【文档说明】【采矿课件】中国矿业大学能源与环境教学课件.pptx，共(385)页，9.293 MB，由精品优选上传

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能源与环境机电学院袁隆基第一章绪论从日常生活中必需的电、煤、气、自来水等的供应，到交通运输、通信等现代社会的一切活动都离不开它。能源为人类的生产和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志

。第一节人类的文明与能源一、人类文明发展与能源⚫远古时期人类开始用火来取暖、烹调、照明甚至通信，还将这种利用能量的技术应用到玻璃加工或制作装饰品、陶艺等方而，从而开创了人类文明。⚫人类发明了蒸汽机和内

燃机，所使用的燃料也是从草木转变成为煤炭、石油和天然气等。这些发明使机械能的利用多样化，同时也使电能的生产成为可能。⚫能源的使用领域得以进一步扩大，从交通运输到通信等领域，赐予了人类一切文明活动的动力，推动了人类文明的进步。⚫由图1可知，

总能源消耗量的增长率高于人口的增长率。⚫在世界总能源消耗量中，电能所占的比例在急剧增加。⚫在21世纪高度信息化的社会里，如何确保所需的电力，是关系到人类文明存亡的重要课题。⚫由图2中从原点引出的直线可见，经济

活动与人均一次能源消耗量之间是密切相关的。⚫因此，能源消耗量取决于人口的增长和与日俱增的文明程度之积。二、人类文明与能源利用⚫瓦特(JamesWatt1736~1819年)发明蒸汽机(1769年专利)⚫蒸汽机作为动力的纺织机械诞生于18世纪，但蒸汽机作为船舶和机车的动力而普及直至1

9世纪。⚫19世纪中叶雷诺(EtienneLenoirl822—1900年)发明了燃气发动机⚫19世纪中叶又发明了内燃机，从而开发出了汽车⚫在1903年由汽车工人莱特兄弟制造的发动机动力飞机试飞成功⚫20世纪初，通过火力发电和水力发电生产的大量电能，再通过输配电网络，使各种各样的用电产业获得惊

人的进步和发展⚫在20世纪50年代到70年代间，从煤炭文明到石油文明的能源革命⚫20世纪90年代，开始使用使用液化天然气和液化石油气作为汽车用燃料⚫发达同家一次能源消耗的40％是为转换成电能第二节能源一、能源的定义⚫《科学技术百科全书》：能源是可从其获得热、光和动力

之类能量的资源⚫《大英百科全书》：能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量⚫我国《能源百科全书》：能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。能源是自然界中能为人类提供某种形式

能量的自然资源及其转化物。自然界在一定的条件下能够提供机械能、热能、电能、化学能等某种形式能量的自然资源叫做能源。二、能源的意义⚫能源在现代工业中占有重要地位。任何机器进行生产，都必需有足够的能源供应作保证。⚫能源和现代化农业的关系十分密切。在现代化的农业生产各环节都要直接

消耗能源；能源工业的发展水平将直接影响农业生产的发展。⚫现代化的交通运输工具更离不了能源。⚫能源在国防建设中具有重要作用。实现国防现代化必需依靠发达的能源工业。⚫人民日常生活和公用事业也要消耗大量能源。三、能源分类1、根据初始来源（一次能源）

（1）是与太阳有关的能源。太阳能除可直接利用它的光和热外，它还是地球上多种能源的主要源泉。目前，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于500多万吨煤燃烧时放出的热量；一年就有相当于170万亿吨煤的热量，现在全世界一年消耗的能量还不及它的万分之一。但是，到达

地球表面的太阳能只有千分之一二被植物吸收，并转变成化学能贮存起来，其余绝大部分都转换成热，散发到宇宙空间去。（2）与地球内部的热能有关的能源从地面向下，随着深度的增加，温度也不断增高。地热能资源总量相当于世界年能源消费量的400多万倍。（3）与原子核反应有关的能源这是某些物质在发生原

子核反应时释放的能量。原子核反应主要有裂变反应和聚变反应。目前在世界各地运行的440多座核电站就是使用铀原子核裂变时放出的热量。（4）与地球一月球一太阳相互联系有关的能源地球、月亮、太阳之间有规律的运动，造成相对位置周期性的变化，它们之间产生的引力使海水涨落而形成潮汐能。2．根据

利用能源的形态可将能源分成一次能源和二次能源两类：一次能源是指自然界中本来就有的各种形式的能源。一次能源可按其初始来源的不同划分为上述的4类。由一次能源经过转化或加工制造而产生的能源称为二次能源，如电力、氢能、石油制品、煤制气、煤

液化油、蒸汽和压缩空气等。3．根据能否从自然界中得到补充分为可再生能源和不可再生能源：太阳辐射能、水能、生物质能、风能、潮汐能、海洋热能和波浪能等都是能不断地再生和得到补充的能源，被称为可再生能源；煤炭、石油、天然气等化石燃料和铀、钍等核燃料，无法得到补充，总有一天会

枯竭，它们被称为不可再生能源4．根据应用范围、技术成熟程度及经济性分为常规能源和新能源两大类。常规能源是指那些技术上比较成熟，已被人类广泛利用，在生产和生活中起着重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然气、水能和核裂变

能等。在今后一个相当长的时期内，它们仍将担任世界能源舞台上的主角。新能源是相对于常规能源而言的，泛指太阳能、风能、地热能、海洋能、潮汐能和生物质能等。新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段,只能因

地制宜地开发和利用；新能源大多数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。第三节当前我国及世界能源状况一、中国能源发展现状1.中国能源资源化石能源是中国的主要能源，约占中国目前能源消费总量的93%。在化石能源中，按探明可采储量比较，中国煤炭储量占世界第3位，石油占第11位，天

然气占第21位。表1-2中国化石能源探明可采储量能源资源量探明地质储量探明可采储量目前全国探明可采储量的比例%（按同等发热量）煤炭/亿吨5570010421204092.7石油/亿吨1021213615.9天然气/万亿立方米47.62（估算）2.561

.641.4中国煤炭资源的特点是：已发现资源总量最大、品种齐全，但地区分布不均匀、优质环保型资源少、勘探程度低、可供开发的经济可采量少。煤炭资源地理分布特：北煤多于南煤。秦岭—大别山以北煤炭保有储量约占全国的90%，集中分布在晋陕蒙三省（区）；秦岭—大别山以南煤炭储

量只占全国的约10%，集中分布在贵州和云南省；西煤多于东煤。经济相对落后的西部地区的煤炭储量占全国煤炭储量的61.75%；经济较发达东部地区的煤炭储量约占全国保有储量的38.25%；中国经济发达的东部十省市（包括北京、辽

宁、天津、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东）拥有的煤炭储量，仅占全国煤炭储量的5.05%。2、石油资源截至2000年底，全国124个有勘探价值的盆地总计石油资源量为1021亿吨。可采资源高值为123.8亿吨，低值为99.7亿吨。主要分布在东部的平原地区，西部的沙漠、戈壁、黄土高原

地区和近海海域区。3、天然气资源截至2000年底,全国探明天然气储量25557.25亿立方米，天然气可采储量16402.05亿立方米，平均采收率为64.2%。4、水能资源及其他中国水能资源，无论是理论蕴藏还是可开发量，

均是世界五个主要水能资源丰富国家之一。全国平均水资源总量为2.81万亿立方米，其中可开发利用量约为9000亿立方米左右。可供发电的技术开发量平均每年为1.92万亿瓦时。2000年水力发电量为2224亿千瓦时，仅占可供发电量的很小一部分。可供发电的水能资源

地域分布非常不均匀，主要集中在西南地区，占全国总量的67.8%，其次为中南地区和西北区，分别占15.5%和9.9%，东北、华东和华北地区仅占1%~3%中国的铀资源居世界的第9位，储量超过10万吨，现有经

济可采储量可保证1000万千瓦核电站运行30年。今后要加强核电站建设，需要考虑燃料的多元途径供给。二、中国能源生产与消费状况2002年全国一次能源消费总量达到14.08亿tce（吨标准煤），比1980年的6.03亿tce翻了一番多。成为排在美国之后的一次能源第二大消费国，占世界一次能源消费总量

的10.6%。能源消费增长速度远低于GDP总值的增长，年增长率为4.2%中国在世界能源中的份额人均能耗与世界比较近几年中国煤炭消费中国石油消费量已由1995年的1.61亿吨增加到2001年的2.28亿吨。年均增长率5.65%。石油在一次能源消费结构中的比例相应地已由1995年17.5

%增长到2001年的24.3%。中国石油消费中遇到的主要问题是石油的供不应求。中国自1993年成为石油净进口国，到2000年，石油净进口量已达6960万吨，石油进口依存度为30%。天然气生产与消费：据《2001年中国能源发展报告》，“九五”期间，中国天然气产量迅速增加，由19

95年的179.47亿立方米增加到2001年294.00亿立方米。年均增长率高达8.67%，水资源的开发与利用2000年中国水力发电量2224亿千瓦时，仅达到经济可开发水能水能程度的17.6%，远远低于水能资源丰富的发达国家水平。中国水能资源主要分布在西部，大规模的开发利用必须“西电东送”

，需要发展远距离、超高压输变电技术，还需要考虑季节径流量变化引起的季节性电能波动和水库建设引起的淹没损失。近期大规模开发利用还受到一定的限制。第四节环境一、环境的内涵狭义上的环境：包括非生物环境，如土壤、光照、温度、湿度、空气和水份等，还包括生物环境，如生物同种个体

之间和不同种生物之间的竞争、捕食与被捕食、寄生与被寄生之间的关系等。广义的环境：我们把围绕着某一有生命主体的外部世界统统称之为环境。相对于人这一主体而言的外部世界，就是人类的生存环境。在《中华人民共和国环境保护法》明确指出；大气、水、土

地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区等各种自然因素的总和。环境就是相对于某一类生命主体（群体或个体）周围的外部条件总和，包括主体的生存空间、维持生命活动的能量和物质以及对其产生影响的各种直接或

间接因素。具体的内涵视中心体的不同而有别。对于人类社会的生存和发展而言，环境包括自然环境和人工环境。前者可以概括为生物圈、大气圈、水圈和岩石圈及其运动的影响，后者指人类自身活动所形成的物质、能量、精神文明、各种社会关系及

其产生的作用。二、环境的功能和和基本特征1、环境的功能（1）为人类生存提供所需要的资源（2）具有调节功能环境是变化着的动态系统和开放系统，在一定的时空尺度内，环境的输入和输出是相等的，是一个动态的平衡过程，人们称之为环境平衡或生态平衡。当外部的输入大

于输出时，在一定的强度下，系统可通过自我调节的能力使环境的正常功能不被破坏，这就是环境系统调节功能的作用，或称为环境的自净作用。（3）环境的服务功能。环境是生命的支持系统，如森林、草地、海洋、河流、湖泊等。它们对人类的贡献不仅仅是

提供着大量的食物、药材、各类生产和生活资料，而且还为人类提供着许多服务，如气候调节、净化环境、减缓灾害等，生态系统的这些服务功能是人类自身所不能替代的（5）文化功能人类社会的进步是物质文明和精神文明的统一，同时也是人与自然和和谐的统一。人类的文化、艺术素质是对自然环境生

态美的感觉和反应2、环境的特征（1）环境的整体性环境是一个系统，自然环境的各要素间存在着紧密的相互联系、相互制约的关系。局部地区的污染可带来全球的危害，例如，河流上游的污染就威胁着下游居民的安全，瑞典酸雨中有邻国大气污染的贡献，南极的企鹅体内也有DDT的积累。（2）环境资源的有限性由于受各种因素（

如生存条件、繁衍速度、人类获取的强度等）所制约，在具体时空范围内，对人类来说各类资源都不可能是无限的（3）环境的差异性（环境的区域性）这是自然环境的基本特征，由于纬度的差异，地球接受的太阳辐射能不同，热量从赤道向两极递减，形成了不同的气候带。即使

是同一纬度，因地形高度的不同，也会出现垂直带性差异。（4）环境的变动性和稳定性变动性是指环境要素的状态和功能始终处于不断的变化中，环境的变动性就是自然的、人为的或两者共同作用的结果。但在一定的时间尺度或条件下，环境又有相对稳定的特性。（5）危害作用的时滞性自然环境一

旦被破坏或被污染，许多影响的后果是潜在、深刻和长期的。三、环境的分类按照研究对象的范围、特性和从属关系而划分为以下三个层次：1、全球环境随着科学技术的发展、生产力的提高和生产规模的扩大，人类的许多活动已对地球的环境系统产生了影响，地球环境系统的质量变化已成为现代环境科学研究的重要对象和

领域。2、区域环境是环境差异性的地域体现。这种差异使人类与环境间的关系也随之不同，人类对环境利用和改造的方式、程度、规模、性质及后果也有所区别，因而造成的“环境问题”和解决对策也就不同。3、聚落环境是人类有目的、有计划创造出来的以人工环境为主的环境，它既是人类聚居的地方，也是人类生产活

动的中心。这类环境又可细分为院落环境、村落环境和城市环境。是形成许多“环境问题”产生的根源，一些重大“公害”都发生在聚落环境中。因此，它是环境科学十分关注的研究领域。四、人类对自然环境的作用1、推进社会的不断发展的同时又能保护自然环境，使其变得越来越好2

、不断地向环境施加各种干扰和压力，包括造成的污染和生态破坏，使自然环境的功能下降，甚至制约社会经济的发展，威胁人类的生存五、经济、能源、环境（3E）三者之间的关系（一）经济与环境1、环境是经济发展的基础根据环境的定

义，大气、水、海洋、土地、矿藏等，既是环境要素，也是资源，是生产力的重要因素。环境又是公众生活、工作的场所，环境质量的好坏对生产力最活跃的因素—劳动者的身心健康有直接的影响。所以说保护或破坏环境，就是保护或破

坏生产力，改善环境就是发展生产力。环境作为经济、社会发展的物质条件，作为经济发展的基础，它既可以直接地促进经济的发展，也会阻碍经济的发展。2、经济是环境的主导经济发展对环境产生两方面的影响：一是积极影响。即通过经济与环境的协调发

展，使生态环境得到保护，资源得到合理、永续利用；二是消极作用。不恰当的经济发展，将导致资源和生态环境的破坏。如果一味片面追求经济发展，忽视环境保护，后果将不堪设想。（二）能源与经济从经济学的角度分析，能源与经济增长的关系，表现在两个方面：一方

面是经济增长对能源有依赖性，即经济增长离不开能源；另一方面，能源的发展以经济增长为前提。因为经济增长可以促成能源的大规模开发与利用。但能源作为经济动力因素的同时也是一种障碍。能源的逐渐耗竭及能源带来的生态、环境问题，都将严重阻碍经济的发展。（三）能源与

环境能源在开发利用过程中对自然界产生一定的破坏作用，其废弃物对环境造成污染。能源环境污染所赞成的影响有两种：一是地区性的影响。如大气污染（包括烟尘，SO2，NO，CO等有害物质）、水污染和固体废物污染对地区

造成的影响，其中大气污染的影响最为严重。二是全球性的影响。如温室效应、臭氧层破坏和酸沉降，都和能源大气污染有关。第二章常规化石燃料对环境的影响第一节化石燃料的环境影响一、煤炭开采和加工转化对环境的影响（一）煤炭开采对环境的影响1、地下采煤对环境的影响（1）地表塌陷

（2）采煤废水（3）煤矸石污染（我国有大约1500座矸石山，其中140余座正处于自燃状态）（4）采煤噪声（5）采煤废气和粉尘2、露天采煤对环境的污染（1）土地表层及其附着物直接遭到挖掘性破坏；（2）剥离物压占大面积土地，严重破坏地表景观和生态环境；（3）

矿坑面积大并长期排水，引起地下水位剧烈下降，周边土壤和水体遭受污染（二）煤炭的加工转化对环境的影响1、煤炭储运过程的环境污染2、煤炭清洗工艺的环境污染（1）选煤废水（2）选煤噪声3、煤炭转化过程中的环境污染（

1）燃煤发电过程的污染（2）炼焦过程对环境的污染（3）煤制气工艺对环境的污染煤气的冷凝冷却过程中可产生高浓度的含酚、氰及硫化物的废水，同时也排放出粉尘、酸雾、恶臭、气溶胶及其他有害气体等大气污染物二、石油的开发与环境（一）石油开采污染1．钻井废水废水实际是混合了油料及化学品的泥浆稀释物，其主要

有害物质为悬浮物、油、铬和酚。2．洗井废水3．采油废水废水不仅携带有原油，而且在高温高压的油层中还溶进了地层中的各种盐类和气体（二）石油储运中的环境影响及其制品在储存、运输过程中，因蒸发、泄漏会造成对环境的污染。（三）石油炼制中的环境污染1、炼油废水：有毒有机物（

如酚）、无机盐、氮、磷以及胶体或悬浮固体。2、炼油废气：二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、一氧化碳、烃类化合物及粉尘。3、炼油废渣：酸渣、碱渣、白土渣以及废污泥三、天然气的开发与环境在天然气的开发过程中，钻井会造成地层结构、地貌

和植被（或农作物）的破坏。采气会使地层压力下降，地层压力平衡状态被打破。在天然气钻井、开采、集输和净化过程中，会产生大量的废气、废水和废渣。第二节化石燃料燃烧对环境的影响一、化石燃料燃烧产生的无机污染物及其毒性1、化石燃料燃烧

产生的无机污染物：主要包括CO、CO2、SO2、H2S、NOx、COS、CS2、C4H4S、CH3SH、C2H5SH、C2H3SH、CH3C4H3等。此外，还包括飞灰、各种微量金属元素、放射性微粒。2、毒性：对人类健康和

植物生长产生严重危害。大气中的SO2等有害气体可转化成酸雨，污染江河湖泊，危及水生生物和农作物生长，严重破坏生态环境。二、化石燃料燃烧产生的有机污染物及其毒性1、有机污染物：直链烷烃、芳香烃、脂肪醇、酚类、醛类、酮类、二恶英类2、毒性

：致癌、致畸、致突变第三章洁净煤技术与应用第一节洁净煤技术及领域一、洁净煤技术的提出洁净煤技术是煤炭开发利用中减少污染和提高效率的煤炭加工、转化、燃烧和污染控制等新技术。1、20世纪80年代中期，美国率先提出洁净煤技术：环境控制技术（NO

x、SO2排放控制系统），先进燃煤发电技术（IGCC、CFBC和先进燃烧与热机系统），煤炭加工成洁净能源技术，工业应用技术2、欧共体国家紧跟着推出未来能源计划，研究开发的洁净煤技术有：煤气化联合循环发电（IGCC）煤和生物质及废弃物联合气化（或燃烧）循环流化燃烧

（CFBC）固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。3、中国洁净煤技术领域1997年国家发展计划委员会发文以国务院批准的《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》中指出，洁净煤技术主要是包括：煤炭洗选、加工、转化、先进燃烧技术、烟气净化等方面的十四项技术，如

下表：第二节煤炭洗选加工技术一、煤炭洗选技术煤炭洗选又称选煤，是利用煤和杂质（矸石）的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品。按照选项煤

方法的不同，可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。1、物理选煤是根据煤炭和杂质的物理性质（粒度、密度、硬度、磁性及电性等）的差异进行分选，主要的物理分选方法有：（1）重力选煤，包括跳汰选煤、重介质选煤、斜槽选煤、摇床选煤、风力选煤等；（2）电磁选，利用煤和

杂质的电磁性能差异进行分选，这种方法在选煤实际应用中没有应用。2、物理化学选煤—浮游选煤（简称浮选），是依据矿物表面物理化学性质的差异进行分选。目前使用的浮选设备很多，主要包括机械搅拌式浮选和无机械搅拌式浮选两种。3、化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集，除去杂质和有害成

分的工艺过程。目前在实验室常用的化学脱硫方法，可分为碱处理、氧化法和溶剂萃取法等。4、微生物选煤是用某些自养性和异养性微生物，直接或间接地利用其代谢产物从煤中溶浸硫，达到脱硫的目的。选煤流程图煤炭洗选有以下作用：（1）提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放（2）提高煤

炭利用效率，节约能源（3）优化产品结构，提高产品竞争力（4）减少运力浪费二、动力配煤技术在现有条件下，要提高锅炉热效率，保证锅炉正常高效运行，就要使燃煤特性与锅炉设计参数匹配，煤质过高或过低都难以达到最佳效果。动力配煤技术是以煤化学、煤的燃烧动力学和煤质测试等学科和技术为基础

，将不同类别、不同质量的单种煤通过筛选、破碎，按不同的比例混合和配入添加剂等过程，提供可满足不同燃煤设备要求的煤炭产品的一种成本较低、易工业化实施的技术。动力配煤技术的作用和意义（1）在满足燃煤设备对煤质要求的前提下，可最大

限度利用低值煤，或充分利用当地现有煤炭资源；（2）保证燃烧特性与用煤设备的设计参数相匹配，提高设备热效率，节约煤炭；（3）通过“均质化”来保证燃煤质量的稳定，保证用煤设备正常、高效运行；（4）按不同地区对大气环境、水质的要求，将不同品质的煤相互配合，可以调

节煤中硫分及氮、氯、砷、氟等有害元素含量，减少SO2，NOx及有害元素的排放，最大限度地满足环境保护要求。三、型煤技术型煤是用一种或数种煤粉与一定比例的黏结剂或固硫剂在一定的压力下加工形成的，具有一定形状和一定物理化学性

能的煤炭产品。型煤是适合中国国情的、应该鼓励推广应用的洁净煤技术之一。四、水煤浆技术(一）水煤浆技术及特点水煤浆技术是20世纪70年代世界范围内的石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方式：将煤炭、水、部分添

加剂加入磨机中，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。技术特点：（1）具有较好的流动性和稳定性，可以像石油产品一样储存、运输，同时不会造成污染。（2）并且具有不易燃、不污染的优良特性，是目前比较经济和实际的清洁煤代油燃料。（3）由于水煤

浆是采用洗精煤制备，其灰分、硫分较低。（4）在燃烧过程中，水分的存在可以降低燃烧火焰中心的温度，抑制氮氧化物的产生量。水煤浆技术的应用局限性：1、适宜制水煤浆的煤种为中等变质程度煤，褐煤和无烟煤成浆性差，有的煤不适宜制浆；

2、受水煤浆稳定性和运输价格的影响，水煤浆有合理的运输半径，一般为100~300km；3、原设计为燃油的锅炉，由于炉膛较小，改烧水煤浆后，依锅炉类型不同负荷将下降20%左右；4、水煤浆价格高于煤粉，在场地、经济条件允许的情况下，企业应比较燃油改烧水煤浆与直接改为燃煤的经济

及环境效果；5、水煤浆技术的推广受国内外石油价格的影响，若石油价格低，水煤浆技术有可能失去市场竞争力。第三节洁净燃烧与发电技术煤炭洁净燃烧技术即在煤的燃烧过程中提高效率、减少污染物排放的技术，包括：超临界发电技术⚫循环流化床锅炉（CFB）燃烧发电技术⚫增

压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）发电技术⚫整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术、低NOx燃烧等洁净发电技术⚫工业锅炉高效燃烧技术。一、超临界发电技术根据进入汽轮机高压缸的主蒸汽的热力状态不同，锅炉包括“亚临界”和“超临界”两种。水蒸气的临界点

参数：22.1Mpa（绝对压力）、374℃。超临界机组运行的压力和温度都高于亚临界机组，因此超临界机组具有较高的效率。超临界锅炉常常又称直流式锅炉。超临界机组的高温高压管道和汽缸都比亚临界机组的厚一些或更高强度材料制成。目前常规电厂最常采用的

是亚临界锅炉,主蒸汽压力最高为18MPa,最低为3.5MPa。给水温度为177~230℃。锅炉出口蒸汽温度为455℃，在过热器中加热到565℃，目前最高可加热到600℃。一般常规亚临界机组（蒸汽压力和温度为

17MPa，538℃/538℃）的净效率为37%~38%。超临界锅炉的高压蒸汽压力最低为23MPa，最高压力为35MPa。给水和锅炉出口蒸汽温度与亚临界锅炉基本相同。一般超临界机组（24MPa，538℃/538℃）的净效率约为40%~41%，煤耗率比亚临界锅炉要低4%左右。如果超临界机组

的蒸汽温度和压力能提高到31MPa，600℃/600℃/600℃（需要进行二次再热），它的效率能进一步提高，煤耗率要比常规亚临界机组低8%。超超临界（USC）技术是将蒸汽温度和压力提高到超过570℃。目前前正在研究开发两次再热锅炉，使其蒸汽运行压力和温度达到35

MPa，650℃/650℃/650℃。超超临界机组的净效率一般可达到44%~45%，比常规亚临界机组高出11%左右，比目前安装在OECE国家的最先进的超临界机组的热效率高出3%~4%。国外超临界发电技术发展现状（1）超临界机组超临界机组已开发

40余年，目前，全世界已投入运行的超临界及以上的参数的发电机组有600多台，其中美国有170多台，日本和欧洲各约60台，俄罗斯及原东欧国家280余台，最大的单机容量为1300MW，最高蒸汽参数36MPa，650℃/650℃

。20世纪80年代开始，美国几乎停止了超临界的发展。20世纪90年代新建机组容量多在700~800MW。1992年底又投运了1台1300MW燃煤机组，参数为24.1MPa，538℃/538℃，机组的可用率达到92%

以上。（2）超超临界机组随着超临界机组技术的日趋完善，国外20世纪末把目标又定在效率更高的超超临界技术开发应用上，超超临界机组以及与之匹配的新一代污染控制技术正在商业化。日本、德国和丹麦等欧洲国家发展处于领先地位。世界范围内属

于超超临界参数的机组大约有60余台。国内超临界发电技术发展现状⚫中国已有多台300MW、500MW及600MW、800MW、900MW超临界机组投入运行，都是进口机组。⚫进行过多次600MW超临界机组方案设计，已具备自制条件，但至今没有实践机会，没有生产过一台国产品牌的超临

界机组。⚫到2001年底全国有超临界机组7800MW，约占火电机组的3%，加上在建容量约占火电机组容量不到5%。⚫国家发展计划委员会已确定河南沁北电厂作为超临界机组国产化的依托重点建设工程，完成600MW超临界机组及成套设备的设计与制造。目前国内与国外

的主要差距如下：（1）国内超临界技术处于起步阶段，但尚无实践经验，急需迈出关键性的一步。（2）辅机、特别是阀门还是薄弱环节。（3）耐高温合金材料是制约超临界和超超临界机组发展的主要因素，在炉膛、过热器和再热器出口及汽轮机高压缸和中压缸的第一级材料目前还需依靠进口。（4）自动化系统与装置的国产化率

需要进一步提高。二、循环流化床锅炉1．循环流化床锅炉燃烧技术的原理及特点（1）低温燃烧：不需要任何脱氮措施。可实现燃烧过程直接脱硫脱硫率可达85%以上。（2）燃烧稳定，燃料适应性广。（3）燃烧强度高，燃烧效率高。循环流化床强化了炉内的传热

和传质过程，延长了颗粒的停留和反应时间，其热效率比一般煤粉炉高5%左右。（4）负荷调节范围大，低负荷可降到30%左右。调节速度每分钟可达5%~10%。（5）灰渣活性好。可直接用于城建中的建材，如铺路材料、制砖

和水泥掺合料。因此，不需要占用宝贵的土地资源来建储灰的灰厂。2、循环流化床锅炉的应用与早期发展⚫1921年12月德国人温克勒（FrizWinkler）发明了第一台流化床。⚫1938年12月麻省理工学院刘易斯、

吉里兰发明了快速流化床。⚫1920～1950年鼓泡流化床锅炉占主要地位。⚫1979年芬兰奥斯隆（Ahlstrom）公司生产了20t/h的循环流化床锅炉。⚫1982年德国鲁奇公司第一台50t/h商用循环流化床锅炉投入运行。（商业化开始的标志）

⚫1995年，250MW循环流化床锅炉（700t/h、16.3MPa、565/565℃）在法国投运。（大型化标志）四川白马循环流化床示范电站是从国外引进大型循环流化床锅炉设计制造技术和一台300兆瓦循环流化床锅炉设

备的大型洁净煤发电示范工程。投资16.5亿元的该项目是国家鼓励发展的节能环保性发电示范项目，始建于2003年5月。目前电站工程已进入单体调试阶段，预计2005年11月并网发电。在技术上，循环流化床燃烧已形成以下成熟技术：鲁奇公司为代表

的绝热旋风筒带有外置换热床的循环流化床技术；以德国B＆W公司为代表的采用塔式布置中温旋风分离循环流化床技术；以原芬兰Alhstrom公司为代表的燃烧室内布置翼形受热面的高温绝热旋风分离的循环流化床技术；以美国FW公司为代表的带有Int

rex的汽冷旋风分离循环流化床技术。20世纪90年代中期，前Alhstrom公司开发出的方型分离紧凑式循环流化床技术。美国巴威循环流化床锅炉芬兰奥斯隆循环流化床德国鲁齐循环流化床锅炉3、国内循环流化床锅炉技术基本紧跟国际发展前沿的技术。目前存在的主要技术问题1)磨损问题2）炉内脱硫应用问题3）制

造方面的问题4）系统配套和优化问题：如需要研究煤种与锅炉设计的关系，锅炉大型化的设计方法与准则等。还需要研究中国劣质煤和难燃煤质的循环流化床燃烧技术。5)大型化遭遇到的难题锅炉大型化后出现燃烧、流动、传热及系统部件性能与系统集成等问题，如

CFBC锅炉的炉膛、旋风分离器、外置床热交换器等结构问题，密相两相流动机理和燃烧机理问题，中温燃烧释热和换热机理统一模型表达问题，脱硫过程的气固反应、气体扩散和固体流动及燃烧扩散问题，炉膛三维尺度放大对工作过程影响问题等。三、增压流化床燃烧联合循

环发电1、概述增压流化床锅炉燃烧（PFBC）技术原理：从PFBC燃烧室（也就是PFBC锅炉）出来的增压烟气，经过高温除尘后，可进入燃气轮机膨胀做功。通过燃气/蒸汽联合循环发电，发电效率得到提高，目前可比相同蒸汽参数的单蒸汽循环发电提高3％～4％

。根据流化床的工作流速不同，又可分为增压鼓泡流化床锅炉（PBFB）和增压循环流化床锅炉（PCFB）两种类型。ABBP200型PFBC－CC电站系统（第一代增压鼓泡流化床）1一燃烧室；2一压力壳体；3一燃气轮机；4一给煤；5一灰排放；6一旋风分离器；7一

发电机；8一省煤器；9一蒸汽轮机；10一冷凝器第一代PFBC－CC发电系统的最大弱点：流化床内燃烧温度在900℃左右，从根本上限制了燃气透平的进口温度，使燃气循环效率不能进一步提高，以至发电效率难以超过42％。(过高的温度使煤的燃烧过程易引起结渣，也可使流化床内脱硫过程的效率

下降)第二代PFBC－CC系统PFBC-CC发电技术是一项正在发展中的技术，尚存在一些技术难点，如高性能的高温烟气除尘器。第一代技术在燃气轮机的磨损、腐蚀、沉积的防护、处理技术、固体处理技术的长期可靠性、负荷调节控制技术等方面，也还存在一些技术障碍。四、整体煤气化联合循环发电整体煤气化

联合循环（IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，第一部分为煤的气化与净化部分，主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）；第二部分为燃气-蒸汽联合

循环发电部分。整体煤气化联合循环系统优点：GCC发电的净效率可达43％～45％；污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10；脱硫效率可达99％，SO2排放在25mg/m3左右，NOx排放只有常规电站的15％

～20％耗水只有常规电站的1/2～1/3，有利于环境保护。问题：近30年来，世界上单纯发电的IGCC电站进展缓慢，只达到商业规模示范，还未商业化推广应用。其原因主要在于IGCC系统和设备复杂，技术经济指标的先进性还待提高，煤的气化、净化以及高温燃气轮机等技术难度

大五、低NOx燃烧技术氮氧化物的主要来源之一是煤炭燃烧，不仅危害动、植物的生长和健康，而且会形成光化学烟雾和酸雨，危害环境。大气中氮氧化物的含量已逐渐引起了各国的关注，许多国家制订了非常严格的氮氧化物排放法规。国内外研究控制常规燃煤电厂NOx排放技术已有多年，目前开发出的技术大致可分为两大类：一类

是尾部加装烟气脱氨装置，其优点是可将其排放降至200mg/m3以下，但初投资高、运行费用昂贵，只在德国、日本等少数工业化国家得到应用。另一类是通过燃烧技术的改进降低NOx排放量，这种措施相对简单，投资、运行费用低，是当前采用最广泛的经济有效措施，也是各工业国下大力

气不断完善的措施。1、氮氧化物分类：（1）热力型Nox：由燃烧空气中游离的氮和氧在高温下反应形成特点:燃烧温度越高，燃烧范围内氧浓度越高，在高温范围内燃烧气化滞留时间越长，产生的NOx越多（2）燃料型NOx：煤炭挥发

分中的有机氮化物氧化形成特点：与燃料种类有关2、低NOx燃烧技术（1）低过量空气燃烧（2）空气分级燃烧绝大多数大型锅炉采用这种方法，基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70％～75％（相当于理论空气量的80％），使燃料先在

缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，降低了燃烧区内的燃烧速度和温度。不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在燃烧中的生成量。第二阶段：将完全燃烧所需的其余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口（火上风喷口）送入炉膛，与第一级燃烧所产生的烟气混

合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。（3）燃料分级燃烧（再燃技术）在燃烧中已生成的NO遇到CH4和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应，反应式为：4NO十CH4→2N2十CO2十2H2O2NO十2CnHm＋（m/2十2n-1）O2→N2十2nCO2十mH2O2NO十2C

O→N2十2CO22NO＋2C→N2＋2CO2NO十2H2→N2十2H2O将80％～85％的燃料（称为一次燃料）送入第一级燃烧区，在α＞1条件下，燃烧并生成NOx。其余15％～20％的燃料（二次燃料，或称再燃燃料

）则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区（又称再燃区），在α＜1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子，抑制新的NOx生成，使NOx的排放浓度进一步降低。采用

燃烧分级一般可降低40％～50％的NOx。（4）烟气再循环烟气再循环法是目前使用较多的低NOx燃烧技术。它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气，直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，这样做不但可降低燃烧温度，而且也可降低氧气浓度，进而降低NOx的排放浓度。再循环烟

气量与不采用烟气再循环时的烟气量之比，称为烟气再循环率。特点：NOx的降低率随着烟气再循环率的增加而增加。燃烧温度越高，烟气再循环率对NOx降低率的影响越大。烟气再循环率为15％～20％时，煤粉炉的NOx排放浓度可降低25％左右。（5）低NOx燃烧器低NOx燃烧器设备投资较低，NOx降低效果

好，是世界上迄今为止最广泛使用的NOx控制技术。新型低氮燃烧器的原理是通过在燃烧器附近区域形成一个还原区，尽可能降低着火氧的浓度，适当降低着火区的温度，达到最大限度地抑制挥发性氮形成NOx。第四节先进发电技术综合评价一、（

1）亚临界十FGD（脱硫装置）、超临界十FGD、超超临界十FGD、CFBC、IGCC、PFBC－CC比较增压流化床燃烧联合循环（PFBC-CC）利用带压力和温度排出的烟气带动燃气轮机发电，可以提高热效率，目前已达到42％左右，环保性能好，可满足当前的环保要求，但其

制造复杂，排出的高温烟气的除尘技术也十分困难。整体煤气化联合循环发电（IGCC）系统比较复杂，首先是把煤炭变成气体，然后利用所产生的气体带动燃气轮机及余热产生的蒸汽带动汽轮机发电。净热效率可达到42％～45％

，环保性能最好，但投资过高，可用率不高。目前PFBC、IGCC等技术仍处于试验或示范阶段，在大型化方面还有很长的路要走，近期内很难得到大规模的发展。大型循环流化床CFB（300MW以上）发电，脱硫效率在85％

以上，可满足当前的环保要求；循环流化床锅炉燃烧效率可达97％以上，热效率与粉煤锅炉（PC)安装脱硫装置（PC＋FGD）相当，约为38％～40％。300MWCFB电厂工程总投资费用高于国产及进口的常规PC电厂，与安装脱硫装置的PC电厂相当。随着CFB锅炉国产化率的提高，其造价将

会降低，略低于PC＋FGD电厂。超临界和超超临界燃煤发电机组在国际上已经是商业化的成熟的技术，发电效率高，其可用率、可靠性、运行灵活性和机组寿命等方面已经可以和亚临界机组相媲美。但若燃煤的含硫量高，需要

配套FGD。综合比较各项技术，可得如下结论：⚫技术成熟度和可用率：亚临界十FGD、超临界十FGD、超超临界十FGD、CFBC、IGCC、PFBC-CC，由高到低。⚫发电效率：以超超临界机组为最高；其次为IGCC，净

热效率达45％；超临界机组发电效率可达41％～43％；增压流化床燃烧联合循环（PFBC－CC）热效率可达42％左右；循环流化床锅炉热效率不高，与常规煤粉炉电厂相当。⚫单位煤耗：从低到高为IGCC、超超临界十FGD、超临界十F

GD、PFBC－CC、CFBC。⚫环保性能：从高到低为IGCC、PFBCCC、CFBC、超临界十FGD（超超临界十FGD）。⚫建厂投资：从低到高为CFBC、超临界十FGD、PFBCCC、IGCC。⚫运行成本：天然气发电项目单位投资比较低，环保效果也比较好，但由于燃料成本比较高，与洁净煤

发电项目相比，不具有竞争力。因此，综合考虑各种因素，应在全国大力推广超临界和超超临界机组（配套FGD），作为今后新发展的主力机组，以CFBC发电机组作为补充。同时安排IGCC和PFBC－CC示范，积累经验。3.6煤炭转化技术煤炭转化技术包括:煤炭液化、煤炭气化、多联产、燃料电池，

是将煤炭转化为清洁的二次能源和化工产品的技术。煤炭转化技术的应用，有利于改变中国终端能源的消费结构，减少煤炭直接燃烧量，减少因燃煤造成的环境污染，在一定程度上缓解中国石油供需矛盾，对保障中国能源安全具有重大意义。一、煤炭气化煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温

度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为以CO、H2、CH4等可燃气体为主要成分的生产过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。煤炭气化工艺可按压力、

气化剂、气化过程、供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：①固定床气化。在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加人，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，

煤料下降速度很慢，因此称之为固定床气化，也称为移动床气化。②流化床气化。它是以粒度为0～10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于

控制，提高气化效率。③气流床气化（喷流床气化）它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100μm以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在较高温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应。煤炭气化技术主要用于下列领域:①

化工合成原料气②工业燃气③民用煤气④冶金还原气⑤联合循环发电燃气⑥燃料油合成原料气和煤炭液化气源⑦煤炭气化制氢⑧煤炭气化燃料电池二、煤炭液化煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。煤炭液化技术中又可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。煤的直接液化技术

是将固体煤在高温高压下与氢反应，将其降解和加氢从而转化为液体油类。该工艺是把煤先磨成粉，再和自身产生的部分液化油（循环溶剂）配成煤浆，在高温（450℃）和高压（20～30MPA）下直接加氢，获得液化油，然后再经过提质加工，得到汽油

、柴油等产品。1t无水无灰煤可产500～600kg油，加上制氢用煤，约3～4t原料煤产1t成品油。煤的间接液化技术是先将煤气化，然后合成燃料油和化工产品。煤的间接液化工艺流程简图如图所示。煤炭液化技术的作用⚫将煤炭转化为油品⚫可同

时生产大量化工产品中国乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、LPG等的国内生产与市场需求之间有较大差距，每年需要大量进口。煤炭液化在得到发动机燃料油的同时，可生产大量化工产品三、燃料电池（一）燃料电池的工作原理第一代动力系统蒸汽机和第二代动力系统内燃机消耗

了大量不可再生的自然化石能源资源，且造成了严重的环境污染。为了解决经济发展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的任务。质子交换膜燃料电池（PE

MFC）技术就是这样一种绿色能源技术，它使用可再生的能源资源——氢气，可实现零排放。PEMFC是具有能源革命意义的新一代能源动力系统，被认为是继蒸汽机和内燃机之后的第三代动力系统。鉴于氢燃料电池对解决“能源短缺”和

“环境污染”这两大世界难题有重要意义，国际能源界普遍认为氢能是一种可持续发展的能源，21世纪将是氢能世纪，人类将告别化石能源而进入氢能经济时代。1、质子交换膜燃料电池的工作原理燃料电池的工作过程实际上是电解水的逆过程，其基本原理早在1839年由英国律师兼物理学家威廉.罗泊特.格鲁夫（Wi

lliamRobertGrove）提出，他是世界上第一位实现电解水逆反应并产生电流的科学家。PEMFC技术是目前世界上最成熟的一种能将氢气与空气中的氧气化合成洁净水并释放出电能的技术，其工作原理如图所示：（1）氢气通过管道到达阳极，在阳极催化剂作用

下，氢分子解离为带正电的氢离子（即质子）并释放出带负电的电子。（2）氢离子穿过电解质（质子交换膜）到达阴极；电子则通过外电路到达阴极。（3）在电池另一端，氧气（或空气）通过管道到达阴极；在阴极催化剂作用下，氧与氢离子及电子发生反应生成水。2、质子交换膜燃料电池的优点（1）能

量转化效率高。通过氢氧化合作用，直接将化学能转化为电能，不通过热机过程，不受卡诺循环的限制。（2）可实现零排放。其唯一的排放物是纯净水（及水蒸气），没有污染物排放，是环保型能源。（3）运行噪声低，可靠性高。

PEMFC电池组无机械运动部件，工作时仅有气体和水的流动。（4）维护方便。PEMFC内部构造简单，电池模块呈现自然的“积木化”结构，使得电池组的组装和维护都非常方便；也很容易实现“免维护”设计。（5）发电效率受负荷变化影响很小，非常适合于用作分散型发电

装置（作为主机组），也适于用作电网的“调峰”发电机组（作为辅机组）。（6）作为燃料电池燃料的氢气，其生产、储存、运输和使用等技术目前均已非常成熟、安全、可靠。3、质子交换膜燃料电池的应用（1）用作便携电源、小型移动电源、车载电源

、备用电源、不间断电源等。（2）可用作助动车、摩托车、汽车、火车、船舶等交通工具动力，以满足环保对车辆船舶排放的要求。（3）是可用作分散型电站。PEMFC电站可以与电网供电系统共用，主要用于调峰；也可作为分散型主供电源，独立供电，适于用作海岛、山区、边远地区或新开发地区电站。4、

燃料电池的分类最常用的方法还是以燃料电池中最重要的组成部分即电解质来划分。按电解质划分，燃料电池大致可分为五类：碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐

燃料电池（MCFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）。四、多联产系统多联产是指将多种煤炭转化技术通过优化集成组合在一起，可以同时生产各种化学品、液体燃料以及燃气、电、热等洁净二次能源的生产过程。它可实现煤炭能源价值的梯级利用，使煤炭利用效率和经济效益得到优化。优点：1、以煤气化

为中心的清洁技术。多联产系统可实现多过程耦合、多产物制备，一个生产过程的“废物”可以作为另一个过程的原料而加以利用，最大程度解决效率、环境、效益问题。2、技术工艺路线可以链接和耦合。多联产系统可进行跨行业、跨部门生产，同时生产化工产品、洁净燃料、电力、热力等多

种高附加值的产品，工艺组合与产品结构灵活可调，可实现保护环境、提高经济效益的双重目的。3、是一个具有自身更新能力的开放系统多联产系统在组成上十分灵活，它可以不断发展新型技术，抛弃落后过时的技术，使自身不断地发展前进。4、有可能大大减少温室

气体CO2排放通过煤气化和转化反应，CO2有可能被直接分离出来，得到高纯度CO2，这就使CO2综合利用成为可能。5、可为中国发展氢能提供良好的基础第4章能源转换技术能源转换的类型第4章能源转换技术4.1矿物燃料发电4.

1.1热力学定律1、热力学第一定律:在与外界无物质交换的体系中，从状态1变成状态2时，从体系外接受热能ΔQ和对体系外做功Δw的总和，等于状态1和状态2的内能U之差ΔU，而与途中的过程无关。其数学表达式如下：Q=ΔU十ΔW第4章能源转换技术由活塞和汽缸组成的体系如图。从

外部加上热量ΔQ时，设截面积为S的活塞在压力P作用下向外移动Δx做功。这个功可用ΔW=PSΔx=PΔV表示。因此，热力学第一定律也可以写成ΔQ=ΔU十PΔV。其中，P、V、U都是只取决于始、终状态而与过程的路径无关的量，称

为状态函数。第4章能源转换技术2、热力学第二定律规定热不能自发地从低温物体移向高温物体的定律。某一温度下物质得到的热量除以温度，得到的值定义为熵S。某体系的温度为T，从外部向体系加人热量ΔQ时，熵的增量ΔS可定义如下：ΔS=ΔQ/T第4章能源转换技术温度不同的两种物质，设热量ΔQ从物质1移到物质2

。这时，前者损失的熵是ΔS1=ΔQ/T1，后者得到的熵为ΔS2=ΔQ/T2。根据热力学第二定律，必定是T1＞T2，所以S2<S1。由此可见，在不可逆过程中，体系的熵必定增加。此外，没有熵的增减的那类理想的状态变化称为可逆过程。第4章能源转换技术4.1.2卡诺循环在利

用蒸汽发电的发电厂，水作为工作流体，经历各种过程后返回原状的工作过程，周而复始地进行，这种变化过程称为热循环。将两个理想的可逆等温过程和两个理想的可逆绝热过程组合，所得到的热循环叫做卡诺循环。第4章能源转换技术1→2是等温膨胀过程。2→3是绝热膨胀过程。3→4是等温压缩过程。4

→l是绝热压缩过程。第4章能源转换技术循环是由理想可逆过程组成的。对外所做的功W=Q1-Q2。热效率η=W/Q1=（Q1-Q2）/Q1=1-Q2/Q1=1-T2/T1（理想可逆过程的熵S一定，因此Q=TS）由此可知，高温热源的温度越高、低温热源的温度越低，热效率越高。第4章能源转换技

术4.1.3朗肯循环（蒸汽循环）下图朗肯提出的用水蒸气和水做工作流体的循环，因此称为朗肯循环。第4章能源转换技术η=W/Ql=（Ql一Q2）/Q1第4章能源转换技术4.1.4燃气轮机第4章能源转换技术4.1.5复合循环发电第4章能源转换技术设燃气轮机的吸热量、放热量为Q1和Q2

，燃气轮机的热效率为:设蒸汽轮机的吸热量、放热量为Q3和Q4，蒸汽轮机的热效率为：复合循环的热效率能够表示为要提高这类循环的热效率，首先应提高汽轮机的入口温度，即增大Q1。同时，Q2和Q3也随之增大，综合热效率ηc提高。121/)(QQQg−=343/)(QQQs−=sggc)

1(−+=第4章能源转换技术4.2原子能发电普通矿物燃料，利用的是化学反应时分子内放出的轨道电子的部分势能。原子能利用的则是原子核反应时放出的原子核势能。原子由原子核及其周围的轨道电子组成，原子核由质子和中子构成。原子的序号是Z、质量数是A，则构成

原子核的质子数为Z、中子数为A-Z，围绕原子核旋转的电子数也是Z。原子的化学性质取决于轨道电子的数量，即取决于原子序号。因此把原子序号相等，即化学性质相同，而质子数不同的元素叫做同位素。第4章能源转换技术单位核子（质子、中子）的结合能单位核

子的结合能越大，意味着原子核越稳定。例如铁和锰等质量数为55左右的元素最稳定。无论是质量数为235的铀的原子核裂变成两部分，还是两个质量数为2的氖聚变成质量数为4的氦，结合能会出现多余部分，这部分能量可以释放出来。4.2原子能发电

一、核裂变反应铀235核裂变时，一个原子的核裂变产生约200MeV的能量。1克当量的铀235核裂变的能量为82GJ，相当于燃烧3.3吨煤的能量。4.2原子能发电二、轻水堆原子反应堆，是控制核裂变反应，把所产生的能量以热量的形式安全地放出的系统。系统包括核燃料、中子减速材料和控制棒、冷却材料。按照使

用的材料分类，原子反应堆可以分成石墨堆、轻水堆、重水堆、液体金属冷却堆、气体堆等。世界上建成最多的是轻水堆。轻水堆按冷却水压力不同分为分压水堆和沸水堆。4.2原子能发电（一）压水堆反应堆内压力高达150大气压左右，冷却水被加热到320℃左右高

温，但并不沸腾。冷却水送入蒸汽发生器。在蒸汽发生器中，使二次冷却水沸腾，变成蒸汽进到汽轮机做功发电。4.2原子能发电燃料芯块是由二氧化铀烧结而成的，含有2～4%的铀－235，呈小圆柱形，直径为9.3毫米，装在两端密封的锆合金包壳管中，成为一根长约4米、

直径约10毫米的燃料元件棒。把200多根燃料棒按正方形排列，用定位格架固定，组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样，一座压水堆所需燃料棒几万根，即1千多万块二氧化铀芯块堆芯。4.2原子能发电控制棒用银铟镉材料制成，外面套

有不锈钢包壳，可以吸收反应堆中的中子，用来控制反应堆核反应的快慢。如果反应堆发生故障，立即把足够多的控制棒插入堆芯，在很短时间内反应堆就会停止工作，这就保证了反应堆运行的安全。4.2原子能发电（二）沸水堆冷却水在

约70个大气压下沸腾，产生的蒸汽送入汽轮机做功发电。4.2原子能发电三、快中子增殖反应堆利用铀-238进行裂变反应，将其转变为可裂变的钚-239（制造核弹材料）。在从铀-238向钚-239的转换中，中子的能量越大转换率越高，因此出现

了核裂变中子不减速、发生连锁反应的反应堆——快中子增殖反应堆。为了保证钚的高生成率，不能用水做冷却剂。这是因为中子和质子的质量相等，通过一次弹性碰撞，中子的能量就会全部被水的质子吸收。4.2原子能发电液态金属钠的原子量较大，是质量合适、导热率

高、不腐蚀的良好的冷却剂。利用具有这种性质的冷却剂兼减速材料，每一次核裂变反应将生成一个以上的钚239。钠的沸点高．出口温度能提高为550℃，所以热效率高。同时因为钠蒸汽压低，所以不需要像轻水堆那样加高压，不必担心管路破裂引起的冷却剂急剧丧失故障。

4.2原子能发电四、核聚变发电爱因斯坦早在1905年研究相对论时就提出了“质量和能量在某种意义上是相当的”思想，这个思想可用一个方程表述：E=mc2。这就是著名的“质能关系”。它表明在任何过程中，放出的能量总是和相当的质量减少相关联的。4.2原子能发电1925年英国物理学家弗朗西

斯·威廉·阿斯顿在用质谱仪测量原子核质量时发现，任何原子核的质量要比组成该原子核的所有粒子的质量总和要少些，这种现象叫做“质量亏损”。当两个轻原子核结合成一个较重原子核时，由于质量亏损而释放出的能量称为核聚变

能。4.2原子能发电核聚变反应的燃料是氘，作为稳定的核物质在天然的氢气中含有0.0015％，因此，它是取之不尽的能源资源。一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时能释放出17.6兆电子伏特的能量，平均每个核子放出的能量是裂变的好几倍，是化学燃料的几百万倍。4.2原子能发电核聚变的临界条件（1）获得能够

克服库仑力，发生碰撞的速度→高的温度（2）单位时间内多次碰撞产生大的能量→高的氢密度（3）用所产生的能量促进下一次反应→长的能量箍缩时间4.3太阳能发电一、太阳能发电及其特点太阳能发电的方式有多种，主要有太阳能光伏发电，光感应发电，光化学电和光生物

发电等，其中太阳能光伏发电应用得最为广泛。太阳能光伏发电主要是利用半导体太阳电池的光伏效应发电。它是由法国物理学家皮奎雷尔在1839年发现的。伏打电池在受光照射的时候，能够产生额外的伏打电动势，这种现象称为光生伏打

效应，简称光伏效应。4.3太阳能发电太阳光照射到p-n结半导体材料上时，光子同半导体中的原子价电子碰撞，产生电子-空穴对，光能就以产生电子-空穴对的形式转变为电能．在p型和n型交界面两边形成势垒电场，就将电

子驱向n区，空穴驱向p区，产生所谓的光生伏打电动势。4.3太阳能发电特点：⚫没有动力机械，是安静的清洁的能源⚫维修方便，容易自动化⚫不论规模大小，均按一定的效率发电⚫由子采用模块结构，容易实现大批量生产，规模效益大⚫使用漫射

光也能发电⚫光发电可有效利用废弃的能源4.4太阳热发电一、太阳能集热板材料特性4.4太阳热发电⚫需要集热板具有的功能是，既能很好地吸收太阳光，又不使内部积蓄的热量散失（不发射红外线）。⚫到达地面的太阳光的能量，99%都含在波长为0.17～4μm的区域，因此要求集热板在这一波长范围内吸热率要高。⚫

集热板的温度高达近百度，其发射波长为2～10μm。⚫3μm以下的短波区吸收率高，在2μm以上的长波区发射率低的材料。⚫铜氧化物（CuxOy）、四氧化三铁（Fe3O4）、黑铬镀层（CrxOy）、黑镍镀层（NiS/ZnS）4.4太阳热发电集热形太阳热系统塔式太阳能发电站4.4

太阳热发电柱面集热式太阳能发电站4.4太阳热发电分散式太阳能发电站4.5自然能的利用一、水力发电水力发电就是利用水力推动水力机械(水轮机)转动，将水势能转变为机械能，机械能又转变为电能的过程。1、作为常规电站使用4.5自然能的利用2、作为调峰电站使用在夜间等电力供给有余的时段，使用剩余的

电能将水从下池提到上池；在白天等用电高峰的时段，可放流上池的水发电。4.5自然能的利用二、风力发电太阳投射到地球上的辐射能有20％左右被地球表面所吸收，这些能量中的一部分将大气加热，由于地球表面上的温度差异较

大，导致大气的温度也不一样，这样引起了大气的流动，形成了风，让风推动风车旋转，依靠由此获得的机械能发电。4.5自然能的利用1、风轮叶片2、机头3、回转体4、尾舵5、拉绳4.5自然能的利用设受风的平面与风向垂直、截面积为A、风速为v，空气密度为ρ，单位时间内通过风车的空气质量为ρAv。则风力发电功

率为：32)2/1()2/1(AvvAvP=•=4.5自然能的利用三、地热发电地热发电是利用从地球内部流出的热发电的方法。从地球表面到地球中心，每深入l00米地球的温度会提高3℃，到地心温度将达到6000℃的

高温。4.5自然能的利用地热发电的两种形式4.5自然能的利用四、潮汐发电潮汐发电，是利用潮水涨落时海面的水位差发电。山东的白沙口潮汐电站和浙江的岳浦潮汐电站4.5自然能的利用浙江的江厦潮汐电站4.5自然能的利用五、波浪发电利用波浪上下运动，在浮动体内造成连续的空气

流，空气流推动空气涡轮机叶片旋转带动发电机发电。4.5自然能的利用六、海洋温差发电海面表层温度为20～35℃，而水深500m处的温度常年固定在5℃左右，利用此温差可以发电。1、封闭循环法使用氨、丙烷、氟利昂等低沸点介质，用表层温水使介质蒸发，驱动蒸汽轮机

，然后用深层冷水使其凝聚变成液体，再送到蒸发器，完成循环进行发电。4.5自然能的利用封闭循环法4.5自然能的利用2、开式循环第七章新能源的开发利用及对环境的影响所谓新能源，一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源。新能源主要有太阳能、风能、生

物能、地热能、海洋能、氢能、小水电、垃圾发电、天然气和空气能。7-1太阳能太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、太阳能、海洋能、水能等都来自太阳能。一、太阳能利用方式1、太阳能热利用通过转换装置把太阳辐射能转换成热能2、太阳能热发电利用太阳能转换的热能加热

工质，将工质循环进行发电3、太阳能发电利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换，因此又称太阳能光伏技术。20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池；二

是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展时期奠定了技术基础。太阳能利用主要缺点：一、能流密度低；二、其强度受各种因素（季节、地点、气候等）的影响不能维持常量。太阳能对环境的影响可

归纳为：（1）无有毒气体和CO2排出，不污染大气环境。（2）占用较多的土地，发电能力为1MW的中央接受式太阳能发电站约占地3×104～4×104m2，而1000MW的核电站只占地5×104m2。（3）太阳能集热系统吸收太阳能后，减少了地面、建筑物反射回空间的能量，大规模使用太阳能

可能对局部气候有影响。（4）巨大的集热系统及聚光装置影响景观，改变建筑风格和规范，增加造价和带来其它新的问题。7-2风能风是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。到达

地球的太阳能中大约2％转化为风能。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。一、风能缺点：（1）能流密度低。风能来源于空气的流动，而空气的密度很小的，因此风力的能量密度也很小。风速为

3m/s时，能流密度为0.02kW/m2。（2）不稳定。由于气流瞬息万变，因此风的脉动、日变化、季变化以至年际的变化都十分明显，波动很大，极不稳定。（3）地区差异大。由于地形的影响，风力的地区差异非常明显。一个邻近的

区域，有利地形下的风力，往往是不利地形下的几倍甚至几十倍。二、风能优点：（1）蕴量巨大；（2）可以再生；（3）分布广泛；（4）没有污染。7-3生物能生物质是指由光合作用而产生的各种有机体。生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。

生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。生物质包括薪柴，农林作物，能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物等。一、生物能优点：（1）提供低硫燃料；（2）提供廉价能源；（3）将有机物转化成燃料可减少环境公害（例如，垃圾燃

料）；（4）与其他非传统性能源相比较，技术上的难题较少。二、生物能缺点：（1）利用规模小；（2）单位土地面的有机物能量偏低；（3）缺乏适合栽种植物的土地；（4）有机物的水分偏多（50%～95%）。三、生物能利用技术：（1）直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能；（

2）利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物（供制造乙醇）、含有碳氧化的合作物、草本作物、水生植物。（3）生产木炭和炭；（4）生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生物质气化器和喷气

式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合发电装置。（5）对农业废弃物、生活废弃物或城市固体废物等进行厌氧消化生产沼气，避免用错误的方法处置这些物质，以免引起环境危害。开发生物质能对中国的重要意义中国生物能技术发展的前景（参考讲

义内容）（作业内容）7-4垃圾电厂与环境随着社会的发展及城市的建设，城市垃圾的处理成为日益突出的问题。过去，我国城市垃圾的处理主要靠堆埋(堆肥及填埋)，但随着现在城市用地的日益紧张、人类居住环境要求的提高及科学技术水平的发展，垃圾堆埋已成为人们要审慎考虑的问题，而热力处理方式逐渐为人们所采纳。

一、资源(垃圾)电厂的用途及简要生产工艺流程资源(垃圾)电厂的用途为：回收垃圾、焚烧垃圾、发电供热及灰渣利用，即对垃圾进行减量化、资源化、无害化的处理。垃圾发电简要生产工艺流程：垃圾→垃圾贮存→垃圾焚烧→余热锅炉→烟气

净化→烟囱→洁净烟气至大气垃圾仓内的垃圾渗透液收集后送至蒸发器，蒸发器将渗透液蒸发分离，蒸汽回收后进入全厂废水收集系统，浓缩液收集后通过喷嘴进入焚烧炉处理。二、垃圾成分资源(垃圾)电厂焚烧的垃圾将从各住宅区、购物中心、商业中心和工业区收集。这些垃圾的特点是含

有高达30%～55%的水分，额定工况运行时的水分含量在40%左右。单位热值额定值为7500kJ/kg(1791kcal/kg)，最低为5570kJ／kg(1330kcal/kg)，最高为8500kJ／kg(2030kcal/kg)。无灰干性物质的平均净热值取值为20000kJ/kg。垃圾成

份（重量的%）1物理成份水果、蔬菜、庭园垃圾、食品废弃物20－58纺织物0.5－5箱子，木箱和纸箱6－12塑料(家庭垃圾塑料)6－14金属0.5－4玻璃0.5－4陶瓷1－7其它1－82化学成分碳14－20氢2－3氧8

－14氮0.3－1.7硫0.05－0.32有机氯化物0.02－0.32不能燃烧的垃圾：①污水渣；②电镀和金属硬化氰化物废渣；③钻孔和打磨用的乳胶等的废液，含油土；④不能使用的油漆、真漆、工业塑料、胶粘剂、油脂、葡萄糖、PVC容器等；⑤废油溶剂

；⑥液态碳氢化合物；⑦医院的致病垃圾；⑧放射性废弃物和炸药；⑨氯化碳氢化合物。三、二恶英二垩英是由氯原子和氧原子化合成的有毒气体，由垃圾中含氮塑料制品、芳香族物质、聚氯联苯物质及烟草类物质等燃烧产生。1999年在城市固体废弃物焚烧炉(MSWI)的飞灰检测出二恶英后

，焚烧排放作为二恶英的环境来源，已经越来越受到环境科学家的重视。1、二恶英的结构与毒性多氯二苯异二恶英(PCDD)、多氯二苯异呋喃(PODF)分别由75个和135个同族体构成，它们的化学结构相似，常写成PCDD/Fs或俗称二恶英(dioxin)。2378-TC

DD被公认为是最毒的，也是研究最多的，毒性约为NaCH的一万倍，俗称世纪剧毒。二恶英对哺乳动物的毒性和氯化芳烃相似，表现症状为：体重减轻，胸腺萎缩，免疫系统受损，肝损伤及卟淋病，氯痤疮及皮肤病变，组织发育不全或过度增长，以及致畸、致癌、致突变等。2、垃圾焚烧过程中二恶英的形成（1）

焚烧物中含有石油产品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亚乙烯、聚氯树脂等)作为二恶英的前体，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二恶英。(2)垃圾燃烧时发生下列反应：2NaCl+SO2+1/2O2+H2O->Na3SO4+HCl2Cu+O2=2CuOCuO+2HCL=CuCL2+H2OC

uCL2和C元素在二恶英再合成过程中起着重要作用。3、抑止二恶英形成的燃烧方法：(1)保持温度在1000℃以上，烟气停留时间大于2秒，保持烟气中含氧比6%以上，可将所有的有机物燃尽；(2)抑制HCL、CuO、CuCL2的产

生，尽量不燃烧含氯塑料及其它含氯化工品，不使Cu氧化；(3)尽可能充分燃烧以减少烟气中的含碳量。（一些国家以CO小于50ppm作为标准；）(4)在烟气净化段采用急冷却办法避开二恶英再合成的温度250℃-300℃。四、控气型垃圾焚烧炉焚烧炉将燃烧过程中分为二级燃烧室。一燃室为垃圾热分解，温度控制

在700℃以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地在低温下热分解，此时金属铜、铝、铁不会被氧化，没有CO2的产生，也就不会有CuCL2的产生和存在。垃圾中的可燃成分分解成可燃气体，并引入二燃室燃烧，二燃室温度在1000

℃以上，烟气停留时间2秒以上，保证了有毒有害的有机气体完全分解燃烧，从而保证了二恶英的充分分解。五、垃圾电厂烟气净化系统烟气净化系统采用一种基于半干法的系统，由FLS的烟气悬浮吸收工艺(GSA)组成。酸性烟气从锅炉出来进入GSA反应器的底部，

与雾化的石灰及循环再利用的吸收剂混合。石灰喷到很大的表面上，由烟气带着通过反应器。在反应器干燥的过程中，石灰和酸性烟气反应并中和烟气。通常情况下，石灰在排出之前循环利用大约100次左右，因此利用率非常高，石灰的消耗量相应很低。当焚烧各种各样的垃圾产生了二垩英时，不用注入活性炭就能清除这些二恶英。

这是因为烟气及时的冷却以及GSA中循环系统产生的微粒浓度很高的原因。经过GSA之后，烟气进入布袋除尘器，将烟气中的颗粒分离出来。布袋除尘器中布置着竖直挂在管板上的管状布袋。积灰在布袋外侧积累，定期的从布袋干净的一侧用脉冲压缩空气喷射

来清洁布袋。GSA的再循环箱和布袋除尘器产生的剩余产物收集到储仓中。清洁的烟气在布袋除尘器之后通过引风机进入烟囱，引风机使炉膛产生必要的负压。六、环保效益及经济效益1、环保效益资源(垃圾)电厂的建设首要目的是环保效益

。垃圾在焚烧时，有害物质基本上被破坏，焚烧后的垃圾灰渣中不再含有卤化碳氢物，灰烬不释放有害气体，不向地下渗漏污水，填埋时不会污染环境，也不会留下在将来污染环境的隐患。2经济效益垃圾在焚烧时，可利用垃圾中的能量

发电。例如：上海浦东资源(垃圾)电厂日处理垃圾量1000t，利用焚烧热量带动两台8500kW发电机组，年发电量约1.1亿kW*h。焚烧1000kg家庭垃圾约可替代150L燃油或供热，一个家庭10%的用电量，可从自家垃圾中获得。垃圾焚烧后容积约减少90%，填埋垃圾的用地约可节约80%；而垃圾焚烧后

产生的灰渣利用率约达90%，只有所焚烧垃圾量的1%需要填埋。七、资源(垃圾)电厂发展前景由于人类社会生活的日益的快节奏，现代社会的工业化，垃圾产量也越来越高。据我国环保部门的统计调查，我国目前人均垃圾年产量已达440kg，且还在以8%～10%的年增

长速度在增长。据2001年5月召开的全国城市生活垃圾处理及资源利用经验交流会传出的信息：全国垃圾的历年堆存量已达60多亿吨，侵占土地面积多达5亿m2，666座城市中，有200多座城市陷入垃圾包围之中。资源

(垃圾)电厂目前在我国刚刚起步，只有少数城市已建成投产.目前我国大型垃圾电厂焚烧工艺的主要设备(如：焚烧炉、烟气处理系统及垃圾破碎机等)都主要依靠进口。我国的垃圾一般都没进行分类，由于生活水平低，垃圾杂质多、水分多、热值低分检差

，采用锅炉发电供热，为保证蒸气的温度压力流量稳定，有时不得不投油助燃，所以运行成本上升。随着我国人民环保意识的增强，政府治理环境的力度加大，有关垃圾处理的法律、法规的健全及资源(垃圾)电厂焚烧工艺设备生产技术的引进，

资源(垃圾)电厂的发展前景将会非常广阔。南山垃圾焚烧发电厂盐田垃圾焚烧发电厂7-5地热能地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。如果热量提取

的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。一、我国地热能发展现状：1、技术现状已建立了一套比较完整的地热勘探技术方法、评价方法；地热开发利用工程勘探、设计、施工已有资质实体；设备基本配套、国产化、有专业制造厂商；监测仪器基本完备并国产化。二、产业化现状1．

地热发电产业已具有一定基础。国内可以独立建造3O兆瓦以上规模的地热电站，单机可以达到10兆瓦。电站可以进行商业运行。2．地热供热产业。开发利用和科学技术水平，经济、社会和环境效益在示范点、示范区可以达到国际90年代水平，但总体上与国际上先进水平相比尚有

一定差距，目前正在由粗放转入集约。3．地热钻井产业。目前已具备施工5000米深度的地热钻探工程条件和水平。具备了大规模开发地热能力，并开始朝着专业化、规范化方向发展。4．地热监测体系、生产与回灌体系正逐步完善和建立，但当前正处在试验研究阶段，尚没有形成工业化运行。5．地热法规和标准尚

需健全和完善。特别是地下、地面工程设施、施工，需尽快完善和建立技术规程和技术标准。培育专业化施工（从地下到地上）企业，建立企业标准和行业标准。三、地热对环境的影响1、化学污染：地热水和地热蒸气中含有许多污

染环境的矿物质，含有CO2、H2S、NH3有时还会释放出放射性氡。地热水中可能含有砷、汞之类有毒物质，都可能污染大气和水体，需要进行适当处理。2、热污染：地热电站热利用率低，冷却水用量多，应加以综合利用。3、对土地的影响：建设地热电站要破坏大量地表，提取地

热流体会引起地表下沉。4、噪声的影响：地热喷射蒸气和水会产生100dB（A）（A声级）左右的噪声，且有高音频的特点。7-6海洋能海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪、温度差、

盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中。潮汐与潮流能来源于月球、太阳引力，其他海洋能均来源于太阳辐射。这些能量分散在广阔的地理区域，因此实际上它们的能流密度相当低，而且这些资源中的大部分均蕴藏在远离用电中心区的海域。因此只能有一小部分海洋能资源能够得以开发利用。一、我国海洋能概况1、我国

海洋能开发已有近4O年的历史，迄今已建成潮汐电站8座。2、已具备开发中型潮汐电站的技术条件。但是现有潮汐电站整体规模和单位容量还很小，单位千瓦造价高于常规水电站，水工建筑物的施工还比较落后，水轮发电机组尚未定型标准化。这些均是我国潮汐能开发中存在的问题。二、海洋能的开发环境影响方面：1、一般认为

海洋发电起了消波器作用，可能干扰海洋-大气的转换运动，进而影响气候。2、海洋温差发电可能影响盐分和热量分配，局部影响海洋生态。7-7氢能一、氢的特点：（l）所有元素中，氢重量最轻。（2）所有气体中，氢气的导热

性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体。（3）氢是自然界存在最普遍的元素。（4）除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。（5）氢燃烧性能好，燃烧速度快。（6）氢燃烧时除生成水和少量氮化氢

外不会产生对环境有害的污染物质，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。（7）氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池。（8）氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。二、氢能大规模的商业应用需要解

决的关键问题：1、廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低。2、安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发

氢能的关键。7-8可燃冰可燃冰，又名甲烷水合物。它外观为无色透明冰状晶体，是一种气体水合物。一、可燃冰的形成与储藏可燃冰是笼型水合物，属于主客体化合物。水分子间以氢键相互吸引构成笼子，作为主体，甲烷作为客体居

于笼中，以范德华力与水分子相互吸引而形成笼型水合物。笼型水合物结构二、甲烷水合物形成的条件为：（1）温度不能太高。海底的温度是2℃至4℃，适合甲烷水合物的形成，高于20℃就分解。（2）压力要足够大。在0℃时，只需要3MP

a就可形成甲烷水合物。估计海深300m至2000m应有甲烷水合物存在。（3）要有甲烷气源。海底古生物的沉积物，被细菌分解会产生甲烷；二、可燃冰开采（1）热解法；（2）降压法；（3）置换法。CO2比甲烷易形成水合物，如将液态CO2送入海底，就可置换

出笼型水合物中的甲烷。三、对环境的影响1、天然气是洁净能源，燃烧后不产生二氧化硫、氢氧化物和颗粒物等污染物。2、如果开采不当，甲烷气体逸入大气，将会使地球温室效应大大增强，造成灾难。甲烷在大气中占0.5％，但它造成的温室效应却是CO

2温室效应的20倍。3、如果开采不当，甲烷气体大规模涌出时容易形成海啸。第八章烟气脱硫技术6.1湿法脱硫技术6.2半干法脱硫技术6.3干法脱硫技术8.1湿法脱硫技术湿法烟气脱硫(WFGD)技术的特点：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．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加热才能从烟囱排出；湿法烟气脱硫过程是气液反应，其脱硫反应速度快；脱硫效率高，钙利用率高，在钙硫比等于

1时，可达到90％以上的脱硫效率；适合于大型燃煤电站锅炉的烟气脱硫；❖目前世界上已开发的湿法烟气脱硫技术：❑主要有石灰石(石灰)—石膏洗涤法、双碱法、海水脱硫、氨吸收法、氧化镁法等。❑湿法脱硫占世界安装烟气脱硫的机组总容量的85％：其中:石灰石法占36.7％，其他湿法脱硫

技术约48.3％。这些装置中:用于燃煤含硫量小于1％的装置占23％，用于燃煤含硫量1％一2％的占28%，用于燃煤含硫量大于2％的占48％。❑湿法烟气脱硫为主的国家：日本(98％)、美国(92％)、德国(90％)等。一、典型的工艺流程⚫湿式

石灰石—石膏洗涤工艺分为自然氧化和强制氧化两种，其主要的区别是是否在吸收塔底部的持液槽中通入空气把亚硫酸钙氧化成石膏(Cas04·2H2O)。⚫目前，强制氧化工艺已成为优先选择的脱硫工艺．其典型流程如图

所示。二、过程化学❑由于石灰石脱硫剂中有Ca、Mg及其他物质，烟气中有CO2、O2、SO2、Cl、NOx、N2等气体，飞灰中含有Na、K、Cl及其他物质，所以用石灰石浆液脱除烟气中SO2是一个十分复杂的体系

。❑研究认为，这些物质能在溶液中相互作用，生成41种以上的中性和离子物质以及7种固体物质。❑这里主要讨论烟气中SO2和石灰石中CaC03所涉及的主要反应。石灰石WFGD反应机理复杂，主要反应为烟气中的SO2先溶解于吸

收液中，然后离解成H-和HSO-2SO2(g)===SO2(aq)SO2(aq)+H2O(L)==H++HSO3-===2H++SO32-上式为慢反应．是速度控制过程之一。在吸收塔底部的持液槽中HSO-3被通入的空气

强制氧化为SO-4HSO-3+(1/2)O2=====SO-4+H+该氧化反应要求PH值小于5.5；❑持液槽中是由石灰石、碳酸氢钙和石膏等组成的浆状混合物，其部分被强制循环，部分作为产物排出。❑同时补充新鲜石灰石浆液维持pH值的

稳定。❑以上反应主要在吸收塔和持液槽中发生．其物理和化学过程并可用如下部反应式表示：三、石灰石—石膏湿法烟气脱硫的工艺设计1.湿法烟气脱硫工艺的几种模式(约四种)❖工艺简介❑是20世纪80年代早期的典型布置。❑1--预洗涤塔：用来去除飞灰、HCl和H

F，以确保石膏质量的良好和稳定。烟气在预洗涤塔中冷却到50℃，并被水蒸气饱和。❑2--吸收塔：吸收塔脱除烟气中的SO2，净化后从烟囱中排出。❑3--氧化器：吸收塔中亚硫酸钙浆液被送入氧化器中强制氧化成石膏。加入硫酸的使pH值被调整到4.0一4.5，促进氧化过程；因为吸收塔桨液中，CaSO3为固态

产物，溶解度很低，需要加入H2SO4促使CaSO3转换成高溶解度的Ca(HSO4)2，进行氧化。类型(b)工艺：去掉了预洗涤塔，因而降低厂总的基建投资和废水量石膏的质量由于有少量的飞灰而略有下降取消了氧化器，氧化中气止接鼓入吸收塔的底部的持液槽内。这种氧

化方法通常叫做就地氧化，现在巳成为最常用的方法。6.1湿法脱硫技术❑类别型(c)简介❑取消了氧化器，氧化中气止接鼓入列吸收塔的底部的持液槽内。这种氧化方法通常叫做就地氧化，现在巳成为最常用的方法。在类型(a)和(b)中采用的氧化器中的氧化，叫做场外氧化。❑尽管顶洗涤塔主要是用来

去除HCl和HF，但是在低pH值的预洗涤塔中还可以去除更多的汞和带有其他重金属微量元素的个微粒。❑在日本，许多新的大型的FGD装置采用了(c)类型的布置，因为它能产生高质量的石膏，且系统具有很高的运行可靠性，同时可以避免由于没有预洗涤塔可能产生的问题。6.1湿法脱硫技术❑取消氧化器或把场外氧化

改为就地氧化是FGD技术的发展方向。❑与场外氧化相比就地氧化有许多优点。❑一是烟气中的剩余氧气对脱硫产物的部分氧化造成了吸收塔内石膏的结垢。就地氧化通过在吸收塔内对产物的完全氧化，避免了结垢和堵塞问题，运行

的可靠性得以提高。❑二是与场外氧化相比就地氧化可以达到更高的S02脱除效率。强制氧化使得吸收塔浆液中的H2SO3浓度降低，从而减少SO2平衡分压、结果得到了更高的脱硫效率（见后图）❑国外某电厂260MW

机组，从场外氧化改造成就地氧化，结果提高厂脱硫效率，同时还减少了循环浆液的量，从而降低厂能耗；图------就地氧化提高脱硫率6.1湿法脱硫技术❑三是就地氧化时．即使在pH值很低时SO2的脱除率仍然保持较高水平．这足由于鼓入的空气把HSO3氧化成HSO4．而HSO4

与石灰石的反应非常急剧，从而加快了石灰石的溶解。并使石灰石利用率比场外氧化的要高。❑就地氧化的另一个优点是可能降S2O2(连二根硫酸根离子)的形成．这是一种在SO2-3氧化过程中的副反应产物、它是化学耗氧物质(COD)之一，从而把废水中的化学耗氧量降低到了1/5一1/10，减少了废水

处理的容量。❑不需要像在类型(a)和(b)中那样要添加硫酸。就地氧化方式的出现使得石灰石湿法烟气脱硫更增添吸引力。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术❖类型(d)简介❑是石灰石湿法烟气脱硫工艺中最简单的布置，FGD系统的主流。❑所有的化学反府部是在一个

一体化的单塔中进行的。❑这种布置可以降低投资和能耗。❑从20世纪80年代后期开始，已经达到了很高的系统运行可靠性；❑可以生产质量相当不错的石膏。❑单塔所占的面积较小，非常适用于现有电厂的改造。❑在德国，当前大部分FGD装置均采用类型(d)。❑在美国．(d)类型也十分普及❑其投资低

，脱硫效率高。6.1湿法脱硫技术❑四种脱硫工艺的技术性能比较6.1湿法脱硫技术五、强制氧化和自然氧化工艺的比较：❑强制氧化和自然氧化之分，区别在于脱硫塔底部的持液槽内是否充入强制氧化空气。❑强制氧化工艺中，吸收浆液中的HSO-3几乎全部被持液槽底部

充人的空气强制氧化成SO2-4(式6—3)，脱硫产物主要为石膏(式6—5)。❑自然氧化工艺，吸收浆液中的HSO-3在吸收塔中被烟气中剩余的氧气部分氧化成SO2-4，其脱硫副产物主要是亚硫酸钙和亚硫酸氢钙。6.1湿法脱硫技术❑目前国际上石灰石湿法工艺主要以强制氧化为主；❑而我国处于起步阶段的工业锅

炉WFGD为节省投资和运行费用，基本上都采用自然氧化工艺；❑运行中，该工艺的一些不足之处，例如结垢和堵塞问题等逐步地显现出来，影响整个系统的正常操作。❑问题的主要是由pH值对湿式钙法脱硫反应机理的影响造成的。6.1湿法脱硫技

术❑当石灰石或石灰浆液与烟气接触时，烟气中S02将发生溶解、水合和离解过程，即式（6—1)和(6—2)❑pH＞8时，SO2在水中主要以SO2-3形态存在；❑pH＞9后，几乎全部为SO2-3；❑pH＜6时，SO2在水中主要以HSO-3形态存在；❑PH在3．5—5．4

之间，几乎全部为HSO-3；❑pH＜3．5后，溶于水中的S02有一部分与水分子结合为S02·H20形态。❑因此，当脱硫浆液的pH值不同时，气液接触过程中发生的主要脱硫反应是不相同的6.1湿法脱硫技术❖自然氧化工艺的结

垢问题自然氧化工艺，脱硫剂主要为石灰(CaO)、、电石渣(CaO)等。1.熟石灰Ca(OH)2自然氧化脱硫中结垢分析❑表2—10和图2—22给出了各种钙盐的溶解度数据❑Ca(OH)2在100g水中的溶解度为0.185g(0℃)，其饱和溶液的pH＝12.6，所以用石

灰浆液直接与烟气接触进行脱硫时，溶入水中的SO2都以SO2-3形态存在；❑这时脱硫过程反应为：6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术表2—101008H2O中钙盐的溶解度6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术由表2-10可见:❑CaSO3•1/

2H2O在水中的溶解度只有0.0438(100gH20);❑极易达到过饱和而结晶在塔壁和部件表面上，随着晶核长大，形成很厚的垢层，很快就会造成设备堵塞而无法运行下去。❑这种垢物呈叶状柔软，形状易变，称为软垢。❑软垢易被人工清除;❑因为它的溶解度随pH值降低而明显升高(

图2-23)，也可通过降低溶液pH值使之溶解。6.1湿法脱硫技术❖Ca(OH)2脱硫时的反应过程：国内多采用pH值较高的饱和或不饱和石灰清液（不含未溶解的Ca(OH)2）(1)Ca(OH)2与溶解的SO2，反应生

成CaSO3·1/2H20；(2)CaS03·1/2H2O继续与溶解的S02反应生成Ca(HS03)2；(3)当Ca(OH)2和CaSO3·1/2H20反应完了以后，烟气中SO2只能依靠水的溶解作用脱除。其结果是：(1)由于石灰清液中所含Ca(0H)2的量很少，脱硫

效率不高(烟气中SO2浓度较高时；(2)脱硫液出塔后溶于其中的SO2，将与大气中极少量的SO2建立新的气液平衡，脱硫液中不少溶解的S02将释放进人近地层大气中，造成二次污染；(3)当烟气S02浓度较高时

，设备有可能不结垢或结垢不严重。6.1湿法脱硫技术2.石灰石浆液的自然氧化脱硫：❑石灰石粉末加入水中基本不改变水溶液的pH值，实测心灰石悬浮液的pH值为6.8—7.0。由图2—21可见，当pH值为6.2—7.0时，SO2在水中的存在形态既有SO2-3，也有HSO-3。❑试验结果表明，

当pH＞6.2时，仍会发生软垢堵塞，因在此pH条件下，仍有较多CaSO3•1/2H2O生成。❑上述情况只有在大量石灰石浆液与少量S02接触才有可能发生，在大多数实际的石灰石脱硫系统中，气液接触后的pH值很少超过6.0。❑石灰石脱硫系统

很少发生软垢堵塞。6.1湿法脱硫技术3.自然氧化脱硫系统须采取减少结垢的两条措施:(1)设置脱硫循环池:循环池可设在脱硫塔外，也可把脱硫塔下部作为循环池。操作中来自制浆池的石灰或石灰石浆液不是被送到塔内与烟气直接接触进行脱硫反应，而是被打人循环池与塔内的脱硫产物反应

，并再生出再循环的中间脱硫剂。因此，循环池实质上是一个再生反应器。(2)严格控制持液槽中浆液的pH值：对石灰系统，槽中浆液pH值宜拧制在6.0左右．石灰石系统宜控制在5.5左右。当将持液槽中的浆液泵人塔内脱硫时，气液接触后的实际pH值将低于槽中的pH值，

如图2—24所示。在这样的pH值条件下，无论是石灰系统还是石灰石系统溶入水中的SO2都是以HS0-3形态存在。6.1湿法脱硫技术4.自然氧化中结垢因素的总结自然氧化工艺中脱硫设备结垢的主要原因有二点：（1）较

高pH值(石灰系统PH>8.0，石灰石系统PH＞6.2)下，结软垢；（2）石灰系统中，较高pH值下烟气中CO2的再碳酸化，生成CaCO3沉积物。烟气中CO2的浓度达10％以上，是SO2浓度的50一100倍。试验证明，当进口浆液的pH＞9时，的再碳酸化作用是显著的。所以，无论从生成软垢的角

度还是从CO2的再碳酸化作用讲，石灰系统浆液的进口pH值＞9.0时，一定会结垢。但石灰石系统不存在CO2再碳酸化问题。6.1湿法脱硫技术(3)脱硫塔中部分SO2-3和HSO3被烟气中剩余的O2氧化为SO2-4最终生成CaSO4•2H2O沉

淀。CaSO4•2H2O的溶解度较小，易从溶解中结晶出来，在塔壁和部件表面形成很难处理的硬垢。这种硬垢不能用降低pH值的方法溶解掉，必须用机械方法清除。因此，必须认真防止硬垢的生成。SO2-3来自的溶解CaSO3•1/2H2O。亚硫酸钙的溶解度随

pH使降低而显著增大;硫酸钙的溶解度却随pH值降低反而略有减少。只有溶解以后亚硫酸钙离解出的SO2-3才能被溶解氧氧化，因此工业上将CaSO3•1/2H2O氧化为石膏的过程都是在较低pH值(4—4.5)条件下进行的。6.1湿法脱硫技术但为了防止脱硫

设备内生成硬垢，不应将pH值控制得过低。加之，在过低pH值下，硫酸钙更易从溶液中结晶出来。在实际的脱硫过程中，在脱硫塔内，硫酸钙和亚硫酸钙可发生共沉淀，生成含22.5％(摩尔比)硫酸钙的“固溶体”、这对脱硫塔的无垢运行是非常

重要的。6.1湿法脱硫技术❖强制氧化和自然氧化工艺的比较❑强制氧化工艺脱硫效率高❑工艺运行的可靠好❑强制氧化固体产物97%以上为石膏，颗粒纳名义点径为32μm❑自然氧化的固体产物为一混合物，主要是亚硫酸氢钙(含少量〔C

aSO3•1/2H2O）、10％以下的石膏，颗粒名义直径为2.1μm。❑强制氧化：一个典则的燃用3.5％含硫量的煤的500MW的锅炉烟气脱硫进行经济效益分析表明因石膏出售和废渣处理的减少每年可节省约二百万美元。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术❖防结垢和堵塞的主要方法➢工艺控

制技术：❑严格控制浆液的pH值；❑采用大的L／G比；❑添加亚硫酸钙和硫酸钙晶种；这些晶种不但能增进产物的沉淀速率，而且能作为产物优先沉淀的寄生点，而且避免了在塔内构件表而结垢；❑优化脱硫吸收塔的设计，尽可能地减少塔内构件；➢吸收浆液中添加的阻氧

剂：❑主要有元素S、EDTA（乙二胺四乙酸二钠盐）等；6.1湿法脱硫技术六、石灰石—石膏烟气脱硫系统的构成1.石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统结构：(1)石灰石制备系统：石灰仓、磨、测量站等；(2)吸收塔：内洗涤循环、除雾器和氧化工序等；(3)烟气再热系统：烟气预热器、清洁烟气冷却

塔排放；(4)脱硫风机；(5)由水力放流分离器和过滤皮带组成的村膏脱水装置；(6)石膏贮存装置；(7)废水处理系统；6.1湿法脱硫技术地热发电的两种形式6.1湿法脱硫技术2.石灰石浆制备系统⚫石灰在早期广泛地用来作为吸收剂

．与SO2的反应性好。⚫采用石灰石优越性：⚫储藏量丰富，便宜。⚫用石灰石，避免石灰昂贵，和十分耗能的煅烧过程，⚫在任何情况下，使用石灰石的能达到与石灰一样的脱硫效率。⚫石灰石无毒无害，使用过程中很安全；6.1湿法脱硫技术❖石灰石制备参数：❑石灰石的纯度和

活性；❑脱硫反应活性取决于石灰石粉的粒度和颗粒比表面积(m2/g)。❑一般要求石灰石粉90％迈过325目筛(44μm)或250目筛(63μm)❑CaCO3含量大于90％；❑各脱硫装置，按工艺，对其活性、可磨性等的不同要求。❑石灰

石浆液浓度10%-15%6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术3.吸收塔：吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置；⚫要求：气液接触面积大，气体的吸收反应良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理。⚫完成下列主要工艺步骤：(1)在洗涤灰浆中对有害气体的吸收；(2)烟气与洗涤灰浆分离；(3)灰浆

的中和；(4)将中间中和产物氧化成石膏；(5)石臂结晶析出。吸收塔主要有喷淋塔、填料塔、双回路塔和喷射鼓泡塔等四种类型，将在下以后详细讨论。6.1湿法脱硫技术4.烟气再热系统(1)烟气再热的必要性：经湿法FGD洗涤，烟气温度降至50一60℃，低于露点，为了增加烟囱

排出烟气的扩散能力，减少可见烟团的出现，许多国家规定了烟囱出口的最低排烟温度。⚫在德国法规中，要求对洗涤后的烟气进行再热。⚫燃用烟煤，再热温度为45—52℃；⚫燃用褐煤时，温度为60一80℃，到烟囱顶部达到72℃。⚫英国规定的排烟温度

为80℃，⚫而日本要求把烟气加热到90一110℃，防止烟囱排出蒸汽白烟。⚫美国一般不采用烟气再加热系统，而是对烟囱采取防腐措施。6.1湿法脱硫技术(2)火电厂再热烟气方法，如图后所示。⚫图(a)：最简单的方法是使用燃烧天然气或是低硫油的后燃器

；消耗大量的能量，燃料燃烧又是另一个污染源；⚫图(b)，(d)：蒸汽-烟气再热器⚫用工艺或锅炉蒸汽；⚫蒸汽—烟气再热器的基本投资低;⚫运行费用高。有管道烟气侧结垢问题；⚫安装蒸汽—烟气再热器可节约空间；⚫图(c):蓄热式气气热交换器,运行费用低；⚫图(e):从冷都塔排放烟气，避免成本高、耗能集中的

再热段，在欧洲已经得到6.1湿法脱硫技术1--后燃烧器4—烟囱天然气低硫油6.1湿法脱硫技术3---蒸汽—烟气再热器；6.1湿法脱硫技术2--气—气再热器6.1湿法脱硫技术2--气—气再热器3--蒸汽气体再热器；6.1湿法脱硫技术5-冷却塔6.1湿法脱硫技术(3)再

热装置简介：旋转式气—气热交换器简图6.1湿法脱硫技术⚫特点：⚫投资高、运行成本低；⚫占用空间大；⚫在150℃时有3%~5%的热烟气漏入冷端；⚫德国80%采用6.1湿法脱硫技术⚫德国所采用旋转式气—气热交换器的布置图6.1湿法脱硫技术❑气—气热

交换器❑是无泄漏的再热系统，如图2—31所示；❑烟气中SO2浓度很高或要求的脱硫率非常高时适用；❑是吸热器和再热器的组合；❑电除尘器来的烟气被多管吸热器从130℃冷却到97℃；❑FGD净化后的烟气被再热器从48℃加热到80℃；❑进出口气体

的热交换通过换热介质(如水)完成；❑这种热交换器的电厂在日本有东京电厂应用。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术❑新型热管换热器特点：➢不需要泵，如图2—32所示；➢该类型在日本电厂中有应用；➢工艺：管内的水在吸热段蒸发．蒸汽沿管上升至烟气加热区，然后冷凝放热加热低温烟气。➢

为防止腐蚀，离开除雾器的低温烟气首先在用耐腐蚀材料制造的蒸汽—烟气加热器中升温，然后再被热管加热；➢低温区热管用耐腐材料制造，而高温区用低碳钢制造；➢系统采用高效除雾器，在运行中没有发生腐蚀问题。6.1湿法脱硫技术6.1

湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术❑冷却塔排放烟气技术分析：➢烟气不通过烟囱排放．而被送至自然通风冷却塔，➢塔内烟气从配水装置上方均匀排放．与冷却水不接触。➢烟气温度约50℃，高于塔内很空气温度，发生混合换热现象，混合的结果改变了塔内气体流动工况。塔内气体

向上流动的原动力是湿空气(或湿空气与烟气的混合物)产生的热浮力，热浮力克服流动阻力而使气体流动。热浮力为：Z=hc×Δρ×g➢式中，hc为冷却塔有效高度；Δρ为塔外空气密度与塔内气体密度之差。6.1湿法脱硫

技术❑冷却塔排放烟气特点：➢由于冷印塔个空气质量大于脱硫后的烟气质量．提供的上升力和扩散性(由气象条件决定)超过烟肉(见图2—34)。冷却塔烟柱可以上升到大气非湍流层以上再转到混合层。➢这一点特别重要

，因为非湍流天气状况促使了烟雾的形成。从冷却塔排放烟气的FGD装置避免了普通FGD烟囱出口温度的限制。➢与采用热交换器再热—烟气系统相比，可减少5％—7％的运行成本。➢采用冷却塔排放烟气取消了耗资很大的再热系统，➢显著降低排放物的地面平均浓度。6.1湿法

脱硫技术6.1湿法脱硫技术❑旁路烟气法➢对于不大严格的SO2排放、允许一部分烟气不经过吸收塔均处理后的烟气进行混合，这样可以取消再热器；➢旁路烟气法可用于燃用低硫煤的锅炉；➢可节约2%的基本投资和5%~10%的再热器投资；6.1湿法脱硫技术5.脱硫风机：四种布置方式见下图6.1湿法脱硫技术❖方案

比较❑4种方案中，(a)和(c)较为常用;❑(a)的优点是无腐蚀，可用常规的风机，风机的造价低；❑缺点是能耗较大、气压造成气—气换热器漏风率升高；❑(c)风机容易发生腐蚀问题，是所谓的“湿风机”，它易于受到湿烟气中的SO3和Cl

的腐蚀；❑腐蚀造成了(c)类风机叶片产生裂缝；❑某电厂一台风机的叶片在运行7500小时以后断裂；6.1湿法脱硫技术❖湿风机解决办法❑为防止沾污．风机每大运行前要用水清洗l小时。❑风机壳体内部和转铀用橡胶层保护，叶片用不锈钢制造。❑根据目前的知识有两种可能的解决办法：(1)

选用高镍合金材料；(2)通过连续或间歇性地喷水保持叶片表面的湿度，从面降低叶片表面沉积物和氯化物浓度。6.1湿法脱硫技术6.石膏脱水系统❑石膏：一般作为制造墙板或水泥而出售；❑其稳定性好，对环境无害，可以用于土地回填；❑WFGD石膏脱水系统如图所示。❑石膏浆在水力旋流分离器中稠化到固体含量约40％

一60％；❑同时按其粒度分级。❑将稠化石膏浆用真空皮带过滤器脱水到所需要的残留湿度10％；❑用离心机脱水可使石膏含水量降到5％．但运行费用高；❑同时在过滤皮带上对其进行洗涤，使氯含量减少到不影响石膏使用

的质量。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术❖石膏存储系统❑湿石膏的存储方法取决于发电厂烟气脱琉系统石膏的产量、用户的需求量、运输手段以及石膏中间储仓的大小。❑容量为300一700m3的中间储仓，石曹在其中的存放时间不应超过1个月。❑推荐采用带有

底部卸料系统的一次型储仓6.1湿法脱硫技术皮带过滤机7.废水处理❑图2—38是传统废水处理系统；❑废水中加入石灰沉积氟化物；❑然后加氢氧化钠在高pH值下除去重金属；❑过滤沉淀物和固体悬浮物；❑用离子交换树脂将其除去COD（连二硫酸根组成S2O26）；❑进行pH值调节后排

出。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术TMT15又称有机硫，硫化有机物，是一种重金属离子去除剂，来自德固萨，专门为电厂脱硫的废水处理而设计。6.1湿法脱硫技术七、脱硫塔的类型❑喷淋塔一般有3—4个喷淋联管，每个联管都装有很多喷嘴，磨细的石灰石粉的悬浮液经喷嘴雾化后均匀

地喷淋于塔中；❑进入吸收塔的烟气可以与自由移动的液滴紧密接触，一般是以顺流方式布置；❑不设气流限制装置。所带出的液态雾滴由除雾器捕获。❑这种设计主要是解决装有内部构件的吸收塔的结垢问题而设计的。类型(a)是喷淋吸收塔在全世界的湿法FGD系

统中占有突出的地位6.1湿法脱硫技术❑填料延长了气—液接触的停留时间，从而获得更高的脱硫效率。❑填料塔可以在无结垢情况下运行。❑采用高速顺流气流的布置方式，使体积庞大的吸收塔可以设计得紧凑一些。❑顺流时空塔气速约：4~5m/s；❑气体压降

因格栅填充高度而异；类型(b)是一个填料吸收塔，采用塑料格栅作填料，三菱重工开发研制。石灰石水6.1湿法脱硫技术❑烟气通过喷射分配器以一定压力进入吸收液中，形成一定高度的喷射气泡层；❑省去了再循环泵和喷淋装置；❑净化烟气经上升管进入混合室，除雾后排放。❑系统可在低pH值下运行，一般为3.5

—4.5；❑石膏晶体颗粒大，易于脱水；❑脱硫率的高低与系统的压降有关，可通过增大喷射管的浸没深度来提高脱硫率，从而增大压降。❑脱硫率为95％时，系统压降在3000Pa左右。❑它取消了再循环泵、喷嘴和联管以及分立的氧化罐和增稠器，使得运行的出难减少到最低，同

时也降低了能托类型(c)千代田的(CT一121)工艺中的喷射流泡反应器简称(JBR)6.1湿法脱硫技术❑吸收塔被集液斗体分成两个回路；❑下段作为预冷却区，并进行一级脱琉，控制较低的pH值(4.0一5.0)，有利于氧化和石灰石的溶解，防止结垢和提高吸收剂的利用率；❑上段为吸收

区，其排水经集液斗引入塔外另设的加料槽，在此加入新鲜石灰石浆液，维持较高的pH值〔6.0左右)，以获得较高的脱硫率。类型(d)采用了双回路概念，美国Resarch-Controll公司开发，又称KRC工艺。6.1湿法脱硫技术(一)Noll-KRC双回路吸收榙举例❑双

回路吸收塔有一个冷却器回路和一个吸收塔回路；1.冷却器回路：第一级脱硫；➢烟气切向进入，pH值控制在4—5左右；➢亚硫酸盐氧化为硫酸盐处于最佳状态，防止结垢问题。➢利用大部分从吸收塔回路来的过剩的石灰石；❑为充分地氧化，引入压缩空气到冷却器的搅拌器下面；6.1湿法脱硫技术2.吸收塔回路：➢剩余的

SO2在pH为6，有大量过剩的石灰石，在最大设计点脱除。➢设有二个连续运行的喷淋层。➢聚丙烯材料构成的“湿膜接触”除雾器，用来作为SO2去除的最后一级。➢浆液向下流过一个漏斗，该漏斗分隔开两个回路，➢一部分浆液进入到吸收塔的给料罐。➢一部分浆液吸收塔浆液通过溢流进入到冷却器;➢

溢流的量取决于清洗除雾器的水量。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术(二)SHU复合吸收塔1.顺流区：❑喷淋带的上部的pH值约为5.2；❑喷淋带底部时，pH值约为4.4；❑不形成亚硫酸根离子不结垢；❑洗涤液吸收SO2后收集在吸收塔的底池中；2.逆流区:在这里剩余的S02被吸收。3

.特点：➢二个区域中pH=4.2~5.2➢可降低L/G15%左右；洗涤液中加入的甲酸缓冲剂增强了脱除SO2的能力。6.1湿法脱硫技术(三)GEESI逆流喷淋吸收塔❑荷兰645MW，欧洲最大的洗涤塔之一，装置的直径为16.8m；❑日本70

0MW，装置直径为18.9m;❑空塔结构，有很高的烟气流量调节能力。❑工艺流程：➢石灰石的悬浮液从吸收塔底池中被抽出作再循环。➢喷淋嘴有3—7层，具体的层数取决于脱硫率和入口SO2浓度。➢新鲜的石灰石浆液送入到

吸收塔底池➢浆液的pH值维持在4.7到5.9之间。➢反应的产物抽出后进行脱水，脱水机可以是皮带式或鼓式，脱水后的含固量约为80％，适宜于推放处理。➢也可采用离心机脱水制成石膏板出售；6.1湿法脱硫技术6.

1湿法脱硫技术(四)PureAir格栅填料吸收塔❑单一顺流塔允许有很高的表面速度(约为逆流塔的2—3倍)；❑因采用了高效的开式格栅填料塔的高度可以降低。❑石灰石粉直接喷入到在液位以下的吸收器反应罐中；❑该系统取消了现场的湿磨系统，减少占地面积。❑石灰石在装置附近研磨，通过气力方式输送到现场

。❑强制氧化和搅拌是用一个耐腐蚀的空气旋转吸射器(ARS)完成的。❑ARS成固定式的喷射器设计相比可节约空气和电力。❑在水平烟气流中使用了一个人字纹型的高效二级除雾器，由热塑料制成，除雾器几乎可以除去所有携带的水滴。通过对石膏脱水后的水的复用，使系统

所产生的废水降低到最低程度。6.1湿法脱硫技术6.1湿法脱硫技术(五)CT—121喷射鼓泡吸收塔除雾器烟囱未处理烟气石灰石工业用水氧化用空气石膏石膏分离机处理过的烟气吸收塔(JBR)6.1湿法脱硫技术搅拌机氧化用空气已处理烟气石灰石

浆液烟气升气管石膏浆液反应区SpargerPipe喷射管气泡层液层喷射管搅拌器已处理烟气出口空间上隔板升气管入口空间未处理烟气下隔板吸收塔的基本构造CT-121向液体内喷射气体的原理(1/2)浸液深度气体喷射前的液位导入气体处理过的气体气泡层SpargerPip

e喷射管气体喷出口气体导入后气体导入前(空气-水系统模型)CT-121向液体内喷射气体的原理喷射起泡方式气液接触模式示意图吸收塔概况气液接触模式图微观模式图说明约4,000约600由于气泡的充填密度较大，吸收部的高度较低(600mm左右)｡整个气体被

吸收液所包围，再加之初期吹出速度较快，气液接触效率较高。即使Ph值较低，也可获得较高的脱硫性能。........................................粉尘SO2喷射起泡方式的气液接触时间气流方向单位体积的气泡个数：气泡体积：π/6x(db)3xNb=2/3

气泡直径：db=3mm气泡个数：Nb=47.2x106/m3Sb:单位体积的气泡表面积：Sb=πx(db)2xNb=1,334m2/m3tb:气液接触时间：tb=0.6mH/1.2m/s=0.5sCTC-121工艺特点介绍❑工艺无复杂

的浆液再循环系统，简化了工艺过程，也降低了能耗；❑基建投资和运行费用都有所减少。❑最重要改进是低PH运行(3.5—4.5)，而一般FGD工艺pH为5—7；❑低PH运行的优点是：(1)通常会发生的洗涤塔结垢和堵塞问题没有了；(2)亚硫酸钙到硫酸钙的氧化过程得到了加强；(3)石灰石的溶解度和利

用率得到了改善，pH值降低2．相应的氢离子浓度增100倍。因此石灰石的溶解度也增加了。(4)低pH运行，该工艺中的反应与其他FGD工艺不同：工艺过程化学的特点是H2SO3，在被石灰石中和之前就急剧地被氧化为H2S

O4。因此，在JBR中的S02吸收基本上与溶解的碱性物质无关。SO2(G)SO2(L)+H2OH++HSO3-H++SO32-O2(G)O2(L)O2(G)O2(L)CO2(G)CO2(L)+H2OCaSO42-・2H2OHCO3-+Ca2+CaCO3气层液层固层+H2OH2

SO3H2SO3+1/2O2SO2(G)H2SO4H2SO4+CaCO3CaSO4+H2O+CO2↑CaSO4+２H2OCaSO4・2H2O↓（吸收）（氧化）（中和）（晶析）泡沫层吸收塔里面的化学反应＜反应模式图＞H++SO42-+Ca2+控制方式－控制pH及

浸液深度石灰石浆液补给水浸液深度(规定值)LICAICpH(规定值)F/F信号F/F信号入口SO2浓度锅炉负荷CTC-121工艺特点介绍图2—47表示脱硫率可以因增加JBR的压降或系统的pH值来得以提高。增加喷射管的浸入深度可以提高脱硫效率，但同时增大了压降，而pH值则可以通过石灰石的投入量

加以控制。烟尘除去性能图1008060402000.1110烟尘粒径[μm]烟尘除去率[%]CT-121副产品石膏CT-121副产品石膏的特征・用途:板､水泥､肥料用・粒径大:Ave.60～90μm・粘附水低:４－１０wt%・操作性:容易⚫脱硫性能高⚫除尘性

能高⚫动力消耗低⚫石膏质量好⚫运行稳定⚫适用于各种烟气源CT-121工艺优点◼操作人员的负荷很低(一般运行时，不需要监视)◼容易检查，维修，保养◼能较好地适应负荷的变化◼能在短时间内启动和停机1,000MW燃煤锅炉应用实例JBR東北電力原町発電所350M

W×2燃煤锅炉应用实例中部電力碧南発電所（３５０MWｘ２＝７００MW）(六)三相流化填科吸收塔❑将流化床的特点与填料吸收塔的结构相结合；❑气体上行填料流化，液体下行，在填料表面形成液膜，在液膜上气体中的去除组分被吸收；❑气液接触面积大，气液间的传热、传质效率

高，床层温度均一；❑可在气体负荷很大的情况下操作；❑填料处于均匀流化态，有效地避免活塞流和气塞现象；❑填料的流化可以避免接触区沉淀堵塞，对处理含尘气体及吸收过程有固相生成的情况很有用；气—液—固三相反应器(六)三相流化填科吸收塔三相流化填料吸收塔是一种有效的自清洗吸收塔国

内在作中试，取得了好的结果。6.1湿法脱硫技术八、其它烟气脱硫技术1.海水烟气脱硫技术⚫海水烟气脱硫是利用海水的天然碱度来脱除烟气中S02。⚫该技术不产生任何废弃物；⚫技术成熟、工艺简单、系统可靠、脱硫效率高和投资运行费用低等特点；⚫早在20世纪60年代末，美

国加州伯克利大学就研究了海水脱硫的工艺机理水脱硫的T艺机理；⚫在此基础上，挪威ABB—公司开发了海水脱硫工艺，1974年成功地应用于工业燃油锅炉烟气脱硫；⚫在世界各地已有数十套工业装置用于发电厂和冶炼厂烟气脱硫。⚫1998年，我国深圳西部电厂2号机组(300MW)从挪威ABB公司引

进的海水脱硫装置现已投入运行。在一些沿海国家和地区得广泛的应用海水脱硫技术烟气冷却，提高脱硫效率，防止塔内体损坏塔的内体最大限度地采用较便宜的防腐材料和轻质填料工艺只需要天然海水和空气海水脱硫技术❖海水恢复系统：主体结构是曝气池，来自吸收塔的酸性海水

与凝汽器排出的碱性海水在曝气池中充分混合，同时通过曝气系统向池中鼓入适量的压缩空气，使海水中的亚硫酸盐强制氧化为稳定无害的硫酸盐，同时释放出CO2，使海水的pH值升到6.5以上，达到排放标淮后，排入大诲。海水脱硫的特点：(1)工

艺简学，运行可靠；(2)系统无磨损、堵塞和结垢问题，系统可靠性岗；(3)不需要废分物处理场，占地少；(4)脱硫效率高，可达90％以上，有明显的环境效益和运行保证率；(5)投资各运行费用低，一殷投资占电厂投资的7％一8％；(6)烟气量处理时系统电耗占饥组发电量的1％一1.5%

左右；(7)无需采购、运输、制备他添加备剂。F1akt-Hydro海水烟气脱硫是一种湿式抛弃法脱硫工艺，适用沿海，淡水资源和石灰石资源缺乏的地区。Hechtel海水烟气脱硫工艺❑工艺流程如图❑约为冷却水总星2％的海水进入吸收塔，其余海水可于溶解脱硫生成的石膏晶体。在

洗涤系统中加入石灰或石灰与石膏的混合物，提高脱硫所需的碱度，海水中可溶性镁与加入的碱反应再生为吸收剂Mg(OH)2，可以迅速吸收烟气中的SO2。❑系统由烟气预冷却系统、吸收系统、再循环系统、电气及仪表控

制系统等组成。6.1湿法脱硫技术Hechtel海水烟气脱硫工艺(1)预冷却器下行的烟气可从149℃冷却至52℃。利用冷却时喷人再循环碱性浆液，可脱去烟气中的部分SO2。预冷却器有利于吸收塔内建上良好的烟气分布

。还起到支撑托盘、除雾器和给料管的作用。(2)吸收系统:吸收塔为填料塔，钢筋混凝土结构。烟气在填料塔栅格板表面与从吸收塔上部喷入的海水充分接触反应。再循环浆液中的Mg(OH)2和可溶性的MgS03吸收烟气中的SO2，脱硫效率95％以上。同时也发生一定的氧化反应，浆液中的MgSO3和Mg(HSO

3)2被烟气中的氧气氧化成MgSO4。生成易溶解的产物，吸收塔内无结垢的倾向。Hechtel海水烟气脱硫工艺(3)再循环槽⚫再循环槽在吸收塔底段，内装搅拌器；⚫预冷却器的酸性浆液和来自托盘从喷人的碱性浆液在槽内中和；⚫鼓入空气，将亚硫碴镁完全氧化成为硫酸镁。⚫搅拌器将大气泡

打碎成细小气泡．加速氧化反应。⚫再循环槽内保持PH值为5—6，使Mg(OH)2完全溶解。Bechtel工艺具有的优点：(1)脱硫效率高达95％)，SO2排放浓度可降至0.05％或更低；(2)吸收刑浆液的再循环量可降至常规石灰石法的四分之一，低液气比减少了投资，降低了吸收系统能耗；(3)生成完全

氧化的产物，不经处理即可直接排人大海，只生成可溶性产物，能保证完全氧化；(4)生产的最终产物是很细的石膏晶体，当用冷凝器的冷却海水稀释时会马上溶解，不必另设混合溶解槽；(5)通过再生槽内的沉淀反应，破坏了过饱和现象，

减少了洗涤塔中Ca(OH)2的浓度，从而避免结垢，并保证系统中足够的晶核浓度。脱硫海水对海洋环境的影响挪威大学鱼类和海洋生物系连续5年脱硫排水海域底质跟踪监测：(1)重金属各采样点和各采样周期员金属含区的变化大多由底泥自然变化产生。对此区域富集动

物群调查证明．在排放口附近没有重金属沉积的迹象，且观测值对环境看来没啊影响。(2)海底生物群采样调查证明海底牛物具有良好的环境条件鱼类及个体数量均有增加，生物种类的多样性和均匀性在逐渐升高。(3)排放口启

用52个月以来，海洋环境条件仍保持良好状态，有害物质。自1989年以来生物种在海底生物中没有发现有害物质。6.1湿法脱硫技术2.双碱法烟气脱硫技术❑克服石灰石—石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。❑用Na0H、Na2CO3、NaHCO3、Na2S03水溶液吸收S02；❑石灰反应器中用

石灰或石灰石将吸收SO2后的溶液再生；❑再生后的吸收液再循环使用；❑最终产物以亚硫酸钙和石膏形式析出。2.双碱法烟气脱硫技术❑塔内吸收反应式：❑以石灰和石灰石再生反应式：2.双碱法烟气脱硫技术❑副反应：Na2SO3+1/2O2→Na2SO4❑脱除硫酸盐：

Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O→2NaOH+CaSO4·2H2O2CaSO4·1/2H2O+Na2SO4+H2SO4+3H2O→NaHSO4+2CaSO4·2H2O❑软化：Ca2++Na2CO3

→2Na++CaCO3Ca2++CO2+2H2O→2H++CaCO3Ca2++Na2SO4+1/2H2O→2Na++CaSO3·1/2H2O2.双碱法烟气脱硫技术2.双碱法烟气脱硫技术❖双碱法工艺特点与石灰石或石灰湿法相比有如下优点：(1)用Na(OH)脱硫

，循环水基本上是Na(OH)的溶液，环循环过程中对水泵、管道、设备均无腐蚀与堵寒现象，使于设备运行与保养；(2)再生和脱硫渣的沉淀吸收塔外，减少塔内结垢，因此可以用高效的板式塔或填料塔代替目前广泛使用的喷淋塔，从而减小了吸收

塔的尺寸及操作液气比。降低脱硫成本；(3)脱硫效率高．一般在90％以上。缺点：Na2SO3副反应产物Na2SO4较难再生，需不断补充Na(OH)或Na2CO3而增加碱的消耗量。Na2SO4存在将降低石膏的质量。6.1湿法脱硫技术3.氨法烟气脱硫技术脱硫副产

品硫酸铵在某些地区可作为农用肥料。❖70年代初，日本和意大利开发成功湿式氨法脱硫工艺存在高运行成本、腐蚀以及净化后烟气中气溶胶等问题；❖进入90年代后其应用呈上升的趋势。❖氨是—种良好的础性吸收剂，其碱性于钙基吸收剂。❖氨吸收烟气中的SO2是气-

液或气-气反应．❖反应速度快．吸收剂利用率高。❖吸收设备体积可大大减小6.1湿法脱硫技术氨法烟气脱硫工艺脱硫副产品硫酸铵在某些地区可作为农用肥料。❖该工艺的主要技术特点：❑脱硫效率高．能满足任何当地的环保要求；❑对烟气条件变化适应性强；❑副产物为直径0.2一0.6mm的硫酸铵晶体；❑整

个系统不产生废水或废渣；❑能耗低；❑高可靠性和适用性。新氨法(NADS)脱硫工艺生产硫酸铵、磷酸一铵或硝酸铵化肥，并联产高纯度的S02气体。浓缩生产高质量的工业硫酸新氨法(NADS)脱硫工艺反应式：新氨法(NADS)脱硫工艺❖NADS工艺中的

NH3和H20是分别进入吸收塔的优点：❑吸收塔出口烟气的NH3含量低，氨损耗小；❑吸收液的循环量小、液气比小、能耗低，解决了大型循环泵的技术难题；❑得到的吸收产品亚硫酸铵浓度较高，为后续化肥生产装置节省蒸汽。新氨法(NADS)脱硫工艺❖我国是一个人口、粮食和化肥大国;❖2005年的合成氨年需求量3

4Mt。其中近50％的合成氨生产碳铵肥料，利用率较低；近50％的产量来自于小型合成氨厂。❖我国的合成氨厂遍布各县、市，氨的供应是相当方便和丰富的，并且许多火电厂与合成氨厂相隔不远，具备采用NADS工艺进行烟气脱硫的条件。❖因此，该工艺在我国应用前

景广阔。4.湿法烟气脱硫技术的研究进展对湿法烟气脱琉技木的研究主要在两个方面：一是研究开发新的脱硫方法如膜法烟气脱琉、微生物法烟气脱硫等；二是研究如何通过提高空塔气速，提高喷雾效果或简化工艺等改进措施来进一步降低设备投资和运行费用，这是湿法烟气脱硫技术从开始工业

应用以来，各国研究者——直为之努力的方向。下面简要膜法和微生物法烟气脱硫技术。膜法烟气脱硫技术❑两个流动相通过多孔膜进行接触❑烟气中SO2和CO2可通过膜孔进入碱性溶液，与吸收剂反应❑烟气中的O2、N2及其他气体被截留在气相中。❑膜是憎水性的，液体不能通过膜渗透到气

相。❑膜分离器中，碱性Na2S03或Na(OH)与溶解后的S02反应生成亚硫酸氢Q钠。❑亚硫酸氢钠通过加热解吸放出SO2，使吸收剂再生，解吸出来的SO2可加工成液体SO2、硫磺或硫酸。亚硫酸氢钠电渗析法再生方法膜法烟气脱硫技术膜法烟气脱硫技术❖MEDD概念设计的结果显示，与常规的石灰石—石

膏湿法烟气脱硫相比，MCED的吸收塔费用降低70％，总投资可减少30％以上，操作费用可降低一半。❖应用目前最好中空纤维管式膜分离器，对于燃1％的含硫煤电厂，MCED脱硫的投资费仅为55美元／kW。❖MCED膜法烟气脱硫是一种有巨大商业

应用潜力的烟气脱硫技术，将会成为FGD领域新的研究热点。微生物法烟气脱硫技术❖近年来，国外已着手研究利用生物技术进行烟气脱硫，研制了BIO—FGD烟气脱硫装置。❖先利用厌氧菌种将硫酸盐还原为硫化氢；❖再好利用

氧菌种把硫化氢氧化成硫；❖后者再与金属离子结合成硫化物沉淀。❖微生物脱硫费用约为常规湿法脱硫的50％。