《潔凈煤技術(shù)》

緒論1

思考題4

第一章 中國能源構(gòu)成與環(huán)境問題5

第一節(jié) 能源分類與構(gòu)成5

一、能源分類5

二、能源構(gòu)成6

三、中國煤炭資源概況8

第二節(jié) 煤炭開發(fā)與利用中的環(huán)境問題10

一、煤炭開發(fā)加工利用與環(huán)境污染10

二、煤燃燒利用與大氣污染11

思考題12

第二章 煤炭洗選技術(shù)13

第一節(jié) 煤炭洗選的意義13

第二節(jié) 煤炭洗選分類14

第三節(jié) 煤炭的可選性15

一、可選性曲線15

二、煤的可選性評定方法與標準17

第四節(jié) 煤炭洗選工藝17

一、跳汰選煤17

二、重介質(zhì)選煤24

三、浮游選煤31

四、其他選煤方法34

思考題35

第三章 煤的配合加工利用技術(shù)36

第一節(jié) 配煤意義36

第二節(jié) 配煤原理37

一、提出約束條件37

二、確定目標函數(shù)38

三、建立數(shù)學模型39

四、優(yōu)化配方求解39

第三節(jié) 動力配煤的質(zhì)量標準與工藝流程40

一、動力配煤的質(zhì)量標準40

二、動力配煤工藝流程40

第四節(jié) 中國動力配煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀42

思考題43

第四章 型煤生產(chǎn)技術(shù)44

第一節(jié) 型煤的分類44

第二節(jié) 型煤原料的選擇45

第三節(jié) 民用型煤46

一、煤球46

二、普通蜂窩煤47

三、上點火蜂窩煤48

四、特種民用型煤50

五、民用型煤的質(zhì)量指標51

第四節(jié) 工業(yè)型煤51

一、工業(yè)鍋爐型煤51

二、工業(yè)燃氣用氣化型煤52

三、合成氨用氣化型煤53

四、型焦及配型煤煉焦54

五、其他特殊用途型煤56

思考題57

第五章 水煤漿制備技術(shù)58

第一節(jié) 水煤漿產(chǎn)品及分類58

一、高濃度水煤漿（CWM) 58

二、中濃度水煤漿（CWS) 58

三、精細水煤漿59

四、煤泥漿(CWS)59

第二節(jié) 水煤漿的主要特征及制漿用煤的選擇59

一、水煤漿的成漿性59

二、水煤漿的燃燒性63

三、水煤漿的穩(wěn)定性64

四、制漿用煤的選擇64

五、難制漿煤種成漿性的提高途徑65

第三節(jié) 典型水煤漿制漿工藝66

一、制漿工藝的主要環(huán)節(jié)及功能66

二、干法制漿工藝67

三、干、濕法聯(lián)合制漿工藝68

四、高濃度磨礦制漿工藝68

五、中濃度磨礦制漿工藝69

六、高、中濃度磨礦級配制漿工藝70

七、浮選精煤或煤泥制漿71

八、浮選精煤、水洗精煤聯(lián)合制漿73

九、超凈煤精細高熱值水煤漿73

十、褐煤水煤漿73

第四節(jié) 水煤漿添加劑75

一、水煤漿分散劑75

二、水煤漿穩(wěn)定劑78

三、其他輔助添加劑79

工程示例：大同匯海水煤漿廠生產(chǎn)工藝80

思考題82

第六章 煤的熱解技術(shù)83

第一節(jié) 煤熱解分類和過程83

一、煤的熱解分類83

二、煤的熱解過程83

第二節(jié) 煤炭熱解技術(shù)與工藝84

一、干餾方法84

二、加氫熱解法90

工程示例：內(nèi)蒙古多段回轉(zhuǎn)爐（MRF）低溫熱解褐煤示范工藝92

思考題93

第七章 煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)94

第一節(jié) 煤氣化工藝分類94

第二節(jié) 煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)95

一、IGCC的主要特點96

二、IGCC工藝流程97

三、中國IGCC發(fā)展現(xiàn)狀99

第三節(jié) 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)100

一、以煤部分氣化為基礎的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)100

二、以煤完全氣化為基礎的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)101

第四節(jié) 煤炭地下氣化技術(shù)102

一、煤炭地下氣化基本原理102

二、煤炭地下氣化方法及工藝103

工程示例：唐山劉莊煤礦地下氣化工程104

思考題106

第八章 煤炭液化技術(shù)107

第一節(jié) 煤炭直接液化107

一、煤的化學結(jié)構(gòu)與石油化學結(jié)構(gòu)的區(qū)別107

二、煤加氫液化的反應機理108

第二節(jié) 直接加氫液化原料煤的選擇110

一、原料煤的選擇110

二、加氫液化溶劑的選擇111

三、加氫液化催化劑的選擇112

第三節(jié) 煤炭直接液化工藝113

一、氫-煤法113

二、I·G法114

三、溶劑萃取法（Pott-Broche法）114

四、Borrop煤加氫液化工藝116

五、合成油法（Synthoil Process)116

六、煤兩段催化劑液化CTSL工藝117

七、煤炭溶劑萃取加氫液化118

八、煤油共煉技術(shù)119

九、煤超臨界萃取122

第四節(jié) 國內(nèi)煤炭直接液化發(fā)展現(xiàn)狀122

第五節(jié) 煤炭間接液化123

一、煤炭間接液化的一般加工過程124

二、F-T合成的基本原理127

三、F-T合成催化劑127

第六節(jié) F-T合成過程的工藝參數(shù)129

一、原料氣組成129

二、反應溫度129

三、反應壓力130

四、空間速度130

第七節(jié) F-T合成工藝130

一、氣相固定床合成工藝130

二、氣流床Synthol合成工藝131

三、三相漿態(tài)床F-T合成Kolbel工藝132

四、流化床F-T合成工藝134

工程示例：中國科學院山西煤炭化學研究所兩段法合成（MFT）工藝134

思考題136

第九章 煤的潔凈燃燒技術(shù)137

第一節(jié) 粉煤燃燒137

一、粉煤的燃燒過程137

二、 粉煤燃燒器140

第二節(jié) 先進粉煤燃燒器141

一、SGR型低NOx燃燒器141

二、PM型低NOx燃燒器142

三、雙調(diào)風型低NOx燃燒器143

四、旋流式粉煤預燃室燃燒器和火焰穩(wěn)定船式直流型燃燒器143

五、液態(tài)排渣爐的SM型低NOx燃燒器145

六、逆向復式射流預燃燒器145

七、TRW燃燒器145

八、濃淡燃燒146

第三節(jié) 煤的流化床和循環(huán)流化床燃燒147

一、鼓泡流化床燃燒147

二、循環(huán)流化床燃燒149

第四節(jié) 劣質(zhì)煤和煤矸石潔凈燃燒152

一、劣質(zhì)煤的鼓泡流化床燃燒152

二、劣質(zhì)煤的循環(huán)流化床燃燒152

三、煤泥流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展153

四、 低熱值煤電站的發(fā)展153

工程示例：154

一、 兗州煤業(yè)集團煤泥流化床發(fā)電工程154

二、開灤礦務局煤矸石循環(huán)流化床燃燒工程155

思考題156

第十章 煙道氣凈化技術(shù)157

第一節(jié) 煙氣除塵技術(shù)157

一、旋風除塵器157

二、濕式除塵器157

三、袋式除塵器158

四、 電除塵器158

第二節(jié) 煙氣脫硫技術(shù)158

一、煙氣脫硫方法的分類與原理159

二、DBA濕式石灰石/石膏法煙氣脫硫技術(shù)159

三、噴霧干燥法161

四、循環(huán)流化床干法煙氣脫硫技術(shù)162

五、磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)163

六、海水脫硫技術(shù)163

七、電子束法脫硫技術(shù)164

八、活性炭吸附干法脫硫技術(shù)165

第三節(jié) 煙氣脫硝技術(shù)165

一、選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝技術(shù)166

二、選擇性非催化還原法（SNCR）煙氣脫硝技術(shù)167

三、煙氣聯(lián)合脫硫、脫硝技術(shù)167

思考題170

第十一章 燃料電池與磁流體發(fā)電171

第一節(jié) 燃料電池的基本原理及特點171

一、燃料電池的基本原理171

二、燃料電池的特點172

第二節(jié) 燃料電池的分類173

第三節(jié) 磷酸型燃料電池（PAFC) 174

一、基本原理174

二、工作條件174

三、PAFC構(gòu)造174

四、PAFC的特點176

第四節(jié) 質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC) 176

第五節(jié) 固體氧化物燃料電池（SOFC) 177

一、基本原理177

二、SOFC的特點178

第六節(jié) 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC) 178

一、基本原理178

二、MCFC的特點178

第七節(jié) 堿性燃料電池（AFC) 179

一、基本原理179

二、AFC的特點179

第八節(jié) 中國燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀及今后發(fā)展方向179

一、中國燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀179

二、中國燃料電池發(fā)展方向180

思考題181

第十二章 煤制活性炭技術(shù)182

第一節(jié) 活性炭的分類182

第二節(jié) 煤質(zhì)活性炭的結(jié)構(gòu)183

一、活性炭的孔隙183

二、活性炭的化學組成184

第三節(jié) 原料煤的選擇185

一、煤種185

二、煤的顯微組分185

三、煤中的雜原子--O、N、S186

四、煤中礦物質(zhì)186

第四節(jié) 煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)的基本原理186

一、炭化原理186

二、影響炭化的主要因素187

三、活化原理188

四、氣體活化指標188

第五節(jié) 煤質(zhì)活性炭的生產(chǎn)工藝188

一、無定形炭（破碎炭）生產(chǎn)工藝188

二、顆粒活性炭生產(chǎn)工藝189

三、對原料或成品的一些處理工藝190

第六節(jié) 煤質(zhì)活性炭的生產(chǎn)設備191

一、雷蒙磨191

二、混捏設備191

三、炭化爐191

四、活化爐192

五、后處理194

第七節(jié) 煤質(zhì)活性炭的應用195

工程示例：大同惠寶活性炭廠生產(chǎn)工藝196

思考題197

第十三章 煤制其他碳素材料198

第一節(jié) 碳素材料的分類和特性198

第二節(jié) 炭和石墨電極199

一、炭電極199

二、石墨電極199

第三節(jié) 碳素糊類制品200

一、電極糊200

二、底部糊201

三、粗縫糊和細縫糊202

第四節(jié) 炭質(zhì)耐火材料202

一、鋁電解槽用炭塊202

二、高爐炭塊203

三、電爐炭塊204

第五節(jié) 炭黑204

一、炭黑的分類204

二、生產(chǎn)炭黑的原料204

三、 炭黑的生產(chǎn)工藝205

第六節(jié) 碳纖維206

思考題206

第十四章 煤層氣資源開發(fā)利用技術(shù)208

一、煤層氣的生成與賦存208

二、煤層氣的開采209

三、煤層氣的利用210

思考題212

第十五章 煤中共伴生資源的綜合利用技術(shù)213

第一節(jié) 煤矸石及其綜合利用213

一、煤矸石的物理化學性質(zhì)213

二、煤矸石在建材中的利用214

三、高嶺巖煤矸石的綜合利用216

四、煤系其他伴生礦產(chǎn)資源的利用220

第二節(jié) 粉煤灰綜合利用223

一、粉煤灰主要成分及性質(zhì)224

二、粉煤灰提取化工原料225

三、粉煤灰的建材利用226

四、粉煤灰的農(nóng)業(yè)利用231

工程示例：232

一、煤矸石生產(chǎn)燒結(jié)磚232

二、煤矸石做水泥配料233

三、利用爐渣生產(chǎn)空心砌塊235

四、利用粉煤灰做水泥混合材料235

思考題236

第十六章 煤炭清潔開采技術(shù)237

第一節(jié) 煤炭清潔開采概念237

一、概念237

二、煤炭開采活動對環(huán)境造成的污染及破壞237

第二節(jié) 煤炭清潔開采技術(shù)的途徑與措施238

一、減少煤炭開采時的排矸量238

二、減少礦井廢氣和粉塵排放措施240

三、礦井水資源化利用240

四、減輕地表沉陷的開采技術(shù)242

五、塌陷礦坑回填復墾243

思考題244

參考文獻245

本書結(jié)合中國能源化工基地發(fā)展循環(huán)型經(jīng)濟的實際，較系統(tǒng)地介紹了煤炭加工利用與環(huán)境問題；煤炭加工轉(zhuǎn)化主要新技術(shù)、新工藝；煤炭潔凈燃燒新技術(shù)與工藝；煤炭清潔開采新技術(shù)、新方法；煤炭共伴生資源綜合利用技術(shù)；適當介紹了潔凈煤技術(shù)領域的發(fā)展趨勢。書中引入了典型的潔凈煤技術(shù)工程示例，反映了當前潔凈煤技術(shù)的最新成果。

潔凈煤技術(shù)是指在煤炭從開發(fā)到利用全過程中，旨在減少污染排放與提高利用效率的加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等新技術(shù)的總稱。

潔凈煤技術(shù)國外發(fā)展概況

1986年3月美國率先推出"潔凈煤技術(shù)示范計劃（CCTP）"，主要包含四個方面：(1) 先進的燃煤發(fā)電技術(shù)（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電－IGCC，流化床燃燒－CFBC，改進燃燒和直接燃煤熱機）；(2) 環(huán)境保護設備（NO_x 與SO_x控制）；(3) 煤炭加工成潔凈能源技術(shù)（洗選、溫和氣化、液化）；(4) 工業(yè)應用（煉鐵、水泥及其他行業(yè)控制硫、氮、灰塵排放和煙氣回收洗滌等）。已有13項取得初步商業(yè)化成果。歐共體國家正在研究開發(fā)的項目有煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC），煤和生物質(zhì)及廢棄物聯(lián)合氣化（或燃燒），循環(huán)流化床燃燒，固體燃料氣化與燃料電池聯(lián)合循環(huán)技術(shù)等。日本開始較大幅度的增加煤炭的消費量，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)成為熱點。正在開發(fā)的項目包括： (1) 提高煤炭利用效率的技術(shù)，如IGCC、CFBC和PFBC；(2) 脫硫、脫氮技術(shù)，如先進的煤炭洗選技術(shù)，氧燃燒技術(shù)，先進的廢煙處理技術(shù)，先進的焦炭生產(chǎn)技術(shù)等；(3) 煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)，如煤炭直接液化，加氫氣化，煤氣化聯(lián)合燃料電池和煤的熱解等；(4) 粉煤灰的有效利用技術(shù)。

潔凈煤技術(shù)國內(nèi)發(fā)展概況

我國圍繞提高煤炭開發(fā)利用效率、減輕對環(huán)境污染開展了大量的研究開發(fā)和推廣工作。隨著國家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變，潔凈煤技術(shù)作為可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)兩個根本轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略措施之一，得到政府的大力支持。1995年國務院成立了"國家潔凈煤技術(shù)推廣規(guī)劃領導小組"，組織制定了《中國潔凈煤技術(shù)"九五"計劃和2010年發(fā)展綱要》，并于1997年6月獲國務院批準。

中國潔凈煤技術(shù)計劃框架涉及四個領域（煤炭加工、煤炭高效潔凈燃燒、煤炭轉(zhuǎn)化、污染排放控制與廢棄物處理），包括十四項技術(shù)，即：煤炭洗選、型煤、水煤漿；循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、增壓流化床發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)；煤炭氣化、煤炭液化、燃料電池；煙氣凈化、電廠粉煤灰綜合利用、煤層甲烷的開發(fā)利用、煤矸石和煤泥水的綜合利用、工業(yè)鍋爐和窯爐。

傳統(tǒng)意義上的潔凈煤技術(shù)主要是指煤炭的凈化技術(shù)及一些加工轉(zhuǎn)換技術(shù)，即煤炭的洗選、配煤、型煤以及粉煤灰的綜合利用技術(shù)，國外煤炭的洗選及配煤技術(shù)相當成熟，已被廣泛采用；意義上潔凈煤技術(shù)是指高技術(shù)含量的潔凈煤技術(shù)，發(fā)展的主要方向是煤炭的氣化、液化、煤炭高效燃燒與發(fā)電技術(shù)等等。它是旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和污染控制新技術(shù)的總稱，是當前世界各國解決環(huán)境問題的主導技術(shù)之一，也是高新技術(shù)國際競爭的一個重要領域。根據(jù)我國國情，潔凈技術(shù)包括：選煤，型煤，水煤漿，超臨界火力發(fā)電，先進的燃燒器，流化床燃燒，煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，煙道氣凈化，煤炭氣化，煤炭液化，燃料電池。

《潔凈煤技術(shù)科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》

煤炭在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中占到70%，未來幾十年，煤炭在能源消費中的主導作用不會改變，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)，是中國能源發(fā)展的戰(zhàn)略需求，也是“十二五”期間發(fā)展先進能源技術(shù)的重要方向。同時煤炭生產(chǎn)和利用中引發(fā)的環(huán)境、碳排放等問題也會日益突出。在《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃的建議》中，提出要“培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”，要“推動能源生產(chǎn)和利用方式變革，構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系。加快新能源開發(fā)，推進傳統(tǒng)能源清潔高效利用”，要“積極應對全球氣候變化。把大幅降低能源消耗強度和二氧化碳排放強度作為約束性指標，有效控制溫室氣體排放”，給發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)賦予新的目標和要求。

潔凈煤技術(shù)的開發(fā)應用

煤炭是全球最重要的能源之一， 潔凈煤技術(shù)是減少環(huán)境污染、降低碳排量最現(xiàn)實、最有效的辦法之一。潔凈煤技術(shù)的發(fā)展不但為煤炭工業(yè)帶來發(fā)展契機， 而且還將對電力工業(yè)和發(fā)電設備制造業(yè)帶來深刻的影響。與國內(nèi)新能源開發(fā)的風生水起相比， 潔凈煤技術(shù)則顯得曲高和寡， 究其癥結(jié)， 目前我國還缺少政策對清潔煤技術(shù)發(fā)展的指引和支持。而今凈煤技術(shù)作為《新興能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》所框定的十個新興能源產(chǎn)業(yè)之一，彌補了此前政策的缺失導致其產(chǎn)業(yè)化進程緩慢。在我國大力發(fā)展低碳經(jīng)濟的今天，潔凈煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)刻不容緩。在未來的幾年， 十幾年內(nèi)， 我國潔凈煤產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)成為國家關(guān)注的重點產(chǎn)業(yè)。

為了減少直接燒煤產(chǎn)生的環(huán)境污染，世界各國都十分重視潔凈煤技術(shù)的開發(fā)和應用。經(jīng)過20 多年的發(fā)展國外的煤炭氣化、液化以及發(fā)電技術(shù)已經(jīng)日趨成熟。通過實施潔凈煤技術(shù),煤礦企業(yè)在經(jīng)濟上增加盈利,環(huán)境由此得到改善,使經(jīng)濟增長和保護環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。我國是燒煤大國，70%以上的能源依靠煤炭，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)有更重要意義。 2100433B