《低碳技术与节能减排》课件-项目五 煤炭清洁利用

减碳技术—煤炭清洁利用任务1煤气化技术项目五课程导入我国煤炭资源丰富，煤炭在我国能源结构中占的比重最大，但是煤炭直接燃烧带来的环境问题到目前为止仍不能有效解决，而煤气化技术是煤炭资源清洁利用的重要途径和手段。两段式移动床气化技术加压移动床气化技术内容提要01两段式移动床气化技术以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸汽或氢气为气化剂，在高温条件下，通过部分氧化反应将原料煤从固体燃料转化为气体燃料的过程。煤气化原料煤在高温下与气化剂发生氧化还原反应，产生以H2、CO和CH4为有效气体的煤气，气化炉内原料床层相对稳定或随着原料的消耗缓慢向下移动，这也是之所以称为移动床的原因。煤从气化炉顶加入，灰渣从气化炉底排出，气化剂由炉底通过炉箅送人炉内，气化生成的煤气由炉顶导出。两段式移动床气化技术基本原理01两段式移动床气化技术移动床气化强度低，煤炭在炉内停留时间较长，移动床气化炉内料层自下而上可相对分成5个层次，即灰渣层、氧化层（燃烧层）、还原层、干馏层和干燥层。原料煤在这些层中发生相应的变化或反应。图1移动床气化炉内固体床层温度区域分布01两段式移动床气化技术移动床气化操作过程是逆流操作，热量利用合理。另外，其投资低，操作相对容易，所以广为使用。两段式移动床气化炉一般在常压下运行。它是在单段煤气发生炉的上部增加一个干馏段而形成的，所以由干馏段和气化段组成，煤气出口也分成上、下两个，分别位于干馏段和气化段。使用高挥发分的烟煤为原料生产煤气。一般的干馏段高度为4~6m，干馏过程进行得较为彻底，因而可得到较多的轻质焦油，同时可产生甲烷含量较高的高热值煤气，上段煤气的热值约7.5MJ/m3（标准）；下段煤气中不含重质烃类物质，使气化炉所产的污水量降低，便于处理；上下段煤气可分别利用。根据结构的不同和操作的差异，可将两段式移动床气化炉分为两段混合煤气发生炉和两段水煤气炉两种。01两段式移动床气化技术02加压移动床气化技术固态排渣加压移动床气化炉的原理如同常压移动床气化炉，沿料层的高度方向也会出现不同特征的区域，即从下而上分为灰渣层、氧化层、气化层、甲烷层、干馏层和干燥层。在气化过程中，原料自上而下，气化剂自下而上，逆流接触，逐渐完成煤炭由固态向气态的转化。基本原理图4加压气化炉结构02加压移动床气化技术优点煤气热值高，煤种适应性强；耗氧量较低；气化强度高；生产能力大；粉尘带出量少。缺点粗煤气中含有较多的酚类、焦油和轻油蒸汽；煤气净化处理工艺复杂；易造成二次污染、投资高；设备维护和运行费用高。02加压移动床气化技术巩固总结两段式移动床气化技术加压移动床气化技术难点重点减碳技术—煤炭清洁利用任务2煤液化技术项目五课程导入我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭资源在我国能源结构中占很大比重。煤炭液化技术是清洁的能源利用方式，对我国实现节能减排和能源高效利用具有重大意义。煤直接液化技术煤间接液化技术内容提要01煤直接液化技术图1煤炭直接液化示意图在合适的反应条件下，液化性能优良的煤转化率可达到90%以上，所得的煤液化粗油再经过加氢等一系列提质加工，不仅可以生产汽油、柴油、液化石油气、喷气燃料等清洁燃料，还可以获取苯、甲苯、二甲苯等化学品，少量未反应煤和沥青组成的固体残渣可用于生产筑路用沥青、煤基碳纤维、中间相碳微球等高档碳材料。

煤直接液化技术将固态的煤粉及催化剂与溶剂油先配成煤浆，再在高温下直接与氢气进行反应，反应在15～20MPa，反应温度450℃左右，反应停留时间1～2h，使煤直接转化成液体油品的工艺技术。01煤直接液化技术年轻烟煤和年老褐煤，褐煤比烟煤活性高，但因其氧含量高，液化过程中耗氢量多。挥发分大于35%（干燥无灰基）。氢含量大于5%，碳含量75%~82%，氢碳原子比越高越好，同时希望氧含量越低越好。芳香度小于0.7。活性组分大于80%。灰分小于10%（干燥基），矿物质最好富含硫铁矿。选择出具有良好液化性能的煤种不仅可以提高煤的转化率和油产率，还可以使反应在较温和的条件下进行，从而降低操作费用，减少生产成本。适宜的煤直接液化煤种一般满足以下大部分条件。01煤直接液化技术煤直接液化反应器反应器是煤直接液化工艺的核心设备，处理的物料包括气相氢、液相溶剂和固相煤粉，且固体含量高达40%～50%，液化反应同时发生煤热解的吸热反应和加氢的强放热反应，整个反应体系较为复杂。煤直接液化关键设备：图1氢煤法反应器结构01煤直接液化技术高压煤浆输送泵高压煤浆泵的功能是将油煤浆原料加压至高压输入预热炉，升温后进反应器。高压煤浆输送泵是煤直接液化工程的关键设备，要求其排出压力高（出口压力15.2～20.6MPa)、固体含量高（30%～48%）、抗腐蚀，因而其制造难度大。煤直接液化关键设备：图2煤浆输送泵01煤直接液化技术高温高压差减压阀高温高压差减压阀是将反应后的物料由高压变为常压或低压的关键设备。由于物料中含有大量的固体，且前后压差较大，因此在使用过程中存在易磨损、易泄漏等问题。煤直接液化关键设备：图2煤浆输送泵01煤直接液化技术煤直接液化工艺流程：图5煤直接液化工艺流程图02煤间接液化技术煤间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过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。煤间接液化技术间接液化对煤的要求煤的灰分要低于15%。当然越低也有利于气化，也有利于液化。煤的可磨性要好，水分要低。不论采用那种气化工艺，制粉是一个重要环节。对于用水煤浆制气的工艺,要求煤的成浆性能要好。水煤浆的固体浓度应在60%以上。煤的灰融点要求。固定床气化要求煤的灰融点温度越高越好，一般ST不小于1250℃；流化床气化要求煤的灰融点温度ST小于1300℃。02煤间接液化技术煤直接液化工艺对技术要求较为严格，尤其是制造过程中要对液化的温度和压力等条件严格控制。同时，该工艺技术对煤炭有着较高依赖性，制造过程除了需要用到大量氢气之外，还要源源不断地提供循环油作为氢气溶剂以及降低装置在生产中所带来的能源消耗。两种技术比较：煤直接液化工艺技术煤间接液化工艺技术通过将煤炭催化且加氢液化，生产出的煤制油为了达到石油质量要求，则要持续添加氢精制，对工艺技术进行强化。在制造中对温度、压力等的要求并没有直接液化技术高，并且对煤炭依赖性也相对角度，所以工艺技术及风险也偏低。除此之外，操作流程、设备维护等相对简单，有着良好的环保性且副产品更多。在降低煤炭资源消耗量方面表现良好，且设备运行投入成本低，选用更加先进的催化剂进行转化能够带来更高效率，从而提升经济效益。经济效益会受到多方面因素的影响，比如煤炭价格、经济政策等等，都会对其经济性表现带来一定影响。02煤间接液化技术煤间接液化工艺流程：图6煤间接液化工艺流程图巩固总结煤直接液化技术煤间接液化技术重点难点减碳技术—煤炭清洁利用任务3富氧燃烧技术项目五课程导入富氧燃烧技术是指在燃烧过程中引入额外的富氧气体，以提高燃烧效率，并同时减少废气中的有害物质的技术。它被广泛应用于工业生产中，特别是在煤炭、石油、化工、钢铁、电力等领域的燃烧过程中。内容提要富氧燃烧技术原理富氧燃烧技术特点富氧燃烧技术分类富氧燃烧技术应用01富氧燃烧技术原理

富氧燃烧技术简称OEC，是以助燃空气中氧含量超过常规值直至使用纯氧（氧体积含量高于21%的富氧空气或纯氧代替空气作为助燃气体）的一种高效强化燃烧技术。图1富氧燃烧技术示意图01富氧燃烧技术原理图2富氧燃烧技术利用示意图富氧燃烧技术最初主要是运用在冶金、玻璃制备等工业窑炉上。富氧燃烧技术能够降低燃料的燃点，可加快燃烧反应速度，扩宽燃烧极限，提高窑炉的燃烧温度，把空气中的氧气从21%富化至35%，获得相当于空气预热到530℃的效果，在燃烧过程中只有空气中的氧参与了燃烧反应，氮气作为稀释剂可吸收大量的燃烧生成热，促进燃烧完全，减少燃烧后的烟气量，从而提高热量利用率和降低过量空气系数。02富氧燃烧技术分类按富氧燃烧过程中氧浓度的不同，富氧燃烧可以分为以下四类：微富氧燃烧氧气喷枪纯氧燃烧空-氧燃烧按富氧燃烧的目的不同，富氧燃烧大体可以分作以下三类：捕获CO2为目的的富氧燃烧降低有害气体的排放为目的的富氧燃烧提高锅炉效率为目的的富氧燃烧03富氧燃烧技术特点优势理论空气需要量少。随着富氧空气中含氧量的增加，理论空气量减少，从而改变了燃烧特性。火焰温度高。火焰温度随富氧空气中含氧量增加而升高。当含氧浓度小于30%时，火焰温度上升快，大于30%时，温度上升缓慢，因此，一般含氧浓度控制在28%以下为宜，如图所示。排烟量减少。富氧空气含氧量由21%增至27%时，在理论空气量的情况下，湿烟气量可减少20%，从而减少了排烟热损失。富氧空气中含氧量越高，排烟损失所占比例小，节能效果越好。图303富氧燃烧技术特点优势分解热增加。随着烟气温度升高，分解热增加，当遇到低温表面时，将放出大量分解热，这也是富氧燃烧火焰具有较大传热能力的原因之一。节约能源。由于富氧燃烧火焰温度高，炉内温压增大，辐射换热量增强，提高了炉内有效利用热。同时，由于排烟量减少，排烟热损失减小，故设备热效率提高，从而节约了燃料消耗量。图4

03富氧燃烧技术特点局限性NOx生成量增加。由于火焰温度增高，NOx生成量将增加，增加情况如图所示。实施富氧燃烧技术需要投入较大的成本，包括氧气供应等设备的建设和运营费用。富氧燃烧技术对燃料的适应性有一定要求，不能适用于所有类型的燃料。图5

04富氧燃烧技术应用在电力行业中，富氧燃烧技术能够提高燃煤发电厂的发电效率，并降低二氧化碳的排放量。通过提高燃烧效率，降低能源消耗，同时减少环境污染。电力行业在钢铁行业中，富氧燃烧技术可以应用于高炉燃烧系统中，提高高炉的燃烧效率和冶炼效果。通过增加氧气供应量和控制燃烧温度，减少废气中的有害物质排放。钢铁行业在石油化工行业中，富氧燃烧技术可以用于炼油装置、石化装置等设备中，提高燃烧效率，并降低尾气中的有害物质含量。这既能保证化工过程的正常运行，也能减少对环境的污染。石油化工行业巩固总结重点难点01富氧燃烧技术原理02富氧燃烧技术分类03富氧燃烧技术特点04富氧燃烧技术应用减碳技术—煤炭清洁利用任务4超超临界燃煤发电技术项目五课程导入我国一次能源结构决定了发电以煤电为主。通常来说，石油与天然气相对煤炭是一种更清洁的能源，然而从我国“富煤、贫油、少气”的能源现状来看，为保证能源安全，我国必须选择以煤为主的能源消费结构。为实现节能减排、保证经济可持续发展，必须重视发展煤炭的高效清洁利用，而超超临界燃煤发电技术则是其中最成熟可靠和较为经济的选择。内容提要技术简介机遇与挑战应用现状01技术简介

燃煤发电通过产生高温高压的水蒸气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。在374.15摄氏度、22.115兆帕压力下，水蒸气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。比这还高的参数叫做超临界参数。此时，水变成“超临界流体”。温度和气压升高到600摄氏度、25―28兆帕这样的区间，就进入了超超临界的“境界”。图1水的相图01技术简介超临界流体相比于普通气体，拥有许多独特的性质。这种状态既不是液态，也不是气态，但是它能够同时拥有液体与气体的双重性质。它拥有气体般的低粘度、高流动性，同时又具有液态般的高密度，超临界流体的密度可比气体大100倍左右。因此在推动汽轮的过程中，能够提供更大的动量，更小的能量损耗，因此发电效率更高。超临界流体01技术简介火力发电机组的工作原理就是利用煤炭燃烧产生的热能，通过加热液态水形成高温高压的水蒸气，然后利用水蒸汽推动汽轮机的转子进行旋转，从而将热能转化为机械能，继而通过汽轮机的转动，带动发电机组转子旋转，发电机中的定子与转动的转子切割磁力线，从而形成电流，最终达到将热能转化为电能的能量转换过程。图2燃煤发电示意图01技术简介在上述发电过程中，由于各种设备在运行时都会产生一定的能量消耗，所以任何机组都有一个发电效率的问题，发电效率越高，则发电成本就会相应降低，同时排放的污染物总量也就越小，所以尽可能地提高发电效率，对于发电企业来说，无论是降低生产成本，还是节能环保都具有重要的意义。而一个发电机组的发电效率，主要与机组的发电负荷率有直接关系，发电负荷率又与多项机组运行指标密切相关，比如主汽温度、主汽压力、再热温度、再热压力、真空度等。在国际上，通常将蒸汽压力小于22.1M帕、大于15.7M帕的机组称为亚临界机组，处于31M帕和25M帕的称为超临界机组，而将蒸汽温度（主汽温度或者再热温度）大于593摄氏度、蒸汽压力大于31M帕的称为超超临界机组。我国上海外高桥第三发电厂、丹麦BWE公司等在较早的时间就实现了超超临界运行，其发电效率均达到了48%左