的以煤气化为核心的多产系统多产系统气化单元气化单元合成气利用及转化合成气利用及转化单元单元热电生产单元热电生产单元浙江大学浙江大学-煤的热、电、气、焦油多联产系统煤的热、电、气、焦油多联产系统预期结果预期结果（9）未来煤的开发利用Vision 21-The Ultimate Power Plant煤炭利用中存在的问题？煤炭利用中存在的问题？