能量轉(zhuǎn)換和儲存課件

能量轉(zhuǎn)換和儲存能量轉(zhuǎn)換和儲存1第一節(jié)主要的能量轉(zhuǎn)換過程概述化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能熱能轉(zhuǎn)換為機械能機械能轉(zhuǎn)換為電能第一節(jié)主要的能量轉(zhuǎn)換過程概述2能量的轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換是能量最重要的屬性，也是能量利用中的最重要的環(huán)節(jié)。通常所說的能量轉(zhuǎn)換是指能量形態(tài)上的轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換包括：能量在空間上的轉(zhuǎn)移，即能量的傳輸；能量在時間上的轉(zhuǎn)移，即能量的儲存。能量轉(zhuǎn)換過程必須遵守能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，即：輸入能量-輸出能量=儲存能量的變化能量的轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換是能量最重要的屬性，也是能量利用中的最重要3能量的轉(zhuǎn)換在國民經(jīng)濟和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是熱能、機械能和電能。它們可以由其它形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換而來，它們之間也可以互相轉(zhuǎn)換。任何能量轉(zhuǎn)換過程都需要一定的轉(zhuǎn)換條件，并在一定的設(shè)備或系統(tǒng)中完成。能量的轉(zhuǎn)換在國民經(jīng)濟和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是4能量轉(zhuǎn)換和儲存課件5能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學(xué)能熱能化學(xué)能熱能機械能化學(xué)能熱能機械能電能化學(xué)能電能熱能化學(xué)能電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應(yīng)）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤化學(xué)能熱能爐6能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪太陽能機械能機械能機械能機械能電能光能熱能光能熱能機械能電能光能熱能電能光能電能光能化學(xué)能光能生物能電磁波電能水車、風(fēng)車。水輪機——發(fā)電機，波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學(xué)反應(yīng)，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學(xué)電池光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波7能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核能核分裂熱能機械能電能核分裂熱能核分裂熱能電能核分裂電磁能電能核聚變熱能機械能電能電能光（激光）熱能電能熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核分裂熱能機械8概述在能源利用中最重要的能量轉(zhuǎn)換過程是將燃料的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)換為熱能，熱能再通過熱機轉(zhuǎn)換成機械能。機械能可以直接利用，也可以轉(zhuǎn)換成電能。將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁窃谌紵O(shè)備中實現(xiàn)的。主要的燃燒設(shè)備有鍋爐和各種工業(yè)爐窯。概述在能源利用中最重要的能量轉(zhuǎn)換過程是將燃料的化學(xué)能通9概述將熱能轉(zhuǎn)換為機械能是目前獲得機械能的最主要的方式。轉(zhuǎn)換過程通常是在熱機中完成。應(yīng)用最廣的熱機是內(nèi)燃機、蒸汽輪機、燃氣輪機等。內(nèi)燃機主要為各種車輛、工程機械提供動力。蒸汽輪機主要用于發(fā)電廠中，也可作為大型船舶的動力，或拖動大型水泵、壓縮機、風(fēng)機。燃氣輪機除了用于發(fā)電外，還是飛機的主要動力源，也可用作船舶的動力。概述將熱能轉(zhuǎn)換為機械能是目前獲得機械能的最主要的方式。10化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃料燃燒是獲取熱能的最主要方式。能在空氣中燃燒的物質(zhì)稱為可燃物，但不能把所有的可燃物都稱作燃料（如米和沙糖之類的食品）。所謂燃料，就是能在空氣中容易燃燒并釋放出大量熱能的氣體、液體或固體物質(zhì)，是能在經(jīng)濟上值得利用其發(fā)熱量的物質(zhì)的總稱。燃料通常按形態(tài)分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃料燃燒是獲取熱能的最主要方式。11化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能天然的固體燃料有煤炭和木材；人工的固體燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭應(yīng)用最為普遍，是我國最基本的能源。天然的液體燃料有石油（原油）；人工的液體燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的氣體燃料有天然氣，人工的氣體燃料則有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、水煤氣和液化石油氣等?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能天然的固體燃料有煤炭和木材；人工的固體燃料有12液體燃料固體燃料氣體燃料液體燃料固體燃料氣體燃料13化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃燒反應(yīng)是一個氧化反應(yīng)。燃料中的可燃元素碳、氫、硫和空氣中的氧激劇化合時發(fā)出顯著的光和熱。通過燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置稱為燃燒設(shè)備。其中鍋爐就是典型的燃燒設(shè)備，它是通過化石燃料的燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為高溫?zé)煔獾臒崮埽⒂脽崮芗訜崴怪優(yōu)檎羝?。化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃燒反應(yīng)是一個氧化反應(yīng)。14有關(guān)燃燒的知識燃料燃燒的必要條件燃燒所需的空氣量燃燒產(chǎn)生的煙氣量有關(guān)燃燒的知識燃料燃燒的必要條件15燃料燃燒的必要條件必須要有能燃燒的可燃物（燃料）；必須要有使可燃物著火的能量（熱源），即使可燃物的溫度達到著火溫度以上；必須供給足夠的氧氣和空氣。為了維持燃燒，還必須保證：

（1）必須把溫度水平維持在燃料著火溫度以上；（2）必須把適當(dāng)?shù)目諝饬恳哉_的方法供應(yīng)給燃料，使燃料能充分地與空氣接觸；（3）必須及時而妥善地排走燃燒產(chǎn)物；（4）必須提供燃燒所必須的足夠空間（燃燒室）和時間。燃料燃燒的必要條件必須要有能燃燒的可燃物（燃料）；16不同燃料的燃燒特點煤的燃燒油的燃燒氣體燃料的燃燒不同燃料的燃燒特點煤的燃燒17煤的燃燒煤的燃燒基本上有兩種形式：第一種是煤粉懸浮在空間燃燒，稱為室燃或粉狀燃燒；第二種就是煤塊在爐排上燃燒，稱為層燃或?qū)訝钊紵?。煤的燃燒煤的燃燒基本上有兩種形式：第一種是煤粉懸浮在空間燃燒18煤的燃燒技術(shù)目前煤的燃燒方式主要是煤粉燃燒和流化床燃燒。我國大型鍋爐和工業(yè)窯爐大多采用煤粉燃燒。為了提高煤炭燃燒的效率和減少污染，發(fā)展了許多先進的燃燒技術(shù)，如煤粉燃燒穩(wěn)定技術(shù)，包括各種新型的燃燒器，煤粉低氮氧化物燃燒技術(shù)，高濃度煤粉燃燒技術(shù)，流化床燃燒技術(shù)等。煤的燃燒技術(shù)目前煤的燃燒方式主要是煤粉燃燒和流化床燃燒。我國19油的燃燒油的燃燒方法有內(nèi)燃和外燃兩種方式。所謂內(nèi)燃，是在發(fā)動機氣缸內(nèi)部極為有限的空間進行高壓燃燒，是一種瞬間的燃燒過程。所謂外燃，就是不在機器內(nèi)部燃燒，而在燃燒室內(nèi)燃燒，并直接利用燃燒發(fā)出的熱量，如鍋爐、窯爐內(nèi)進行的燃燒。油燃燒的全過程包含著傳熱過程、物質(zhì)擴散過程和化學(xué)反應(yīng)過程。油的燃燒油的燃燒方法有內(nèi)燃和外燃兩種方式。20油的燃燒技術(shù)油是最常用的液體燃料。油的燃燒實際上包含了油加熱蒸發(fā)、油蒸氣和助燃空氣的混合以及著火燃燒三個過程。為了實現(xiàn)油的高效低污染燃燒，應(yīng)從以下來兩方面著手：（1）提高燃油的霧化質(zhì)量；（2）實現(xiàn)良好的配風(fēng)。油的燃燒技術(shù)油是最常用的液體燃料。21氣體燃料的燃燒氣體燃料的燃燒可以分為容器內(nèi)燃燒和燃燒器燃燒，它們和油的兩種燃燒方式相近。氣體燃料的燃燒過程包括三個階段，即混合、著火和正常燃燒。氣體燃料的燃燒氣體燃料的燃燒可以分為容器內(nèi)燃燒和燃燒器燃燒，22氣體燃料的燃燒技術(shù)氣體燃料燃燒的效率主要取決于氣體燃料燃燒器。對氣體燃燒器的基本要求是：不完全燃燒損失小，燃燒效率高；燃燒速率高，燃燒強烈，燃燒熱負荷高；著火容易，火焰穩(wěn)定性好，既不回火，又不脫火；燃燒產(chǎn)物有害物質(zhì)少，對大氣污染??；操作方便，調(diào)節(jié)靈活，壽命長，能充分利用爐膛空間。氣體燃料的燃燒技術(shù)氣體燃料燃燒的效率主要取決于氣體23氣體燃燒器常用的氣體燃燒器有擴散式燃燒器；另一種是預(yù)混式燃燒器；此外還有一種部分預(yù)混式燃燒器氣體燃燒器常用的氣體燃燒器有擴散式燃燒器；另一種是預(yù)混式燃燒24燃燒設(shè)備燃燒設(shè)備25燃燒設(shè)備鍋爐工業(yè)爐窯化學(xué)能

熱能燃燒設(shè)備鍋爐化學(xué)能熱能26燃煤鍋爐設(shè)備的示意圖燃煤鍋爐設(shè)備的示意圖27熱能轉(zhuǎn)換為機械能蒸汽輪機燃氣輪機內(nèi)燃機熱能轉(zhuǎn)換為機械能蒸汽輪機28蒸汽輪機蒸汽輪機，簡稱汽輪機，是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機械功的熱機。汽輪機單機功率大、效率高、運行平穩(wěn)，在現(xiàn)代火力發(fā)電廠和核電站中都用它驅(qū)動發(fā)電機。汽輪發(fā)電機組所發(fā)的電量占總發(fā)電量的80%以上。此外汽輪機還用來驅(qū)動大型鼓風(fēng)機、水泵和氣體壓縮機，也用作艦船的動力。蒸汽輪機蒸汽輪機，簡稱汽輪機，是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機械功的熱29汽輪機示意圖汽輪機示意圖30能量轉(zhuǎn)換和儲存課件31汽輪機的工作原理（a）沖動式汽輪機（b）反動式汽輪機汽輪機的工作原理32汽輪機的工作原理鍋爐產(chǎn)生具有一定壓力和溫度的蒸汽通過汽輪機的噴嘴后，壓力降低，速度增高；這股高速汽流沖到裝在葉輪上的動葉片，方向有了改變，動量發(fā)生變化，從而對動葉片產(chǎn)生作用力，推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，將熱能轉(zhuǎn)換成由主軸輸出的機械功。汽輪機的工作原理鍋爐產(chǎn)生具有一定壓力和溫度的蒸汽通過汽輪機的33蒸汽輪機大型汽輪機通常有多級葉片，并將汽輪機分為高壓缸和低壓缸。根據(jù)汽輪機的排汽壓力通常有所謂凝汽式汽輪機和背壓式汽輪機之分。汽輪機還可根據(jù)是否從中抽汽，分為抽汽式汽輪機和非抽汽式汽輪機。前者抽出的蒸汽既可供其它熱用戶使用，也可用來加熱給水，以提高整個電廠的循環(huán)效率。蒸汽輪機大型汽輪機通常有多級葉片，并將汽輪機分為高壓缸和低壓34燃氣輪機燃汽輪機和蒸汽輪機最大的不同是，它不是以水蒸氣作工質(zhì)而是以氣體作工質(zhì)。燃料燃燒時所產(chǎn)生的高溫氣體直接推動燃汽輪機的葉輪對外做功，因此以燃汽輪機作為熱機的火力發(fā)電廠不需要鍋爐。它包括三個主要部件：壓氣機、燃燒室和燃氣輪機。燃燒室發(fā)電機燃料空氣廢氣燃氣輪機燃汽輪機和蒸汽輪機最大的不同是，它不是以水蒸氣作工質(zhì)35compressorCombustionchamberturbinecompressorCombustionturbine36工作原理空氣進入壓氣機，被壓縮升壓進入燃燒室，噴入燃油即進行燃燒；燃燒所形成的高溫燃氣與燃燒室中的剩余空氣混合后進入燃氣輪機的噴管，膨脹加速而沖擊葉輪對外做功。燃氣輪機所做的功一部分用于帶動壓氣機，其余部分（凈功）對外輸出，用于帶動發(fā)電機或其它負載。工作原理空氣進入壓氣機，被壓縮升壓進入燃燒室，噴入燃油即進行37燃氣輪機的優(yōu)點重量輕、體積小、投資省。燃氣輪機的重量及所占的容積一般只有汽輪機裝置或內(nèi)燃機的幾分之一或幾十分之一，因此它消耗材料少，投資費用低，建設(shè)周期短；起動快，操作方便。從冷態(tài)起動到滿載只需幾十秒或幾十分鐘，同時由于燃氣輪機結(jié)構(gòu)簡單、輔助設(shè)備少，運行時操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控，自動化程度可以超過汽輪機或內(nèi)燃機；

水、電、潤滑油消耗少，只要少量的冷卻水或不用水，可以在缺水地區(qū)運行。燃氣輪機的優(yōu)點重量輕、體積小、投資省。燃氣輪機的重量及所占的38燃氣輪機的應(yīng)用領(lǐng)域航空領(lǐng)域。由于燃氣輪機小而輕，起動快，馬力大，因此在航空領(lǐng)域中已占絕對優(yōu)勢，渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機都是以燃氣輪機作主機或起動輔機；艦船領(lǐng)域。已在高速水面艦艇、水翼艇、氣墊船等中占壓倒優(yōu)勢，在巡航機、特種艦船中得到了批量采用；陸上領(lǐng)域。在發(fā)電方面，燃氣輪機用于尖峰負荷應(yīng)急發(fā)電站和移動式電站，在機車、油田動力和坦克等方面也得到廣泛應(yīng)用。燃氣輪機的應(yīng)用領(lǐng)域航空領(lǐng)域。由于燃氣輪機小而輕，起動快，馬力39內(nèi)燃機包括汽油機和柴油機，是應(yīng)用最廣泛的熱機。大多數(shù)內(nèi)燃機是往復(fù)式，有汽缸和活塞。內(nèi)燃機有很多分類方法，但常用的是根據(jù)點火順序分類或根據(jù)氣缸排列方式分類。按點火或著火順序可將內(nèi)燃機分成四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機。內(nèi)燃機包括汽油機和柴油機，是應(yīng)用最廣泛的熱機。40應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛41四沖程發(fā)動機完成一個循環(huán)要求有四個完全的活塞沖程：(1)進氣沖程；(2)壓縮沖程；(3)膨脹沖程（即下行沖程）；(4)排氣沖程。二沖程發(fā)動機是將四沖程發(fā)動機完成一個工作循環(huán)所需要的四個沖程納入二個沖程中完成。四沖程發(fā)動機完成一個循環(huán)要求有四個完全的活塞沖程：二沖程42四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機相比，經(jīng)濟性好，滑潤條件好，易于冷卻；但二沖程發(fā)動機運動部件少，質(zhì)量輕，發(fā)動機運動較平穩(wěn)。四沖程發(fā)動機和二沖程發(fā)動機相比，經(jīng)43內(nèi)燃機內(nèi)燃機只能將燃料熱能中的25—45%轉(zhuǎn)換成機械能，其余大部分大多被排氣或冷卻介質(zhì)沖程發(fā)動機帶走。因此如何利用內(nèi)燃機排氣中的能量就成了提高內(nèi)燃機動力性和經(jīng)濟性中的主要問題。近百年來，內(nèi)燃機廢氣渦輪增壓技術(shù)得到了迅速發(fā)展，現(xiàn)在國外60%以上車用柴油機都采用渦輪增壓技術(shù)，車用汽油機采用渦輪增壓技術(shù)也日益增多。由于廢氣渦輪增壓能回收25—40%的排氣能量，所以采用增壓技術(shù)不僅提高發(fā)動機的功率，而且還能降低油耗和改善內(nèi)燃機的排放性能。內(nèi)燃機內(nèi)燃機只能將燃料熱能中的25—45%轉(zhuǎn)換成機械能，其余44電能是與電荷的流動和積聚有關(guān)的一種能量。由于電能能夠容易地以高轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，因此電能是非常有用的一種能量形式。電能可以通過多種途徑生產(chǎn)，最主要的途徑是通過發(fā)電機將機械能直接轉(zhuǎn)換成電能。另外，可在燃料電池和蓄電池中由化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能；在太陽能電池中由輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能；核能轉(zhuǎn)換成電能是在核電池中實現(xiàn)的。磁流體發(fā)電、熱電偶溫差發(fā)電可將熱能直接轉(zhuǎn)變成電能。電能是與電荷的流動和積聚有關(guān)的一種能量。由于電能45能量轉(zhuǎn)換和儲存課件46能量轉(zhuǎn)換和儲存課件47機械能轉(zhuǎn)換為電能世界上幾乎所有的電能都是通過發(fā)電機由機械能轉(zhuǎn)換而來的。將機械能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機都是同步發(fā)電機。同步發(fā)電機可以用汽輪機、燃氣輪機、內(nèi)燃機、水輪機、風(fēng)力機等動力機械驅(qū)動，它們的轉(zhuǎn)換效率從小發(fā)電機的50%到大型電站交流發(fā)電機的90%以上。根據(jù)采用匯電環(huán)還是整流器，同步發(fā)電機可以輸出交流電或直流電。根據(jù)動力機械的特點，同步發(fā)電機有立式和臥式兩種。由汽輪機和內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機多為臥式；大型低速水輪機驅(qū)動的發(fā)電機則為立式；中速以上的中、小型水輪機驅(qū)動的發(fā)電機則有立式，也有臥式。機械能轉(zhuǎn)換為電能世界上幾乎所有的電能都是通過發(fā)電機由機械能轉(zhuǎn)48發(fā)電機工作原理同步發(fā)電機由定子（鐵芯和繞組）、轉(zhuǎn)子（鋼芯和繞組）、機座等組成。轉(zhuǎn)子繞組中通入直流電并在汽輪機的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)子磁場的磁力線被定子三相繞組切割，定子繞組因感應(yīng)會產(chǎn)生電動勢。當(dāng)定子三相繞組與外電路連接時，則會有三相電流產(chǎn)生。這一電流又會同步產(chǎn)生一個順轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向的旋轉(zhuǎn)磁場，帶有電流的的轉(zhuǎn)子繞組在其作用下，將產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩，阻止汽輪機旋轉(zhuǎn)。為了維持轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)，汽輪機一定要克服該力矩而作功，也就是說汽輪機的機械能通過同步發(fā)電機的電磁相互作用而轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄗ永@組中的電能。發(fā)電機工作原理同步發(fā)電機由定子（鐵芯和繞組）、轉(zhuǎn)子（鋼芯和繞49發(fā)電機的冷卻由于存在磁滯和渦流等損耗，發(fā)電機必須進行冷卻。通常小型發(fā)電機多采用開啟式通風(fēng)冷卻；100Kw以上就需要采用管道通風(fēng)；4000kW以上則要采用帶空氣冷卻器的閉式循環(huán)空氣冷卻。對50—200MW的汽輪發(fā)電機一般采用氫外冷；對于300MW以上的汽輪發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子都需要采用氫冷。此外，大型的汽輪發(fā)電機采用雙水內(nèi)冷。發(fā)電機的冷卻由于存在磁滯和渦流等損耗，發(fā)電機必須進行冷卻。50第二節(jié)能量的儲存概述機械能的儲存熱能的儲存第二節(jié)能量的儲存概述51無論是在工業(yè)生產(chǎn)或日常生活中，能量儲存常常是非常重要的。對大多數(shù)能量轉(zhuǎn)換或利用系統(tǒng)而言，獲得的能量和需求的能量常常是不一致的，因此為了使該利用能量的過程能連續(xù)地進行，就必須有某種形式的能量貯存措施或?qū)ｉT設(shè)置一些儲能設(shè)備。例如對電力工業(yè)而言，電力需求的最大特點是晝夜負荷變化很大，巨大的用電峰谷差使峰期電力緊張，谷期電力過剩。如果能將谷期的電能儲存起來供峰期使用，將大大改善電力供需矛盾，提高發(fā)電設(shè)備的利用率，節(jié)約投資。在太陽能利用中，由于太陽晝夜的變化和受天氣和季節(jié)的影響，也需要一個儲能系統(tǒng)來保證太陽能利用裝置連續(xù)工作。無論是在工業(yè)生產(chǎn)或日常生活中，能量儲存常常是52能量的儲存機械能——以動能、勢能形式儲存。熱能——以潛熱、顯熱形式儲存。電能——感應(yīng)場能或靜電場能?；瘜W(xué)能、核能——自身即為儲能形式。能量的儲存機械能——以動能、勢能形式儲存。53機械能的儲存機械能能以動能或勢能的形式儲存以動能儲存：旋轉(zhuǎn)飛輪以勢能儲存：彈簧、扭力桿、重力裝置、壓縮空氣儲能、抽水儲能機械能的儲存機械能能以動能或勢能的形式儲存54壓縮空氣儲能壓縮空氣是工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還是風(fēng)動工具和氣動控制系統(tǒng)的動力源。壓縮空氣儲能壓縮空氣是工業(yè)中常用的氣源，除了吹灰、清砂外，還55抽水儲能電站利用谷期多余的電能，通過抽水蓄能機組（同一機組兼有抽水和發(fā)電的功能）將低處的水抽到高處的水庫中，這部分水量以勢能形式儲存，待電力系統(tǒng)的用電負荷轉(zhuǎn)為高峰時，再將這部分水量通過水輪機發(fā)電。這種大規(guī)模的機械能的儲存方式已成為世界各國解決用電峰谷差的主要手段。抽水儲能電站利用谷期多余的電能，通過抽水蓄能機組（同一機組兼56我國抽水蓄能電站開發(fā)現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代開始起步，到目前為止我國已在10多個省、區(qū)、市建成20多座抽水蓄能電站，裝機容量約為2000多萬kW，占全國裝機容量的3％左右我國抽水蓄能電站開發(fā)現(xiàn)狀從上世紀(jì)80年代開始起步，到目前為止57部分抽水蓄能電站山東泰安電站，裝機容量100萬Kw廣州電站，裝機容量240萬kW浙江天荒坪電站，裝機容量180萬kW北京十三陵電站，裝機容量80萬kW浙江桐柏電站，裝機容量120萬kW山西西龍池電站，裝機容量120萬kW江蘇宜興電站，裝機容量100萬kW河北張河灣電站，裝機容量100萬kW湖北白蓮河電站，裝機容量120萬kW安徽瑯琊山電站，裝機容量60萬kW河北潘家口電站，裝機容量27萬kW部分抽水蓄能電站山東泰安電站，裝機容量100萬Kw58中國抽水蓄能電站分布中國抽水蓄能電站分布59電能的儲存蓄電池發(fā)展方向：廉價、高效、能大規(guī)模儲能。靜電場和感應(yīng)電場（1）電容器在直流電路中廣泛用作儲能裝置，在交流電路中則用于提高電力系統(tǒng)或負荷的功率因數(shù)，調(diào)整電壓；（2）高電壓技術(shù)、高能核物理、激光技術(shù)、地震勘探等方面采用的直流高壓電容器；（3）超導(dǎo)磁鐵蓄能。電能的儲存蓄電池60蓄電池作為電能儲存系統(tǒng)蓄電池作為電能儲存系統(tǒng)61化學(xué)能儲存利用某些物質(zhì)在可逆反應(yīng)中的吸熱和放熱過程來達到熱能的儲存和提取。這是一種高能量密度的儲存方法。目前尚難實際應(yīng)用?；瘜W(xué)能儲存利用某些物質(zhì)在可逆反應(yīng)中的吸熱和放熱過程來達到熱能62熱能的儲存熱能儲存是把一個時期內(nèi)暫時不需要的多余熱量通過某種方式收集并儲存起來，等到需要時再提取使用。熱能的儲存熱能儲存是把一個時期內(nèi)暫時不需要的多余熱量通過某種63儲存時間隨時儲存，以小時或更短的時間為周期，隨時調(diào)整熱能供需之間的不平衡；短期儲存，以天或周為儲熱周期，維持一天（或一周）的熱能供需平衡；長期儲存，以季節(jié)或年為儲存周期，調(diào)節(jié)季節(jié)（或年）的熱量供需關(guān)系。儲存時間隨時儲存，以小時或更短的時間為周期，隨時調(diào)整熱能供需64熱能儲存方法顯熱儲存潛熱儲存化學(xué)能儲存地下含水層儲熱熱能熱能儲存方法顯熱儲存65顯熱儲存通過蓄熱材料溫度升高來達到蓄熱的目的。蓄熱材料的比熱容越大，密度越大，所蓄的熱量也越多。水是一種比較理想的蓄熱材料。顯熱儲存通過蓄熱材料溫度升高來達到蓄熱的目的。66潛熱儲存利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲熱固體－液體相變蓄熱液體－汽體相變蓄熱（蒸汽蓄熱器）潛熱儲存利用蓄熱材料發(fā)生相變而儲熱67地下含水層儲熱解決采暖和空調(diào)的季節(jié)性負荷問題的重要途徑之一。利用地下巖層的空隙、裂隙、溶洞等儲水構(gòu)造以及地下水在含水層中流速慢和水溫變化小的特點，用管井回灌的方法，把冬季大氣環(huán)境中太豐富的“冷”和夏季不要錢的“熱”儲存在含水層中，在冷、熱不是同時需要的場所實現(xiàn)供冷、供熱。地下含水層儲熱解決采暖和空調(diào)的季節(jié)性負荷問題的重要途徑之一。68地下含水層儲能含水層儲熱——夏灌冬用含水層儲冷——冬灌夏用必須具備灌得進、存得住、保溫好、抽得出等條件?；毓嗨矗旱乇硭?、地下水、工業(yè)排放水。地下含水層儲能含水層儲熱——夏灌冬用69含水層儲熱、儲冷示意圖含水層儲熱、儲冷示意圖70用途廣泛用于紡織、化工、制藥、食品等工業(yè)部門，也用于影劇院和賓館等建筑物的夏季降溫空調(diào)、冷卻和洗滌用水，冬季采暖及鍋爐房供水等。用途廣泛用于紡織、化工、制藥、食品等工業(yè)部門，也用于影71儲熱的工業(yè)應(yīng)用蒸汽蓄熱器蓄冷空調(diào)建筑物蓄熱供暖儲熱的工業(yè)應(yīng)用蒸汽蓄熱器72蒸汽蓄熱器典型的利用液體—氣體相變潛熱的蓄熱器。蓄熱器是一個巨大的能承受壓力的罐體，有立式和臥式。其上部為汽空間，下部為水空間，通常連接于蒸汽鍋爐和需要蒸汽的熱用戶之間。蒸汽蓄熱器典型的利用液體—氣體相變潛熱的蓄熱器。73蒸汽蓄熱器工作原理當(dāng)熱用戶對蒸汽的需求減小時，多余的蒸汽通過控制閥進入蓄熱器的水空間。這時蒸汽凝結(jié)并放出熱量，使水空間的溫度升高，水位也同時升高，上部汽空間的蒸汽壓力也隨之增高，多余蒸汽的熱能就儲存在蒸汽蓄熱器中。當(dāng)熱用戶對蒸汽的需求增加時，鍋爐的供汽不足，蓄熱器上部汽空間的蒸汽會通過控制閥向熱用戶提供蒸汽。此時蓄熱器內(nèi)壓力下降；當(dāng)壓力低于高溫水的飽和溫度所對應(yīng)的壓力時，飽和水會迅速汽化成蒸汽來補充汽空間的蒸汽，以維持對熱用戶的穩(wěn)定供汽。蒸汽蓄熱器工作原理當(dāng)熱用戶對蒸汽的需求減小時，多余的蒸汽通過74蒸汽蓄熱器的優(yōu)點由于設(shè)置了蒸汽蓄熱器，消除了熱用戶負荷變動對鍋爐運行產(chǎn)生的不良影響，使鍋爐的燃燒穩(wěn)定、效率高。蒸汽蓄熱器的優(yōu)點由于設(shè)置了蒸汽蓄熱器，消除了熱用戶負荷變動對75能量轉(zhuǎn)換和儲存課件76蓄冷空調(diào)空調(diào)發(fā)展十分迅速?？照{(diào)用電負荷是典型的與電網(wǎng)峰谷同步的負荷。發(fā)達地區(qū)大中城市空調(diào)負荷已達電網(wǎng)總負荷的25%以上，并以每年20%的速度遞增，遠遠超過發(fā)電量的增長速度。如何平衡空調(diào)用電的峰谷負荷變得十分重要。采用“蓄冷空調(diào)”是平衡空調(diào)用電峰谷最好的辦法。蓄冷空調(diào)空調(diào)發(fā)展十分迅速。77蓄冷空調(diào)的原理利用深夜至凌晨用電低谷時的電能，采用電動壓縮機制冷的方式，將制取的冷量儲存在冷水（溫度通常為4～7℃）、冰或共晶鹽中，到白天用電高峰時停開制冷機，利用儲存的冷量供建筑物空調(diào)或用于需要冷量的生產(chǎn)過程。分為水蓄冷、冰蓄冷、共晶鹽蓄冷三大類。蓄冷空調(diào)的原理利用深夜至凌晨用電低谷時的電能，采用電動壓縮機78蓄冷空調(diào)水蓄冷是利用冷水的顯熱來儲存冷量；冰蓄冷是利用水相變的潛熱來儲存冷量；共晶鹽蓄冷稱為“高溫”相變蓄冷，是利用相變溫度為6～10℃的相變材料來蓄冷。蓄冷空調(diào)水蓄冷是利用冷水的顯熱來儲存冷量；79冰蓄冷因為水在結(jié)冰和融化時吸收和放出的潛熱通常要比水的顯熱大80倍左右，因此冰蓄冷裝置體積小，蓄冷量大，是目前蓄冷中應(yīng)用最廣的一種方式。缺點：存在傳熱損失，使其COP比水蓄冷低。冰蓄冷因為水在結(jié)冰和融化時吸收和放出的潛熱通常要比水的顯熱大80第三章常規(guī)能源煤炭石油天然氣水能二次能源第三章常規(guī)能源煤炭81第一節(jié)煤炭有關(guān)煤炭的知識煤炭資源與開采潔凈煤技術(shù)第一節(jié)煤炭有關(guān)煤炭的知識82煤的形成煤是古代的植物體因為地殼運動而埋沒地下，在適宜的地質(zhì)環(huán)境中經(jīng)過漫長年代的演變而成的，含碳量一般為46%～97%。煤是重要的燃料和化學(xué)工業(yè)原料。煤在地球上的儲量非常豐富。經(jīng)歷了兩個階段：泥炭化階段和煤化作用階段。煤的形成煤是古代的植物體因為地83煤的元素組成煤是由有機物質(zhì)和無機物質(zhì)混合組成的。煤中有機物質(zhì)主要由碳（C）、氫（H）氧（O）、氮（N）四種元素構(gòu)成，還有一些元素則組成煤中的無機物質(zhì)，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。煤的元素組成煤是由有機物質(zhì)和無84常用的煤質(zhì)指標(biāo)水分：煤中的不可燃成分灰分：煤完全燃燒后其中礦物質(zhì)的固體殘余物，對煤的燃燒、加工、利用都有不利影響揮發(fā)分：將煤加熱到850℃左右，從煤中有機質(zhì)分解出來的液體和氣體產(chǎn)物發(fā)熱量：單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所放出的熱量常用的煤質(zhì)指標(biāo)水分：煤中的不可燃成分85煤的分類煤的科學(xué)分類為煤炭的合理開發(fā)和利用提供了基礎(chǔ)，通常最簡單的分類方法是根據(jù)煤中干燥無灰基揮發(fā)分含量將煤分成褐煤、煙煤和無煙煤三大類。煤的分類煤的科學(xué)分類為煤炭的合理開發(fā)和利用提供了基礎(chǔ)，通常最86煤的分類按煤化程度煤可分為：（1）泥炭：含碳量約55~60%，氧含量約30%；（2）褐煤：水分、灰分較高，發(fā)熱量低，易燃燒，適宜作為發(fā)電燃料，也可用于氣化；（3）煙煤：揮發(fā)份含量在20%~37%，容易燃燒，是儲量最多、用途最廣的煤種；（4）無煙煤：含碳量可高達80%~90%左右，質(zhì)硬，色黑，燃點較高，多用于民用和化肥工業(yè)。煤的分類按煤化程度煤可分為：87煤炭開采煤的開采方法分為兩類：露天開采和礦井開采露天開采：露天開采的優(yōu)點是開采效率高，生產(chǎn)成本低，建設(shè)周期短，勞動條件好，安全性高。缺點是易受氣候和季節(jié)影響，矸石占地面積大。礦井開采：凡是不經(jīng)濟或不適合露天開采的煤田就必須采用礦井開采。煤炭開采煤的開采方法分為兩類：露天開采和礦井開采88露天開采露天開采89礦井開采礦井開采90中國的煤炭資源煤炭種類：煤炭品種多樣化，從低變質(zhì)程度的褐煤到高變質(zhì)程度的無煙煤都有儲存。煤的特征：中國煤炭灰分普遍較高，灰分小于10%的特低灰煤僅占探明儲量的17左右%，大部分煤炭的灰分為10%~30%；硫分小于1%的特低硫煤占探明儲量的43.5%以上，大于4%的高硫煤為2.3%左右。資源分布:華北占49.25%，西北占30.39%，西南占8.64%，華東占5.7%，中南占3.06%，東北占2.97%。山西、內(nèi)蒙、陜西、新疆、貴州、寧夏6省區(qū)最多。中國的煤炭資源煤炭種類：煤炭品種多樣化，從低變質(zhì)程度的褐煤到91對中國煤炭資源的評價煤炭資源豐富，但人均占有量低；煤炭資源的地理分布極不均衡：北多南少，西多東少，資源分布與消費區(qū)不協(xié)調(diào)；各地區(qū)煤炭品種和質(zhì)量變化較大，分布也不理想；屬于露天開采的儲量少。對中國煤炭資源的評價煤炭資源豐富，但人均占有量低；92煤炭資源豐富，人均占有量低中國煤炭資源雖然豐富，但勘探程度較低，經(jīng)濟可采儲量較少。經(jīng)濟可采儲量是指經(jīng)過勘探可供建井，并且扣除了回采損失及經(jīng)濟上無利和難以開采出來的儲量后，實際上能開采并加以利用的儲量。在目前經(jīng)勘探證實的儲量中，精查儲量僅占30%，而且大部分已經(jīng)開發(fā)利用，煤炭后備儲量相當(dāng)緊張。人均占有量低于世界平均水平，遠低于美國的人均占有量。煤炭資源豐富，人均占有量低中國煤炭資源雖然豐富，但勘探程度較93煤炭資源的地理分布極不均衡中國煤炭資源北多南少，西多東少，煤炭資源的分布與消費區(qū)極不協(xié)調(diào)。從各大行政區(qū)內(nèi)部看，煤炭資源分布也不平衡。華東地區(qū)的煤炭資源儲量87%集中在安徽、山東，而工業(yè)主要在以上海為中心的長江三角洲地區(qū)；中南地區(qū)煤炭資源的72%集中在河南，而工業(yè)主要在武漢和珠江三角洲地區(qū)；西南煤炭資源的67%集中在貴州地區(qū)，而工業(yè)主要在四川；東北52%的煤炭資源集中在黑龍江，而工業(yè)集中在遼寧。煤炭資源的地理分布極不均衡中國煤炭資源北多南少，西多東少，煤94各地區(qū)煤炭品種和質(zhì)量變化

較大，分布也不理想中國煉焦煤在地區(qū)上分布不平衡，四種主要煉焦煤中，瘦煤、焦煤、肥煤有一半集中在山西，而擁有大型鋼鐵企業(yè)的華東、中南、東北地區(qū)，煉焦煤很少。在東北地區(qū)，鋼鐵工業(yè)在遼寧，煉焦煤大多在黑龍江；西南地區(qū)，鋼鐵工業(yè)在四川，而煉焦煤主要集中在貴州。各地區(qū)煤炭品種和質(zhì)量變化

較大，分布也不理想中國煉焦煤在地區(qū)95屬于露天開采的儲量少露天開采效率高，投資省，建設(shè)周期短，但中國適于露天開采的煤炭儲量少，僅占總儲量的7%左右，其中70%是褐煤，主要分布在內(nèi)蒙、云南和新疆。屬于露天開采的儲量少露天開采效率高，投資省，建設(shè)周期短，但中96中國煤炭生產(chǎn)和消費的差距煤礦生產(chǎn)未達到經(jīng)濟規(guī)模商品煤質(zhì)量差煤炭加工及利用程度低中國煤炭生產(chǎn)和消費的差距煤礦生產(chǎn)未達到經(jīng)濟規(guī)模97煤礦生產(chǎn)未達到經(jīng)濟規(guī)模目前中國國有煤礦平均每個礦井的生產(chǎn)能力僅30萬噸/年，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦每處平均年產(chǎn)量不到1萬噸。小煤礦生產(chǎn)手段落后，資源回收率不到10%，浪費極大，安全事故也多。發(fā)達國家的煤礦目前均以大型為主，美國、德國的規(guī)模多為10Mt以上的大型露天礦和4~6Mt的大型礦井。美國生產(chǎn)10億噸商品煤只需15萬人，中國生產(chǎn)20億噸原煤要用幾百萬人。煤礦生產(chǎn)未達到經(jīng)濟規(guī)模目前中國國有煤礦平均每個礦井的生產(chǎn)能力98商品煤質(zhì)量差中國商品煤目前仍以原煤為主，發(fā)達國家的動力用煤一般全部入洗，入洗后灰分為10~15%，中國動力用煤灰分高達28%，入洗率只有6%左右。發(fā)達國家商品煤的含硫一般在1%以下，中國煤炭儲量中55%是含硫2%以上的高硫煤。煤炭質(zhì)量低，既影響用戶和煤炭企業(yè)本身的效益，又極大地污染了環(huán)境。商品煤質(zhì)量差中國商品煤目前仍以原煤為主，發(fā)達國家的動力用煤一99煤炭加工及利用程度低中國煤炭加工和利用效率遠低于發(fā)達國家。以燃煤電站的耗煤為例，中國供電煤耗比發(fā)達國家高7%左右。煤炭加工及利用程度低中國煤炭加工和利用效率遠低于發(fā)達國家。100潔凈煤技術(shù)煤炭是主要的能源，但煤炭的開發(fā)利用也嚴(yán)重地污染了人們賴以生存的環(huán)境，因此煤炭的清潔開發(fā)和利用是擺在全人類面前的緊迫問題。

潔凈煤技術(shù)煤炭是主要的能源，但煤炭的開發(fā)利用也嚴(yán)重地污染了人101潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù)（cleancoaltechnology）是旨在減少污染和提高效益的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)換和污染控制等新技術(shù)的總稱。

它主要包括潔凈生產(chǎn)技術(shù)、潔凈加工技術(shù)、高效潔凈轉(zhuǎn)化技術(shù)、高效潔凈燃燒與發(fā)電技術(shù)、燃煤污染排放治理技術(shù)等。潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù)（cleancoaltechnolo102潔凈煤技術(shù)于20世紀(jì)80年代中期興起于美國，迄今為止，美國已投入了幾十億美元，已經(jīng)完成或正在進行幾十個潔凈煤技術(shù)的研究、開發(fā)與示范項目，并在先進的燃煤發(fā)電系統(tǒng)和液體燃料替代方面取得了重大進展。歐共體、日本、澳大利亞也相繼推出各自的潔凈煤研究和開發(fā)與實施計劃。中國煤炭消費量大，入洗比重低，能源利用率低，造成的環(huán)境污染十分嚴(yán)重，這些因素決定了發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)的緊迫性。針對中國煤炭的多終端用戶，中國的潔凈煤技術(shù)必須覆蓋煤炭開發(fā)利用的全過程。發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)既是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的自身需要，也是實施可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。潔凈煤技術(shù)于20世紀(jì)80年代中期興起于美國，迄今為止，美國已103潔凈煤技術(shù)的構(gòu)成潔凈煤技術(shù)的構(gòu)成104燃燒前的處理燃燒前的處理主要是選煤、型煤和水煤漿三項措施。選煤的目的是降低原煤中的灰分、硫分等雜質(zhì)的含量，并將原煤加工成質(zhì)量均勻、能適應(yīng)用戶需要的不同品種及規(guī)格的商品煤。燃燒前的處理燃燒前的處理主要是選煤、型煤和水煤漿三項措施。105采用的脫硫方法熱解法脫硫堿法脫硫

氣體脫硫

氧化脫硫采用的脫硫方法熱解法脫硫106選煤就選煤能力而言，中國僅次于美國，居世界第2位，但總的來說煤炭入洗率很低，僅有1/4煤炭入洗。選煤就選煤能力而言，中國僅次于美國，居世界第2位，但總107型煤型煤是將粉煤或低品位煤加工成一定形狀、尺寸和有一定理化性能的煤制品。

型煤是各種潔凈煤技術(shù)中投資小、見效快、適宜普遍推廣的技術(shù)。型煤型煤是將粉煤或低品位煤加工成一定形狀、尺寸和有一定理108水煤漿水煤漿是20世紀(jì)70年代興起的煤基液態(tài)燃料。它是由煤粉、水和少量添加劑組成。

水煤漿的制備以浮選精煤為原料，經(jīng)脫水、脫灰、磨制，加添加劑后與水混合成漿。水煤漿水煤漿是20世紀(jì)70年代興起的煤基液態(tài)燃料。它是由煤粉109制備水煤漿的方法干法濕法混合法制備水煤漿的方法干法110燃燒中處理為達到環(huán)保目的，工廠企業(yè)通常采用高煙囪排放：它是將燃燒裝置產(chǎn)生的有害煙氣排放到遠離地面的大氣層中，并通過大氣的運動使污染物濃度降低，以改善污染源附近的大氣質(zhì)量，但這種方法并不能減少有害物的排放總量，因此燃燒過程中處理，即爐內(nèi)脫硫、脫硝是十分重要的。燃燒中處理為達到環(huán)保目的，工廠企業(yè)通常采用高煙囪排放：它是將111燃燒后處理燃燒后處理主要是煙氣凈化和除塵。

由于爐內(nèi)脫硫往往達不到環(huán)保要求，所以還需對燃燒后的煙氣進行脫硫處理。燃燒后處理燃燒后處理主要是煙氣凈化和除塵。112煙氣脫硫技術(shù)按其方法分:干法脫硫和濕法脫硫。按反應(yīng)產(chǎn)物的處理方法分:回收法和拋棄法。按脫硫劑的使用情況分:再生法和非再生法。煙氣脫硫技術(shù)按其方法分:干法脫硫和濕法脫硫。113煙氣脫硝通常煙氣脫硝也分為干法和濕法。

干法煙氣脫硝主要有選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法。

濕法脫硝是先將煙氣中NOx含量最多的NO通過氧化劑（如O3、ClO2等）氧化生成NO2，再被水或堿性溶液吸收。煙氣脫硝通常煙氣脫硝也分為干法和濕法。114煙氣除塵燃煤產(chǎn)生的大氣污染物占我國煙塵排放總量的60%，粉塵的70%以上，因此煙氣除塵是一個突出的問題。煙氣除塵燃煤產(chǎn)生的大氣污染物占我國煙塵排放總量的60%，粉塵115常用的煙氣除塵器離心分離除塵器

洗滌式除塵器

袋式過濾除塵器

靜電除塵器

常用的煙氣除塵器離心分離除塵器116煤的液化飛機、坦克、火箭、汽車等都使用液體燃料，石油的儲量又比煤少得多；其他水能、核能又不能代替液體燃料，因此煤的液化一直是人們努力的目標(biāo)。煤的液化可以分為直接液化和間接液化煤的液化飛機、坦克、火箭、汽車等都使用液體燃料，石油的儲量又117中國潔凈煤技術(shù)的基本框架煤炭加工（選煤、型煤、水煤漿等）；煤炭燃燒（流化床燃燒、高效低污染煤粉燃燒、燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等）；煤炭轉(zhuǎn)化（氣化、液化、燃料電池等）；污染控制（煙氣脫硫、粉煤灰綜合利用、煤礦區(qū)污染控制，包括煤矸石、煤層氣、礦井水與煤泥水的治理等）。中國潔凈煤技術(shù)的基本框架煤炭加工（選煤、型煤、水煤漿等）；煤118項目名稱環(huán)境特性節(jié)能率（%）成熟度備注（1）選煤技術(shù)中等—較差10商業(yè)化優(yōu)先發(fā)展（2）型煤民用型煤工業(yè)型煤中等—較差2015商業(yè)化示范優(yōu)先發(fā)展（3）水煤漿好示范可在中小窯爐中推廣（4）先進燃燒器中等—較差商業(yè)化積極推廣項目環(huán)境節(jié)能率（%）成熟備（1）選煤技術(shù)中等—較差10商業(yè)化119項目名稱環(huán)境特性節(jié)能率（%）成熟度備注（5）流化床燃燒好10商業(yè)化積極開發(fā)應(yīng)用（6）氣化好10~20商業(yè)化、中試積極開發(fā)應(yīng)用（7）液化好實驗、中試開發(fā)、示范（8）聯(lián)合循環(huán)發(fā)電很好10中試（9）煤層氣開發(fā)好示范（10）燃料電池很好實驗（11）礦區(qū)污染控制好商業(yè)化積極推廣項目環(huán)境節(jié)能率（%）成熟備注（5）流化床燃燒好10商業(yè)化積極120第二節(jié)石油有關(guān)石油的知識石油資源石油生產(chǎn)與消費油田的開發(fā)石油的加工第二節(jié)石油有關(guān)石油的知識121石油石油是僅次于煤的化石燃料。主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等烴類化合物組成。組成石油的主要元素是碳、氫、硫、氧、氮。其中碳氫元素最多。碳、氮、氧以化合物、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等非烴類物質(zhì)形態(tài)存在。一般硫、氧、氮三種元素的含量小于1%，此外，還有微量鈉、鉛、鐵、鎳、釩等金屬元素存在。石油石油是僅次于煤的化石燃料。主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香122石油的分類按石油的密度分類：根據(jù)密度由小到大相應(yīng)地將石油分為輕質(zhì)石油、中質(zhì)石油、重質(zhì)石油和特重質(zhì)石油；按石油中的硫含量分類：硫含量小于0.5%的為低硫石油，硫含量為0.5%~2%為含硫石油，硫含量大于2%的稱為高硫石油。石油中的硫化物對石油產(chǎn)品的性質(zhì)影響較大，加工含硫石油時應(yīng)對設(shè)備采取防腐蝕措施；按石油中的蠟含量分類：蠟含量為0.5%~2.5%的稱低蠟石油，蠟含量在2.5%~10%之間為含蠟石油，蠟含量大于10%的為高蠟石油。

石油的分類按石油的密度分類：根據(jù)密度由小到大相應(yīng)地將石油分為123石油資源目前世界已找到近30000個油田和7500個氣田，這些油氣田遍布于地殼上六大穩(wěn)定板塊及其周圍的大陸架地區(qū)。在156個較大的盆地內(nèi)幾乎均有油氣田發(fā)現(xiàn)，但分布極不平衡。世界上石油儲量超過10億噸和天然氣儲量超過10000億立方米的特大油、氣田共42個，僅分布于10個盆地內(nèi)，波斯灣盆地占20個，西伯利亞盆地占10個，儲量為650億噸，占世界總儲量的近一半。

石油資源目前世界已找到近30000個油田和7500個氣田，這124世界石油儲量分布圖世界石油儲量分布圖125石油資源我國沉積盆地廣闊，有485個沉積盆地，擁有沉積巖面積670萬平方公里。其中陸上面積520萬平方公里，近海大陸架面積150萬平方公里。面積大于4萬平方公里的盆地12個，面積1萬平方公里的盆地58個，擁有全國石油地質(zhì)資源量的97%。我國目前已發(fā)現(xiàn)儲量大于1億噸的油氣田19個，占我國目前探明石油儲量的70%左右，主要分布在松遼、渤海灣、準(zhǔn)噶爾等幾個盆地。目前我國石油資源的探明程度遠低于其他產(chǎn)油國，特別是近海大陸架可采儲資比僅為0.145。因此在油氣資源方面，我國尚有巨大的開發(fā)潛力。石油資源我國沉積盆地廣闊，有485個沉積盆地，擁有沉積巖面積126石油生產(chǎn)與消費石油工業(yè)是一個以石油勘探、開采、儲運、煉制為主的工業(yè)，由于其工作的對象是深埋于地下的石油礦藏，因此有較高的不確定性，也就是說有較大的風(fēng)險。20世紀(jì)70年代以后，世界石油產(chǎn)量上升緩慢，近二、三十年來，年產(chǎn)量一直在30億噸左右徘徊。在世界能源的消費中目前石油仍處于第一位。石油消費偏重于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，經(jīng)濟越發(fā)展，越需要更多的石油。石油生產(chǎn)與消費石油工業(yè)是一個以石油勘探、開采、儲運、煉制為主127石油的生產(chǎn)與消費目前在世界一次能源消費中，石油仍處于第一位。2001年世界一次能源消費中，石油占43%。在消費行業(yè)中交通運輸占57%，工業(yè)占19.7%，其他行業(yè)占17.1%，非能源行業(yè)占6.2%。石油消費偏重于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，經(jīng)濟越發(fā)展，越需要更多的石油。美國是世界第一大石油消費國。石油的生產(chǎn)與消費目前在世界一次能源消費中，石油仍處于第一位。128油田的開發(fā)油田開發(fā)包括石油勘探、鉆井和油田的開采。石油勘探是石油開發(fā)中最重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，它包括油田的尋找、發(fā)現(xiàn)和評估。石油勘探通常分為區(qū)域普查、構(gòu)造詳查、預(yù)探和詳探等四個階段。鉆井，就是從地面打開一條通往油、氣層的孔道，以獲取地質(zhì)資料和油氣能源。油田的開發(fā)油田開發(fā)包括石油勘探、鉆井和油田的開采。129油田開發(fā)示意圖油田開發(fā)示意圖130海上鉆井海上鉆井131海上鉆井海上鉆井132石油的加工開采出來的石油（原油）可以直接作燃料用，且價格便宜；若在煉油廠中進行深加工，則經(jīng)濟效益可增加許多倍，而且飛機、汽車、拖拉機等也不能直接燃用原油，必須把原油煉制成燃料油才能使用。因此，石油的加工是石油利用中非常重要的一環(huán)。石油的加工開采出來的石油（原油）可以直接作燃料用，且價格便宜133石油的煉制開采出來的石油雖然可以直接作燃料用，但價格便宜；若在煉油廠中進行深加工，則經(jīng)濟效益可以提高許多倍，而且飛機、汽車、拖拉機等也不直接燃用原油，必須將原油煉制成燃料油才能使用。故石油的煉制是石油利用中非常重要的一環(huán)根據(jù)所需產(chǎn)品的不同，煉油廠的加工流程大致分為三種類型：燃料型，以汽油、煤油、柴油等為主要產(chǎn)品；燃料—潤滑油型；石油化工類，是提供石腦油、輕油、渣油用作石油化工產(chǎn)品的原料。

石油的煉制開采出來的石油雖然可以直接作燃料用，但價格便宜；若134石油的煉制石油的煉制方法可以歸結(jié)為兩大類。一類是分離法，如溶劑法、固體吸附法、結(jié)晶法和分餾法等，其中最常用的是分餾法。其工藝是先將原油脫鹽，以免分餾設(shè)備腐蝕；然后把脫鹽原油加熱到385℃左右，送至高30多m的常壓分餾塔底。塔內(nèi)有許多層油盤。石油蒸汽上升時，逐層通過這些油盤，并逐步冷卻，不同沸點的成分便冷凝在不同高度的油盤上，并按所需的成分用管子引出。石油的煉制石油的煉制方法可以歸結(jié)為兩大類。一類是分離法，如溶135石油的煉制石油煉制的另一類方法是轉(zhuǎn)化法。這是利用化學(xué)的方法對分餾的油品進行深加工，例如將重油、瀝青等分解成輕油，也可以把輕餾分氣聚合成油類。常用的轉(zhuǎn)化法有熱裂化、催化裂化、加氫裂化和焦化等。石油的煉制石油煉制的另一類方法是轉(zhuǎn)化法。這是利用化學(xué)的方法對136煉油廠的分餾塔煉油廠的分餾塔137燃料型煉油廠的流程圖燃料型煉油廠的流程圖138煉油廠實例煉油廠實例139石油產(chǎn)品石油由許多組分組成，每一組分都各有其沸點。通過煉制加工，可以把石油分成幾種不同沸點范圍的組分：(1)40~205℃的組分作為汽油；(2)180~300℃的組分作為煤油；(3)250~350℃的組分作為柴油；(4)350~520℃的組分作為潤滑油（或重柴油）；(5)高于520℃的渣油作為重質(zhì)燃料油；石油產(chǎn)品石油由許多組分組成，每一組分都各有其沸點。通過煉制加140石油產(chǎn)品按石油產(chǎn)品的用途和特性，可將石油產(chǎn)品分成14大類，即溶劑油、燃料油、潤滑油、電器用油、液壓油、真空油脂、防銹油脂、工藝用油、潤滑脂、蠟及其制品、瀝青、油焦、石油添加劑和石油化學(xué)品。石油產(chǎn)品按石油產(chǎn)品的用途和特性，可將石油產(chǎn)品分成14大類，即141油品結(jié)構(gòu)20世紀(jì)80年代后期，世界石化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行了重大調(diào)整，資本重組、資產(chǎn)優(yōu)化、機構(gòu)改革、科技開發(fā)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整成為此次世界石化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主旋律。由于經(jīng)濟發(fā)展的需要、環(huán)境保護的要求、節(jié)能技術(shù)的進步以及替代能源的采用等因素的影響，使世界油品需求的構(gòu)成發(fā)生了很大的變化，加上產(chǎn)油國之間的激烈競爭，世界油品結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化。油品結(jié)構(gòu)20世紀(jì)80年代后期，世界石化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進行了重大調(diào)整142天然氣天然氣特性天然氣資源天然氣生產(chǎn)天然氣市場天然氣天然氣特性143天然氣的特性天然氣是一種重要的能源，燃燒時有很高的發(fā)熱值，對環(huán)境的污染也較小，而且還是一種重要的化工原料。其生成過程與石油類似，但比石油容易生成。其主要由甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烴類組成，其中甲烷占80~90%。約有40%的天然氣與石油一起伴生，稱油氣田。60%的天然氣為非伴生氣，稱氣田氣，它埋藏更深。很多來源于煤系地層的天然氣稱為煤成氣，它可能附于煤層中或另外聚集。天然氣的特性天然氣是一種重要的能源，燃燒時有很高的發(fā)熱值，對144天然氣的勘探和開采天然氣的勘探、開采同石油類似，但收采率較高，可達60%~95%。大型穩(wěn)定的氣源常用管道輸送到消費地區(qū)，每隔80~160km需設(shè)一個增壓站，加上天然氣壓力高，故長距離管道輸送投資很大。

天然氣中主要的有害雜質(zhì)是CO2、H2O、H2S和其它含硫化合物。因此天然氣在使用前也需凈化，即脫硫、脫水、脫二氧化碳、脫雜質(zhì)等。天然氣的勘探和開采天然氣的勘探、開采同石油類似，但收采率較高145天然氣的勘探和開采天然氣的勘探和開采146天然氣的管道輸送天然氣的管道輸送147天然氣資源與生產(chǎn)天然氣是蘊藏量豐富，最清潔而便利的優(yōu)質(zhì)能源。世界上天然氣資源豐富，據(jù)俄羅斯學(xué)者預(yù)測，世界常規(guī)天然氣的總資源量達400×1012~600×1012m3，此外還有大量非常規(guī)天然氣資源。與石油一樣，世界天然氣資源分布也很不均勻，主要集中在中東、前蘇聯(lián)和東歐，三者之和約占世界天然氣總儲量的70%。天然氣資源與生產(chǎn)天然氣是蘊藏量豐富，最清潔而便利的優(yōu)質(zhì)能源。148世界天然氣資源地區(qū)分布圖世界天然氣資源地區(qū)分布圖149天然氣資源隨著天然氣開發(fā)的發(fā)展，被探明的天然氣儲量也逐漸增加。按熱值計算，天然氣探明儲量1970年和1985年分別相當(dāng)于石油探明儲量的50%和80%，而到1995年則基本上與石油持平。目前天然氣資源的探明率還很低，展望未來，世界天然氣的發(fā)展前景是誘人的。天然氣資源隨著天然氣開發(fā)的發(fā)展，被探明的天然氣儲量也逐漸增加150世界石油和天然氣探明儲量比較世界石油和天然氣探明儲量比較151天然氣資源我國天然氣資源豐富。這些資源量集中分布于我國中部區(qū)（占31.5%)、西部區(qū)(占28.43%)和海域(21%)，但其中埋深超過3500m的天然氣資源占58%，自然地理環(huán)境惡劣的黃土壤、山地和沙漠區(qū)占64%。我國天然氣資源探明率很低。天然氣資源我國天然氣資源豐富。這些資源量集中分布于我國中部區(qū)152天然氣生產(chǎn)回顧和預(yù)測世界能源的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，三種能源先后分別形成了三個高峰期：20世紀(jì)20年代是煤炭高峰期，煤炭占能源的百分比超過70%；20世紀(jì)70至90年代石油接替煤炭，石油占能源的百分比為30~40%；到21世紀(jì)早期天然氣將逐步代替石油，天然氣占能源的百分比有望超過50%。天然氣生產(chǎn)回顧和預(yù)測世界能源的發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，三種能源先后分別153世界一次能源替代趨勢圖世界一次能源替代趨勢圖154天然氣生產(chǎn)20世紀(jì)70年代后，世界石油產(chǎn)量上升緩慢；而天然氣產(chǎn)量卻高速增長，25年間產(chǎn)量翻了一番多。由于勘探技術(shù)的發(fā)展和投入的增加，天然氣剩余可采儲量增加了3.6倍。天然氣生產(chǎn)20世紀(jì)70年代后，世界石油產(chǎn)量上升緩慢；而天然氣155天然氣生產(chǎn)近年來，我國天然氣產(chǎn)量增加較快，2009年，天然氣產(chǎn)量達到967.7億立方米。進入21世紀(jì)，我國氣田氣的儲量增加也很快。目前我國天然氣工業(yè)正處于氣田氣儲量快速增長的青年期，隨著長輸干線的建設(shè)和支線管網(wǎng)的發(fā)展，天然氣產(chǎn)量也會快速增長。天然氣生產(chǎn)近年來，我國天然氣產(chǎn)量增加較快，2009年，天然氣156天然氣市場發(fā)電民用及商業(yè)燃料化肥及化工原料工業(yè)燃料天然氣市場發(fā)電157天然氣市場2001年全世界氣體燃料的總消費量為1137百萬噸標(biāo)準(zhǔn)油。其中工業(yè)消費占44.8%，交通運輸占4.8%，其他行業(yè)和生活消費則為50.4%。天然氣市場非常廣闊。天然氣市場2001年全世界氣體燃料的總消費量為158世界各地區(qū)的天然氣生產(chǎn)/消費圖（2002年，單位：十億m3）

世界各地區(qū)的天然氣生產(chǎn)/消費圖（2002年，單位：十億m3）159發(fā)電天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電既經(jīng)濟又污染少，在國外已大量采用。我國氣電也將加快發(fā)展。發(fā)電天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電既經(jīng)濟又污染少，在國外已大量采用。160民用及商業(yè)燃料

天然氣是優(yōu)質(zhì)的民用及商用燃料，預(yù)測中國城鎮(zhèn)人口到2020年將達到7.3億。其中大中型城市人口3.5億，氣化率將為85~90%，其他城鎮(zhèn)人口3.8億，氣化率將達45%。民用及城市商用氣需求量將為630~713億立方米。

民用及商業(yè)燃料天然氣是優(yōu)質(zhì)的民用及商用燃料，預(yù)測中國城鎮(zhèn)人161化肥及化工原料中國人口眾多，是農(nóng)業(yè)大國，按規(guī)劃2020年中國合成氨的需求量大4000萬噸，作為制造氮肥的主要原料的天然氣預(yù)計需求230億立方米，再加上甲醇及煉油廠制氫用氣及其他化工用氣，總計將超過322億立方米?；始盎ぴ现袊丝诒姸?，是農(nóng)業(yè)大國，按規(guī)劃2020年中國162工業(yè)燃料根據(jù)統(tǒng)計資料預(yù)測，天然氣用作我國工業(yè)和運輸燃料將占天然氣總產(chǎn)量的20%以上。

工業(yè)燃料根據(jù)統(tǒng)計資料預(yù)測，天然氣用作我國工業(yè)和運輸燃料將占天163

目前中國的天然氣工業(yè)與石油工業(yè)相比也落后約30年，長期困擾天然氣產(chǎn)業(yè)的勘探、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、市場及價格等各種矛盾仍十分突出。據(jù)統(tǒng)計，許多國家在國內(nèi)生產(chǎn)總值人均達到1000美元以后必然大幅度地增加天然氣消費量。我國現(xiàn)在人均國內(nèi)生產(chǎn)總值已超過3000美元，近幾年我國天然氣的消費也表現(xiàn)一個快速增長的趨勢。因此在我國油氣供求戰(zhàn)略中貫徹油氣并舉的方針，加速形成天然氣市場，大力增加天然氣產(chǎn)量是十分必要的。目前中國的天然氣工業(yè)與石油工業(yè)相比也落后約30年，長164煤層氣煤層氣（俗稱瓦斯）是一種與煤伴生，以吸附狀態(tài)儲存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，其中甲烷含量大于95%，熱值33.44kJ/m3以上，是一種優(yōu)質(zhì)潔凈的能源煤層氣潔凈、熱值高、優(yōu)質(zhì)、安全，在全世界范圍內(nèi)有巨大的發(fā)展?jié)摿?，可替代其他正在減少的常規(guī)能源中國是世界上主要的煤炭生產(chǎn)大國之一，煤炭生產(chǎn)居世界首位，也是世界上煤炭資源和煤層氣資源最豐富的國家之一。豐富的煤層氣資源有望成為中國21世紀(jì)的接替性能源之一煤層氣煤層氣（俗稱瓦斯）是一種與煤伴生，以吸附狀態(tài)儲存于煤層16521世紀(jì)發(fā)展煤層氣的意義減輕我國石油和天然氣的供應(yīng)壓力；能有效地改善煤礦安全生產(chǎn)條件；將有效地保護大氣環(huán)境。21世紀(jì)發(fā)展煤層氣的意義減輕我國石油和天然氣的供應(yīng)壓力；166能量轉(zhuǎn)換和儲存課件167能量轉(zhuǎn)換和儲存課件168能量轉(zhuǎn)換和儲存課件169能量轉(zhuǎn)換和儲存課件170能量轉(zhuǎn)換和儲存課件171能量轉(zhuǎn)換和儲存課件172能量轉(zhuǎn)換和儲存課件173我國的煤層氣資源我國煤層氣資源分布廣泛，他們分布在不同的含煤盆地、不同的成煤時代，其埋藏深度和勘探程度也相差很大。據(jù)初步預(yù)測我國煤層氣的資源量為31萬億m3，高于我國陸上常規(guī)天然氣的資源量，居世界第2位。我國的煤層氣資源我國煤層氣資源分布廣泛，他們分布在不同的含煤174我國的煤層氣資源抽放煤層氣是減少瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突發(fā)事故的根本性措施，到目前為止，全國已由146個煤層氣抽放礦井，年抽放量6億~7億m3，利用量達4.8億m3。主要用于民用、發(fā)電、作化工原料和鍋爐爐窯的燃料等，撫順和陽泉礦區(qū)煤層氣的抽放量和利用率一直居全國首位。我國的煤層氣資源抽放煤層氣是減少瓦斯涌出量、防止瓦斯爆炸和突175我國煤層氣的最新進展煤層氣2011年全國煤層氣勘查新增探明地質(zhì)儲量1421.74億立方米，同比增長27.5%。新增探明技術(shù)可采儲量710.06億立方米，同比增長27.0%至2011年底，全國累計探明地質(zhì)儲量4155.69億立方米，同比增長52.0%。累計探明技術(shù)可采儲量2041.06億立方米，同比增長53.3%。剩余技術(shù)可采儲量2024.70億立方米，同比增長53.6%我國煤層氣的最新進展煤層氣2011年全國煤層氣勘查新增探明176我國煤層氣的最新進展截至2010年底，全國累計完成煤層氣（煤礦瓦斯）抽采量為88億立方米，但利用量僅為36億立方米（地面14.5億立方米和井下73.5億立方米），抽采和利用率均較"十一五"規(guī)劃目標(biāo)差距較大。而按照規(guī)劃，到2010年底，全國煤層氣抽采量應(yīng)達100億立方米，利用量達80億立方米

我國煤層氣的最新進展截至2010年底，全國累計完成煤層氣（煤177我國煤層氣的最新進展2011年，煤層氣（煤礦瓦斯）抽采量115億立方米，利用量53億立方米，同比分別增加36.7%和51.4%。其中，井下瓦斯抽采量92億立方米，利用量35億立方米，同比增加22.7%和52.2%；地面煤層氣產(chǎn)量23億立方米，利用量18億立方米，同比增加54.7%和47.5%我國煤層氣的最新進展2011年，煤層氣（煤礦瓦斯）抽采量11178我國煤層氣的最新進展“十二五”期間，將新增探明地質(zhì)儲量10000億立方米規(guī)劃到2015年，我國煤層氣產(chǎn)量將達到300億立方米，其中地面開發(fā)１６０億立方米，基本全部利用；煤礦瓦斯抽采１４０億立方米，利用率６０％以上我國煤層氣的最新進展“十二五”期間，將新增探明地質(zhì)儲量100179天然氣水合物天然氣水合物（gashydrate）是一種新發(fā)現(xiàn)的能源。天然氣水合物由水分子和燃氣分子構(gòu)成，外層是水分子構(gòu)架，核心是燃氣分子。其中燃氣分子絕大多數(shù)是甲烷，所以天然氣水合物也稱為甲烷水合物。天然氣水合物天然氣水合物（gashydrate）是一種新發(fā)180天然氣水合物1m3的天然氣水合物可釋放出168m3的甲烷和0.8m3的水，是一種高能量密度的能源。只能存在于低溫高壓的環(huán)境中，一般要求溫度低于0～10℃，壓力高于10MPa。一旦溫度升高或壓力降低，甲烷就會一逸出，天然氣水合物就會處于崩解。天然氣水合物1m3的天然氣水合物可釋放出168m3的甲烷和0181天然氣水合物分子結(jié)構(gòu)示意圖天然氣水合物分子結(jié)構(gòu)示意圖182天然氣水合物資源分布圖天然氣水合物資源分布圖183天然氣水合物的分布海洋大陸架是天然氣水合物形成的最佳場所，海洋總面積的90%具有形成天然氣水合物的溫壓條件。此外在寒冷的永久凍土中也存在天然氣水合物。通常，天然氣水合物可存在于海底之下500～1000m的范圍內(nèi)。全球天然氣水合物中甲烷的總量約為1.8×1016m3，其含碳量為石油、煤和天然氣含碳量的兩倍。到目前為止，世界上已發(fā)現(xiàn)的海底天然氣水合物主要分布區(qū)有大西洋海域的墨西哥灣、加勒比海、南美洲東部陸緣、非洲西部陸緣和美國東岸外的布萊克海臺等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、日本海、蘇拉威西海和新西蘭北部海域等。天然氣水合物的分布海洋大陸架是天然氣水合物形成的最佳場所，海184天然氣水合物的分布我國最有希望的天然氣水合物儲存區(qū)可能是南海和東海的深水海底。陸上寒冷永凍土中的天然氣水合物主要分布在西伯利亞、阿拉斯加和加拿大的北極圈內(nèi)。天然氣水合物的分布我國最有希望的天然氣水合物儲存區(qū)可能是南海185天然氣水合物的威脅天然氣水合物固然給人類帶來了新的能源希望，但它也可對全球氣候和生態(tài)環(huán)境甚至人類的生存環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅。當(dāng)前大氣中的二氧化碳以每年0.3%的速率增加，而大氣中的甲烷以每年0.9%的速率在更為迅速的增加。甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳溫室效應(yīng)的20倍。全球海底天然氣水合物中的甲烷總量約為地球大氣中甲烷量的3000倍，如此大量的甲烷如果釋放，將對全球環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，嚴(yán)重影響全球氣候。天然氣水合物的威脅天然氣水合物固然給人類帶來了新的能源希望，186關(guān)注天然氣水合物基于天然氣水合物是21世紀(jì)的重要后續(xù)能源，并可能對人類生存環(huán)境及海底工程設(shè)施產(chǎn)生災(zāi)害性影響，全球科學(xué)家和各國政府都予以高度關(guān)注。關(guān)注天然氣水合物基于天然氣水合物是21世紀(jì)的重要后續(xù)能源，并187我國開發(fā)天然氣水合物的優(yōu)點天然氣水合物資源量巨大，主要分布于我國東部海域，有利于改變我國能源分布不均勻的格局：其勘探、生產(chǎn)可與常規(guī)油氣的勘探生產(chǎn)同時進行；以天然氣為最終利用形式的天然氣水合物，可充分繼承利用現(xiàn)有的油氣開采、運輸與終端利用技術(shù)和裝備等，在現(xiàn)有工業(yè)布局的基礎(chǔ)上，無需進行重大的工程改造和投資，便可實現(xiàn)能源的平穩(wěn)過渡與替代，也不會產(chǎn)生新的環(huán)境問題。我國開發(fā)天然氣水合物的優(yōu)點天然氣水合物資源量巨大，主要分布于188能量轉(zhuǎn)換和儲存能量轉(zhuǎn)換和儲存189第一節(jié)主要的能量轉(zhuǎn)換過程概述化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能熱能轉(zhuǎn)換為機械能機械能轉(zhuǎn)換為電能第一節(jié)主要的能量轉(zhuǎn)換過程概述190能量的轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換是能量最重要的屬性，也是能量利用中的最重要的環(huán)節(jié)。通常所說的能量轉(zhuǎn)換是指能量形態(tài)上的轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換包括：能量在空間上的轉(zhuǎn)移，即能量的傳輸；能量在時間上的轉(zhuǎn)移，即能量的儲存。能量轉(zhuǎn)換過程必須遵守能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，即：輸入能量-輸出能量=儲存能量的變化能量的轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換是能量最重要的屬性，也是能量利用中的最重要191能量的轉(zhuǎn)換在國民經(jīng)濟和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是熱能、機械能和電能。它們可以由其它形態(tài)的能量轉(zhuǎn)換而來，它們之間也可以互相轉(zhuǎn)換。任何能量轉(zhuǎn)換過程都需要一定的轉(zhuǎn)換條件，并在一定的設(shè)備或系統(tǒng)中完成。能量的轉(zhuǎn)換在國民經(jīng)濟和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是192能量轉(zhuǎn)換和儲存課件193能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤炭、天然氣等礦物燃料氫和酒精等二次能源化學(xué)能熱能化學(xué)能熱能機械能化學(xué)能熱能機械能電能化學(xué)能電能熱能化學(xué)能電能爐子、燃燒器各種熱力發(fā)動機熱機、發(fā)電機，磁流體發(fā)電，EGD發(fā)電（壓電效應(yīng)）熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電燃料電池能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)石油、煤化學(xué)能熱能爐194能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波浪太陽能機械能機械能機械能機械能電能光能熱能光能熱能機械能電能光能熱能電能光能電能光能化學(xué)能光能生物能電磁波電能水車、風(fēng)車。水輪機——發(fā)電機，波力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、海流發(fā)電熱水器，采暖、制冷、光化學(xué)反應(yīng)，太陽灶太陽熱發(fā)動機太陽熱發(fā)電熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池、光化學(xué)電池光化學(xué)反應(yīng)（水分解）光合成能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)水力、風(fēng)力、潮汐、海流、波195能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核能核分裂熱能機械能電能核分裂熱能核分裂熱能電能核分裂電磁能電能核聚變熱能機械能電能電能光（激光）熱能電能熱能聚變核發(fā)電，磁流體發(fā)電核能煉鋼熱力發(fā)電，熱電子發(fā)電光電池核聚變發(fā)電能量轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換設(shè)備或系統(tǒng)能源能源形態(tài)轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換機械或系統(tǒng)核分裂熱能機械196概述在能源利用中最重要的能量轉(zhuǎn)換過程是將燃料的化學(xué)能通過燃燒轉(zhuǎn)換為熱能，熱能再通過熱機轉(zhuǎn)換成機械能。機械能可以直接利用，也可以轉(zhuǎn)換成電能。將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁窃谌紵O(shè)備中實現(xiàn)的。主要的燃燒設(shè)備有鍋爐和各種工業(yè)爐窯。概述在能源利用中最重要的能量轉(zhuǎn)換過程是將燃料的化學(xué)能通197概述將熱能轉(zhuǎn)換為機械能是目前獲得機械能的最主要的方式。轉(zhuǎn)換過程通常是在熱機中完成。應(yīng)用最廣的熱機是內(nèi)燃機、蒸汽輪機、燃氣輪機等。內(nèi)燃機主要為各種車輛、工程機械提供動力。蒸汽輪機主要用于發(fā)電廠中，也可作為大型船舶的動力，或拖動大型水泵、壓縮機、風(fēng)機。燃氣輪機除了用于發(fā)電外，還是飛機的主要動力源，也可用作船舶的動力。概述將熱能轉(zhuǎn)換為機械能是目前獲得機械能的最主要的方式。198化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃料燃燒是獲取熱能的最主要方式。能在空氣中燃燒的物質(zhì)稱為可燃物，但不能把所有的可燃物都稱作燃料（如米和沙糖之類的食品）。所謂燃料，就是能在空氣中容易燃燒并釋放出大量熱能的氣體、液體或固體物質(zhì)，是能在經(jīng)濟上值得利用其發(fā)熱量的物質(zhì)的總稱。燃料通常按形態(tài)分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃料燃燒是獲取熱能的最主要方式。199化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能天然的固體燃料有煤炭和木材；人工的固體燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭應(yīng)用最為普遍，是我國最基本的能源。天然的液體燃料有石油（原油）；人工的液體燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。天然的氣體燃料有天然氣，人工的氣體燃料則有焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、水煤氣和液化石油氣等?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能天然的固體燃料有煤炭和木材；人工的固體燃料有200液體燃料固體燃料氣體燃料液體燃料固體燃料氣體燃料201化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃燒反應(yīng)是一個氧化反應(yīng)。燃料中的可燃元素碳、氫、硫和空氣中的氧激劇化合時發(fā)出顯著的光和熱。通過燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置稱為燃燒設(shè)備。其中鍋爐就是典型的燃燒設(shè)備，它是通過化石燃料的燃燒將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為高溫?zé)煔獾臒崮?，并用熱能加熱水使之變?yōu)檎羝??；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃燒反應(yīng)是一個氧化反應(yīng)。202有關(guān)燃燒的知識燃料燃燒的必要條件燃燒所需的空氣量燃燒產(chǎn)生的煙氣量有關(guān)燃燒的知識燃料燃燒的必要條件203燃料燃燒的必要條件必須要有能燃燒的可燃物（燃料）；必須要有使可燃物著火的能量（熱源），即使可燃物的溫度達到著火溫度以上；必須供給足夠的氧氣和空氣。為了維持燃燒，還必須保證：

（1）必須把溫度水平維持在燃料著火溫度以上；（2）必須把適當(dāng)?shù)目諝饬恳哉_的方法供應(yīng)給燃料，使燃料能充分地與空氣接觸；（3）必須及時而妥善地排走燃燒產(chǎn)物；（4）必須提供燃燒所必須的足夠空間（燃燒室）和時間。燃料燃燒的必要條件必須要有能燃燒的可燃物（燃料）；204不同燃料的燃燒特點煤的燃燒油的燃燒氣體燃料的燃燒不同燃料的燃燒特點煤的燃燒205煤的燃燒煤的燃燒基本上有兩種形式：第一種是煤粉懸浮在空間燃燒，稱為室燃或粉狀燃燒；第二種就是煤塊在爐排上燃燒，稱為層燃或?qū)訝钊紵?。煤的燃燒煤的燃燒基本上有兩種形式：第一種是煤粉懸浮在空間燃燒206煤的燃燒技術(shù)目前煤的燃燒方式主要是煤粉燃燒和流化床燃燒。我國大型鍋爐和工業(yè)窯爐大多采用煤粉燃燒。為了提高煤炭燃燒的效率和減少污染，發(fā)展了許多先進的燃燒技術(shù)，如煤粉燃燒穩(wěn)定技術(shù)，包括各種新型的燃燒器，煤粉低氮氧化物燃燒技術(shù)，高濃度煤粉燃燒技術(shù)，流化床燃燒技術(shù)等。煤的燃燒技術(shù)目前煤的燃燒方式主要是煤粉燃燒和流化床燃燒。我國207油的燃燒油的燃燒方法有內(nèi)燃和外燃兩種方式。所謂內(nèi)燃，是在發(fā)動機氣缸內(nèi)部極為有限的空間進行高壓燃燒，是一種瞬間的燃燒過程。所謂外燃，就是不在機器內(nèi)部燃燒，而在燃燒室內(nèi)燃燒，并直接利用燃燒發(fā)出的熱量，如鍋爐、窯爐內(nèi)進行的燃燒。油燃燒的全過程包含著傳熱過程、物質(zhì)擴散過程和化學(xué)反應(yīng)過程。油的燃燒油的燃燒方法有內(nèi)燃和外燃兩種方式。208油的燃燒技術(shù)油是最常用的液體燃料。油的燃燒實際上包含了油加熱蒸發(fā)、油蒸氣和助燃空氣的混合以及著火燃燒三個過程。為了實現(xiàn)油的高效低污染燃燒，應(yīng)從以下來兩方面著手：（1）提高燃油的霧化質(zhì)量；（2）實現(xiàn)良好的配風(fēng)。油的燃燒技術(shù)油是最常用的液體燃料。209氣體燃料的燃燒氣體燃料的燃燒可以分為容器內(nèi)燃燒和燃燒器燃燒，它們和油的兩種燃燒方式相近。氣體燃料的燃燒過程包括三個階段，即混合、著火和正常燃燒。氣體燃料的燃燒氣體燃料的燃燒可以分為容器內(nèi)燃燒和燃燒器燃燒，210氣體燃料的燃燒技術(shù)氣體燃料燃燒的效率主要取決于氣體燃