煤炭发电的原理

煤基航天煤油火箭发动机整机热试车成功，对于我国航天工业意义重大。中国航天科技集团六院院长谭永华介绍说，2012年，我国成为世界上第二个掌握高压补燃循环液氧煤油发动机核心技术的国家，但我国航天煤油都须采用特定油田特定原油加工，资源稀少。此次航天火箭发动机用上煤制油，意味着中国航天燃料又多了一种选项。这在世界航天领域尚属首次。用高效、低毒的液氧+煤油燃料替代常规的肼类燃料，是世界航天推进技术的发展趋势。我国石油对外依存度较高，但煤炭资源相对丰富。在这样的条件下，发展以煤炭为原料的煤基燃料，是补充石油基燃料缺口、保障航天燃料供给的最好途径。2015年4月12日上午，液氧煤基航天煤油的火箭发动机整机热试车在中国航天科技集团六院试验区悄然进行。11时30分许，发动机在震山撼岳的怒吼之后，准时关机，试验取得圆满成功。煤基航天煤油火箭发动机整机热试车成功，这是世界首次将煤基煤油应用于航天领域，标志着我国煤基航天煤油研制取得重要阶段性成果，我国极为稀缺的航天燃料由此增添了一个难得的战略性供给选项。

煤炭气化

中国洁净煤技术网

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。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

图见：

http://www.cct.org.cn/cct/upinstrimg/200310301232321.gif

气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。

不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。

煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：

1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。

4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。

以上均为地面气化，还有地下气化工艺。

煤炭气化技术广泛应用于下列领域：

1）作为工业燃气 一般热值为1100－1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。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。

2）作为民用煤气 一般热值在3000－3500大卡，要求CO小于10％，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。

3）作为化工合成和燃料油合成原料气 早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，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。

化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50％以上来自煤炭气化合成工艺。

4）作为冶金还原气 煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，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。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。

5）作为联合循环发电燃气 整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，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。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省 加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。

6）作煤炭气化燃料电池 燃料电池是由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的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。

7）煤炭气化制氢 氢气广泛的用于电子、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，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。

8）煤炭液化的气源 不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。

参考资料：http://www.cct.org.cn/cct/content.ASP?ID=6188

科学家研发展动力燃料电池：替代铂进行催化韩国高丽大学的一个科学家组概述了一个用人尿内的碳原子制造廉价电力的计划。这些研究人员称，他们会用天然存在于人尿中的碳取代燃料电池内昂贵的铂。燃料电池是一项通过氢氧反应把化学能变成电能的很有发展前途的技术。 根据这项技术，把氢气送到燃料电池一侧、带有负电荷的阳极上，同时氧被送到燃料电池另一侧、带有正电荷的阴极上。在阳极上，一种通常是铂的催化剂把氢原子的电子分离出来，留下带正电荷的氢离子和自由电子。阳极和阴极之间的一张膜只允许氢离子通过。这意味着电子只有沿着外电路移动，继而产生电流。 科学家希望燃料电池将来有机会得到广泛应用，为汽车和住宅提供电力。问题是燃料电池内的催化剂过于昂贵，而且它的高成本现已抑制这项技术的商业发展。但通过用具有相似特性的碳代替铂，韩国研究人员认为他们可能大幅降低燃料电池的成本。 生物质燃料低温电池 2014年2月9日，美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能，能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。这种技术，在室温下就能对生物质进行处理，对原材料的要求极低，几乎适用于所有生物质，如淀粉、纤维素、木质素，甚至柳枝稷、锯末、藻类以及禽类加工的废料都能被用来发电。如果缺乏上述原料，水溶性生物质或悬浮在液体中的有机材料也没有问题。该设备既可以在偏远地区以家庭为单位小规模使用，也可以在生物质原料丰富的城市大规模使用。实验显示，这种燃料电池的运行时间长达20小时，这表明POM催化剂能够再利用而无需进一步的处理。研究人员报告称，这种燃料电池的最大能量密度可达每平方厘米0.72毫瓦，比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍，接近目前效能最高的微生物燃料电池。邓玉林认为，在对处理过程进行优化后应该还有5倍到10倍的提升空间，未来这种生物质燃料电池的性能甚至有望媲美甲醇燃料电池。 直接甲酸燃料电池科研人员通过向普通的碳黑中掺杂磷化镍(Ni2P)获得了一种简单廉价的复合载体，然后将钯负载在该复合载体上得到直接甲酸燃料电池用阳极电催化剂。据介绍，该类催化剂在酸性环境中的活性、寿命、抗中毒能力及长效工作稳定性方面均优于商业催化剂和其他已经报道的催化剂。其中，利用该体系中的Pd-Ni2P/C作为DFAFC催化剂时其功率密度高达550mW/cm2，较商业性能提高2.5倍，是目前所见文献报道的DFAFC的最高性能，相关研究成果发表于日前的《德国应用化学》上。

1. 中国石化：能源龙头股。中国石化是中国最大的一体化能源化工公司之一，主要从事石油与天然气勘探开发、开采、管道运输、销售；石油炼制、石油化工、化纤、化肥及其它化工生产与产品销售、储运。

2. 中国神华：能源龙头股。中国神华能源股份有限公司是世界领先的以煤炭为基础的一体化能源公司，是我国最大的煤炭生产企业和销售企业，全球第二大煤炭上市公司，并拥有中国最大规模的优质煤炭储量。

3. 陕西煤业：能源龙头股。充分发挥好陕西区位和煤炭产业竞争优势，优化煤炭产业竞争力结构，努力使公司成为国际一流能源企业。

4. 中国石油：能源龙头股。公司是我国油气行业占主导地位的最大的油气生产和销售商，是我国销售收入最大的公司之一，也是世界最大的石油公司之一.在由全球能源领域权威机构普氏能源公布的2006年全球能源企业250强中，本公司名列第六位，连续五年居亚太区第一位。

拓展资料：

新能源包括以下几方面：1.太阳能：天威保变，川投能 源2.风能：湘电股份3.热能：京能热电4核能：中核科技。

新能源板块：以具有太阳能（天威保变、航天机电、杉杉股份、力诺太阳）、风能（东方电机、湘电股份、长城电工）、生物质能（天茂集团、泸天化、丰原生化）、燃料电池（新大洲、力元新材）等新能源概念的A股上市公司。

新能源板块的出现是因为中国重视发展传统能源以外的能源。这些新能源大家都知道了，比如：太阳能，地热能，风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。这些能量有一部分已经在a股市场推广应用，形成了一个特殊的概念。比如太阳能概念，地热能概念，风能概念，生物质能概念，剩余能源还没有开发好，未来还有很大的发展潜力，所以新能源概念还是有很大的发展潜力的。

作为将化学能直接转换成电能的新型发电技术的应用，燃料电池具有许多独特优点：

一是热损耗小，发电效率高，一般可达到40%～50%，最高可望达到60%～70%，而且不受负荷变动的影响。目前，国际上火电厂的效率不超过40%，在我国的燃煤电厂效率才27%～28%。

二是低污染，燃料电池在发电过程中，既不需要锅炉、燃烧器等燃烧设备，也不需要汽轮机等高速旋转设备，因此，既不排放温室效应物质和有毒物质，也没有噪音干扰。

三是原燃料适应性强，燃料电池所用燃料可以多种多样，它都能“消化”，煤、油、气等都可以。

四是用途广，可用于宇宙航天、航空和地面动力供电，适于布置在城乡、海岛、居民区和企业内部热电负荷区。

目前，除单独采用燃料电池发电外，还多采取燃料电池-燃气轮机-汽轮发电机联合运行，组成三合一的燃料电池发电站，从而提高经济性和可靠性。所谓联合运行，就是将用于发电的原燃料先后通过燃料电池、燃气轮机和汽轮发电机的锅炉装置，实现燃料能量的系列转换，三种发电设备同时发电。当燃料电池的燃料利用率为55%时，三种发电装置的功率输出最佳比例为35%、47%、17%。这种联运形式是各国燃料电池应用的重要趋势。

另外，由于燃料电池在工作中还要产生大量热水、热蒸汽，为充分利用这些热能，目前也多采取“热电联用”，这样，能源利用率大为提高，热电综合效率最佳时可达87%。

据国外媒体报道：航空机构对氢作为燃料或推进剂并不陌生。半人马座和阿波罗号的发射，甚至航天飞机都依靠液态氢将它们送入轨道。平均每次发射将燃烧超过500,000加仑的液态氢，在蒸发和转移过程中也将损耗239,000加仑。

氢是一种高效的燃料，不会产生二氧化碳，但它会导致氮氧化物的产生。不幸的是，它不是长期任务或长途太空飞行的最佳选择。燃料电池可以弥补这一差距，让人类更容易在外太空度过更多的时间。

航天飞机上的燃料电池

航天飞机项目从1972年开始执行任务，直到2011年的最后一次飞行，将宇航员送入轨道执行130多次任务。他们利用氢燃料电池在轨道上为飞船提供动力。

航天飞机上包含96个独立的燃料电池分别装配在3个子堆栈中。这些子堆栈提供额外的冗余层。每个电池可以在15分钟内提供7,000到12,000瓦的功率，但是他们并非全部给航天飞机提供动力。一个单一的燃料电池系统足以让航天飞机保持运行，直到宇航员可以进行维修或返回地球。

不幸的是，这些燃料电池并不安全。燃料电池将电解质混合物储存在石棉基质中并含有氢氧化钾。这种腐蚀性化学物质可能会渗入石棉纤维，给在燃料电池周围工作的任何人带来 健康 问题。这项技术可能已经过时，但这并不意味着NASA已经完全放弃了燃料电池的想法。

燃料电池vs.动力电池

燃料电池和动力电池有什么区别？燃料电池可以发电，而动力电池只能储存电能。不过，它们确实有一些相似之处。有些动力电池可以反复充电，就像燃料电池可以加注燃料一样。

燃料电池，尤其是以氢为燃料的电池，在外太空也能更好地工作。连续产生250瓦功率的二次电池可能只能工作一两个月。相比之下，同样大小的燃料电池堆可以产生一到两年的电能。这对于长期的太空应用来说是无价的，因为每一公斤货物的发射都要花钱。

太空旅行用氢燃料电池

欧洲航天局 (ESA) 与加拿大航天局 (CSA) 和日本宇宙航空研究开发机构 (JAXA) 一起，已经在研究可以送入太空的氢燃料电池。HERACLES（用于月球 探索 和科学的增强型机器人架构）是一项计划中的机器人任务，它将把欧洲大型物流着陆器 (EL3) 放置在月球表面。

除了收集有关月球的信息外，该着陆器还将为美国宇航局2024年或2025年的阿尔特弥斯任务提供支持服务。

HERACLES将配备可再生燃料电池。这个闭环系统从水中产生氢和氧。之后，这些元素被反馈到燃料电池中产生电力，再次产生水。然后系统可以回收水，重新开始循环。它将能够产生所需的热量和电力。

仰望星空

人类正在进一步 探索 宇宙，需要更好的燃料选择来在寒冷中保暖并提供光照。氢燃料电池是当今可用的最佳选择之一，并且具有更大的未来潜力。

燃料电池的主要类型有：

1、SOFC

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料气和氧化气中的化学能转换成电能的全固态能量转换装置,具有一般燃料电池的结构。

2、RFC

氢燃料电池以氢气为燃料,与氧气经电化学反应后透过质子交换膜产生电能。氢和氧反应生成水,不排放碳化氢、一氧化碳、氮化物和二氧化碳等污染物,无污染,发电效益高。

3、DMFC

直接以甲醇为燃料的质子交换膜燃料电池通常称为直接甲醇燃料电池(DMFC)。膜电极主要由甲醇阳极、氧气阴极和质子交换膜(PEM)构成。阳极和阴极分别由不锈钢板、塑料薄膜、铜质电流收集板、石墨、气体扩散层和多孔结构的催化层组成。

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高。

扩展资料：

燃料电池的优点有：

1、发电效率高

燃料电池发电不受卡诺循环的限制。理论上,它的发电效率可达到85% ～90%,但由于工作时各种极化的限制,目前燃料电池的能量转化效率约为40%～ 60%。

2、环境污染小

燃料电池以天然气等富氢气体为燃料时,二氧化碳的排放量比热机过程减少40%以上,这对缓解地球的温室效应是十分重要的。

3、比能量高

液氢燃料电池的比能量是镍镉电池的800倍,直接甲醇燃料电池的比能量比锂离子电池(能量密度最高的充电电池)高10倍以上。

4、燃料范围广

对于燃料电池而言,只要含有氢原子的物质都可以作为燃料,例如天然气、石油、煤炭等化石产物,或是沼气、酒精、甲醇等,因此燃料电池非常符合能源多样化的需求,可减缓主流能源的耗竭。

5、可靠性高

当燃料电池的负载有变动时,它会很快响应。无论处于额定功率以上过载运行或低于额定功率运行,它都能承受且效率变化不大。

参考资料来源：百度百科-燃料电池

一、积极把握发展节奏，形成高效的能源生产体系。

这是我国能源战略的优先选择。不能一边拼命进口，一边大肆浪费，这是不可持续的。

从经济学的角度来看，我们的需求扩张还没有对油价上升做出足够的反映，其中有多种原因，比如说国内依靠不断增加的基础设施建设投资，拉动的经济高速增长，也拉高了石油需求。因此，要加强顶层设计和总体规划。

二、合理利用能源，积极引导消费，控制消费总量。

中国人均能源资源拥有量偏低；能源效率较低而能耗较高；化石能源特别是煤炭的大规模开发利用对生态环境造成污染；这些现状都影响能源安全，并制约中国能源工业的发展。

这些问题是由国际能源竞争格局、中国的生产力水平所决定的，也与产业结构和能源结构不合理、能源开发利用方式粗放、相关体制机制改革滞后密切相关。需要大力推动能源生产和利用方式变革，不断完善政策体系，方能实现能源与经济、社会、生态全面协调可持续发展。

三、坚定地推进能源领域改革。

加快构建有利于能源科学发展的体制机制，改善能源发展环境，推进能源生产和利用方式变革，保障国家能源安全。

首先是加快能源法制建设。中国高度重视并继续积极推进能源法律制度建设，修改完善《煤炭法》、《电力法》等现行法律法规，推进石油天然气、原子能等领域的立法工作。

其次是完善市场体制机制。中国积极推进能源市场化改革，充分发挥市场配置资源的基础性作用。凡是列入国家能源规划的项目，除法律法规明确禁止的以外，均向民间资本开放。

鼓励民间资本参与能源资源勘探开发、石油和天然气管网建设、电力建设，鼓励民间资本发展煤炭加工转化和炼油产业，继续支持民间资本全面进入新能源和可再生能源产业。

再次，加强能源行业管理。重视能源发展的战略谋划和宏观调控，综合运用规划、政策、标准等手段实施行业管理。

四、布局合理，积极做好原油等资源储备。

一些措施可能要提前有所布局，我们要从石油运输通道，包括伊朗提到的霍尔木兹海峡封锁问题。这些因素都应该通盘考虑。我们还应该坚持能源进口的多元化方向。一方面要考虑经济性，另一方面也要充分考虑不要把鸡蛋放在一个篮子里。

五、健全及时灵活的应急响应机制。

以避免因遭受意外灾害而带来的能源供应中断现象，提高我国能源应急反应能力。