《洁净煤技术》复习思考题 - 图文

《洁净煤技术》复习思考题

名词解释：

洁净煤技术、流态化、流化床燃烧、循环流化床、湿法脱硫、煤炭气化、干馏、煤的反应性、煤的结渣性、气化强度、发生炉煤气、气化效率/冷煤气效率、热煤气效率、移动床气化法、超临界发电技术、燃料电池、煤层气、碳捕集与封存。

流态化：就是指固体颗粒（又称床料）在自下而上的流体（气体或液体）作用下，在床

内形成的具有流体性质的流动状态。

超临界发电技术：燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸汽来推动汽轮机发

电的，蒸汽的温度和压力越高，发电的效率就越高。在347.15摄氏度、22.115兆帕压力下，水蒸汽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。

移动床气化法：又称固定床气化法，从流态化角度来讲，气体相对于固体床层的速度未达到流化速度，气固系统处于固定床状态。但与层燃炉有所区别的是，在气化炉内，固体原料并不是像层燃炉那样静止在炉蓖上，而是从炉顶加入，在向下移动过程中与从炉底通入的气化剂逆流接触，进行充分的热交换并发生气化反应，故称移动床。

冷煤气效率：指产生煤气的热值与煤气产率的乘积与所用煤料的发热量之比。 间接液化：煤的间接液化是先通过煤气化生产合成气（CO+H2），将煤原有的大分子结构完全破坏，然后通过高活性的催化剂作用下合成油产品。

问答题：

一、根据煤炭的生产和利用过程，洁净煤技术分为哪几类？ 洁净煤技术按其生产和利用的过程可分为三类：

? 第一类是在燃烧前的煤炭加工和利用技术。包括煤炭的洗选和加工转化技术，如煤

的物理与化学净化、配煤、型煤和水煤浆技术，煤炭的转化包括煤炭的液化和气化

技术。

? 第二类是煤炭燃烧技术。主要包括低NOx燃烧技术、循环流化床燃烧技术、增压流化床燃烧和洁净煤发电技术等。

? 第三类是燃烧后的烟气净化技术。主要包括：颗粒物的除尘、氮氧化物和二氧化硫

等烟气的净化处理。 三、发电用煤的质量要求有哪些？ 发电用煤质量指标有：

①挥发分。是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高，着火越容易。根据锅炉设计要求，供煤挥发分的值变化不宜太大，否则会影响锅炉的正常运行。供煤时要尽量按原设计的挥发分煤种或相近的煤种供应。

②灰分：灰分含量会使火焰传播速度下降，着火时间推迟，燃烧不稳定，炉温下降。 ③水分：水分是燃烧过程中的有害物质之一，它在燃烧过程中吸收大量的热，对燃烧的影响比灰分大得多。 ④发热量：为的发热量是锅炉设计的一个重要依据。由于电厂煤粉对煤种适应性较强，因此只要煤的发热量与锅炉设计要求大体相符即可。

⑤灰熔点。由于煤粉炉炉膛火焰中心温度多在1500℃以上，在这样高温下，煤灰大多呈软化或流体状态，所以要根据锅炉的排渣方式决定采用不同灰熔点的原料煤。

⑥煤的硫分：硫是煤中有害杂质，虽对燃烧本身没有影响，但它的含量太高，对设备的腐蚀和环境的污染都相当严重。因此，电厂燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不

能超过2.5%。

四、气化用煤的粒度要求有哪些？

煤气化时所得的气体产物可作为工业和民用燃料，以及化工合成原料。不同类型的气化炉，对原料煤的粒度要求是不同的。不同气化工艺对所用原料煤的粒度要求不同。固定床气化要求使用13~100mm的块煤，且煤的粒度尽可能均匀；流化床气化要求使用0~8mm的粉煤，且按煤料中的最大颗粒确定气体在气化炉内的流速；气流床和熔浴床气化分别要求使用<0.1mm和<6mm的煤粉和细粒煤，且根据煤料中的最大颗粒确定煤料在气化炉内的停留时间。

五、煤的净化技术包括哪些？各自的工业应用和前景如何？

煤炭的净化是一个总称，又叫煤炭处理或煤炭精选。

煤的净化技术也称为煤的燃前净化技术，其方法包括物理方法、物理化学方法、化学方法和微生物方法。

其中物理净化是根据煤和杂质的物理性质（如粒度、密度、硬度、磁性及电性等）的差异进行分选的，主要包括重力分选和电磁选。

物理化学方法是根据煤的表面物理化学性质的差异进行的分选方法，目前主要是浮选技术。

化学净化是借助于化学反应使煤中的有用成分富集，除去杂质和有害物质的工艺过程。目前主要用于煤的化学脱硫，包括碱处理、氧化法和溶剂萃取法等。

微生物净化是用某些自氧性和异氧性微生物，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。

应用前景：物理净化和物理化学净化方法是最成熟和最经济的煤炭燃前净化方法，而化学净化和微生物净化目前主要是用于煤炭的脱硫，但都尚处于实验室研究阶段。 六、简述微生物助浮脱硫的原理？

由于细菌能够自行吸附在固体表面,一般在15min内即完成,细菌的表面化学性质与矿物相差悬殊,因此强烈地影响了矿物在处理过程中行为,由于微生物能选择性地黏附在

矿石和黄铁矿表面,故能够利用微生物通过浮选进行脱硫。

当煤破碎到一定粒度时候,大部分黄铁矿从煤中解离出来,通常在浮选过程中,煤和黄铁矿表面都具有疏水性,所以往往难以分离,造成脱硫效率低,如在浮选过程中加入细菌后,因为微生物的亲水性和迅速黏附,使得黄铁矿表面变为亲水性,而失去可浮性能。

七、目前我国煤炭洗选存在的主要问题有哪些？

（1）原煤入选比例低，不到35%，动力煤入洗比例更低，入洗比例不到20%。

（2）炼焦精煤和商品动力煤灰分分别为9.5%左右和20%以上，远高于美国等国家。 （3）厂型小，生产工效率低、效益差。

（4）大型设备及自动化检测仪表的可靠性有待提高，选煤自动化水平低。

（3）采用重介质选煤工艺比重低，适用于干旱缺水地区、年轻变质煤及易泥化煤的干法及节水型分选技术有待进一步开发完善。

（4）大量未经洗选的原煤直接消费，降低了资源利用效率，加大了环境污染，也浪费了有限的运输能力。

八、什么是动力配煤？动力配煤的作用和意义是什么？

概念：从炼焦配煤的概念得到启发，对动力用煤也可用几种不同性质的煤进行混合而得

到一定特性的燃料煤，这种根据工业锅炉对煤质的特定要求，将几种不同性质的单煤种，按一定比例进行配合而得到一种对锅炉燃烧最有利的燃料煤，就称为动力配煤。 动力配煤的作用和意义：

① 在满足燃煤设备对煤质要求的前提下，采用动力配煤技术可最大限度利用低值煤，或充分利用当地煤炭资源；

② 保证燃煤特性与用煤设备设计参数相匹配，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、水质要求，将不同品质煤相互配合，最大限度满足环保要求。

八、锅炉燃烧方式主要有哪几种？各有何特点？

锅炉燃烧方式主要分为室式悬浮燃烧、沸腾燃烧和层状燃烧三大类。

（1）室式悬浮燃烧是指燃料在无炉排的火室内悬浮燃烧方式，这种燃烧方式只能燃用煤粉或液体和气体燃料，燃烧时，燃料以空气为载体，从喷嘴喷入火室内燃烧，如煤粉炉、油炉、气炉等都属于这种方式。这类锅炉需煤量大，炉型设计针对性强，燃煤多是定点供应，一般不需采用动力配煤。

（2）沸腾燃烧是将燃料布置在布风板（即流化床）上，由强风吹到沸腾状态下的燃烧方式。

? 特点1：这种燃烧方式主要用于燃用低质煤，它可以单独烧用高灰煤、低挥发分、

低热值和水分较高的劣质煤和煤矸石； ? 特点2：由于这种燃烧方式可在燃煤中加入脱硫剂（如石灰石等），使煤中硫固定在

灰渣中起到脱硫效果，故高硫煤也可使用；

? 特点3：该燃烧方式所用的煤多为低质煤，但要破碎到8mm以下才能使用，一般也不需要配煤。

（3）层状燃烧是指燃料在炉排上以固定不动或沿炉排表面移动，但不离开炉排，空气通过炉排与燃料接触进行燃烧的方式。

? 特点1：这种燃烧方式只能燃用固体燃料如：煤、煤矸石等；使用层状燃烧的有手

烧炉、链条炉、往复炉等。

? 特点2：动力配煤主要是针对这种燃烧方式的锅炉。

九、什么是动力煤分级配煤技术？

动力煤分级配煤技术是将分级与配煤相结合，首先将原料煤按粒度分级，分成粉煤和

粒煤，然后根据配煤理论，将各粉煤按比例混合配制成粉煤配煤燃料，将各粒煤配制成粒煤配煤燃料，不仅能配制出热值、挥发分、硫分、灰分、灰熔融温度等煤质指标稳定的符合锅炉燃烧要求的燃料，而且生产出了适合于不同类型锅炉燃烧的粉煤和粒煤燃料。

十、什么是型煤技术？有何优势？

型煤是用一定比例的黏结剂、固硫剂等添加剂，采用特定的机械加工工艺，将粉煤和低品位煤制成具有一定强度和形状的煤制品。

型煤具有以下优势：

① 在块煤燃烧或气化领域，型煤燃烧可以提高煤炭的利用率，节约能源。 ② 在制备过程中添加固硫剂，可以有效地控制粉尘和SO2的排放。

③ 通过制备过程中的配料和成型可以改善热稳定性差或难燃煤（贫煤、无烟煤、煤泥

等）的燃烧特性，扩大资源利用率。 ④ 该技术投资少、见效快，是很好的洁净煤技术。 十一、工业型煤的种类包括哪些？

? 造气型煤：目前广泛采用的是石灰碳化煤球作为化肥制气的原料。

? 锅炉型煤：分为集中成型和炉前成型两种，后者成型工艺简单，通常无需粘结剂，

不用烘干，生产成本低。

? 型焦及炼焦配用型煤：通常按成型时煤料状态分为冷压和热压两大类，目前钢铁公司使用的型焦生产都属于冷压工艺，多采用焦油沥青粘结剂，可以充分利用当地弱粘结和不粘结煤资源。

十二、影响水煤浆制备因素有哪些？

① 煤质、煤种的选择及其成浆性；

② 颗粒级配技术。水煤浆中的煤炭不仅有粒度大小的限制，还要求有良好的粒度分布，

即希望用不同粒径的煤相互填充，减小煤粒之间的空隙，达到较好的堆积效率。堆积效率越高，越容易制备出高浓度水煤浆； ③ 制浆工艺流程。制浆工艺是指对煤炭颗粒、水和添加剂等原料进行细选、破碎、磨

矿、搅拌、混合、过滤、调浆等工艺来制备水煤浆的过程。通过优化制浆工艺流程，可以实现水煤浆中颗粒的较高的堆积效率，满足使用特性要求，同时减少能耗； ④ 添加剂。要使水煤浆达到高浓度、高稳定性以及良好的流变性，必须添加化学药剂。一般分为分散剂和稳定剂两类。

十三、燃煤锅炉排放的NOx来源有哪几种类型？并简述每种类型的生成机理。

根据NOx中的N的来源及生成途径，燃煤锅炉中NOx的生成机理可以分为三类：热力型、燃料型和快速型，其中燃料型占主导作用。

（1）热力型NOx是参与燃烧的空气中的N在高温下氧化产生的，热力型NOx产生的反应速度要比燃烧时反应速度慢，而且温度对其生成起着决定性作用，因此，在锅炉燃烧时可以通过降低火焰温度、控制氧气浓度以及缩短煤在高温区的停留时间来抑制热力型NOx的生成。

（2）快速型的NOx中N的来源也是空气中的氮，煤炭挥发分中的碳氢化合物在高温条件下发生热分解，生成活性很强的碳化氢自由基（CH、CH2）这些活化的CHi与空气中的N2反应形成中间产物HCN、NH和N等，再进一步氧化而形成的NO，实验表明这个过程只需60ms，故称快速型NOx。

（3）由燃料中的N氧化而生成的NOx称为燃料型NOx；燃料型NOx是煤粉燃烧过程中NOx的主要来源，占总量的60%~80%；煤中绝大多数的N都是以有机N的形式存在，在燃烧过程中，一部分含氮的有机化合物挥发并受热裂解生成N、CN、HCN和NHi等中间产物，随后再被氧化生成NOx；另一部分焦炭中剩余氮在焦炭燃烧过程中被氧化成NOx，因此燃料型NOx又分为挥发分NOx和焦炭NOx。

十四、燃煤锅炉的低NOx空气分级燃烧燃技术的原理是什么？

它通过调整燃烧器及其附近区域或是整个炉膛区域内空气和燃料的混合状态，在保证总体过量空气系数不变的基础上，使燃料经历“富燃料燃烧”和“富氧燃尽”两个阶

段，以实现总体NOx排放量大幅下降的燃烧控制技术。

在缺氧富燃料燃烧阶段，由于氧气浓度较低，燃料的燃烧速度和温度都比正常过氧燃烧要低，从而抑制了燃料型和热力型NOx的生成，同时由于不能完全燃烧，部分中间产物如HCN和NH3等会将部分已生成的NOx还原成N2，从而使燃料型NOx的排放量也有所降低。

然后在富氧燃烧阶段，燃料燃尽，但由于此区域的温度已经降低，新生成的NOx十分有限。因此总体上NOx的排放量明显减少。

十五、燃料分级燃烧技术的原理是什么？

在空气分级燃烧技术中，煤粉先进行的是富燃料燃烧，不利于点燃和稳定燃烧，

为此燃料再分级燃烧技术采用的是另外一种思路，即煤粉先经过完全燃烧，生成NOx，然后再利用燃料中的还原性物质将其还原，从而减少NOx排放。

其原理就是在燃烧器内将燃料分级供入，使一次风和煤粉入口的着火区在富氧条件下燃烧，提高了着火的稳定性，然后再与上方喷口进入的再燃燃料混合，进行再燃。

燃料再燃法将整个炉膛分成了主燃区、再燃区和燃尽区三个部分。 在主燃区，约80%的燃料在富氧条件下点燃并完全燃烧，此处的过氧空气系数保持大于1，生成一定的NOx；其余燃料在再燃区送入，与主燃区生成的烟气和未燃尽的煤粒混合，形成还原性气氛，此处的过氧空气系数小于1，燃料中的C、CO、烃以及部分还原性氮，将NOx还原成分子氮。

2NO?2C?N2?2CO22NO?2CO?N2?2CO2 2NO?2CH?(2n?m?1)O?N?2nCO?mHOnn22222最后在再燃区的上方通入过量空气（火上风），使总的过量空气技术大于1，使未

燃烧的燃料完全燃烧，因此称为燃尽区。但由于此时的温度已经降低，NOx的生成量不大。

十六、什么是流化床燃烧技术？工业应用中有几种类型的流化床燃烧方式？

流化床燃烧系指小颗粒煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下或高速气流与所携带的处于稠密悬浮煤料颗粒充分接触进行燃烧。

它分为鼓泡床和循环床两种类型，燃料在炉内既不象层燃炉那样固定不动，也不象煤粉炉那样随气流飘动燃烧，而是在一定范围内上下翻动，呈现流态化，循环运动燃烧。

十七、与常规燃烧方式相比，流化床燃烧有哪些优势？

① 燃料适应性好：流化床锅炉几乎能烧包括贫煤、煤泥、煤矸石、工业废弃物和城市

垃圾等在内的各种劣质燃料。

② 良好的环保性能：流化床燃烧技术具有低温燃烧的特点，一般燃烧温度在

850~900oC，可以有效地抑制热力型NOx的生成；而通过分级燃烧又可以方便地控制燃料型NOx的排放，从而使其NOx的排放水平只有煤粉炉的1/3~1/4；此外，在该燃烧温度下，通过向炉内添加一定量的石灰石，就可以达到90%左右的脱硫效率。 ③ 良好的负荷调节性能：由于炉内大量高温惰性床料的存在，使得流化床锅炉具有良好的负荷调节性能。 十八、在采用石灰石为脱硫剂时，请解释循环流化床锅炉中SO2的脱除过程。

? 流化床燃烧一般是把经过破碎的石灰石或人造脱硫剂随燃煤送入流化床密相区，以

实现在燃烧中脱硫的目的。

? 石灰石在炉内的脱硫机理可以分为煅烧和固硫两部分。 ① 煅烧：碳酸钙先受热分解（煅烧）转变为活性更高的氧化钙。

CaCO3?CaO?CO2?183KJ/mol② 固硫：这就是通常所说的脱硫反应，俗称固硫反应。

1CaO?SO2?O2?CaSO4 2 一般情况下，CaCO3煅烧的分解速度大于CaO固硫反应的速度，因此用石灰石固硫反应实际上是属于固体CaO与SO2与O2的气固反应。 十九、燃煤烟气净化的主要技术包括哪些？

烟气净化技术包括除尘技术、烟气脱硫技术和烟气脱硝技术等 ? 利用烟气中飞灰颗粒与烟气密度及电性质的差异，除尘技术粗分可归纳为机械力作用和静电力作用两大类。根据利用的除尘机理，除尘技术可分为四大类： ? 机械式除尘技术（重力、惯性力和离心力）； ? 静电除尘技术（分为干式静电除尘和湿式静电除尘）； ? 过滤除尘技术（包括袋式除尘技术和颗粒层除尘技术）；

? 湿式除尘技术。

根据SO2性质和特点，可将烟气脱硫技术分为湿法和干法两种。湿法是用石灰石淋洗烟气，SO2会变成亚硫酸钙或硫酸钙的浆状物而除去。干法主要有喷雾干燥法、喷干石灰粉法和活性碳吸附法。

烟气脱硝技术主要有选择性非催化还原工艺（SNR）和选择性催化还原工艺（SCR）。 选择性非催化还原工艺是在烟气中喷入NH3等含氮化合物，将NOx还原成水和N2，脱硝率可达80%以上；选择性催化还原工艺（SCR）与SNR工艺基本相同，只是SCR工艺采用催化剂使反应能在较低温度下进行，脱硝率可大90%，但投资和运行费用大。 二十、袋式除尘器的优缺点是什么？

优点：（1）除尘效率高，一般在99%以上；（2）处理能力大，结构简单、造价低，维护操作方便；（3）受粉尘物性的影响较小。 缺点：体积和占地面积较大；（2）本体压力损失较大；（3）对滤袋质量有严格要求，滤袋破损率高、使用寿命短、运行费用较高。 二十一、请叙述炉内喷钙尾部增湿脱硫工艺过程。

该工艺的化学过程可以分为两段：一段炉内喷钙脱硫和二段炉后增湿活化。 ? 其基本流程和主要反应为：

（1）在炉内喷钙脱硫阶段，将脱硫剂石灰石粉喷入锅炉炉膛温度为900~1250oC的区域。CaCO3受热后立即分解生成CaO

CaCO3?CaO?CO2?CaO颗粒与烟气中的部分SO2和全部SO3反应生成硫酸钙

1

CaO?SO2?O2?CaSO4 2 CaO?SO3?CaSO4 然后此阶段的脱硫产物颗粒、未反应的CaO颗粒与飞灰的混合物随烟气一起离开炉膛。

（2）上述混合物随烟气一起离开炉膛进入活化反应器增湿，未反应的CaO颗粒极易吸水生成高活性的Ca(OH)2颗粒， Ca(OH)2与烟气中剩余的SO2继续反应生成CaSO3，大部分又被氧化成硫酸钙（ CaSO4 ）

Ca(OH)2?SO2?CaSOCaSO33?H2O?12O3?CaSO4

二十二、活性碳加氨吸附法对烟气同时脱硫脱硝技术原理是什么？

活性炭加氨吸附法是指在活性炭吸附脱硫系统中加入氨，既可以脱硫，也可以脱

除Nox。其过程分为：脱硫和再生两部分。

① 当烟气中没有氧和水蒸气存在时，活性炭吸附SO2仅为物理吸附，吸附量小，当氧

和水蒸气存在时，还发生了化学吸附，这是由于活性炭表面具有催化作用，使吸附的SO2被O2氧化为SO3 ， SO3再水蒸气反应生成硫酸，使其吸附量大为增加。 ② 当活性炭吸附SO2后，其表面形成的硫酸存在于活性炭的微孔中，降低了其吸附能

力，因此应将其从中取出，使活性炭再生。常用的再生方法有洗涤再生和加热再生

两种。

主要反应包括：

SO2?H2O?1/2O2????H2SO4(被吸附)H2SO4?2NH3活性碳

2NO?2NH3?1/2O2?2N2?3H2O

二十三、什么是煤炭气化？气化过程的必备条件是什么？

煤的气化过程是一个热化学过程，它以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、蒸气或氢气为气化剂（又称气化介质），在高温的条件下，通过部分氧化反应将原

料煤从固体燃料转化为气体燃料（即气化煤气，或简称煤气）的过程。

煤炭气化时必须具备三个条件：气化炉、气化剂、供给热量。三者缺一不可。 二十四、煤气化的基本原理是什么？

从物理化学过程来看，煤的气化共包括以下几个阶段：煤炭干燥脱水、热解脱挥发

分、挥发分和残留碳（或半焦）的气化反应。

干燥脱水 热解

原煤颗粒 干燥颗粒

残留碳/半焦

气化反应

气化煤气

气化

?(NH4)2SO4(被吸附)挥发分

? 在气化过程中，当煤粒温度升高到350~450oC时，开始发生煤的热解反应，有挥发

物（焦油、煤气）析出，热解反应如下： 煤?热解???CH4??CmHn??焦油??(CO?H2S?、H2?)?H2O??焦炭或半焦

? 煤的气化反应是指热解生成的挥发分、残留焦炭颗粒与气化剂发生的复杂反应。由

于该反应是在缺氧状态下进行，因此煤气化反应的主要产物是：可燃性CO、H2和CH4，只有小部分的碳被氧化成CO2，可能还有少量的H2O。该过程的主要化学反

应有：

水煤气生成反应水煤气平衡碳完全燃烧碳不完全燃烧二氧化碳还原：C?O2?CO2?393.8MJ/kmol：2C?O2?CO?115.7MJ/kmol：CO2?C?2CO?162.4MJ/kmol：C?H2O?CO?H2?131.5MJ/kmol/CO变换反应：??????CO?H2O?CO2?H2?41.0MJ/kmol甲烷生成：C?2H2?CH44?74.9MJ/kmol?H2O?250.3MJ/kmol??????CO?3H2?CH除了以上反应外，煤中存在的其它元素如：硫、氮等，也会与气化剂发生反应，在还原气氛下生成H2S、N2、NH3等物质。虽然这类物质较少，但将直接影响后续的煤气净化工艺

二十五、按气化炉内煤料与气化剂接触方式分，气化方式有哪几种？

按气化炉内煤料与气化剂接触方式分，主要有：固定床气化、流化床气化和气流床气化。

二十六、煤气的种类有哪些？

（1）发生炉煤气；（2）水煤气；（3）合成气；（4）城市煤气；（5）替代天然气。 二十七、为何称为固定床或移动床气化？常压移动床气化炉内按气化温度分为哪几个区域？

? 移动床气化法又称固定床气化法，从流态化角度来讲，气体相对于固体床层的速度

未达到流化速度，气固系统处于固定床状态。

? 但与层燃炉有所区别的是，在气化炉内，固体原料并不是像层燃炉那样静止在炉蓖

上，而是从炉顶加入，在向下移动过程中与从炉底通入的气化剂逆流接触，进行充分的热交换并发生气化反应，故称移动床。

? 在移动床气化过程中，由于原料煤和气化剂的逆流接触，使得沿床层高度方向上有

一个明显变化的温度分布，在不同的区域内所进行的物理化学过程也不一样。对于常压移动床来讲，一般自上而下可分为预热干燥层、干馏层、气化层/还原层、燃烧层/氧化层和灰渣层。

二十八、叙述常压移动床煤气发生炉气化过程

第一步：自下而上，气化剂通过气化炉的布风装置均匀送入炉内，首先进入灰渣层，与灰渣进行热交换被预热，灰渣则被冷却后经由旋转炉蓖离开气化炉。由于灰渣层温度较低，且残留的碳较少，因此灰渣层基本不发生化学反应。

第二步：预热后的气化剂在氧化层与炽热的焦炭发生剧烈的氧化反应，主要生成CO2和CO，并放出大量的热，因此氧化层是炉内温度最高的区域，并为其他气化反应提供热源，是维持气化炉正常运行的动力带，其发生的主要化学反应有：

C?O2?CO2?394.55MJ/kmolC?12O2?CO?115.7MJ/kmol第三步：在第二步的氧化层中，残留的极少量未燃尽碳和不可燃的灰分进入灰渣层冷却，高温的未反应的气化剂以及生成的气体产物则继续上升，遇到上方区域的焦炭。在这里CO2和水蒸气（H2O）分别与焦炭发生还原反应，因此称为还原层。

还原层是煤气中可燃气体（CO和H2）主要生成区域，所以也称气化层。其主要反应均为吸热反应，因此其温度与氧化层相比有所降低。 还原层/气化层的主要还原反应包括：

CO2?C?2CO?173.1MJ/kmolC?H2O?CO?H2?131.0MJ/kmol第四步：还原层上升的气流中主要成分是可燃性气体产物（CO和H2等）和未反应尽的气体（CO2、H2O、N2）等，在上部干馏区域与刚进入炉内原料煤相遇，进行热交换，原料煤在温度超过350oC时，发生热解并析出挥发分，并生成焦炭，由于此时上升气流中已几乎不含氧气，所以煤实际处于无氧热解的干馏状态，故称为干馏层。

第五步：由上面的表达式可见，干馏层生成的煤气中含有许多气体杂质，这些气体杂质随还原层生成的煤气混合即为发生炉煤气，经过炉顶附近的干燥层将原料煤预热干燥后离开发生炉。

二十九、简述煤炭地下气化的原理及意义？

如下图所示，在钻孔1底部点火后，由钻孔1通入气化剂，则在钻孔1底部形成一个燃烧区，其燃烧层面称为火焰工作面。产生的高温气体沿通道3向前渗透，同时把携带的热量传给周围的煤层，从而在气化通道中相继形成燃烧区（Ⅰ）、还原区（Ⅱ）、干馏区（Ⅲ）和干燥区（Ⅳ）。气化产生的煤气从钻孔2导出地面。

随着煤层的燃烧与气化，火焰工作面不断向前、向上推进。下方的析空区逐渐被烧剩的灰渣和顶板跨落的岩石所充填。同时，块煤也可能下落到析空区，而形成一个反应性较高的块煤区。这样，气化区逐渐扩及到整个气化盘区4，并以很宽的气化前沿向钻孔2推进。

三十、粗煤气的净化和提质主要包括哪些？

煤气的净化和加工技术，包括除尘、脱除酸性物质，即CO2和硫化物；以及CO变换和煤气的甲烷化。

煤气的除尘包括脱除粗煤气中固体颗粒和液滴的过程，一般多是物理方法：包括旋风分离法、湿式洗涤法和静电除尘法。（由于粗煤气含有焦油，因此不适宜采用过滤法）

粗煤气中的酸性气体主要是指硫化物和CO2，其中硫化物又以H2S和羰基硫COS为主。粗煤气中脱除酸性气体方法分为干法和湿法两类。

对于CO含量过高的粗煤气，通过水煤气变换反应调整H2和CO的比例的工序就称为CO变换。而甲烷化过程主要是使煤气中的H2和CO在催化剂的作用下发生反应生成CH4。

三十一、什么是煤的直接液化和间接液化？请画出F-T合成工艺过程。

煤的直接液化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

类的工艺，又称加氢液化。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空煤油等。 煤的间接液化是先通过煤气化生产合成气（CO+H2），将煤原有的大分子结构完全破坏，然后通过高活性的催化剂作用下合成油产品。

三十二、什么是整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术？其原理是什么？

整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）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，即煤

的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。

第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）， 第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。

IGCC的原理是：煤经过气化和净化后，除去煤气中99％以上的硫化氢和接近100％的粉尘，将固体燃料转化成燃气轮机能燃用的清洁气体燃料，供入燃气轮机的燃烧室，产生高温燃气以驱动燃气轮机发电，再利用燃气轮机高温排气经余热锅炉产生的蒸气推动蒸汽轮机做功发电，即使得燃气发电与蒸汽发电联合起来。

三十三、燃料电池发电基本原理是什么？意义？

燃料电池是一种电化学装置，它使反应物燃料与空气中的氧气发生电化学反应而直接获得电能和热能的装置。

燃料电池（Fuel Cell）不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，燃料电池正如其名，是继续添加燃料以维持其电力，所需的燃料是「氢」，其之所以被归类为新能源，原因就在此。

燃料电池的运作原理：也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。

氢气由燃料电池的阳极进入，氧气（或空气）则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子（proton）与两个电子（electron），其中质子被氧『吸引』到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物 意义：燃料电池所使用的「氢」燃料可以来自于任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼气…等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及的应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著改善空气污染及温室效应。

的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。

第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）， 第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。

IGCC的原理是：煤经过气化和净化后，除去煤气中99％以上的硫化氢和接近100％的粉尘，将固体燃料转化成燃气轮机能燃用的清洁气体燃料，供入燃气轮机的燃烧室，产生高温燃气以驱动燃气轮机发电，再利用燃气轮机高温排气经余热锅炉产生的蒸气推动蒸汽轮机做功发电，即使得燃气发电与蒸汽发电联合起来。

三十三、燃料电池发电基本原理是什么？意义？

燃料电池是一种电化学装置，它使反应物燃料与空气中的氧气发生电化学反应而直接获得电能和热能的装置。

燃料电池（Fuel Cell）不像一般非充电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，燃料电池正如其名，是继续添加燃料以维持其电力，所需的燃料是「氢」，其之所以被归类为新能源，原因就在此。

燃料电池的运作原理：也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。

氢气由燃料电池的阳极进入，氧气（或空气）则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子（proton）与两个电子（electron），其中质子被氧『吸引』到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物 意义：燃料电池所使用的「氢」燃料可以来自于任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼气…等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及的应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著改善空气污染及温室效应。

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