煤炭

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煤炭(Coal)

　　煤炭是千萬年來植物的枝葉和根莖，在地面上聚集而成的一層非常厚的黑色腐殖質，因為地殼的變動而不斷地埋入地下，從而長期與空氣隔絕，併在高溫高壓下，經過了一系列複雜的物理化學變化等因素，形成了的黑色可燃沉積岩，這就是煤炭。

　　煤是由一定地質年代生長的繁茂植物在適宜的地質環境下，經過漫長歲月的天然煤化作用而形成的生物岩。根據成煤植物的不同，煤可分為兩大類，即腐植煤和腐泥煤。

　　(1)腐植煤

　　由高等植物形成的煤稱為腐植煤，它在自然界中儲量最大、分佈最廣。腐植煤町分為陸植煤和殘植煤兩種類別，前者是由植物中的纖維素和木質素等主要組分形成的，後者是由植物中含量較少，但在成煤初期最不易被微生物分解的組分形成的。所以，單獨的殘植煤很少，多以薄層或透鏡體夾在陸植煤中。我國江西樂平和浙江長廣煤田有典型的樹皮殘植煤，雲南祿勸泥盆紀地層中有典型的角質殘植煤，大同煤田發現有少量孢子殘植煤夾層。

　　如非特別註明，通常講的煤就是指腐植煤中的陸植煤。它的主要特征列於表1—1。

　　(2)腐泥煤

　　由低等植物(以藻類為主)和浮游生物經過部分腐解而形成的煤稱為腐泥煤，分藻煤、膠泥煤和油頁岩等。藻煤主要由藻類生成。山西渾源有不少藻煤，另外山東兗州、肥城也有發現。膠泥煤是無結構的腐泥煤，其成煤植物分解徹底，幾乎完全由基質組成，看不見輪廓清楚的藻類。油頁岩實際是膠泥煤的變種之一，當後者的灰分達到50%~70%時就稱為油頁岩。遼寧撫順、吉林樺甸、廣東茂名和山東黃縣等地有豐富的油頁岩資源。

　　另外，還有腐植煤和腐泥煤的混合體，稱為腐植腐泥煤，有時被單獨列成與腐植煤和腐泥煤併列的第三類煤，主要有燭煤和煤精兩種。燭煤與藻煤相似，巨集觀上難以區分。它易燃，用火柴就能點燃，燃燒時火焰明亮，好像蠟燭一樣。後者盛產於我國撫順，它緻密、質輕、有韌性，因能雕琢工藝美術品而馳名。

　　煤的牌號應反映煤的有機質特性，因此，分類用的指標應是能反映煤的有機質特性的指標。目前，世界各國的分類指標不統一，但總的來說，煤的工業分類指標可分為兩類：一類是反映煤的煤化程度的指標，一類是反映煤的粘結性和結焦性的指標。

　　1.反映煤的煤化程度的指標

　　反映煤化程度的指標很多，如碳含量、氫含量、碳氫比、揮發分、發熱量、鏡質組反射率等。而實際使用的多是乾燥無灰基揮發分魄r，它既能較好地反映煤化程度，又與煤的工藝性質有關，而且區分能力強，測定方法簡單，易於標準化。所以，目前世界各國在煤的分類中幾乎都以乾燥無灰基揮發分表示煤化程度。但是，煤的揮發分不僅與煤化程度有關，同時還受煤岩組成的影響，同一種煤不同煤岩組成的揮發分不同，甚至差別較大；另一方面，不同煤化程度的煤在岩相組成不同的情況下可能得到相同的揮發分值。因此，煤的揮發分有時也不能十分準確地反映煤化程度。

　　煤的透光率和發熱量適用於區分低煤化程度的煙煤和褐煤。我國目前採用透光率和恆濕無灰基高位發熱量來區分褐煤中的小類並區分褐煤與煙煤。

　　煤中的氫含量對高煤化程度的煤(尤其是無煙煤)能很好地反映煤化程度，所以我國現行的分類方案中以乾燥無灰基氫含量作為劃分無煙煤小類的指標之一。

　　2.反映煤的粘結性和結焦性的指標

　　煤的粘結性是煤在熱加工過程中的重要工藝性質，是煤炭分類中的另一個重要指標。表示煤的粘結性的指標很多，如膠質層最大厚度、羅加指數、粘結指數、坩堝膨脹序數、奧-阿膨脹度、格-金焦型等，並且各種方法又各有其優缺點，各國採用的指標更不統一。目前，我國煤的工業分類方案中採用膠質層最大厚度Y值、奧-阿膨脹度b和粘結指數G_RL-等幾個指標來表示煤的粘結性。用膠質層最大厚度和奧一阿膨脹度表徵中等或強粘結煤的粘結性，用粘結指數表徵弱粘結煤的粘結性，這樣可以充分利用它們各自的優點。

　　煤炭是大自然賦予人類的瑰寶，它有著極其廣泛的用途，從人們的衣食住行到社會上的各行各業都離不開煤炭。

　　1.煤炭的一般利用

　　煤炭被人們發現以後，最初只用來雕刻裝飾品，後來用於日常生活燃料和民間的鍛、鑄，冶陶。19世紀工業革命以來，煤炭開始用於一般工業、運輸、發電、煉焦，現在煤炭的工業用量遠大於民用量。據1984年統計，煤炭用於一般工業占總用量的46.6%,用於發電占20.3%，用於煉焦占10.6%，用於鐵路蒸汽機車占4.4%，而民用儀占18.1%。據有關資料：每噸煤炭可發電2500度；每噸生鐵消耗焦炭540kg；每噸水泥消耗標準煤207kg；鐵路蒸汽機車每萬噸公裡耗標準煤105kg。

　　2.煤炭的綜合利用

　　煤炭經煉焦、氣化、液化可從中回收多種有用的化工原料，以此原料製造出塑料、染料，醫療藥品、炸葯和化肥等產品；把煤轉化為煤氣和液體燃料的加工過程中，可生產出苯等有用的化學產品和其他礦物質；對煤炭的綜合利用既可以減少直接燃用所造成的資源浪費和環境污染，又能夠提高煤炭的使用價值。依聯合企業的方式達行煤炭綜合利用的途徑有六種：

　　(1)煤-電-焦-建材綜合利用；

　　(2)煤-氣-油-電綜合利用；

　　(3)煤炭轉化為煤氣的綜合利用；

　　(4)煤液化制取液體燃料和炭素材料

　　(5)煤層中硫鐵礦的回收利用；

　　(6)煤炭中稀散元素的提取。

　　3.煤炭的遠景利用

　　隨著核能、太陽能等新型能源的開發，煤炭的遠景利用將以其作為化工原料為主。煤經過高溫煉焦、低溫乾餾、氣化、氧化、炭化、活化、液化等工藝加工，可以得到煤氣、活性炭、褐煤蠟、煤焦油、腐植酸、分子篩、工業凈化劑、碳電極、陽極糊等多種產品。

　　1.褐煤

　　褐煤的特點是水分大、孔隙度大、揮發分高、無黏結性和熱值低。氧含量可達15%～30%，化學反應性強，熱穩定性差，加熱時容易破碎，在空氣中容易風化，灰軟化點也較低。

　　褐煤主要由於發電，也可以用於加壓氣化制取燃料氣或合成氣。

　　2.長焰煤

　　長焰煤是煙煤中變質程度最低的一種煤，其特點是揮發分高、燃點低、熱值也低、黏結性弱、在空氣中容易風化。

　　長焰煤主要用於發電和工業窯爐的燃料，也可以用於氣化。不宜作為煉焦原料，雖能生成焦炭，但強度很差，粉焦產率較大。

　　3.不黏煤

　　不黏煤是煙煤中變質程度較低直到中等變質程度的一種煤，其特點是水分大、熱值也不高。主要用於發電，也可用作氣化原料和民用燃料。

　　4.弱黏煤

　　弱黏煤是煙煤中變質程度較低直到中等變質程度的一種煤，其特點是黏結性較差，不宜作為煉焦原料，雖能生成焦炭，但強度很差，粉焦產率很大。多用於氣化原料和動力燃料。

　　5.1/2中黏煤

　　1/2中黏煤在煙煤中，屬於弱黏煤黏結性較強的一種，也是一種過渡煤種。其特點是揮發分的變化範圍較大，可作為氣化和動力原料；具有中等的黏結性，單獨用於煉焦時，焦炭的強度較差，可以作為煉焦的配煤。l/2中黏煤在我國的儲量和產量都不多。

　　6.氣煤

　　氣煤是煙煤中變質程度較低，揮發分較高的一種煤，其特點是結焦性較強，加熱時，煤氣和焦油的產量較高。可用於乾餾制氣，也可單獨用於煉焦，但焦炭的強度和耐磨性都不太好。

　　7.氣肥煤

　　氣肥煤是煙煤中揮發分較高，黏結性較強的一種，其特點是加熱時可以產生大量的氣體和液體。適於用作乾餾，制取城市煤氣，也可以單獨用來煉焦或作為煉焦配煤。

　　8.1/3焦煤

　　1/3焦煤是煙煤中揮發分偏高、黏結性較強的一種，其特點是，在單獨用於煉焦時，可以得到熔融性和強度較好的焦炭。焦炭的抗碎強度接近肥煤，耐磨強度又明顯高於氣煤和肥煤。因此，它既能單獨由於煉焦，也可用於煉焦配煤。

　　9.肥煤

　　肥煤是煙煤中揮發分中等或偏高(一般在25%～35%之間)，黏結性較強的一種，其特點是，在單獨用於煉焦時，可以得到熔融性和強度較好的焦炭。可用於煉焦或煉焦配煤。

　　10.焦煤

　　焦煤是煙煤中黏結性較強的一種，揮發分一般在16%～25%之間，單獨用於煉焦時，可得到塊大、裂紋少、抗碎強度和耐磨前度都較好的焦炭。單獨用於煉焦時，膨脹壓力大，有時推焦會產生困難，是煉焦配煤的好材料。

　　11.瘦煤

　　瘦煤是煙煤中揮發分較低、黏結性中等的一種，單獨用於煉焦時，可得到塊大、裂紋少、抗碎強度都較好的焦炭，但耐磨強度稍差。它是煉焦配煤的好原料。至於高硫、高灰的瘦煤只適於做動力燃料。

　　12.貧瘦煤

　　貧瘦煤是煙煤中變質程度較高的一種，其特點是揮發分較低，黏結性僅次於典型的瘦煤。單獨用於煉焦時，產生的焦粉較多。作為配煤，摻入少量的貧瘦煤對焦炭的成塊有良好的作用。可用於動力和民用燃料。

　　13.貧煤

　　貧煤是煙煤中變質程度最高的一種，呈非黏結或弱黏結性，燃點一般在350度左右，發熱量高。主要作為電廠鍋爐的燃料，也可作為工業窯爐的燃料。

　　14.無煙煤

　　無煙煤是煤炭中變質程度最高的一種，其特點是揮發分低，固定碳含量高，無黏結性，燃點高，一般在400度左右。主要用於民用燃料和制取水煤氣和發生爐煤氣的原料，低灰、低硫、質軟易磨的無煙煤是高爐噴吹和燒結鐵礦石的還原劑和燃料。

　　在煙煤中，凡是無黏結性，揮發分>25%，坩堝膨脹序數<3的煤種，一般可作為制氣的原料。由於煤炭氣化工藝和設備的差異，對煤的質量和粒度要求又有不同，如固定床氣化要求煤的粒度為中塊或混中塊；流化床氣化則要求粉煤；氣流床氣化要求粒度為<200目的煤粉。對煤炭氣化用煤，無煙煤可用於制取合成氨原料氣，長焰煤、無黏結性煤、弱黏結性煤、1/2中黏煤、氣煤、1/3焦煤、貧煤、無煙煤等均適於作為常壓固定床煤氣發生爐的原料。對於用煤炭制取合成氨原料氣或一般燃料氣，所使用的設備多數為常壓固定床，但由於其產品氣的組成和生產工藝不同，兩者的用煤標準也不同。

　　煤炭在國民經濟中占有極為重要的地位，就象國民經濟肌體中的“血液”，直接影響到國民經濟的各個領域。

　　1.煤炭是國民經濟的主要能源

　　在世界能源消費構成中，本世紀50年代煤炭消費量占總能源消費量的60.9%，後來，由於石油的廣泛開采和應用，煤炭作為能源所占比例下降。但據統計，世界上石油資源僅能開采幾十年，隨著世界近代工業的發展，石油生產量的減少，煤炭消費量比例必將逐步增大，煤炭作為基礎工業的作用將越來越顯著。

　　煤炭在我國能源的構成中占73%，居首要地位。1987年，全國煤炭產量達9.28億頓，比1978年增長3.1億頓，基本保證國民經濟增長的需要；據預測，2000年我國煤炭需求量為15~17億頓。由此可見?煤炭是我國進行社會主義現代化建設的主要能源，國民經濟的發展將對煤炭產量的增長提出更高的要求。

　　2．煤炭是工業的糧食

　　列寧曾說：“煤炭是工業的糧食”。

　　首先，煤炭是重工業生產的糧食。鋼鐵是重工業的基礎，煤炭是冶煉鋼鐵的主要燃料；電力是重工業

生產的動力，我國電廠大多數是火力發電，火力發電需要大量煤炭。

　　第二，煤炭是輕工業和化工工業生產的糧食。通過對煤進行不同工蘆加工，可以從中獲取到作為輕工業和化工工業所需的多種重要原料。

　　第三，煤炭是電子工業和國防工業的糧食。從煤中可以提出鍺、鈾、鎵、釩等200多種產品，為電子工業和國防工業提供物質基礎。