煤炭能源及太阳能1(郭占成).ppt

煤炭能源利用技术,报告人郭占成北京科技大学特聘教授中国科学院过程工程研究所研究员,,我国能源情况简介,Background,,Naturalgaswillbemainenergyresourceinthefuture,按目前的技术水平和产业结构发展，人均1万美元时，能源缺口20亿吨标煤,能源供应已成为国民经济发展的瓶颈－－“节能优先”,世界人均能源消费,,－能源结构特征,煤炭是中国能源的主导2004年19亿吨，672020年25亿吨，60,我国以煤为主的能源结构长期不会改变,5,,钢铁,中国工业能源消费情况,工业能源消费占总能源消费的70左右冶金、化工、建材是节能减排的重点,能源效率低、环境污染重阻碍着我国经济的可持续发展,,,80的煤直接燃烧,7,70％的烟尘、90％的SO2，67％的NOX，82％酸雨污染造成的经济（健康）损失占GDP的7％左右,－国家需求（1）,提高能效,降低污染,要求,,,,,33,迫切要求解决石油缺口和能源安全保障问题,中国原油生产与消费量,－国家需求（2）,8,石油依赖进口2003年，30％左右2020年60-70％,能源供给安全隐患,,－国家需求（3）,电力供应紧张预计2020年我国用电量增加到48000亿度，需要年增长5－6虽然水电、核电、风力发电总量在增加，但火力发电也需持续增加，75左右的电力要燃煤火电厂提供，电力结构不会发生根本性转变。,9,,没有任何一个单一过程可同时满足煤炭的高效、洁净和经济利用,煤的多联产是解决我国能源问题的最佳技术途径,10,煤的多联产,,满足能源需求油、电,提高能源效率,降低环境污染、减少CO2排放,提高经济效益,做什么样的多联产－出发点,,重要产品需求液态燃料、电煤种可获得性及煤种多样性技术经济性为氢能制备留有发展余地为CO2处理留有发展余地,11,出发点,,共性高效、洁净,国情,,,12,技术可以,现有单元技术能否满足多联产,经济不满足,,技术经济性差,需要符合多联产要求的单元技术,,,煤炭直接燃烧技术,链条炉锅炉,块煤，原料价格高，转换效率低,煤粉炉锅炉,粉煤，磨粉成本高，转换效率高,原煤，原料成本低，转换效率高、污染小,循环流化床锅炉,,煤化工（液体燃料合成技术）,煤碳液化,,直接液化,间接液化,煤炭－液化－分离－蒸馏－油品加工－油品,制氢,,煤炭－气化－变换－净化－合成－液体燃料,甲醇、二甲醚、油品,直接液化,间接液化,煤种适应性,差,强,反应条件,435－445oC,250－350oC,油品特点,杂链烃为主,直链烃为主,设备材料要求,材料要求高设备需进口,材料要求低设备可国产,技术成熟度,小规模试验,工业性试验,工业化情况,小规模试验,国内技术K吨级国外技术工业生产,,20,各产品对应的适宜合成气组成,－煤化工主工产品,－煤制合成气,,21,,1.煤的入口；2.煤的闭锁室；3.在冷却水套发生的蒸汽的出口；4.配煤器驱动装置；5.配煤器；6.煤气出口；7.洗涤冷却器；8.清洗后的煤气出口；9.配煤叶片；10.旋转炉排；11.旋转炉排的驱动装置；12.冷却水套；13.气化剂入口；14.渣的闭锁室；15.渣的排出口固态排渣Lurgi炉,1.煤的闭锁斗；2.配煤器与搅动器；3.隔热衬套4.水套5.压力壳；6.渣的淬冷器；7.渣的闭锁斗；8.循环的淬冷用水；9.渣口；10.风口；11.蒸汽/O2的入口；12.煤气出口；13.煤气淬冷器；14.驱动器液态排渣Lurgi炉,,－煤制合成气,,22,,德士古水煤浆气化炉,煤粉循环流化床气化炉,－天然气制合成气,,23,图5.6管式炉结构示意图,管式炉结构示意图,Synthesizingliquidfuel,Investment60-65,Productioncost-50,Investment-50,Productioncost60-65,CO2emissionfactor0.64Shellprocess,CO2emissionfactor0.42steamreing,,－煤与天然气共气化制合成气,CoalgasificationC10H85O210CO4H2H2/CO0.4lower,,coupling,Directtosyn-gasH2/CO1-2adjustable,H2,,1000m3heat3500MJ,,,,,1000m3Outputheat3000MJ,NaturalgasreingCH4H2OCO3H2H2/CO3higher,,TheoreticBase,,Heat,Auto-thermalconversioncoalgasificationwithnaturalgas,Cons.for1000m3COH2RawmaterialsEnergy,Comp.ofsyngas,,,,,,,,,,Energyconsumptionbydifferentway,way,13GJ,18GJ,14GJ,CO2emissionfactor,,0.42,0.64,0.31,Howtoco-converse,,Technology1,Technology2,byBlastFurnace,beingdevelopedbyIPE,CAS,Ash,Air,Coal,AirSteam,Naturalgas,Rawsyngas,,,,,,,,,byFluidizedBed,beingdevelopedbyICC,CAS,,,ResultofCo-gasificationby20m3/hdemonstration,,Coalandnaturalgasco-conversionisapossiblewayLowinvestmentbyshortingofprocessLowcostofsyn-gasbylessNGconsumptionSaveenergybythermo-couplingReduceCO2emissionAvoidlackofnaturalgasinChinaCOG,CBGalsobeusedinsteadofNG,－燃料合成,,30,,,浆态床反应器示意图,固定床反应器示意图,31,,,32,,.,,33,,.,,－煤转化过程分析,,1、煤发电的效率分析,煤中的化学能转化为电能的过程中，能量转化的方式不同，其效率不同。热能效率最低，化学能效率最高。,34,,2、单一FT（煤的间接液化）过程的能量损失,热值煤（7000kcal/kg）油（11000kcal/kg）理论1.5kg煤1kg油实际4.5kg煤1kg油3kg煤,3、化学合成选择性达不到100％,多联产使煤的能源利用效率更具科学合理性,热动力消耗,未转化合成气或副产物利用,,,多联产系统合理利用,－煤转化过程分析,35,,－经济性,,,电,,热,1.5,3.06,,电,,热,,电,,热,1.5,1.5,2.44,3.36,煤,粉,炉,发,电,工,业,锅,炉,供,热,煤热,粉电,炉联,供,I,G,C,C,热,电,联,供,单位美分/GJ,,27％,,甲,醇,,电,,热,12美分/升,1.5,甲,醇,生,产,,甲,醇,2.44,IGCC热电与,甲醇三联产,40,7美分/升,,多联产有显著的经济效益,36,,－环境,多联产有显著环境效益,37,60KW机组,,美国＜21世纪展望＞多联产过程,－国际发展趋势,,38,特点,产品电力,环境CO2埋藏,技术燃料电池,,欧洲Shell公司SyngasPark（合成气园）,39,,－国际发展趋势,特点产品多元化,甲醇化学品化肥工业用气城市煤气电力,,日本EAGLE过程,40,特点,产品电力液体燃料,技术洁净气化催化合成燃料电池,,,燃气发电,,－国际发展趋势,,我国的多联产发展,,上海焦化公司三联供工程1998年竣工验收,,我国的多联产发展,,,能源结构特征,国内技术基础,国际发展趋势,科学合理性,煤多联产,,,,,,,煤多联产是能够同时解决我国油电需求、煤炭利用效率低下、环境污染问题的有效手段,43,