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12章

煤的化学组成

煤指以有机或无机形态富集于煤层及其围岩中的元素。有些元素在煤中富集程度很高,可以形成工业性矿床,如富锗煤、富铀煤、富钒石煤等,其价值远高于煤本身。

根据煤中伴生元素的性质和用途,可分为有益元素、有害元素和指相元素3类。有益元素主要有锗、镓、铀、钒等,可被利用。有害元素主要有硫、磷、氟、氯、砷、铍、铅、硼、镉、汞、硒、铬等。硫是煤中常见的有害成分,其他有害元素在煤中含量一般不高,但危害极大,如砷是一种有毒元素。煤在燃烧中,硫是造成城镇环境污染的主要物质源。当然,对有害元素如果收集、处理得当也可变成对人有用的财富。煤中伴生元素,有各自的地球化学性质,形成于不同的沉积环境中。因此,可根据元素的相对含量、元素的共生组合关系及元素的比值,来判断相和沉积环境。

煤矸石

煤矸石是煤矿生产过程中产生的废渣,包括岩石巷道掘进时产生的掘进矸石,采煤过程中从顶板、底板和夹在煤层中的岩石夹层里采出来的矸石,以及洗煤厂生产过程中排出的洗矸石。一般常将采煤过程和洗煤厂生产过程中排出的矸石叫煤矸石。

煤矿经过多年开采,废弃的煤矸石堆积如山。20世纪50年代以来,由于采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐渐恶化,煤矿排出的矸石大量增加。我国煤炭系统多年来积存下来的煤矸石达10亿吨以上,现在每年还要排放出近1亿吨,其中洗矸约1500多万吨。

煤矸石的堆积不但占用大量土地,而且煤矸石中所含的硫化物散发后会污染大气和水源,造成严重的后果。煤矸石中所含的黄铁矿(FeS2)易被空气氧化,放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃。煤矸石燃烧时散发出难闻的气味和有害的烟雾,使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多,周围树木落叶,庄稼减产。煤矸石山受雨水冲刷,常使附近河流的河床淤积,河水受到污染。国外曾发生一起煤矸石堆滑坡事故,以致埋没了山谷下的一所小学校,造成多人伤亡事故。因此,解决煤矸石的处理和利用问题,也是煤矿开采和环境保护部门的重要课题。

煤转化为洁净燃料技术

煤转化为洁净燃料主要有以下4种技术:

(1)煤的气化技术,有常压气化和加压气化2种,它是在常压或加压条件下,保持一定温度,通过气化剂(空气、氧气和蒸汽)与煤炭反应生成煤气,煤气中主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸汽做气化剂,煤气热值低;用氧气做气化剂,煤气热值高。煤在气化中可脱硫除氮,排去灰渣,因此,煤气就是洁净燃料了。

(2)煤的液化技术,有间接液化和直接液化两种。间接液化是先将煤气化,然后再把煤气液化,如煤制甲醇,可替代汽油,我国已有应用。直接液化是把煤直接转化成液体燃料,比如直接加氢将煤转化成液体燃料,或煤炭与渣油混合成油煤浆反应生成液体燃料,我国已开展研究。

(3)煤气化联合循环发电技术,先把煤制成煤气,再用燃气轮机发电,排出高温废气烧锅炉,再用蒸汽轮机发电,整个发电效率可达45%。我国正在开发研究中。

(4)燃煤磁流体发电技术,当燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场,就直接产生直流电,然后把直流电转换成交流电。发电效率可过50%~60%。我国正在开发研究这种技术。

煤电联动

煤电联动政策始于2004年年底。当时国家规定,以不少于6个月为一个煤电价格联动周期,若周期内平均煤价较前一个周期变化幅度达到或超过5%,便将相应调整电价。第一次煤电联动在2005年5月,当时电价上调了0.0252元。而随后2005年11月份虽然再次满足了联动条件,但却并未有所动作。时隔一年之后,第二轮煤电价格联动终于在5月1日开始实施。按照国家发改委5月1日公布的煤电价格联动实施方案,全国销售电价从5月1日起平均每度提高2.52分钱,旨在解决2004年6月以来煤炭价格上涨、部分电厂经营亏损以及取消超发电价等对电价的影响,这也超出了此前业界预测的每度涨1分或者1.6分的提价幅度。

煤炭业的转变

世界煤炭工业的发展从20世纪50年代开始,在技术更新和管理经营方面完成了5个转变。

(1)从手工作业转变到机械化采煤,世界上一些主要产煤国家采煤机械化程度都在95%以上。

(2)井下第一线的安全状况有了很大改善,许多国家每产100万吨煤的死亡率降到1人以下,有的只有0.1人左右。

(3)从生产原煤转向加工和深度加工,主要产煤国家生产的原煤,绝大多数是经过洗选加工的,有的经过气化,不但生产燃料,还回收了许多化工产品。

(4)从单一经营转为向综合经营发展,不仅经营煤炭,同时还搞煤炭化工、煤电联营和其他一些与煤炭有关的多种经营。

(5)煤炭运输已由小吨位的木质车皮转变为向大吨位的运煤列车、水上顶推船运输、自动化装卸和管道运输发展。

模块过滤器

模块过滤器是采用进口深过滤模块,对所需过滤的液体进行深层过滤。广泛适用于:茶饮料、葡萄酒、啤酒、烈性酒、果汁、糖浆、口服液、血清及化工行业的过滤。深过滤模块是用具有复杂的立体空间和具吸附性的纤维及硅藻土制成的,是目前国际上广泛使用的高效过滤设备之一。可分为澄清过滤、精细过滤、减菌过滤及除菌过滤。可以反冲洗,最大限度的降低生产成本。该机是目前过滤葡萄酒等的最佳设备。深过滤模块适用于深过滤的各个领域:食品和饮料:啤酒、葡萄酒、不含酒精饮料、调味品(酱油、醋)等药用产品“血清、疫苗及注射针剂。化工产品:农药、油漆、电解液。

母线槽

母线槽系统是一个高效输送电流的配电装置,尤其适应了越来越高的建筑物和大规模工厂经济合理配线的需要。随着现代化工程设施和装备的涌现,各行各业的用电量迅增,尤其是众多的高层建筑和大型厂房车间的出现,作为输电导线的传统电缆现在大电流输送系统中已不能满足要求,多路电缆的并联使用给现场安装施工连接带来了诸多不便。插接式母线槽作为一种新型配电导线应运而生,与传统的电缆相比,在大电流输送时充分体现出它的优越性,同时由于采用了新技术、新工艺,大大降低的母线槽两端部连接处及分线口插接处的接触电阻和温升,并在母线槽中使用了高质量的绝缘材料,从而提高了母线槽的安全可靠性,使整个系统更加完善。

母线槽具有系列配套、商品性车产、体积小、容量大、设计施工周期短、装拆方便、不会燃烧、安全可靠、使用寿命长等特点。母线槽产品适用于交流50Hz,额定电压380V,额定电流250~4000A的三相四线,三相四线制供配电系统工程中。

没有窗户的楼

1988年,日本太阳能专家茂利设计建成了一座奇特的六层楼房,整栋大楼从上至下没有一个窗户。但楼房中的每个房间,却阳光明媚,连各个房间的鱼类和植物都在阳光普照之中。

茂利认为以往的太阳房阳光利用率低,与许多楼顶上的太阳热水器一样,“死板”得很。为了解决太阳能利用率的问题,茂利从向日葵受到启发。向日葵从早到晚总是面对太阳,吸收光和热。茂利在这座六层楼的房顶上安了一个用计算机控制的向日葵式的向日镜,早晨太阳一升起,19个向日镜就面向太阳,追着太阳转,日落后,电脑又将向日镜转向东方,等待第二天黎明时迎接太阳升起。

楼房不装玻璃窗户,是因为密封式的房间最易保持温度。为了解决房间里的采光照明,茂利在大楼的每个房间安了一条由37根光导纤维组成的光缆,光缆的一端开口和楼顶上的向日镜焦点重合在一起,另外,在每个房间的天花板上都各有一个开口。这样,光纤就把楼顶上向日镜收集的阳光像电流一样通到每个房间,亮度相当一盏100瓦的电灯。

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农作物秸秆

农作物秸秆是农业生产的副产品,也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。根据1995年的统计数据计算,我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨,其中造肥还田及其收集损失约占15%,剩余5.134亿吨。可获得的农作物秸秆5.134亿吨除了作为饲料、工业原料之外,其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料,目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨,但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧,其转换效率仅为10%~20%左右。

随着农村经济的发展,农民收入的增加,地区差异正在逐步扩大,农村生活用能中商品能源的比例正以较快的速度增加。事实上,农民收入的增加与商品能源获得的难易程度都能成为他们转向使用商品能源的契机与动力。在较为接近商品能源产区的农村地区或富裕的农村地区,商品能源(如煤、液化石油气等)已成为其主要的炊事用能。以传统方式利用的秸秆首先成为被替代的对象,致使被弃于地头田间直接燃烧的秸秆量逐年增大,许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60%以上,既危害环境,又浪费资源。因此,加快秸秆的优质化转换利用势在必行。

能源

能源依据产生的方式可划分为一级能源和二级能源。

一级能源是指在自然界中能以现成形式提供的能源,例如:天然气、煤、石油;二级能源是指需要依靠其它能源(也就是一级能源)的能量间接制取的能源,例如,电能、一氧化碳。

能源林

能源林就是以生产生物质能源为主要培育目的的林木。以利用林木所含油脂为主,将其转化为生物柴油或其他化工替代产品的能源林称为“油料能源林”;以利用林木木质为主,将其转化为固体、液体、气体燃料或直接发电的能源林称为“木质能源林”。

生物质能源是石油能源的重要替代,而林业是生物质能源的重要来源。发展林业生物质能源,能源林培育是基础。

能源计量当量

能源计量当量是指计算某种能源的能源量时与标准燃料的热值相对应的数量。各种能源直接或间接地都与热有联系。不同能源的热值有高有低。按照其热值把它们折合成标准燃料,便能对各种燃料进行统计、对比和分析。

国际上采用的标准燃料有两种:煤和油。以煤作为标准燃料来计量时称为煤当量,以油作为标准燃料来计量时称为油当量。中国采用煤当量作为能源计量当量。折算的方法是:用1千克标准煤的热值29.3兆焦去度量一切燃料、动力能源。即,煤当量系数等于某种能源1千克实际热值除以1千克标准煤热值29.3兆焦。水电作为一次能源计量时,中国按照火电厂当年生产1度电能实际消耗的燃料的平均煤当量值来计算;联合国统计资料则是按电的热功当量计算,1度水电相当于3.6兆焦,换算成煤当量的系数是0.123。核电换算成煤当量的方法与水电相同,但这种方法不能反映核燃料的转换效率。

能源储运

能源储运是能源生产到利用之间的一个环节。它分为能源储存和能源运输。因各类能源的形态、性质不同,其储运的方式各异。通常包括煤炭储运、石油天然气储运、核燃料运输、电力输送(即输电)。

对于煤炭,主要有煤仓储存和露天储存,其运输主要通过铁路和船运,也可用管道进行煤浆运输。石油、天然气储存用石油库(包括地下洞库)和气柜;运输主要用管道,海上则用大油轮。核燃料运输包括将燃料元(组)件从核燃料加工厂到核电站的运输和将反应堆卸出的乏燃料从核电站到离堆贮存设施的运输。燃料元(组)件的γ放射性比活度很低,对其运输容器的防护要求相对简单,但应在正常运输条件下保证不会被破坏;在事故情况下允许损坏,但绝不允许发生临界情况。乏燃料具有很强的放射性和衰变热,其运输容器设计时,除按一般压力容器考虑外,还要考虑临界、传热、屏蔽和力学等问题。核燃料的运输必须由承运单位验明有关批准证书后方可装运。电力输送又分交流和直流,按电压等级又有高压、超高压和特高压之分。

能源供应

能源供应是指为满足能源需求而对各种形式能源的开发和利用。包括:

(1)一次能源供应。即能源资源的开采,如原煤、原油、天然气、天然铀等矿物能源以及水能、太阳能、地热能、风能、潮汐能、生物质能等可再生能源。

(2)二次能源供应。即一次能源的集中加工转换和输配,如电力(火电、水电、核电)、石油制品(汽油、煤油、柴油等)、煤炭制品(洗煤、焦炭、型煤等)、煤气、液化气和热力(蒸汽、热水)等。

(3)各种进口能源。

能源供应分析是能源规划的重要环节,包括能源资源评价和能源工艺评价,目的在于估计规划中地区能源供应的资源、经济和技术潜力,以及评价供需平衡状况,确定相应的能源供应方案。

能源工业

国民经济体系中从事能源供应的工业部门称为能源工业。能源工业是社会经济发展必不可少的基础工业,一般具有资本和劳动力密集度高、建设和服役周期长、运输负担重、生态和环境影响大等特点。“经济-能源-环境”的协调是社会经济进入良性循环持续发展的基本保证。

能源统计

能源统计是用一整套指标体系和特有的计量形式,采用科学统计分析方法.研究能源的资源、流转、消费以及能源系统运动过程及其数量关系的一门专门统计。它同其他专门统计一样,包括能源统计工作,能源统计资料和能源统计学3个方面。统计资料是统计工作的成果,统计学是统计工作的理论基础。

能源危机

能源危机是指因为能源供应短缺或是价格上涨而影响经济。能源危机通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺,造成经济衰退。从消费者的观点,汽车或其他交通工具所使用的石油产品价格的上涨降低了消费者的信心和增加了他们的开销。

能源弹性系数

能源弹性系数亦称能源弹性。弹性可简单地理解为反应性或敏感性,它是衡量某一变量的变化引起另一相关变量的相对变化的指标。通常表示为在某一变量变化1%时,另一变量变化的相对程度。

能源弹性系数的特点是,综合性强并能概况多种因素。能源与许多经济现象存在着相互依存和制约的数量关系。为研究能源在社会经济发展中的作用,分析能源生产的增长、能源消费的增长对经济增长的影响,可分别计算能源生产弹性系数和能源消费弹性系数,通过这些指标可反映出能源的发展与社会经济的发展相互适应的关系以及发展趋势和规律。

能源弹性系数基本计算公式为:能源弹性系数=能源量的增长率/经济总量的增长率