毕业论文课题相关文献综述

1 节能的重要意义

现代世界上能源、水源、粮食是最缺乏的东西，其中能源是奇缺的^[1]。能源是发展国民经济的重要物资基础，是人类赖以生存的必要条件；能源开发和利用程度是反映人类进步、文明的一个重要标志；能源的生产、建设与消费，又将制约着国民经济的向前发展和人类物质文化生活水平的提高^[2]。因此，能源问题越来越引起人们的关注。我国虽然资源不少，但人口众多，人均能源资源十分有限。人均化石燃料仅为世界均值的56%，石油天然气人均可开采储量仅为世界均值的8%^[3]。

我国富煤贫油缺气的资源特点，决定了在我国一次能源生产和消费结构中煤炭的主导地位。现已查明的煤炭储量超过1900亿吨，资源量超过1万亿吨，预期远景储量为5.5万亿吨以上，分别居世界第三位、第二位和第一位^[4]。我国煤炭生产和消费量占一次能源生产和消费总量的70%左右^[4]。预测到2020年，煤炭在一次能源消费构成中的比重不会低于60%^[5]。但是，由于煤的高碳性及目前利用技术的落后，煤在作为主要能源和化工原料的同时也是环境的主要污染源^[4]。我国三分之一以上的国土受到酸雨危害，如不采取有效的措施，二氧化碳排放量预计将从2000年占全球总量的12.7%增加到2020年的16.7%^[3]。此外，空气中的粉尘、二氧化硫和氮氧化物的污染也很严重，尤其近年来的雾霾现象，格外警醒人们。温室气体的排放也引起国际社会的广泛关注。加强节能减排工作，已经成为各国应对全球气候变化的紧迫任务和重要手段^[6]。

节能减排工作必须从现在做起，从重点领域做起，把淘汰落后产能和技术改造结合起来。节能减排的途径主要有三个方面：一是厉行节约；二是调整产品和产业结构；三是大力推广节能减排技术^[6]。研究分析显示，技术进步对节能贡献率达到40%-60%^[6]。且我国能源利用效率只有32%左右，比先进国家低10多个百分点^[7]。由此可见，我国必须要加强节能减排技术研究和应用。

2 焦化工艺及余热回收

煤的炼焦实质上是煤在隔绝空气条件下的热分解过程^[4]。煤的热分解是一个复杂的物理化学过程，它既有一般高分子有机化合物的分解规律，又具有其特殊性。对煤的热分解和煤的结焦机理已进行过许多研究，但到如今尚无一个比较成熟的解释。

一般认为煤的分子结构的基本单元是大分子芳香族稠环化合物的六碳环平面网格，在大分子稠环周围，连接许多烃类的侧链结构、氢键和各种官能团。煤在碳化室中在高温下进行热解和焦化，就会发生一系列复杂的物理和化学变化，即经过干燥、预热、开始分解、胶质体生成、胶质体固化和半焦收缩而炼制成焦炭。煤在炼焦过程中主要经过两个过程：一是300~500℃之间的黏结过程，二是500℃以后半焦收缩、出现裂纹和碎裂的成焦过程。煤热解的化学反应总的来讲可以分为裂解和缩聚两大类反应，其中包括煤中有机质的裂解、裂解产物中相对分子质量较小部分的挥发、裂解自由基的反应、裂解残留物的缩聚、挥发物在逸出过程中的分解及化合、缩聚产物的进一步分解和再缩聚等过程。从煤的分子结构看，可以认为煤热解过程是基本结构单元周围的侧链、桥键和官能团等对热不稳定成分的不断裂解，形成低分子化合物并逸出；而基本结构单元的缩合芳香核部分相互缩聚形成固体产品（半焦或焦炭）^[8]。影响煤热解的因素有很多，外因如热加工条件（温度、气氛、升温速率、压力等）和内因（煤化程度的差异、煤样粒度、岩相组成和矿物质等）均明显地影响煤的热解。煤在隔绝空气条件下加热，由于有机质分解，一方面生成挥发性产物煤气和化学产品，另一方面，则生成不挥发的固体残留物焦炭^[4]。

由于高炉炼铁技术的发展，要求焦炭的强度高，块度均匀，同时，大多数焦化企业希望能够提高化学产品的产率。因此，对焦炉炉体构造、筑炉材料、炭化室有效容积、技术装备等方面都进行了不断的改进。近年来，焦炉向着大型化、高效化发展，主要方向是大容积。20世纪20年代，焦炉炭化室高度为4~4.5m。到20世纪80年代初，德国的曼内斯曼公司建成炭化室高7.85m的焦炉。到现在，技术较发达的一些国家所建的炭化炉高度多为6-7.5m^[4]。我国使用的焦炉炉型，在1953年前主要是恢复和改建新中国成立前遗留下来的奥托式、考贝式、索尔维式等老焦炉。1958年前建设了一些苏联设计的ΠBP型和ΠK式焦炉。1958年后，我国自行设计了一大批符合我国实际情况的焦炉。20年代70年代末期，我国完善了58型焦炉，并设计、建造和投产了使用于中小型焦化厂的两分下喷式、66型、70型和红旗三号焦炉。进入21世纪以来，我国相继建成并投产了6.98、7.63m大容积顶装焦炉以及5.5、6.2m高炭化室捣固焦炉^[5]。

焦炉的发展趋势应满足下列要求：

1) 加热均匀，加热水平适当，以减轻化学产品的裂解损失。