1、驶阻力所需功率较小，而发动机的耗油率升高，当车高速行驶时，克服阻力所需功率又增大很多，只有中速行驶时，汽车的油耗率最低。4采用金属水剂清洗剂清洗金届油污一般都用汽油、煤油或柴油，每年消耗油量很大。现在有各种清洗金属油污的水剂清洗剂，清洗效果良好。每吨清洗剂可代替 20t 油料是一项极易推广的节油措施。 (三)工业炉窑和锅妒的节油我国各种工业炉窑和工业锅炉的用油量很大，据估计其用油量约占石油消费总量的一半。节约这部分用油的有效方法是燃油掺水乳化燃烧技术、以木煤浆代油和油气混烧技术c1燃油掺木乳化燃烧技术多年来国内外对燃油掺水燃烧作了多方而的研究和大量的试验。大量试验表明，柴油掺水燃烧能否达到节能
2、和净化排放的日的，主要与柴油掺水的比例和柴油掺水乳化油的质量有密切的关系。柴油掺水乳化有两种方式：无剂乳化和有剂乳化。无剂乳化就是不加任何添加剂，利用乳化装置制备乳化液。这种乳化方式形成的乳化油稳定性差，时间一长就容易油、水分层。有剂乳化就是在柴油掺水乳化时，添加乳化剂可加速柴油和水的乳化，并使乳化油能存放较长的时间而不分层。燃油掺水乳化燃烧技术已应用于各种工业炉窑和丁业锅炉中，一般掺水率为 820， 节油率可达 612是行之有效的节油技术。试验还证明，在柴油中掺入1217的水、可使柴油机节油 1314，而其起动、加速、刹车、再加速等性能和烧纯柴油基本致。值得指出的是，燃油掺水量是有限制的。当
3、掺水量超过 20，水汽化吸热过多，就会产生冷激作用：掺水量过多，将不能燃烧。所谓掺水量可以无限增多。甚至吹嘘水变油技术都是违反科学原理的。2水媒浆代油水煤浆是由煤粉、水和少量添加剂组成，为多孔隙煤粉和水的固液混合物，具有类似油的流动性，是工业锅炉、工业炉窑较为理想的代油燃料。国外水煤浆代油技术发展很快。瑞典是目前向国外输出成套木煤浆制备设备和燃烧技术最多的国家。美国、日本等国从 20 世纪 80 年代起就将水煤浆技术的开发和应用列入政府发展计划。我国自 1981 年起，每年都将水煤浆技术列为国家重大科技攻关项目，现在中国水煤浆技术已步人工业化实用阶段具备了大规模推广的条件。3油气混烧目前工业锅
4、炉和炉窑很多烧重油如果采用低热值煤气和重油进行混烧，可以大量节油。对于钢铁企业利用高护煤气和重油在均热炉上混烧可以得到很好的节油效果。第三节 总能系统以及化石能源的清洁利用一、总能系统总能系统(totalc 服 r8y syMem)是根据工程热 JJ 和系统工程的原理，综合优化能源转换和终端利用的系统。它按照系统的能量需求，从总体上合理安排劝和热的利用，实现能量供需之间的优化匹配，使一个单位、一个企业或一个地区的各类能露搭到最有效的利用。总能系统是高效，合理、综合利用能源的主要发展方向之一。总能系统的模式主要有：热电联产、区域供热、燃气蒸汽联合循环发电、生活废物的能源化利用等。一 集中供热人们
5、在日常生活和各种生产活动中都需要供热。各个热用户自建小锅炉房作为供热的热源，这种供热方式称为分散供热。将一个较大地区范围内的许多热用户以一个或几个共同热源集中地通过管网供给蒸汽或热水，这种供热方式称为集中供热。集中供热技术的应用已有多年的历史，技术上成熟，有显著的节能效果，因此在世界各国得到广泛的重视和迅速的发展。与使用一般小锅炉分散供热相比，集中供热的优越性主要表现在以下几方面。(1)节约能源。集中供热的节能效益主要是由于两方面的因素：用高效率。大容量的锅炉代替低效率、小容量的锅炉一般情况下，扣除管网热损失后还可节约燃料 20左右；在热电联产的情况下，对高、中压机织，因减少凝汽损失，煤耗可降
6、低 50。(2)改善环境质量。为数众多的小锅炉给域市带来严重的空气污染，这些污染物除排烟中的二氧化硫、氮氧化物和粉尘外，还有噪声。出于锅炉的大型化，可安装各种有效的除尘和脱硫设备、降噪设备，从而可大大改善城市环境质量。(3)供热质量提高。由于集中供热，供热介质的参数稳定，供热质量提高，热用户的工艺质量也有了保证。(4)减少设备和投资费用。因为各热用户个是同时都需要最大供热量，所以供热系统的总热负荷比系统内各个热用户的最大负荷的总和小，这样作为一个整体运行的集中供热系统，它的热源设备的总容量比分散供热时减少，备用裕量也因整体考虑面大为减少，还可减少锅炉房的建筑面积、减少煤场和灰场面积，节约城市用
7、地减少管理人员，减缓交通运输紧张等，从面可节约大量设备投资。此外，随着生产的发展和人民生话水平的提高，采暖和供热开始成为生活上的必需设施，集中供热为城市居民提供了可靠热源，大大方便了生活。一个供热系统主要由以下几部分组成：热源，它通常为集中锅炉房或热电厂；热管网，它由蒸汽管网或热水管网组成；热负荷，通常有生活热用户和工业热用户。由于节能工作和环保的要求以及工业用热需求日益增大，民用采暖和生活用热水迅速增加，农村小热电市场的开拓，我国集中供热正处在一个蓬勃发展的新阶段。日前集中供热的发展趋势呈现以下特点。(1)集中供热与热电联产联系更加紧密，由于溴化锂吸收式制冷机组的大型化，集中供热的发展更和城
8、市热、电、冷三联产结合起来，特别对我国中部及南方的城市，热、电、冷三联产很有吸引力。(2)集中供热与城市煤气化日益结合，发展煤气、热力、电力三联产的技术己日趋成熟，目前己开展小型工业试验，很有发展前途。(3)在集中供热中大力推广循环流化床锅炉。由于流化床锅炉容量不太高，可以燃用劣质燃料，环保效益好，是比较理想的集中供热锅炉。(4)在大城市和工矿区将更多地采用 200MW、300MW 的抽汽、冷凝两用机组作为供热的主力(5)为节约用煤，现有的中、低参数的冷凝机组将会加速改造为热电联产。(6)适当发展核供热堆。由于核供热堆的安全性好，经济性又优于燃煤供热堆，我国在供热堆的研制方面又处于世界前列，因
9、此适当发展 200MW 的供热堆是完全有条件的。(7)允分利用地热和其他低品质的热能供暖。二 热电联产当能量转换设备只提供一种能量(电能或热能) 时，如发电站中凝汽式汽轮发电机纽只能输出电能，供热锅炉房设备只能提供热能(蒸汽或热水 )，都称为单一的能量生产。又如凝汽式发电站中锅炉还建接供热给用户，虽然电站同时供应电能和热能但其生产过程仍属于热、电分别生产的方式。如果在发电站巾采用背压式汽轮发电机组发电，同时又利用其排汽供热(即不使徘汽热量在冷源中损失掉 )。图 5-8 表不了用肯压式汽轮机将热、电生产有机地结合起来构成了热、电联产的系统。另外，也可以利用抽汽式汽轮机组的抽汽在发电的同时实现对热
10、用户的供热。图 5-9 表示了用汽轮机抽汽实现热电联产的系统，可以通过不同的油汽参数来满足工业热用户和民用热用户对供热参数的不同要求。热电联产能够大大提高热能的利用率，节约能源。显然以单纯发电为目的的凝汽式汽轮机，蒸汽在汽轮机中膨胀作功后进入凝汽器，冷却水把凝汽潜热全部带走了；这部分热量损失约为燃料发热量的 45左右。若采用热电联产，则这部分热量可以引出来对外供热、从而大大提高了热电站的热能利用率。表 5-8 给出了不同型式汽轮机组的热能利用率。热电联产目前毛以下发展特点：门)热电联产机组和纯发电机组一样，随着集中供热负荷的增长。也向着大容量、高参数、带中间再热的方向发展，成为提高热电联产经济
11、性的主要途径。(2)提高热电联产机组负荷的适应性、以适应热、电两种负荷大幅度变动的要求。(3)多级供汽，以同时满足不同热用户的各种工艺要求。(4)远距离输送，以适应供热量增加，而由于环保原因又使供热站远离热负荷中心的情况，对核供热堆更是如此。206(三) 联合循环发电报据热力学原理，热能转换为功的最大理论效率受到高热热源温度和低温热阱温度的限制。提高高温热源温度 TH，或降低低温热阱的温度都可以提高热功转换效率。燃气轮机是一种应用广泛的热机，其入门温度 TH 较高。近年来随着材料科学和冷却技术的进步燃气轮机的初温在不断提高，发电用的大型地面燃气轮机的初温最高的现已超过140。这种单一燃气轮机循
12、环的热效率约为 3742。目前采用现代科学技术的气冷叶片和水冷叶片可使燃气轮机装置的初温提高到大约 1370和 l 500，从而使燃气轮机循环的热效率得到进一步提高。但是，煤气轮机的徘气温度约有 450600，大量的热能随高温烟气徘入大气。对于采用蒸汽轮机的蒸汽动力循环，出于材料耐温耐压程度的限制，汽轮机的进汽温度不可能很高，目前一般为 540560。但是蒸汽动力循环的平均放热温度却很低， 一般为30-38。近半个世纪以来，蒸汽初参数逐步提高已采用亚临界、超临界压力，温度560，中间再热，以及大型化和自动化等措施，使发电效率由 30提高到 40左右：但是出于蒸汽发生的平均温度依然不高，要进一步
13、提高单一蒸汽动力循环的热效率，技术上极其困难，而经济上也是不合算的。人们提出了突破单一循环的局限性，将燃气轮机循环和蒸汽动力循环结合起来组成联合循环发电的设想。燃气/蒸汽联合循环发电的基本思路是，利用燃气轮机循环平均吸热温度高和蒸汽动力循环平均放热温度低的特点，各取所长。作为第一工质的燃气经燃气轮机作功后，具有较高温度的排气进人余热锅炉，作为第二工质的水在余热锻炉中吸收余热后变为蒸汽，进入蒸汽轮机作功后再进入冷凝器冷凝，从而构成一个闭合循环。团 5-10 是这种燃气/蒸汽联合循环发电的示意图。与常规的发电方式相比，联合循环发电具有发电效率高、可用率高、投资低、设计和建设周期短、环保性能好、负荷
14、适应性强、起动迅速等优点。由于液体和气体燃料对燃气轮机而言是最合适的燃料，所以，以油和天然气为动力的燃气蒸汽联合循环，已有成熟技术、并得到了广泛的商业应用。目前国际上燃油和天然气的联合循环发电的净效率已达 4855。由于世界石油和天然气资源有限，因此发展以煤为燃料的燃气/蒸汽联合循环发电一直是世界各主要煤炭和电力厂商努力的目标：目前正在大力开发的新的联合循环有：整体煤气化联合循环(IGCC) 发电、流化床燃烧联合循环发电以及增湿空气轮机循环、磁流体发电联合循环等。其中前两种新循环已有示范电站，后两种循环仍在研究之中 oIGCC 是先将煤气化成可燃气体，供燃气轮机燃用即以煤气化设备和燃气轮机取代
15、锅炉，从而能更好地实现高品位煤化学能的梯级利用。一般它是由煤气发生系统及净化系统、燃气轮机、蒸汽轮机及相关的辅助系统组成。固 5-11 是 IGCC 的硫程原理图。IGCC 的优点是，因使用煤气燃烧，提高了燃气轮机的进口温度，使发电总效率也随之提高；另外污染物排放少也是这种联合循环的突出优点，但如何提高气化炉的容量和转化效率，以及解决高温煤气的除尘和脱硫仍是这种循环回临的问题。由于流化床燃烧的诸多优点，采用流化床燃烧的联合循环也备受重视。常压流化床燃烧联合循环的基本形式如图 5-12 所示。从空气压缩机出来的空气，通过埋设在常压流化床锅炉中的换热管被加热至 700，流化床的高温烟气(850)
16、通至蒸汽发生器产生的蒸汽供蒸汽轮机发电。燃气轮机的进气温度用附加燃料的方法从 700提高到 850燃气轮机的排气一部分用于流化燃烧，另一部分用于加热给水。整个循环的效率接近于36%。为了进一步提高循环发电的效率，就必须采用增压流化床燃烧。目前第一代增压流化床燃烧联合循环发电的效率已达 40，克服了流化床燃烧联合循环其燃气轮机入口温度受流化床床温的限制而不够高的缺点(目前最高只有 870) ，第二代增压流化床燃烧联合循环是所谓增压流化床气化/流化床燃烧联合循环。其基本原理是将煤在增压硫化床气化炉内，以空气/汽为气化刑部分气化，以制得低热值煤气，剩余的半焦去流化床锅炉燃烧以产生蒸汽。煤气净化后供顶
17、置燃烧室燃烧，将所得的高温气体送入燃气轮机发电。从燃气轮机排出的高温烟气再去生产蒸汽供蒸汽轮机发电。这种方案不仅保持了流化床低污染燃烧的特点，而且由于煤气燃烧提高了燃气轮机入口温度(10501260)，从而使发电效率有较大提高。目前这种循环的发电效率可达 45、图 5-13 就是这种循环的示意图。二、洁净煤技术专家预测，天然气、石油和煤炭等化石能源在 21 世纪开始的相当长时间里仍将在一次能源中唱“主角” ，其中煤炭在今后相当长的时间内在我国一次能源结构中的主导地位不会发生太大的改变。以往入们比较多的是谈论中国人均能源消费水平低，但在另一方面中国是仅次于美国的世界第二能源消费大国，美国占世界能
18、源总消费的 25.4，中国占 l0.4。特别地，中国还是世界第一的煤炭消费大国占总量的 29.5比美国还多(占总量的 22.9) 。而煤炭在我国能源构成中又占 76.2o化石能源的利用是产生温室气体等环境污染的主要根源，其中燃烧煤炭又比天然气和石油严重很多。煤炭的开发和加工利用已成为我国环境污染物排放的主要来源。随着能源消费量的增加，我国面临的环境形势越来越严峻。化石能源清洁利用的关键，首先是如何利用好煤炭。为了促进能源与环境协调外展，开发推广洁净煤技术是我国以煤为主的能源生产和消费结构下解决环境问题的一个惟一和必然的选择。洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效
19、率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。主要包括煤炭洗选、加工(型煤、水煤浆) 、转化(煤炭气化、液化)、先进发电技术(常压循环流化床、加压流化床、整体煤气化联合循环)、烟气净化(除尘、脱硫、脱氮 )等方面的内容。我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作c随着国家宏观发展战略的转变，洁净煤技术作为 21 世纪中国能翻可持续发展的战赂重点，209得到政府的大力支持。1995 年国务院成立了“国家洁净煤技术推广规划领导小组” 组织制定了中同治净煤技术“九五”计划和 2010 年发展纲要 并于 1997 年 6 月获国务院批淮、中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域(煤
20、炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、传染排放控制与废物处理)，包括十四项技术即：煤炭洗选、型煤、水煤浆、循环流化床发电技术、增压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术、煤炭气化、煤炭液化、燃料电池、烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层甲烷的开发利用、煤歼石和煤泥水的综合利用、工业锅炉和窑炉。（一）煤炭的洁净化处理1 煤炭洗选煤炭洗选是指通过物理或化学的方法降低原煤中从分、硫分、矸石等杂质的含量、并按不同煤种、灰分、热值和粒度分成若干等级，以满足不同用户的需要。选煤工艺可分为四类：筛分、物理选煤、化学选煤、细菌脱硫、筛分是把煤分成不同的粒度。物理选煤目前普通使用的方法有跳汰、重介质选煤和浮选二
21、种。跳汰选煤是在上下波动的变速脉冲水流中使相对密度不同的煤和矸石分开。重介质选煤是用磷铁矿粉等配制的重介质悬浮液(其相对密度介于煤与矸石之间)，持煤与矸石等杂质分开。浮选是利用煤和矸石表面湿润性的差异，洗选粒度小于 0.5mm 的煤。煤炭经洗选后可显著降低灰分和硫分的含量，减少烟尘、SO2 等污染物的排放。日前发达国家需要洗选的原煤已 100入洗重介质旋流器、跳汰机、浮选机等成熟的选煤技术已被广泛采用，洗煤厂处理能力大，洗选效率高。英国、美国已开发了处理 20m 粉煤的洗选新工艺，可脱除 70一 90的黄铁矿硫和 90的灰粉、使用这种洗选工艺洗精煤的锅炉可以不用安装脱硫装置即可达到排放标准的要
22、求，可以降低电站的投资。我国煤炭行业的洗煤能力，经过改革开放后多年的发展，到 1995 年底全国洗煤厂已达557 个年处理能力达 4 亿 t ，年入洗原煤 28 亿 t ，占原煤产量的 20。国内能够设汁制造年处理能力 400 万 t 以下不同厂型、不同煤质、不同洗选工艺的选煤设备及相关的控制系统。仅我国选煤生产和技术水平与发达国家相比还很落后，不能满足我国洁净煤发展的需要。 目前，国内虽能制造处理能力 400 万 t 以下的选煤设备，但存在设备质量差，可靠性低的问题、国内选煤厂平均洗选效率为 85左右，国外在 95以上，选煤厂生产效率仪为国外的 1l0，精媒质量不高，分选效果差。内于国内煤炭
23、市场还没完全实现以质定价，优质优价的政策未能贯彻，因而导致原煤入选比例很低，洗煤厂出力不足，在全国动力煤的市场总供应量中，洗精煤只占 12左右。今后，我国煤炭洗选的重点是研究开发高效洗煤新技术和大规模智能化洗选技术。由于我国主要矿区分布在干早缺水地区，所以顺加强开发干法及省水型洗选技术；开发大型洗煤设备，提高设备的可靠性。同时应考虑建设大型高效简化重介选煤新工艺、干法选煤、高硫煤深度洗选工艺等煤炭洗选示范工程。我国洗精煤目前主要供炼焦行业使用，动力用煤基本不洗选。应当加快动力煤洗选酌发展速度，推广现有成熟技术，建设一些规模大、处理能力强的洗选厂。2型煤型煤是用一种或数种煤与一定比例的胶枯剂、固
24、硫剂等经加工成一定形状尺寸和有一 定理化性能的块状燃料或原料。当今型煤也可以是粉煤及一定比例的煤泥等其他低热值燃料或废物加上胶粘剂、添加刑210加工成型煤的有的燃烧特性还超过了原煤的燃烧特性。型煤分为民用型煤和工业型煤两类。民用型煤畸烷散煤相比，燃烧效率提高倍，节煤 20一 30，烟尘和 SO2 排放可减少 40一 60。工业锅炉燃烧型煤比燃烧原煤节能 15左右，原始排尘减少 70一80总固硫率 52一 73。美、德、荷兰、法同、前苏联、韩国和日本等国均设有型煤研究机构和丁业化生产厂，在褐煤成则、型焦生产、锅炉和机车型煤应用等方面有成熟的技术。1992 年德国成型褐煤产量达 1200 万 t，
25、英国无烟型煤超过 100 万 t，韩国、日本少产民用蜂窝煤达 5 万 t。我国民用型煤技术已达国际水平，城镇民用型煤销售量达 4000 万 t年。工业型煤有锅炉、型焦、化肥、城市煤气、机车、燃料气型煤等。我同现有 800 余尝石灰碳酸化型煤装置，替代着 60的块煤。在中小化肥厂运行工业锅炉炉前成型技术已比较成熟，工业锅炉型煤比原煤散烧价格要高出 5070 元/t。在政府没有出台优惠政策及大气污染防治法对使用型煤没有规定之前，仍处于低谷之中，工业气化型煤日的技术落后，急需以新的技术取代，对气化型煤的质量要求比对民用和工业锅炉型煤要产格。尤其在可长途运输、能防水、冷热强度高，热性能好的技术上还不过
26、关。国家还需在科研、资金上加大投入。“九五”期间我国化肥造气型煤、燃料气型煤缺口都在 1500200()万 t 以上。目前。我国民用型煤技术已经成熟，关键是要制订切实可行的政策，加以推广和普及，扩大居民生活用型煤的生产能力。量大面广的工业锅炉型煤技术也巴基本成熟，但大面积推广使用不够。其障碍来自型煤加工费用高，销售价高于原煤 4070 元t。为了促进该技术的发展、国家要给予优惠的税收和信贷政策，使型煤的销售价降下来。工业型煤中的燃料气型煤和气化型煤的生产工艺和成套设备的研究外发比较滞后，应加强这两种型煤生产工艺和成套设备的开发。3水煤浆水煤浆是 20 世纪 70 年代兴起的新型煤基液体燃料，许
27、多国家基于长期的能源战略考虑，将其作为以煤代油的燃料技术进行研究、开发和储备，且已有商品化使用。水煤浆是种良好的煤基燃料，灰分及含硫量低，燃烧时火焰中心温度较低，燃烧效率高，烟尘、SO2及 NOX 排放量都低于燃油和燃煤，是新型的煤代油燃料。我国经过“六五”以来的研究和技术引进，在水煤桨的制备、运输和燃烧方面取得了很多成果，建立了一些制浆和燃烧示范厂。但目前水煤浆在技术上尚有一定的问题，包括可靠的现场制浆技术，水煤浆的输送和储备技术，适合不同煤种和媒质的水煤浆燃烧器，以及炉内除垢技术等方面还需要进一步研究开发 在水煤浆上应重点解决工业示范系统中的关键技术问题，如研究高效廉价添加剂、高灰煤泥制浆
28、、脱硫及先进的水煤浆气化技术；开发大型代油水煤浆燃烧工艺和设备（二）煤炭的离效、洁海燃烧及发电技术该领域主要包括低氮燃烧器、循环流化床锅炉、加压流化床锅炉、整体煤气化联合循环发电技术等。1低氮燃烧器其作用是通过改善燃烧过程中燃料与空气的混合比以降低火焰温度，从而减少 NOX 生成量。燃煤锅炉采用低氮燃烧器可减少 50左右的 NOX 生成量。我国国产 300-600MW 锅炉都采用引进技术生产的低 NOX 角置直流燃烧器或同轴燃烧系统使 NOX 排放比传统的直流燃烧器降低 200/m以上。2 循环流化床循环流化床(CFB)是目前国外洁净煤技术中项成熟的技术，正在向大型化方向发展。由于其具有煤种适
29、应性广、燃烧效率高、燃烧温度低而使 NOX 徘放量大大降低以及炉内脱硫等特点，发达国家竞相开发。目前世界土运行中的最大蒸发量 700t/h 的循环流化床锅炉已投入运行，1500t/h 的循环流化床锅炉也在设计之巾。目前国外运行在建和计划建设的循环流化床发电锅炉已达 250 多台。目前我国 CFB 锅炉只相当于发达国家 20 世纪 80 年代初期的水平。国内在设计、制造 75th 及以下的小型 CFB 锅炉方面有一定的经验，但脱硫、除灰、防磨等配套技术还不过关，有待进一步完善。通过“八五”科技攻关，我国已设计、制造出 220t/h 循环流化床锅炉现正在安装调试之中。我国已引进了 100MW 循环
30、流化床锅炉，今后将通过技贸结合引进 200300MW 级的大型循环流化床锅炉设计制造技术，逐步实现国产化。3加压流化床发电技术加压流化床(PFBC) 锅炉发电技术由于实现了联合循环，发电效率及环保性能高于CFB锅炉，其效率可达 40以上。目前商业运行的最大的 PFBC发电机组容量仅为80MW、ABB 公司制造的 350MW 的 PFBC 锅炉已于 1997 年投入运行。我国自“七五”计划开始进行加压流化床燃烧技术试验研究， “八五”计划期间开始建设 15MW 的 PFBC 示范试验装置，现正在安装之中已经形成以东南大学为代表的 PFBC技术并发力量。并正在进行 PFBC 锅炉高温烟气净化技术及
31、设备、大功率高初温燃气轮机技术、控制技术等实验室研究开发。我国正在江苏贾旺电厂建设 15MW 加压流化床联合循环中试电站，这套中试装置完全立足国内设计和制造。与此同时，我国已决定引进大型加压流化床发电设备和设计技术一者结合将为今后国内设计、制造大型加压流化床发电设备奠定基础。今后研究开发的重点应放在与加压流化床锅炉配套的高初温、大功率燃气轮机技术及高温烟气脱硫技术的研究开发工作上面。4整体煤气化联合循环发电技术整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术通过将煤气化生成燃料气，驱动燃气轮机发电，其尾气通过余热锅炉产生蒸气驱动蒸气轮机发电，使燃气发电与蒸气发电联合起来，其发电效率可达 45以上。目前
32、IGCC 发电技术还处于第二代技术的成熟阶段。燃气轮机初温达到 1288单机容量可望超过 400MW。世界在建、拟建的 IGCC 电站 24 座，总容量 8400MW，最大单机 300MW。IGCC 发电方式可望成为 21 世纪主要的发电方式之一。我国 IGCC 发电技术的研究开发工作刚刚起步，在气化炉、空分设备、煤气脱硫等单项技术方面有一定的基础。鲁南化工集团通道对 Texaco 气化炉的消化、吸收、创新，基本掌握了设计制造技术，已在其所属化肥厂成功地运行了多年。近年来，国内对世界先进的煤气化技术进行了不同程度的研究，取得了一些成果，但离商业化应用水平还有较大差距。IGCC 由于其高效、洁净
33、，有望成为 21 世纪的主要发电方式之一。我国煤电在电力构成中占主导地位跟随国际潮流，发展 IGCC 发电已势在必行。252（三)煤炭的转化煤炭转化是指用化学的方法将煤转化为洁净的气体(或液体) 燃料或化工原料(或产品)是实现煤炭高效洁净利用的重要途径、包括煤炭气化、液化和燃料电池。1煤炭气化煤炭气化是在适宜的条件下将煤炭转化为气体燃(原)料的技术，旨在生产民用、正业用燃料气和合成气，井使煤中的硫、氮化物和灰分等在气化过程中得到脱除，使污染物排放得到控制。煤炭气化近年在国外得到较大发展，目的是给 IGCC 提供理想的气源，扩大气化煤种，提高处理能力和转换效率，减少污染物排放。目前国际上主要的气
34、化工艺有德士古、道化学、壳牌、HTW、V-Gas 等，其中德士古已于 20 世纪 80 年代完成商业化示范、壳牌的商业化示范正在进行，其余正在建设之中：比较而言，我国的煤炭气化技术水平还较低，目前采用的工艺主要是固定床常压空气气化工乙、采用的炉型多为混合煤气发生炉、水煤气发生炉，效率还不高。近年来，通过引进和消化吸收国外的技术，已有一些企业改用发生炉型两段炉等技术，在关键军部件的寿命、热效率、气化效率和环保等方面也进行了大量研究开发工作。我国煤气的市场需求很大，但国内现有气化技术仍以固定床气化为主，在热效率、气化率和环保方面，与国外的加压气化技术、流化床气化技术等先进气化技术相比，水平相差较远
35、。今后应围绕民用、化工和 IGCC 三个方面的需要、加强开发流化床气化技术、以型煤为原料的富氧气化技术、高温煤气净化技术以及与 IGCC 发电配套的气化技术。2煤炭液化煤碳液化分为直接液化和间接被化、直接液化是煤直接通过高压加氢获得液体燃料。20世纪 70 年代由于受石油危机的影响，一些发达国家相继投入大批人力、物力开发直接液化技术。至 20 世纪 80 年代中期，已诞生了几种新的液化工艺井相继进行了中试。由于世界石油价格偏低，煤直接液化至今未形成商业化生产。我国煤炭直接液化技术研究日前仅处于小试阶段。通过“六五” 、 “七五”科技攻关和国际合作，我国已建成具有先进水平的加氢液化、油品提质加工
36、实验室。间接液化是煤先经过气化制成 CO 和 H2，然后进一步合成得到烃类或含氧液体燃料。世界上最大的煤间接液化厂建在南非，年产量 500 万 t，德国、美国也建成了间接液化的中试厂。我国中科院开发了 MFT 法，主要产品集中在高附加值的硬蜡、高锌烷值汽油和部分甲烷化的洁净煤气，从而简化了产品加工流程，实现了产品优化。这一技术完成了 2000t年工业试验。在专用燃料添加剂方面取得了不少成果。煤炭液化生产液体燃料和高附加值化工产品，可以替代部分石油产品，补偿石油资源短缺。煤炭直接液化和间接液化应向煤基合成油的方向发展、在直接液化方而要研究开发褐煤的脱水液化工艺、催化剂和大型反应器：在煤基合成油方
37、面、则将开发新型催化剂、高级蜡制品、新的脱硫技术作为研究的重点。 “九五”期间主要与国外合作进行可行性研究工作，为以后建设示范工厂创造条件。3燃料电池燃料电他(f fuel cell)是一种不经过燃烧而以电化学反应分式将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。它的发电方式与常规化学电源一样，电极提供电子转移的场所，阳极催化燃料(如氢等 )的氧化过程，阴极催化氧化剂 (如氧等)的还原过程，导电离离子在阴阳极分开的电解质内迁移电子通过外电路做功并构成总的电回路。按电解质不同，燃料电池分为碱性、磷酸型、熔融碳酸盐、固体氧化物及离子交换膜型等五类，煤气化熔融碳酸盐燃料电池系统效率可达到
38、4550，是很有前途的发电方式。燃料电池可以使用天然气、石油液化气、煤气等作为燃料、能量转化效率高、环境效果好。美、日、加、欧洲等注重投入发展燃料电池，在国防、航天、汽车、医院、工厂、居民区等方面已进入商业化。日本于 20 世纪 90 年代初开发系列磷酸型，1997 年前累计销售 140 台，热电联产用 200 kW 磷酸型发电热效率达到 80、连续运行达 5000h，开始批量生产。日本把燃料电他的研究作为月光汁划的一部分，已建成 2 个 1MW 磷酸型燃料电池电厂，熔融碳酸盐燃料电池已进入 100MW 级电堆的研制。美国近 30 年来一直进行燃料电池的研究，已完成磷酸型、熔融碳酸盐型燃料电他
39、的中试，团体氧化物燃料电池的研究正在近行之中，预计 2010 年可实现商业化。1996 年，美园推出世界上最大的 2000kW熔融碳酸盐燃料电池。美国和欧洲待成批生产低成本的家用供电、供暖燃料电池作为最近的开发汁划。燃料电他的潜入很有吸引力。磷酸燃料电池兆瓦级电站和小型装置的高效率也已得到证实。很多小型磷酸燃料电池装置的寿命正在评估之中。我国在燃料电池方面研究也取得了不少成就，但主要是在航天及国防上应用。民用燃料电池电站的研究尚未正式开始。下一步要证明的，是可靠性和耐久性对传统电站的竞争力。其余几种燃料电池的长寿命和高效本也待得到验证。不过，要进一步推入市场，低成本十分重要，效率和寿命等特性还
40、需要在应用开发过程中验证。(四) 煤层气的开发利用煤成气（coal derived gas）是含煤岩系中的煤和其他岩石中的有机质在煤化作用过程中热解产生的天然气。天然气运移到某一合适的储气层，在良好的圈闭条件下，可形成天然气藏。煤成气的成分以甲烷为主。在气藏内，甲烷含量占 95左右；在煤矿矿井内瓦斯风化带以下的瓦斯成分中甲烷占 80以上。保存在煤层内部的煤成气也可称煤层气(coal-bed gas)、主要以吸附状态存在于煤体中。在煤矿采掘过程中，煤层内以及煤层顶底板岩层内的气涌人矿井巷道，采矿人员称之为瓦斯。瓦斯可能在瞬间突出或倾出，产生瓦斯动力现象。据估计，全世界出现的煤成气储量占天然气总储
41、量的 30以亡。有的国家如美国已将煤层内的甲烷气作为能源开发。中欧、苏联、澳大利亚，北美相继发现了一些大型的煤成气气田。美国煤层气从 20 世纪 80 年代开始大规模开发，至今已钻成煤层气并 6000 多口，已有十几个煤田煤层气生产达到商业化，1995 年产气且达到 275 亿 m，实现大规模开发利用。澳大利亚、德国、英国、法国、俄罗斯等主要产煤的国家相继开展地面采气试验，煤层气开发处于生产研究阶段。我国也在河南、四川、陕北、南海等地找到这种类型的气田。已有 146 座矿井装备了井下煤层气抽放系统，1996 年全国袖放量为 63 亿 m利用量 4 亿 m。1992 年以来，在联合国开发计划署资
42、助下，开展了全国煤层气资源评价、松藻等矿务局示范性地面和井下采气工程等四个研究或示范项目。1998 年 1 月 8 日，中联煤层气公司与德士古公司在北京签署了淮北煤层气联合开发生产合同。（五）污染控制与废物管理对煤炭开发和利用过程中产生的污染物控制和废物处理是洁净煤技术的重要内容。燃煤214锅炉排放的烟尘、SO2、氮氧化物是空气污染的主要原因。我国是燃煤大国，而且煤炭的含硫量比较高，发电用煤的平均含琉量达 115出于排放标准要求低，加上治理资金缺乏，治埋手段比较落后，致使燃煤引起的环境污染相当严重，与发达国家相比的差距较大1 除尘发达国家大型燃煤锅炉都配备 5 个甚至更多电场的高效电除尘器或多
43、室的布袋除尘器除尘效率达到 999、我国近年来建设的大型燃煤锅炉一般配 34 个电场的电陈尘器，理论上除尘效率可以达到 99左右，但在实际运行中由于种种原因，往往达不到设计指标、大量中小火电机组的除尘设备落后，是主要的粉尘污染源。2 烟气脱硫煤炭利用过程中产生的 SO2、氮氧化物及粉尘的治理是洁净煤技术的重要内容。其中SO2 的排放控制又是目前亟待解决的环保问题 b发达国家大型燃煤塌炉都配备效率达 95以上的湿法脱硫设备，中小锅炉也采取了经济可行的炉内喷钙及增湿活化脱硫工艺。近期日本新开发出组合烟囱型简易湿式脱硫装置、卧式小型脱硫装置、简易石灰石石膏脱硫装置(可同时脱硫、除尘) ；美国研制成功
44、高效烟气脱硫洗涤器及高利用率新型吸附剂；美国 A1anco 环境公司开发研制了荷电干式喷射脱硫法；ABB 公司开发了近海燃煤电厂海水烟气脱硫技术。我国目前在燃煤锅炉脱硫方面的设计和制造水平与国外相比还有较大差距，仅有的几套脱硫设备全部从国外引进，价格较贵，占全厂投资份额较大，国力难以承受，因此目前燃煤锅炉的 SO2 排放控制还基本届于起步阶段。目前国内尚不完全具备脱硫设备的设计和制造能力，今后应在引进脱硫设备的同时引进设计、制造技求或单独引进脱硫设备的设计技术，以加快脱硫设备的国产化进程。这样，既可降低脱硫设备的造价，有利于普及脱硫设备。同时还可发展脱硫设备的制造产业。3脱氮有选择催化还原法、
45、非催化还原法及吸附法等，商业应用较少。发达闻家目前主要采取在大型燃煤锅炉上安装低氮燃烧器，使氯氧化物徘放量降低 40左右。环保标准严格的日本和德国还要求装设烟气脱氮装置。我国隅前已在 300 MW 及以上锅炉上装有低氮燃烧器。但大量 300MW 以下锅炉的氮氧化物尚无法控制。4粉煤灰我国粉煤灰综合利用的技术水平与发达国家处于同一水平，主要以大宗筑路、水泥、混凝土等用灰为主。但由于我国粉煤灰生成量大，难以全部利用，致使目前我国发电厂粉煤灰贮量高约 8 亿 t。三、多联产技术（一） ”远景 21”中化石能源滑洁利用的构想化石能源的大量应用带来的严重环境挑战促使人们改变目前能源利用中能耗高、污染严重
46、的落后技本，寻求开发出适于可持续发展经济的能源系统。在美国能源部提出的远景 2l(Vision 21)能源系统(图 514)中，煤气化工艺以及后续的净化分离工艺不但可以将煤转化成清洁的合成气，而且可以分离出高效、零污染的氢、基于氢司以用于驱动燃科电池发电，也可以用于低温质子交换膜燃料电池作为汽车动力，处可以与 O2 反应组成 H2/O2 联合循环的先进动力循环。预计到 2050 年，该能源系统的 CO2 215等有害物将有可能实现准零排放。而且其燃煤发电效率可以达到 60。如果这个系统是利用天然气，其发电效率可以达到 75。（二）多联产系统长期以来，由于各个工业部门之间的分隔(例如，发电、动力
47、、石化和化工，甚至冶金)，使得它们往往考虑在本行业内部单独寻求能源利用的“最优解” 。然而，局部最优并非整体或相关系统也能达到最优。而多联产系统正是跨越了行业界限，灵活地考虑了多个相关系统的能源、资源和环境的整体员优化。其构成框架见图 515。多联产(poly-generation)系统是一种能源利用系统，它利用从煤、石油成天然气等化石能源生产的“合成气”(主要成分为 CO和氧)进行跨行业、跨部门的联合生产，以获得多种清洁燃料和化学产品(包括城市煤气、氢、甲醇、 DME 等)同时获得用于外供的热和动力等。气化是实现化石能源清洁利用的重要方法。以煤、石油焦或重渣油为原料，用纯氧或富氧气化后生成粗
48、合成气。然后，粗合成气通过分离净化可以得到高纯度的氢、CO2。另外，粗合成气通过高温净化(目前的技术还只能是低温净化 )除尘脱硫也可以得到含尘量在1mgm以下的清洁合成气，分离出来的硫化物经过进一步的加工，可以得到纯净的元2J6素硫清洁合成气作为大型燃料的燃气蒸汽联合循环的燃料，输出电力。清洁合成气液可以直接输出供做城市煤气，以改善城市环境同时，清洁合成气还可以进一步合成甲醉、二甲醚等液体清洁能源，以及其他化工产品(合成氨、尿素、烯烃)。重要的是这些化学品合成工艺都紧密地与大规模合成气为燃料的燃气蒸汽联合循环结合在一起。多联产系统能够从系统的高度出发，结合各种生产技术路线的优越性，使生产过程耦
49、合到起，彼此取长补短从而达到能源的最高利用效率、最低的投资和运行成本，以及最少的环境污染物排放。三 总能系统的新发展由于工艺生产的需要，化工等产业很早就在化学品的生产过程中联产一部分的电和热，或者联产具有高附加值的化工产品，使原料煤的加工过程巾得到综合利用。发电行业的热与电的联产也有相当长的段历史。但是多联产概念的提出却只是近年来的事情：多联产系统的组合领域已经超越了化工或动力的局限，从能量梯级利用和环境保护的角度出发，使各条技术路线取长补短，集中了许多目前正在迅速发展的重要的过程技术，是总能系统的在更高层次上的新发展。多联产系统的核心特征是动力与化工产品的生产工艺征系统中不是简单地平行更加，而是有机地进行了能量集成，从而比各自单独生产时的工艺流程大大简化，亦减少了初投资和运行费用，使产品成本大为降低，也使系统对环境污染降低到最小。从气化炉出来的组煤气经过除尘和脱硫之后，可以分配成几个部分，供应结不向的生产过程
