《能源工程概論》是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。
全書分為兩篇,在常規能源篇中介紹了常規能源、能量儲存技術、工業企業自備電廠及其蒸汽管道系統、聯合發電工程、火電廠投資評估和能源工程的環境評估;在新能源篇中介紹了潔凈煤技術和煤的潔凈料生產、新能源和可再生能源(包括太陽能、生物質能、地熱能、海洋能、風能及風力發電、氫能與燃料電池、氫能、燃料電池、核能、可燃冰)、清潔能源促進技術等內容。
《能源工程概論》可作為高等院校能源、環境、冶金、化工、等專業師生的教材,也可供相關專業技術人員、管理人員和政府部門管理人員參考使用。
第1篇常規能源概論
第1章常規能源和中國的能源工業
廣義而言,任何比較集中而又容易轉化的含能物質都可以稱作能源。對于工業過程,能源可以描述成:“比較集中的含能體或能量過程”,可以直接或經過轉換提供的光、熱、電、動力等任何形式能量的載能體資源。
通常將能源分成三類。第一類來自太陽能。除了直接利用陽光能量之外,煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是太陽能的聚集,此外還有生物質能、流水能、風能、海洋能、雷電等也都是由于太陽能經過某種方式轉換形成的。第二類是地球自身蘊藏的能量,主要指地熱、核燃料,此外還包括地震、火山噴發、溫泉等自然呈現的能量。第三類是地球與其他天體相互作用形成的能量,主要指潮汐能。
能源還可按照相對比較的方法分類,如分成一次能源和二次能源、可再生和不可再生能源、常規能源與新能源、燃料能源與非燃料能源等。
常規能源主要指工業過程和日常生活中廣泛使用的能源。這些能源的存在形式不一,有固體、液體和氣體等形式。固體燃料有煤、油頁巖、草炭、植物等,液體燃料以各種油類為主,如汽油、柴油、煤油以及重油和渣油等,氣體燃料有天然氣、人造氣(高爐煤氣、焦爐煤氣、液化石油氣)等。這些能源多數屬于一次性消費能源,具有不可再生性,是地球形成后為人類累積存留下來的資源。
1.1煤炭
煤炭是一種由多種有機物和無機物混合組成的復雜的碳氫化合物固體燃料,是由遠古時代的植物遺體在地表湖泊或海灣環境中經歷復雜的生物化學變化逐漸形成的。隨著地殼的運動,植物遺體被埋入地下,在高溫和高壓的作用下,原來植物中的纖維素、木質素經過脫水腐蝕,含氧不斷減少,含碳不斷增加,逐漸變成化學穩定性強、含碳量高的固體碳氫化合物燃料——煤炭。
煤炭本身的結構十分復雜,由于自身的復雜性,限制了科學儀器在分析煤結構中的應用,常規儀器只能獲得很少的信息。隨著計算機技術的發展,煤結構研究已經從平面發展到立體,又發展出締合模型、主客體結構模型、兩相模型等模型。由于煤種的多樣性和成因、碳化程度等多種原因,建立普適的煤結構模型難度較大。