能源加工、转换是能源系统流程中的中间环节。能源具有由一种能量形式转换为另一种能量形式的特点。为了经济合理地使用能源,提高能源使用价值和利用效率,通过能源加工、转换生产出适合生产和生活需要的能源产品,是人类社会不断发展进步的重要标志。
【能源加工、转换】
能源加工与转换既有联系又有区别,两者都是将能源经过一定的工艺流程生产出新的能源产品。能源加工,一般只是能源物理形态的变化,如原油经过炼制成为汽油、煤油、柴油等石油制品;原煤经过洗选成为洗煤;炼焦煤经过高温干馏成为焦炭;煤炭经过气化成为煤气等。能源转换是能源流程中的能量形式的转换。如热电厂将煤炭、重油等投入到耗能设备中,经过复杂的工艺过程把热能转换为机械能,机械能转换为电能。能源转换统计的重点是火力发电和供热。
【能源加工、转换类别】
随着科学技术的发展,能源加工转换的方式越来越多,技术越来越高。目前我国能源加工、转换主要有以下儿种方式:原煤洗选加工,煤的焦化、气化和液化,原油炼制,固体生物质气化,发电和供热等。
【原煤洗选加工】
原煤洗选加工是指由地下采出的含有矸石和其它杂质的毛煤,经过手选,筛选和洗选,清除杂质和矸石,使煤中的灰分、磷和硫等成分降低到国家规定的允许含量。
手选是利用人工把煤里的大块矸石和杂物拣出,要求块煤含矸率降低到
1
%
2
%,拣出的矸石中的含煤率一般应不超过
1
%。
干燥和筛选:干燥的目的是去掉水份,一般都采用自然干燥法。煤的筛选是采用一组不同孔径的筛子,通过振动的作用,把不同粒度级的煤分开。筛选不能直接选出矸石,但能间接地提高煤的质量。如通过筛选可以使硬度较高的黄铁矿颗粒大部分集中在大块煤中,便于用手选的方法把它拣出。
洗选,使用机械加工的方法,把原煤中的杂质排除,降低煤的灰分、磷和硫的含量。常用的洗选加工方法按其工作原理可分为重力选煤法和浮游选煤法两种。
1.
重力选煤法。依据煤和矸石的不同比重进行分选的方法、将原煤送人重力选煤机中,能得出精煤、中煤、煤泥、矸石等产物。重力选煤可细分为跳汰选、流槽选、重介质选等。
(1)
跳汰选煤,使混有矸石的毛煤在时上时下的变速脉动水流中,按比重进行分选。其加工过程,毛煤进入煤仓后,经原煤分机筛分级,筛下物经缓冲煤仓进入跳汰机,跳汰中的煤、矸石经脱水后装仓外运,
(2)
流糟选煤,把毛煤和水一起送入倾斜的流洗槽
(
即洗煤槽
)
中,重的矸石逐渐沉到槽底,缓缓移动.最后通过槽底上的排料口漏出,轻的煤块则被流速较快的上层水流带走。在水流冲力的作用下,煤与矸石在洗煤槽中按比重分离。
(3)
重介质选煤,是采用磨细的高比重磁铁矿粉作为加重剂
(
也可使用高炉渣、黄铁矿渣、重晶石、砂子等
)
与水混合成具有一定比重的悬浮液,在重力或离心力场中,低于该比重的精煤上浮,大于该比重的中煤或矸石就下沉,使入选原煤按比重不同精确地分离。改变悬浮液的比重,就可得到不同质量的选后产品。
2.
浮游选煤法。主要是根据煤和矸石的物理化学性质不同的原理,依据煤粒和矸石颗粒表面润湿性的差别,实现细粒
(0
.
5
毫米以下
)
物料分选的方法。其浮选流程是,在强化浮选过程中,加进一些药剂
(
如松节油、煤油、轻柴油等
)
,旋转机叶轮形成负压,则矿浆从机体下部被吸入,同时从叶轮轴的空心套筒吸入空气由于叶轮的搅拌吸入的空气被分散成微小的气泡,在药剂的作用下,精煤很快附着在气泡上飘浮液面,被刮板不断刮出,亲水的矸石颗粒不能与气泡粘附,仍留在矿浆中,这样就完成了浮选的分离过程。
浮游选煤是精选煤泥或煤粉的方法,但因成本较高,一般只适用于炼焦煤选煤厂。
洗煤设备主要有卸煤机、给煤机、跳汰机、重介质选煤机、磁选机、破碎机、搅拌机、分级筛、脱水机等。
原煤洗选加工不仅为各行业用煤提供了较为优质的煤炭,同时也减少了煤的运输量。
【煤炭焦化】
煤炭焦化简称炼焦,是将炼焦煤按生产工艺要求配合后,投入隔绝空气的密闭炼焦炉内,经高温加热
(
通常叫干馏
)
最终温度为
950
—
1000
℃,煤料在不断加热升温中发生复杂的热分解变化,留在炭化室内的固体部分是焦炭;气体由炭化室顶部逸出,称为荒煤气,经净化系统处理,回收焦油、氨、粗苯等:再经脱硫脱氧,生产出可燃气体为焦炉煤气。
炼焦过程大致可分为以下几个阶段:
1.
干燥和预热:在
100
℃左右,煤吸收热量后,开始蒸发水分,煤料得到干燥,温度上升到
100
—
200
℃范围,析出煤中吸附的二氧化碳、甲烷等气体。
2
.开始分解:当温度升至
200
—
350
℃时,煤开始分解。此时主要产生热解水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体,并开始有油产物逸出。
3
.生成胶质体:当温度升至
350
—
480
℃,煤进一步分解,生成像焦油一样的粘稠液体,产生大量的气态和液态产物
(
焦油
)
。
4
.焦质体固化:随着煤温的升高,当达到
480
—
550
℃时,胶质体固化生成半焦,此时继续产生大量气态产物,而焦油逸出量则逐渐减少。
5
.半焦收缩,形成焦炭:当温度升至
550
℃后,焦油停止逸出,气态产物继续逸出,半焦收缩,产生裂纹。当温度升至
800
℃以上,气态产物的逸出已经很少。当温度达到
950
℃左右,焦炭成熟。
成型炼焦是一种新的炼焦方法,使用压型的方法扩大炼焦用的煤种,使原来不能结焦的煤也能炼成合格的焦炭,并可不再使用庞大和复杂的焦炉。成型炼焦的产物称为型焦。型焦生产的主要方法分为热压成型和冷压成型两大类。
热压成型是将具有一定粘结性的煤加热到
500
℃左右加压成型,并在焙烧炉中加热到所需的温度,冷却后即可作为高炉燃料使用。
冷压成型是将烟煤、贫煤、瘦煤、焦粉等配上一定量的沥青和焦油作为粘结剂,经过混料、成型、再送到炭化炉炭化成焦。
煤炭焦化是煤炭综合利用的一种很好方式,它除了生产焦炭以外,还副产焦炉煤气,焦油和粗苯等多种有用产品。煤炭焦化提高了煤炭使用效率,减少大气污染。
炼焦按其生产工艺,分为机械化焦炉炼焦、简易焦炉炼焦、土立窑炼焦、其它工艺炼焦。机械化炼焦设备有炼焦炉,以及主要附属设备,如煤塔、装煤车、准焦机、拦焦机、熄焦车等组成,焦炉炉体主要用硅砖建筑,有炉顶炭化室。斜道、蓄热室。
【煤炭气化】
煤炭气化简称制气,是指在某种气化剂存在的条件下,对煤炭进行热加工的一种过程。气化是在一定的高温条件下通过某种气化剂的作用,将煤转化为可燃气体。煤炭加工成气体燃料主要有发生炉煤气、水煤气、半水煤气、合成气等。
发生炉煤气是将原料煤在煤气发生炉中进行气化而得到的一种人造气体燃料。煤炭气化过程是:原料煤从煤气发生炉的上部加入,气化剂从煤层下部通入,制得的煤气由位于上部的煤气口排出。当原料煤自炉顶加进后,在气化过程中逐渐下移,经过干燥,干镏、还原、燃烧等过程,生成灰渣从炉底排出。气化剂从炉底加入,通过炉栅,自下而上地与下落的原料煤进行逆流交换、反应,生成的煤气由炉顶导出。
焦炉煤气是炼焦生产的副产品,由于从焦炉出来的煤气含有焦油蒸汽,所以称荒焦炉煤气。为了回收焦油和各种化工原料气,必须将荒焦炉煤气进行加工处理,使其中的焦油蒸汽和水蒸汽冷凝下来,并将有关的化工原料回收,然后才送入煤气管网作为燃料使用。
荒煤气经过冷凝、冷却、吸收、净化等处理过程,可以得到煤焦油、硫氨
(
或氨水
)
、粗氢吡啶、粗苯、硫磺等焦化产品。荒煤气经过回收焦油、氨、粗苯并清除硫化氢之后的煤气即称净焦炉煤气,简称焦炉煤气。
制气的方法很多,除煤制气外,还有炼油过程中产出的炼厂干气;以重油为原料制取的油煤气等。
【煤炭液化】
煤炭液化亦称煤的化学加工,是利用特殊的方法和专用设备,将煤中所含的有机质转化为液态产物,即把煤转化为液体燃料的工艺技术。
煤炭液化工艺方法很多,目前正在进行半工业性试验,按其工艺过程分为三大类:
1
.溶剂萃取加氢液化:将制备好的煤粉与溶剂按一定比例混合,调制成煤浆,在一定的温度和气压下,进行溶剂萃取及加氢反应,把煤转化为液态产物。
2
.直接加氢液化:将制备好的煤粉与溶剂按一定的比例混合,调制成煤浆.送入各种反应器,在高温高压和有催化剂的条件下,在反应器内直接进行加氢反应,把煤转化为液态产物。
3
.热解加氢液化:将制备好的煤粉在多段
(
四段
)
流化床内先进行低温干镏,然后将干镏产品煤焦油再行加氢,制取高级液体燃料。
煤炭液化产品不仅可以代替石油使用,还可以解决一些地区煤炭运不出来的困难。
把煤转化成液体,通过管道输送到几千公里以外,既解决了运输问题,也减轻了空气污染。使能源资源得到了更合理的利用。
【原油炼制】
原油炼制简称炼油,是将油井中开采出来的或从油页岩、煤等提炼出来的原油,经炼油装置加工生产出各种石油制品。
炼油方法主要有三种:
1.
常压蒸镏法。是利用加热炉,分镏塔等设备将原油气化,烃
(
碳氢化合物的总称
)
类化合物在不同的温度下开始蒸发,然后将这些气态的物质冷却为液体,于是产生出一系列的石油制品。其工艺流程:
(1)
原油换热,为了充分回收热量,使原油与各种镏分在换热器内换热,一般换热到
200
—
250
℃进入初镏塔。
(2)
初馏,原油在切馏塔
(
预分馏塔
)
中先将少量水分和腐蚀性气体及一部分轻汽油分出。经冷凝、冷却器降至
30
—
40
℃,进入储罐,一部分作回流,一部分作汽油组分或重态原料油。
(3)
常压蒸馏,从初馏塔底得到的油叫拨顶油,用泵常压炉加热到
360
—
370
℃入常压塔,自塔顶分出汽油,经换热、冷凝能冷却到
30
—
40
℃,一部分作塔顶回流,一部分作汽油组分。常压塔一般有
3
—
4
个侧线,分别馏出煤油、轻柴油和重柴油。
2
.减压蒸馏法。是利用降低压力从而降低沸点的原理,将常压重油在减压塔内进行分馏,从重油中分出柴油、润滑油、石蜡、沥青等产品。
常压塔底重油温度约为
350
℃左右,油泵抽出送到减压加热炉,到
410
℃左右入减压塔。一般减压塔汽化段压力为
40
毫米汞柱。减压一线流出物除部分作回流外,其余作为裂化或制蜡原料,减压二、三、四线馏出物可作润滑油原料或裂化原料,减压塔底油可作焦化、减粘裂化、氧化沥青原料,也可经丙烷脱沥青工艺制取重质润滑油。
3
.裂化法。是将石油中的重组分分裂为轻组分,是提高汽油、柴油产出率,增加汽油、柴油产量的一种方法。裂化有三种不同类型:
(1)
热裂化,就是完全依靠热能进行裂化。热裂化的形式根据原料不同、裂化深度不同,又分为减粘裂化、焦化。
(2)
催化裂化,就是裂化反应不单是靠外界供给的热能,而且还能通过催化剂发生催化裂化反应。这样反应温度压力均较低,重组分转化为轻组分收率较高,质量也较好,所得的裂化气体也更宜于作化工原料。
(3)
加氢裂化,加氢裂化实质上是催化裂化与加氢两种反应的组合。反应是在氢气压力下进行的。氢气压力可根据不同原料与产品来考虑,可以是
17
—
150
大气压或更高些。由于在裂化反应中生成部分烯烃,容易进一步生成碳,而影响催化活性与产品收率,加氢可使烯烃饱和,避免或减少生碳的机会,同时并不影响产品中异构烃类的存在。
【火力发电】
火力发电是指常规蒸汽发电,是将燃料投入电站锅炉,产生过热高压蒸汽,推动汽轮机叶片转子,再由叶片转子带动发电机转子,于是产生电流。其能量转换过程是:化学能
热能
机械能
电能。
除常规蒸汽发电外,还有燃气轮机发电,使用天然气,石油等优质燃料,产生燃烧气体,直接流经气轮机带动发电机发电。
火力发电设备,由电站锅炉、汽轮机、汽轮发电机三大部分组成。
【热力】
热力是将燃料投入蒸汽锅炉和热水锅炉,对热介质
(
水
)
进行高温加热而生成蒸汽和热水
(
简称热力
)
。生产蒸汽和热水的锅炉,有电站锅炉和工业锅炉。
按照供热方式,可分为热电站热力和区域供热。热电站热力,就是采用热电联产方式,既发电又供热,利用发电后汽轮机抽气或排气的潜热,供生产或生活用。区域供热,就是由热力公司,大型锅炉房或利用工业余热所生产的蒸汽或热水,通过管网供应一定区域内生产或生活用。
【固体生物质气化】
固体生物质气化是指农作物的副产品秸秆、青草和人畜粪便等生物废料都含有生物有机质化学能,将这些物质通过厌氧细菌发酵可以加工成人工沼气。固体生物质气化虽然也属于能源加工范畴,但这种能源加工方式是在农村发展,主要解决农村民用。目前我国能源加工、转换统计中尚不包括固体生物质气化部分。
【能源加工、转换统计】
能源加工转换统计是在
1985
年开始建立的,由有能源加工转换活动的工业企业填报。不论是专门从事能源加工转换的独立工业企业,还是其它企业从事能源加工转换活动的车间或分厂都在统计范围之内。其填报单位即从事发电、供热、洗煤、炼焦、炼油、制气等生产活动的火力发电厂、热电厂、供热企业、洗煤厂、机械化和土法炼焦厂、炼油厂、煤气厂以及从事上述生产活动的车间成分厂。
能源加工、转换统计的主要作用是反映能源加工、转换过程中能源的投入与产出之间的定量关系;分析能源加工转换效率及其影响因素;为挖掘节能潜力,提高经济效益,并为编制能源平衡表提供资料。
【能源加工、转换统计主要指标】
能源加工、转换统计主要指标有:
1.
能源加工转换投入量,亦称中间消费,是指报告期内为加工转换二次能源及其它石油制品
(
如润滑油、沥青等
)
和其它焦化产品
(
如焦油、粗苯等
)
,所投入到加工、转换设备中的各种能源。
投入量不包括下列各项:
(1)
能源加工、转换装置本身工艺用能和其它设备用能,如发电设备的电动机用电,发电点火用燃料,通风设备用电、炼焦炉预热原料用的焦炉煤气以及设备运行用的动力等。
(2)
车间用能。
(3)
辅助生产系统用能。
(4)
经营管理用能。
(5)
除上述各项以外的其它非生产用能。
2
.能源加工转换产出量,是指各种能源经过加工转换后,产出的各种二次能源产品
(
包括不作为能源使用的其它副产、联产品
)
,如发电产出的是电力;热电联产产出的电力、蒸汽、热水;洗煤产出的洗精煤,洗中煤、煤泥、洗块煤、洗混煤、洗末煤等;炼焦产出的是焦炭、焦炉煤气和其它焦化产品
(
如粗苯、焦油等
)
;炼油产出的是汽油、煤油、柴油、燃料油
(
重油、渣油等
)
、燃料气
(
液化石油气、炼厂干气等
)
和其它石油制品
(
如溶剂油、润滑油、各种原料油、石蜡、石油沥青、石油芳烃、润滑脂、石油添加剂、催化剂等
)
;制气产出的是焦炉煤气、其它煤气、焦炭、粗苯、焦油等。
3
.能源加工、转换损失量,是指在能源加工、转换过程中产生的各种损失量,即能源加工、转换过程中投入的能源和产出的能源之间的差额。计算公式为:
能源加工、转换损失量=能源加工、转换投入量-能源加工、转换产出量
在计算能源加工、转换损失量时,需要将加工转换的投入量和产出量分别折算为标准煤。
由于能源管理水平和技术经济条件的限制,在能源加工、转换过程中不可避免地产生损失量,损失量的大小直接反映了能源加工、转换技术水平和管理水平的高低。
因能源加工、转换的具体形式不同,能源加工、转换损失的表现形式也有区别。例如,原煤洗选损失量是指入洗原煤量与产出的各种洗煤产品产量之差,其损失量包括矸石、黄铁矿、浮选尾矿和洗煤过程中的流失量等;原油加工转换损失量是指原油进入蒸馏装置及直接进入二次加工装置的加工量和产出的成品油产量之差,包括瓦斯跑损、污水含油、三渣
(
酸渣、碱渣、白土渣
)
带油、油品输转调和等损失;火力发电的损失量是指输入能量与实际产出的有效能量之差额,计算发电损失量时,产出的电不能按等价热值计算,必须按当量热值折为标准煤。
4
.能源加工、转换效率,是指能源加工、转换过程中产出量与投入量的比率,即能源加工转换的产出率。计算公式为:
能源加工转换效率
(
%
)=
能源加工、转换产出量/能源加工、投入量×
100
%
在计算投入量和产出量时,必须按当量热值折为标准煤。这点在计算发电效率时特别要注意。
能源加工、转换效率是反映能源在加工、转换过程中能量的有效利用程度,是考核能源加工、转换技术水平及管理水平高低的重要依据。
能源加工、转换效率可分为下列三种计算方式:
(1)
单项设备能源加工、转换效率,是指某一种能源加工、转换设备的能源产出量与该设备相应的能源投入量之比。这种计算方式反映了单项设备的能源有效利用程度。
(2)
单项类别能源加工、转换效率,是指某一转换类别
(
如发电、供热、洗煤、炼焦、炼油、制气
)
能源产出量与该类别相应的能源投入量之比。分类别计算能源加工、转换效率,可以反映各种类别能源加工、转换技术管理水平的高低。
(3)
能源综合加工、转换效率,亦称总转换效率。从宏观角度来分析,是将各种能源加工、转换类别的总产出量与相应的总投入量进行对比,是从总体上反映了全国或各地区的能源加工、转换效率的总水平、总效率。各企业的总转换效率是指将企业所有的能源加工、转换设备作为一个整体进行综合计算,从总体上反映各个企业能源加工、转换的总效率。由于总转换效率的计算是以企业的各种能源加工、转换设备的体系为对象,是把所有加工、转换设备视为一个整体,中间转换量不是这个体系的最终能源产量,故应扣除这些重复部分,按净产出量和净投人量计算。
5
.能源加工、转换损失率,是指能源在加工、转换过程中损失的能量与投入的能量之间的对比关系,计算公式为:
能源加工转换损失率
(
%
)
=能源加工转换损失量
/
能源加工、转换投入量×
100
%
能源加工、转换损失率反映了能源在加工、转换过程中能量的损失程度,它与能源加工、转换效率相对应,也分为单项设备能源加工、转换损失率、单项类别能源加工、转换损失率和能源加工、转换总损失率三种计算方式。
[来源于国家统计局工交司《能源统计知识手册》]
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