书城教材教辅能源科学知识(青少年科普知识阅读手册)
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第10章

碱性燃料电池的工作温度大约80℃。因此,它们的启动也很快,但其电力密度却比质子交换膜燃料电池的密度低10来倍,在汽车中使用显得相当笨拙。不过,它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池,因此可用于小型的固定发电装置。如同质子交换膜燃料电池一样,碱性燃料电池对能污染催化剂的一氧化碳和其他杂质也非常铭感。此外,其原料不能含有一氧化碳,因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾,降低电池的性能。

机械炉排焚烧炉

垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排(炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区),由于炉排之间的交错运动,将垃圾向下方推动,使垃圾依次通过炉排上的各个区域(垃圾由一个区进入到另一区时,起到一个大翻身的作用),直至燃尽排出炉膛。燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合;高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽,同时烟气也得到冷却,最后烟气经烟气处理装置处理后排出。炉排的材质要求和加工精度要求高,要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。另外机械结构复杂,损坏率高,维护量大。炉排焚烧炉造价及维护费用高,使其在中国的推广应用困难重重。

K

开关柜

开关柜是一种电设备,外线先进入柜内主控开关,然后进入分控开关,各分路按其需要设置。如仪表、自控、电动机磁力开关,各种交流接触器等,有的还设高压室与低压室开关柜,设有高压母线,如发电厂等,有的还设有为保主要设备的低周减载。

开滦煤田

开滦煤田为中国华北聚煤区着名的石炭二叠纪煤田,盛产优质炼焦煤。它位于河北省东部,跨唐山、滦县、滦南、丰润、丰南5市县,平面呈北东向长条状,面积550平方千米。京山铁路纵贯煤田,煤田由开滦矿务局负责煤炭开采。

开滦煤田地质构造

开滦煤田量为北东向斜构造,称开平向斜,其东北端仰起,向西南方向倾伏,东南翼倾角20°左右,西北翼稍陡。向斜轴部为晚二叠世红色、杂色地层,翼部为石岩二叠纪煤系,外缘为奥陶纪石灰岩。轴部奥陶系顶面深度一般不足2000米。整个向斜基本为第四系覆盖,覆盖层由北东向南西方向加厚,至煤田西南端已厚达800米以上。向斜东南翼局部地段有中生代辉绿岩侵入煤系,呈岩墙、岩脉产出。开滦煤田煤炭资源量10.8Gt,探明煤炭储量约4Gt。煤种为气煤和肥煤!为“低-富”灰,“低-富”硫煤,洗选后成为优良的炼焦用煤。煤系及其上覆地层中有铝土矿、黏土矿多层,已开发加工陶瓷及耐火材料制品,尚有进一步开发前景。煤系及煤层中的层状、结核状黄铁矿亦有开发前景。

开滦煤田的地质条件

开滦煤田的煤层以中厚煤层为主,倾角由缓倾斜至急倾斜,地质条件总体上属中等。煤田水文地质条件较复杂,有五个主要含水层,水量丰富,尤以煤系下伏奥陶纪石灰岩的岩溶裂隙水对矿井威胁最大,曾多次发生突水及特大型突水灾害。瓦斯含量以向斜西北翼各矿井为高,属高瓦斯矿井及瓦斯突出矿井;东南翼较低,一般为低瓦斯矿井。煤层自然发火期较长,一般无自燃现象。

开发费用

20世纪80年代,美国壳牌石油公司所统计的北海固定式钻井平台费用是,水深34米为35万美元,水深68米为475万美元,水深102米为7000多万美元。据联合国的一份报告说,一台典型的自升式平台费用为700万~1000万美元;一台半潜式钻井装置费用为700万~1000万美元;一艘钻井船建造费用为500万~1500万美元。钻井进尺费用同样是海上高于陆地。每米钻井费用,约为陆地的1.5倍。每日纯钻井费用,自升式约为6500~9000美元;半潜式为8000~11500美元;钻井船约为9000~13000美元。但是,海底油气田的地球物理勘探费用平均还不到陆地勘探费用的一半,而且效率高。这是因为海上的地球物理勘探不需要像陆地上那样靠钻孔来激发,而且随着地球物理勘探技术的提高和应用计算机处理地震记录资料,使得海上钻井的见油层准确率大为提高,加之多井底定向钻井技术的不断发展,也能使海底石油的勘探开发费用大幅度下降。

开发氢能

科学家预计氢能在21世纪有可能成为一种重要的二次能源。氢的热值高达1.2×106焦/千克,为汽油的24倍。液态氢燃烧时能产生1700℃左右的高温,可以用来切割金属;氢作为气轮机的燃料,既可发电,又可产生高压蒸汽供热。作为一般的内燃机燃料或城市民用煤气,更是优越无比。氢燃烧之后回复为水,水又是制氢的原料,可以反复循环使用,而且是无污染能源。

氢能贮量丰富,在地球上每9000克水中就有1000克氢,来源稳定,用之不竭。它贮运方便,瓶装、管输均可,与某些活泼金属反应,还可暂时成为固体而便于搬运。

从水中制氢的方法有热解、电解和光解。以煤或焦炭为原料的合成氨气体中的氢,是使水蒸气通过炽热的碳层分解得到的。这是典型的热解法制氢。在食盐电解制烧碱过程中,会从电解槽的阴极析出氢。此外,还有直接电解水的制氢方法。还有一种方法是模仿某些天然植物所具有的光解水制氢法。科学家们设想,建一些为电解水制取氢气的专用核电站。比如,建一些人造海岛,把核电站建在人造海岛上,电解用水和冷却用水举手可取,又远离居民区,既经济,又安全。制取的氢和氧,用铺设在水下的送气管道输往陆地,再用贮存天然气的方法,在陆地挖一些专用的地下贮气库,把氢气存在里面。

可充电碱性电池

1992年10月,加拿大电池技术国际公司推出一种合乎环保要求的“不含汞可充电碱性电池”。这种新产品上市后,广受用户欢迎。一般的单次使用的镍镉电池和碱性电池的设计,造成每年数以亿计的电池被弃置,而新式可充电碱性电池可以反复充电数百次,可提供比单次使用碱性电池超过50倍的服务时间,比单次使用的碳性电池则高出超过150倍。可充电碱性电池比可充电的镍镉电池价钱便宜,符合环保要求(不含重金属镉和汞),没有记忆效应,还可使用太阳能配合充电。

可燃性有机岩

可燃性有机岩是重要的可燃性燃料,可分为碳质的(煤、油页岩、泥炭)和沥青质的(石油、天然气、地蜡、地沥青)两类。后者主要化学成分是碳及碳氢化合物,由固体、液体、气体组成。

可代替汽油的新能源

由于地球上的石油资源是有限的,世界各国的科学家们正在寻找汽油的代用品。能代用的新能源中,有5种可供选择:

(1)天然气。早在19世纪60年代,法国人就用过以煤气做燃料的发动机。天然气的辛烷值高,对空气的污染程度小,而且在冬季发动机启动好。1980年,世界上已有40万辆汽车改用天然气作动力燃料。但使用天然气,必须对汽车进行改装,天然气加气站的设备比普通的加油站的设备要大和贵。

(2)氢气。液态氢是一种有效燃料。现在已经出现了用氢作燃料的试验汽车。液态氢的缺点是密度太小,沸点太低。

(3)酒精。有许多科学家认为,酒精中的甲醇和乙醇是汽油最现实的竞争者。困难在于提炼酒精的原料不十分丰富。日本研究用海藻做原料,挪威研究用针叶树的木材提炼酒精,墨西哥已成功地从仙人掌中提炼出酒精,新西兰采用桔子皮提炼汽车燃料并初见成效。据测算,1平方米植物能提炼出1千克的燃料。

(4)水。人们发现,在汽油中掺水效果良好。实验证明,一般加水10%最理想。但是,使用加水燃料会大大缩短发动机的寿命。

(5)萘。人们早已知道用萘做燃料。20世纪20年代,有人作过用15%的萘和85%的苯混合作燃料的试验,使用中发动机运转良好,降低了燃料费用。萘的辛烷值可与质量最好的苯相比。只要加入一定量的萘,其效果就很显着。但萘的价格比汽油贵得多。

可充电碱性电池

1992年10月,加拿大电池技术国际公司推出一种合乎环保要求的“不含汞可充电碱性电池”。这种新产品上市后,广受用户欢迎。一般的单次使用的镍镉电池和碱性电池的设计,造成每年数以亿计的电池被弃置,而新式可充电碱性电池可以反复充电数百次,可提供比单次使用碱性电池超过50倍的服务时间,比单次使用的碳性电池则高出超过150倍。

可充电碱性电池比可充电的镍镉电池价钱便宜,符合环保要求(不含重金属镉和汞),没有记忆效应,还可使用太阳能配合充电。

矿石品位

矿石品位是矿石或产品中所含有用成分(元素或化合物)的百分含量。原矿品位的高低表示原矿的富贫程度,精矿品位的高低则反映某种回收成分,选入精矿中的富贫程度。矿石的最低工业品位和边界品位是重要的矿石工业指标,随国家经济政策、科学技术的进步、矿床地质条件及矿石需求程度而变化。最低工业品位是独立开采矿段有益组分平均含量的最低指标。边界品位是单个试样有益组分含量的最低指标,据此划分矿石和废石的界限。边界品位和最低工业品位是圈定和计算表内工业矿量(等于和大于最低工业品位的矿段为表内工业矿量)的主要指标。

矿产储量

经地质部门勘探,并被政府有关权威部门(中国为中央及省、市、自治区矿产储委会)审核批准的各类矿产资源的数量。是衡量其工业价值大小的主要标志,并作为国家计划和工业生产部门制定规划、计划和设计的重要依据。它直接影响采矿工业和有关加工工业的生产规模和空间布局。因地质勘探工作的程度和精度不同,所提供的矿产资源储量也有相应的等级划分。

目前世界各国尚无统一的矿产储量分级标准。欧美国家多采用三级制,如美国、加拿大等国划分为“证实”、“近似”、“可能”储量三级,美国称作“确定”、“推定”和“推测”储量。前苏联采用五级制(A1、A2、B、C1、C2)。中国根据地质部和全国矿产储量委员会所制定的标准,规定矿产储量分为四类五级:

第一类为开采储量——A级,探明程度最高,可作为企业编制生产计划的依据。

第二类是设计储量——B+C级,探明程度较高,可作为大中型矿山企业设计和建设投资的依据。

第三类为远景储量——D级,探明程度最低,仅作为进一步布置地质勘探工作和矿山远景规划的依据。

第四类是地质储量——不作探明储量级别,又称预测储量,是根据地质测量、成矿规律等预测的储量,仅作矿产普查设计之用。

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锂离子电池

锂离子电池是锂电池发展而来。所以在介绍Li-ion之前,先介绍锂电池。举例来讲,以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯,负极是锂。电池组装完成后电池即有电压,不需充电这种电池也可能充电,但循环性能不好,在充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成电池内部短路,所以一般情况下这种电池是禁止充电的。后来,日本索尼公司发明了以炭材料为负极,以含锂的化合物作正极,在充放电过程中,没有金属锂存在,只有锂离子,这就是锂离子电池。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电容量越高。

我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。Li-ionBatteries就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就像运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ionBatteries又叫摇椅式电池。

粒子炮

美国、前苏联从20世纪60年代开始研究将氢氧原子分开,取带电氢离子,用磁场将其聚成束,加速到极高速度,发射出去。不过因为目前的加速技术不足,无法将氢离子加速到军事打击所要求的速度,而且受地球磁场影响,离子束在发射一定距离后就开始分散,改变方向,所以目前仍为投入实用。

绿色能源

“绿色”能源有两层含义:一是利用现代技术开发干净、无污染新能源,如太阳能、风能、潮汐能等;二是化害为利,同改善环境相结合,充分利用城市垃圾淤泥等废物中所蕴藏的能源。与此同时,大量普及自动化控制技术和设备提高能源利用率。

伦敦阵列

“伦敦阵列”是以英荷壳牌石油集团为首的国际财团投资建立的一个风力发电项目。该风力发电项目将投资27亿美元,建在英国泰晤士河河口。将安装270个涡轮机,年发电功率可达1000兆瓦,足以满足伦敦25%的居民用电需求,一年还可以减少排放温室气体——二氧化碳190万吨。

磷酸燃料电池

磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名字所示,这种电池使用液体磷酸为电解质,通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池的工作温度略高,位于150~200℃左右,但仍需电极上的白金催化剂来加速反应。其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同,但由于其工作温度较高,所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴极的速度快。

较高的工作温度也使其对杂质的耐受性较强,当其反应物中含有1%~2%的一氧化碳和百万分之几的硫时,磷酸燃料电池照样可以工作。

磷酸燃料电池的效率比其他燃料电池低,约为40%,其加热的时间也比质子交换膜燃料电池长。虽然磷酸燃料电池具有上述缺点,它们也拥有许多优点,例如构造简单,稳定,电解质挥发度低等。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力,而且有许多这样的系统正在运行,不过这种电池是乎将来也不会用于私人车辆。在过去的20多年中,大量的研究使得磷酸燃料电池能成功地用于固定的应用,已有许多发电能力为0.2~20MW的工作装置被安装在世界各地,为医院、学校和小型电站提供动力。

鲁奇气化法

鲁奇气化法是世界上最早采用的加压气化法,由德国鲁奇公司首先提出,1936年第一座工业性装置在德国投产。由于此法在技术上比较成熟,煤气中的甲烷含量也较高,所以目前建设大型煤的气化工厂仍以鲁奇气化法为主。