粉煤灰的利用新新Word文件下载.docx

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地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。

地壳就是地球表面的一层，一般厚度为几公里至70公里不等。

地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，厚度为2900公里。

火山爆发一般是这部分岩浆喷出。

地球内部为地核，地核中心温度为2000度。

可见，地球上的地热资源贮量也很大。

③来自地球及其它天体的相互作用所产生的能量，地球—月亮—太阳系统由于相互引力的作用，使海水涨落所形成的潮汐能。

2）按能源的基本形态分类，有一次能源（亦称天然能源）和二次能源（亦称人工能源）：

一次能源是指自然界中以现实形式存在，不经任何改变或转换的天然能源资源，即从自然界直接取得并不改变其形态和品位的能源。

如：

原煤、原油、油页岩、天然气；

核燃料；

植物燃料；

水能、风能、太阳能、地热能、海洋能、潮汐能等。

二次能源是指为了满足生产工艺和生活的特定需要以及合理利用能源，将一次能源直接或间接加工转换产生的其他种类和形式的人工能源。

如由原煤加工产出的洗煤；

由煤炭加工转换产出的焦碳、煤气；

由原油加工产出的汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油气、炼厂干气等；

由煤炭、石油、天然气转换产出的电力。

3）按能源性质分，有燃料型能源和非燃料型能源：

燃料性能源是指用于直接燃烧而发生能量的物质。

包括矿物燃料：

如煤炭、石油、天然气等；

生物燃料：

如柴草、农作物秸秆、薪材、沼气等；

核燃料：

如铀等；

化工燃料：

如甲醇、酒精、火药等。

非燃料性能源是指不能直接燃烧的能源，如水能、电、蒸汽、热水、太阳能、风能、潮汐能、地热能等。

4）根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源：

清洁能源是指能源在使用中对环境无污染或污染小的能源，如太阳能、风能、海洋能、水能、气体能源等。

非清洁能源是指能源在使用中对环境污染较大的能源，如各种固体能源、裂变核燃料、石油等。

煤炭是最脏的能源，对环境污染十分严重，石油对环境污染比煤炭小，但使用时也产生氧化硫、氧化氮等有害物质，对环境的污染也很严重。

5）人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类：

世界能源委员会推荐的能源类型分为：

固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。

其中，前三个类型统称化石燃料或化石能源。

已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。

比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。

我们可以用热来取暖、做饭或制冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；

也可以用汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；

如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，它又可以转换成机械能、光能或热能。

7）按能源的商品性划分，分为商品能源和非商品能源：

凡进入能源市场作为商品销售的如煤、石油、天然气、水电和核电等均为商品能源。

国际上的统计数字均限于商品能源。

非商品能源主要指薪柴、秸秆等农业废弃物、人畜粪便等就地利用的能源，它在发展中国家农村地区的能源供应中占有很大的比重；

这类能源约占我国农村居民生活用能的80%。

8）按能源的形成和再生性划分，再生能源和非再生能源：

人们对一次能源又进一步加以分类。

凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。

风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；

煤、石油和天然气等是非再生能源。

地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性质。

核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。

核聚变的能比核裂变的能可高出5～10倍，核聚变最合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。

核能是未来能源系统的支柱之一。

9）根据能源使用的类型以及被开发利用的程度分类，又可分为常规能源和新型能源：

常规能源包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。

新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等能源。

由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用;

但新能源大多数是再生能源。

资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。

总结：

这些分类方法有助于我们从不同角度去认识能源，但也是相对的，不是绝对的，而且相互之问有一定交叉关系。

随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加，现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究；

同时我们也相信随着人类科学技术的不断进步，专家们会不断开发研究出更多新能源来替代现有能源，以满足全球经济发展与人类生存对能源的高度需求，而且我们能够预计地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探寻与研究。

3.新能源的特点：

新能源又称非常规能源。

是指传统能源之外的各种能源形式，是指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。

新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的热能。

包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。

也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。

相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。

同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

1）太阳能：

太阳是能量的重要源泉。

自然界中绝大多数能源所含的能量都来自太阳。

太阳辐射能有其直接的形式（如太阳能）和间接形式，即由太阳辐射能转化而成的矿物燃料（如煤炭、石油、天然气、油页岩等）以及水能、风能、海洋能、雷电能、生物质能。

太阳辐射能量很大，如按一年时间计算，相当于获得170万亿吨标准煤所含的热量。

太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高。

太阳能不仅具有储量的“无限性”、“巨大性”的特性，还具有“广泛性”、“清洁性”、“间歇性”和“经济性”等优点。

2）地热能：

地热能是地球内部的热量释放到地表的能量。

地球内部包含着巨大的热量，地壳下是赤热的岩浆，地核的温度估计约5000℃。

地热资源在地下热储存的形式可分为蒸汽型、热水型、干热岩型、地压型和岩浆型。

目前人类能够利用的地热资源主要是地下热水、地热蒸汽和热岩层，主要用于取暖、加热、医疗保健和发电。

对于火山爆发、地震和其它地壳变动所释放的能量，目前人类还无法控制利用，因为科技水平还没有达到那样的程度。

3）核能：

核能亦称原子能，是由原子核的链式反应能产生的能量。

它的来源有两种：

一种是由重原子核裂变释放出来的；

一种是由轻原子核聚变产生出来的。

由于原子核内的中子、质子相互结合非常紧密，所以核反应放出来的能量十分巨大，一般要比化学反应释放的能量大几百万倍。

核能具有很多优点：

①体积小而能量大。

1000克标准煤燃烧时释放的能量仅为29271千焦耳（7000千卡）而1000克核燃料铀235释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量。

②开采运输方便。

一座100万千瓦的大型烧煤电站，每年需原煤300—400万吨，运这些煤需2700多列火车，还要运走大量的灰渣，而同功率的压水堆核电站，一年仅消耗铀235含量3％的低浓缩铀燃料28吨，只需6辆卡车。

③核能地区适应性强，可建在缺能严重的地区，以缓解由于能源资源分布不均而带来的地区性能源紧张状况。

④发展核能可以节省化石燃料，因为煤炭、石油都是宝贵的化工原料，应当用来生产化工产品。

目前，核能已经成为世界上许多国家特别是发达国家一次能源的重要组成部分。

核能是人类最有希望的能源之一。

现在，地球上已经探明的铀、钍矿所包含的能量，是地球上的“化石燃料”总能量的几十倍，海水中所有氘的核能如果都释放出来，可以使地球上的人类使用十亿年之久。

目前利用裂变释放核能已经实现多年，全世界已有数百座利用核裂变反应的原子能电站在运行。

利用核聚变反应建立原子能电站正在积极研究之中，由于其原料氘存在于汪洋大海里，资源极为丰富，人类一旦掌握了受控热核反应这一新能源技术，必然引起能源构成的根本变化，到那时，就不必担心能源的枯竭问题了。

4）海洋能：

指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。

这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。

海洋能特点如下：

海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。

海洋能具有可再生性。

海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。

海洋能有较稳定与不稳定能源之分。

较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。

不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。

属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。

人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。

潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。

既不稳定又无规律的是波浪能。

海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。

5）风能：

是太阳辐射下流动所形成的。

风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的十倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。

大风具有很大的能量，风速9—10米／秒的五级风吹到物体表面上，每平方米面积受力约10千克。

风速20米／秒的九级风，每平方米面积受力约50千克。

全球的风能量比人类所能控制的能量高得多，全世界一年燃烧煤的能量还不到全年风力能量的千分之一。

但是风能特点是分散、间歇、多变、能量密度低，从而制约了风能的开发利用。

目前风能最常见的利用形式为风力发电。

6）生物质能：

来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。

生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。

生物质能，又名生物能源，是利用有机物质（例如植物等）作为燃料，通过气体收集、气化（化固体为气体）、燃烧和消化作用（只限湿润废物）等技术产生能源。

具有以下特点：

燃烧过程对环境污染少。

储量大，可再生。

生物质能源具有普遍性、易取性。

是唯一可以运输和储存的可再生资源。

7）氢能：

作为一种清洁、高效新能源。

具有资源丰富、安全环保，无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。

具有高温高能、热能集中、燃烧产生的热量大、可再生性等优点。

并且还有一定的催化特性、还原特性和变温特性，而且来源广泛，即产即用，应用范围广，适合于一切需要燃气的地方。

同时氢能的使用也存在以下缺点：

制取成本高，需要大量的电力；

生产、存储难：

氢气密度小，很难液化，高压存储不安全。

8）煤层气：

煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。

从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；

从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；

从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。

科学家估计，地球上煤层气可达2000T/m3。

9）可燃冰：

这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。

可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。

据测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。

10）水能：

是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。

广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；

狭义的水能资源指河流的水能资源。

水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。

水能资源丰富，随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源，目前世界上水力发电还处于起步阶段。

河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。

11）海洋渗透能：

是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放，更不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。

而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、中国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。

12）波能：

即海洋波浪能。

这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。

据推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×

104TW。

近年来，在各国的新能源开发计划中，波能的利用已占有一席之地。

尽管波能发电成本较高，需要进一步完善，但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。

日本的一座海洋波能发电厂已运行8年，电厂的发电成本虽高于其它发电方式，但对于边远岛屿来说，可节省电力传输等投资费用。

目前，美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站，且均运行良好。

13）微生物能：

世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。

据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。

此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。

其实很多能源都是来自于太阳能，想海洋能，煤层气，微生物，风能，水能，都是有太阳能而来。

只是他们之间转换了一下。

14）第四代核能源：

当今，世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变，来制造出无任何污染的新型核能源。

正反物质的原子在相遇的瞬间，灰飞烟灭，此时，会产生高当量的冲击波以及光辐射能。

这种强大的光辐射能可转化为热能，如果能够控制正反物质的核反应强度，来作为人类的新型能源，那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。

二什么是煤？

煤的结构、煤的作用（用途）及主要应用领域。

1.煤的定义：

煤是植物遗体经过生物化学作用，又经过物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物，它是极其重要的能源和工业原料。

煤是一种固体可燃的有机岩。

2.煤的结构：

1）岩石学的观点：

从岩石学的观点，煤是一种特殊的沉积岩—可燃有机岩。

其物质组成较为复杂。

当用肉眼仔细观察时，就可以看到它的物质组成，常显示明显的不均一性。

其主要表现为煤是有机物质和无机物质（矿物质）的混合物。

即使有机物质本身也因成煤原始物质的不同和聚积条件的不同，显现出复杂性和多样性。

2）煤的显微组分：

煤的显微组分是指煤在显微镜下能够区别和辨识的最基本的组成成分，是显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物残体转变而成的有机成分。

一种矿物是有非常确定的化学成分，其物质是均一的，而且大多数矿物实际上是晶质的；

而煤的同种显微组成分在化学性质和物理性质上相近，但有变化，并且是非晶质的。

目前国际煤岩学术委员会的显微组分分类方案是侧重于化学工艺性质的分类，按其成因和工艺性质的不同，大致可分为镜质组、壳质组（稳定组和类脂组）和惰质组三大类。

依据颜色、形态、结构和突起等特征划分显微组分。

根据各种成因标志，在显微组分中

进一步细分出亚组分，如无结构镜质体分为四个亚组分即均质镜质体、胶质镜质体、基质镜质体和团块镜质体。

有的显微组分根据形态和结构特征，以及它们所属的植物种类和植物器官，进一步又划分出若干显微组分的种，如结构镜质体可细分为科达树结构镜质体、真菌质结构镜质体、木质结构镜质体、鳞木结构镜质体和封印木结构镜质体等五种。

煤中的矿物质：

煤是由有机成分和无机成分组成的。

煤的有机成分是指煤的显微组分，是人们关注的中心。

煤的无机成分是指在显微镜下能观察到的煤中矿物，以及与有机质相结合的各种金属、非金属元素和化合物（无机质）。

按成因划分，煤中矿物质可分为三类。

①植物成因的原生矿物质：

来自原始植物的无机成分。

②陆源碎屑成瘾的矿物质：

煤化作用第一阶段或煤矿床形成时由水或风带入其中的无机成分。

③化学和生物化学成因的矿物质:

煤化作用第一阶段的同生—成岩矿物和美化作用第二阶段形成的次生、后生矿物。

3）煤的化学结构：

煤是以有机体为主，并具有不同的相对分子质量、不同的化学结构的一组“相似化合物”的混合物。

它不像一般的聚合物，是由相同的化学结构的单体聚合而成的。

因此，构成煤的大分子聚合物的“相似化合物”被称作基本结构单元，也就是说，煤是许许多多的基本结构单元组合而成的大分子结构。

基本结构单元包括规则部分和不规则部分。

规则部分为结构单元的核心部分。

由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳环及杂环所组成。

随着煤化程度的增大，苯环逐渐增多。

归纳起来，煤结构的研究方法主要有三类，即物理研究法、化学研究法和物理化学研究法。

物理研究法主要是利用高性能的现代分析仪器，如红外光谱仪、核磁共振仪、X射线衍生仪、扫描电镜等对煤结构进行测定和分析，从中获得煤结构的信息。

表2-1列举了各种现代仪器用于煤结构研究及其提供的信息情况。

表2-1各种现代仪器用于煤结构研究及其提供信息

方法

所提供的信息

密度测定

比表面积测定

小脚X射线散射（SAXS）

计算机断面扫描（CT）

核磁共振成像

孔容、孔结构、气体吸附与扩散、反应特性

电子投射/扫描显微镜（TEM/SEM）

扫描隧道显微镜（STM）

原子力显微镜（AFM）

形貌、表面结构、孔结构、微晶石膜结构

X射线衍射（XRD）

紫外-可见光谱（UV-Vis）

红外光谱（IR）-Raman光谱

核磁共振谱（NMR）

顺次共振谱（ESR）

微晶结构、芳香结构的大小与排列、键长、原子分布

芳香结构大小

官能团、脂肪和芳香结构、芳香度

C原子及H原子分布、芳香度、缩合芳香结构

自由基浓度、未成对电子分布

X光电子能谱（XPS）

X射线吸收近边结构谱（XANES）

原子的价态与成键、杂原子组成

Mossbauer谱

含铁矿物

原子光谱（发射/吸收）

X射线能谱（EDS）

矿物质成分

质谱（MS）

碳原子数分布、碳氢化合物类型、相对分子质量

电学方法（电阻率）

半导体特性、芳香结构大小

磁学方法

自由基浓度

光学方法（折射率）

煤化程度、芳香层大小与排列

化学研究法，对煤进行适当的氧化、氢化、卤化、水解等化学处理，对产物的结构进行分析测定，并据此推测母体煤的结构，此外煤的元素组成和煤分子上的官能团，如羟基、羧基、碳基、甲氧基、醚键等也可以采用化学分析的方法进行测定。

物理化学方法，利用溶液萃取手段，将煤中德组分分离并进行分析测定，以获取煤结构的信息。

3.煤的作用（用途）及主要应用领域：

煤是重要能源，也是冶金、化学工业的重要原料。

主要用于燃烧、炼焦、气化、低温干馏、加氢液化等。

1）动力煤：

从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。

2）炼焦煤：

炼焦是将煤炼成焦炭的过程。

炼焦煤在隔绝空气条件下加热到1000℃左右（高温干馏），通过热分解和结焦产生焦炭、焦炉煤气和炼焦化学产品。

冶金焦炭含碳量高,气孔率高,强度大（特别是高温强度），是高炉炼铁的重要燃料和还原剂，也是整个高炉料柱的支撑剂和疏松剂。

由高温炼焦得到的焦炭可供高炉冶炼、铸造、气化和化工等工业部门作为燃料和原料；

炼焦过程中得到的干馏煤气经回收、精制可得到各种芳香烃和杂环混合物，供合成纤维、医药、染料、涂料和国防等工业做原料；

经净化后的焦炉煤气既是高热值燃料，也是合成氨、合成燃料和一系列有机合成工业的原料。

因此，高温炼焦不仅是煤综合利用的重要途径，也是冶金工业的重要组成成分。

同时，高效能的炼焦在工业生产和可持续发展等方面也具有深刻地意义。

3）气化：

煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。

煤炭气化技术的主要用途及应用领域：

工业燃气：

主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。

民用煤气：

主要用于人们日常生活燃烧。

化工合成原料：

合成原料气，以煤气化制取合成气，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。

冶金还原气：

利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；

在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。

联合循环发电燃气：

煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。

燃料电池：

利用H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电。

制氢：

煤炭转化成CO和H2,，广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域。

4）液化：

众所周知，呈固体状态的煤使用和运输起来都很麻烦。

直接烧固体煤，不仅热效率低，浪费大，还会放出二氧化硫、氧化氮等多种有害气体，对环境的污染相当严重。

为了预防或减少煤燃料对环境和人体健康带来的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤变油技术的研究，煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。

煤炭液化技术中又可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术。

1）将煤转化为油品，发动机用燃料油是最主要的目标产品。

用其他燃料（