煤炭

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煤炭(Coal)

目录

煤炭的形成

  煤炭是千万年来植物的枝叶和根茎,在地面上聚集而成的一层非常厚的黑色腐殖质,因为地壳的变动而不断地埋入地下,从而长期与空气隔绝,并在高温高压下,经过了一系列复杂的物理化学变化等因素,形成了的黑色可燃沉积岩,这就是煤炭。

煤炭的分类 [1]

  煤是由一定地质年代生长的繁茂植物在适宜的地质环境下,经过漫长岁月的天然煤化作用而形成的生物岩。根据成煤植物的不同,煤可分为两大类,即腐植煤和腐泥煤。

  (1)腐植煤

  由高等植物形成的煤称为腐植煤,它在自然界中储量最大、分布最广。腐植煤町分为陆植煤和残植煤两种类别,前者是由植物中的纤维素和木质素等主要组分形成的,后者是由植物中含量较少,但在成煤初期最不易被微生物分解的组分形成的。所以,单独的残植煤很少,多以薄层或透镜体夹在陆植煤中。我国江西乐平和浙江长广煤田有典型的树皮残植煤,云南禄劝泥盆纪地层中有典型的角质残植煤,大同煤田发现有少量孢子残植煤夹层。

  如非特别注明,通常讲的煤就是指腐植煤中的陆植煤。它的主要特征列于表1—1。

Image:腐殖煤和腐泥煤的主体特征.jpg

  (2)腐泥煤

  由低等植物(以藻类为主)和浮游生物经过部分腐解而形成的煤称为腐泥煤,分藻煤、胶泥煤和油页岩等。藻煤主要由藻类生成。山西浑源有不少藻煤,另外山东兖州、肥城也有发现。胶泥煤是无结构的腐泥煤,其成煤植物分解彻底,几乎完全由基质组成,看不见轮廓清楚的藻类。油页岩实际是胶泥煤的变种之一,当后者的灰分达到50%~70%时就称为油页岩。辽宁抚顺、吉林桦甸、广东茂名和山东黄县等地有丰富的油页岩资源。

  另外,还有腐植煤和腐泥煤的混合体,称为腐植腐泥煤,有时被单独列成与腐植煤和腐泥煤并列的第三类煤,主要有烛煤和煤精两种。烛煤与藻煤相似,宏观上难以区分。它易燃,用火柴就能点燃,燃烧时火焰明亮,好像蜡烛一样。后者盛产于我国抚顺,它致密、质轻、有韧性,因能雕琢工艺美术品而驰名。

煤炭分类的指标

  煤的牌号应反映煤的有机质特性,因此,分类用的指标应是能反映煤的有机质特性的指标。目前,世界各国的分类指标不统一,但总的来说,煤的工业分类指标可分为两类:一类是反映煤的煤化程度的指标,一类是反映煤的粘结性和结焦性的指标。

  1.反映煤的煤化程度的指标

  反映煤化程度的指标很多,如碳含量、氢含量、碳氢比、挥发分、发热量、镜质组反射率等。而实际使用的多是干燥无灰基挥发分魄r,它既能较好地反映煤化程度,又与煤的工艺性质有关,而且区分能力强,测定方法简单,易于标准化。所以,目前世界各国在煤的分类中几乎都以干燥无灰基挥发分表示煤化程度。但是,煤的挥发分不仅与煤化程度有关,同时还受煤岩组成的影响,同一种煤不同煤岩组成的挥发分不同,甚至差别较大;另一方面,不同煤化程度的煤在岩相组成不同的情况下可能得到相同的挥发分值。因此,煤的挥发分有时也不能十分准确地反映煤化程度。

  煤的透光率和发热量适用于区分低煤化程度的烟煤褐煤。我国目前采用透光率和恒湿无灰基高位发热量来区分褐煤中的小类并区分褐煤与烟煤。

  煤中的氢含量对高煤化程度的煤(尤其是无烟煤)能很好地反映煤化程度,所以我国现行的分类方案中以干燥无灰基氢含量作为划分无烟煤小类的指标之一。

  2.反映煤的粘结性和结焦性的指标

  煤的粘结性是煤在热加工过程中的重要工艺性质,是煤炭分类中的另一个重要指标。表示煤的粘结性的指标很多,如胶质层最大厚度、罗加指数、粘结指数、坩埚膨胀序数、奥-阿膨胀度、格-金焦型等,并且各种方法又各有其优缺点,各国采用的指标更不统一。目前,我国煤的工业分类方案中采用胶质层最大厚度Y值、奥-阿膨胀度b和粘结指数GRL-等几个指标来表示煤的粘结性。用胶质层最大厚度和奥一阿膨胀度表征中等或强粘结煤的粘结性,用粘结指数表征弱粘结煤的粘结性,这样可以充分利用它们各自的优点。

煤炭的用途 [2]

  煤炭是大自然赋予人类的瑰宝,它有着极其广泛的用途,从人们的衣食住行到社会上的各行各业都离不开煤炭。

  1.煤炭的一般利用

  煤炭被人们发现以后,最初只用来雕刻装饰品,后来用于日常生活燃料和民间的锻、铸,冶陶。19世纪工业革命以来,煤炭开始用于一般工业、运输、发电、炼焦,现在煤炭的工业用量远大于民用量。据1984年统计,煤炭用于一般工业占总用量的46.6%,用于发电占20.3%,用于炼焦占10.6%,用于铁路蒸汽机车占4.4%,而民用仪占18.1%。据有关资料:每吨煤炭可发电2500度;每吨生铁消耗焦炭540kg;每吨水泥消耗标准煤207kg;铁路蒸汽机车每万吨公里耗标准煤105kg。

  2.煤炭的综合利用

  煤炭经炼焦、气化、液化可从中回收多种有用的化工原料,以此原料制造出塑料、染料,医疗药品、炸药和化肥等产品;把煤转化为煤气和液体燃料的加工过程中,可生产出苯等有用的化学产品和其他矿物质;对煤炭的综合利用既可以减少直接燃用所造成的资源浪费和环境污染,又能够提高煤炭的使用价值。依联合企业的方式达行煤炭综合利用的途径有六种:

  (1)煤-电-焦-建材综合利用;

  (2)煤-气-油-电综合利用;

  (3)煤炭转化为煤气的综合利用;

  (4)煤液化制取液体燃料和炭素材料

  (5)煤层中硫铁矿的回收利用;

  (6)煤炭中稀散元素的提取。

  3.煤炭的远景利用

  随着核能太阳能等新型能源的开发,煤炭的远景利用将以其作为化工原料为主。煤经过高温炼焦、低温干馏、气化、氧化、炭化、活化、液化等工艺加工,可以得到煤气、活性炭、褐煤蜡、煤焦油、腐植酸、分子筛、工业净化剂、碳电极、阳极糊等多种产品。

各类型煤炭的用途[3]

  1.褐煤

  褐煤的特点是水分大、孔隙度大、挥发分高、无黏结性和热值低。氧含量可达15%~30%,化学反应性强,热稳定性差,加热时容易破碎,在空气中容易风化,灰软化点也较低。

  褐煤主要由于发电,也可以用于加压气化制取燃料气或合成气

  2.长焰煤

  长焰煤是烟煤中变质程度最低的一种煤,其特点是挥发分高、燃点低、热值也低、黏结性弱、在空气中容易风化。

  长焰煤主要用于发电和工业窑炉的燃料,也可以用于气化。不宜作为炼焦原料,虽能生成焦炭,但强度很差,粉焦产率较大。

  3.不黏煤

  不黏煤是烟煤中变质程度较低直到中等变质程度的一种煤,其特点是水分大、热值也不高。主要用于发电,也可用作气化原料和民用燃料。

  4.弱黏煤

  弱黏煤是烟煤中变质程度较低直到中等变质程度的一种煤,其特点是黏结性较差,不宜作为炼焦原料,虽能生成焦炭,但强度很差,粉焦产率很大。多用于气化原料和动力燃料。

  5.1/2中黏煤

  1/2中黏煤在烟煤中,属于弱黏煤黏结性较强的一种,也是一种过渡煤种。其特点是挥发分的变化范围较大,可作为气化和动力原料;具有中等的黏结性,单独用于炼焦时,焦炭的强度较差,可以作为炼焦的配煤。l/2中黏煤在我国的储量和产量都不多。

  6.气煤

  气煤是烟煤中变质程度较低,挥发分较高的一种煤,其特点是结焦性较强,加热时,煤气和焦油的产量较高。可用于干馏制气,也可单独用于炼焦,但焦炭的强度和耐磨性都不太好。

  7.气肥煤

  气肥煤是烟煤中挥发分较高,黏结性较强的一种,其特点是加热时可以产生大量的气体和液体。适于用作干馏,制取城市煤气,也可以单独用来炼焦或作为炼焦配煤。

  8.1/3焦煤

  1/3焦煤是烟煤中挥发分偏高、黏结性较强的一种,其特点是,在单独用于炼焦时,可以得到熔融性和强度较好的焦炭。焦炭的抗碎强度接近肥煤,耐磨强度又明显高于气煤和肥煤。因此,它既能单独由于炼焦,也可用于炼焦配煤。

  9.肥煤

  肥煤是烟煤中挥发分中等或偏高(一般在25%~35%之间),黏结性较强的一种,其特点是,在单独用于炼焦时,可以得到熔融性和强度较好的焦炭。可用于炼焦或炼焦配煤。

  10.焦煤

  焦煤是烟煤中黏结性较强的一种,挥发分一般在16%~25%之间,单独用于炼焦时,可得到块大、裂纹少、抗碎强度和耐磨前度都较好的焦炭。单独用于炼焦时,膨胀压力大,有时推焦会产生困难,是炼焦配煤的好材料。

  11.瘦煤

  瘦煤是烟煤中挥发分较低、黏结性中等的一种,单独用于炼焦时,可得到块大、裂纹少、抗碎强度都较好的焦炭,但耐磨强度稍差。它是炼焦配煤的好原料。至于高硫、高灰的瘦煤只适于做动力燃料。

  12.贫瘦煤

  贫瘦煤是烟煤中变质程度较高的一种,其特点是挥发分较低,黏结性仅次于典型的瘦煤。单独用于炼焦时,产生的焦粉较多。作为配煤,掺入少量的贫瘦煤对焦炭的成块有良好的作用。可用于动力和民用燃料。

  13.贫煤

  贫煤是烟煤中变质程度最高的一种,呈非黏结或弱黏结性,燃点一般在350度左右,发热量高。主要作为电厂锅炉的燃料,也可作为工业窑炉的燃料。

  14.无烟煤

  无烟煤是煤炭中变质程度最高的一种,其特点是挥发分低,固定碳含量高,无黏结性,燃点高,一般在400度左右。主要用于民用燃料和制取水煤气和发生炉煤气的原料,低灰、低硫、质软易磨的无烟煤是高炉喷吹和烧结铁矿石的还原剂和燃料。

  在烟煤中,凡是无黏结性,挥发分>25%,坩埚膨胀序数<3的煤种,一般可作为制气的原料。由于煤炭气化工艺和设备的差异,对煤的质量和粒度要求又有不同,如固定床气化要求煤的粒度为中块或混中块;流化床气化则要求粉煤;气流床气化要求粒度为<200目的煤粉。对煤炭气化用煤,无烟煤可用于制取合成氨原料气,长焰煤、无黏结性煤、弱黏结性煤、1/2中黏煤、气煤、1/3焦煤、贫煤、无烟煤等均适于作为常压固定床煤气发生炉的原料。对于用煤炭制取合成氨原料气或一般燃料气,所使用的设备多数为常压固定床,但由于其产品气的组成和生产工艺不同,两者的用煤标准也不同。

煤炭在国民经济中的地位[2]

  煤炭在国民经济中占有极为重要的地位,就象国民经济肌体中的“血液”,直接影响到国民经济的各个领域。

  1.煤炭是国民经济的主要能源

  在世界能源消费构成中,本世纪50年代煤炭消费量占总能源消费量的60.9%,后来,由于石油的广泛开采和应用,煤炭作为能源所占比例下降。但据统计,世界上石油资源仅能开采几十年,随着世界近代工业的发展,石油生产量的减少,煤炭消费量比例必将逐步增大,煤炭作为基础工业的作用将越来越显著。

  煤炭在我国能源的构成中占73%,居首要地位。1987年,全国煤炭产量达9.28亿顿,比1978年增长3.1亿顿,基本保证国民经济增长的需要;据预测,2000年我国煤炭需求量为15~17亿顿。由此可见?煤炭是我国进行社会主义现代化建设的主要能源,国民经济的发展将对煤炭产量的增长提出更高的要求。

  2.煤炭是工业的粮食

  列宁曾说:“煤炭是工业的粮食”。

  首先,煤炭是重工业生产的粮食。钢铁是重工业的基础,煤炭是冶炼钢铁的主要燃料;电力是重工业

生产的动力,我国电厂大多数是火力发电,火力发电需要大量煤炭。

  第二,煤炭是轻工业和化工工业生产的粮食。通过对煤进行不同工芦加工,可以从中获取到作为轻工业和化工工业所需的多种重要原料。

  第三,煤炭是电子工业和国防工业的粮食。从煤中可以提出锗、铀、镓、钒等200多种产品,为电子工业和国防工业提供物质基础。

参考文献

  1. 雷仲敏等编.中国煤炭期货品种开发研究.中国金融出版社,2007.4
  2. 2.0 2.1 展良荣主编 展良荣 王华君编写.煤矿工人读本 第1版.煤炭工业出版社,1992.04
  3. 吴占松 等编著.煤炭清洁有效利用技术.化学工业出版社,2007.7
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