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煤 炭
  日期:2013年08月10日

    煤炭是古代植物埋藏在地下經歷了復雜的生物化學和物理化學變化逐漸形成的固體可燃性礦物,一種固體可燃有機巖,主要由植物遺體經生物化學作用,埋藏后再經地質作用轉變而成。俗稱煤炭。煤炭被人們譽為黑色的金子,工業的食糧,它是十八世紀以來人類世界使用的主要能源之一。

一、煤炭的應用歷史
現在,雖然煤炭的重要位置已被石油所代替,但在今后相當長的一段時間內,由于石油的日漸枯竭,必然走向衰敗,而煤炭因為儲量巨大,加之科學技術的飛速發展,煤炭汽化等新技術日趨成熟,并得到廣泛應用,煤炭必將成為人類生產生活中無法替代的能源之一。
根據成煤的原始物質和條件不同,自然界的煤可分為三大類,即腐植煤、殘植煤和腐泥煤。
中國是世界上最早利用煤的國家。遼寧省新樂古文化遺址中,就發現有煤制工藝品,河南鞏義市也發現有西漢時用煤餅煉鐵的遺址?!渡胶=洝分蟹Q煤為石涅,魏、晉時稱煤為石墨或石炭。明代李時珍的《本草綱目》首次使用煤這一名稱。希臘和古羅馬也是用煤較早的國家,希臘學者泰奧弗拉斯托斯在公元前約300年著有《石史》,其中記載有煤的性質和產地;古羅馬大約在2000年前已開始用煤加熱。
二、煤炭的形成原因
煤炭是千百萬年來植物的枝葉和根莖,在地面上堆積而成的一層極厚的黑色的腐植質,由于地殼的變動不斷地埋入地下,長期與空氣隔絕,并在高溫高壓下,經過一系列復雜的物理化學變化等因素,形成的黑色可燃沉積巖,這就是煤炭的形成過程。一座煤礦的煤層厚薄與這地區的地殼下降速度及植物遺骸堆積的多少有關。地殼下降的速度快,植物遺骸堆積得厚,這座煤礦的煤層就厚,反之,地殼下降的速度緩慢,植物遺骸堆積的薄,這座煤礦的煤層就薄。又由于地殼的構造運動使原來水平的煤層發生褶皺和斷裂,有一些煤層埋到地下更深的地方,有的又被排擠到地表,甚至露出地面,比較容易被人們發現。還有一些煤層相對比較薄,而且面積也不大,所以沒有開采價值,有關煤炭的形成至今尚未找到更新的說法。
   三、煤炭的形成年代
     在整個地質年代中,全球范圍內有三個大的成煤期:古生代的石炭紀和二疊紀,成煤植物主要是孢子植物,主要煤種為煙煤和無煙煤。中生代的侏羅紀和白堊紀,成煤植物主要是裸子植物,主要煤種為褐煤和煙煤。新生代的第三紀,成煤植物主要是被子植物,主要煤種為褐煤,其次為泥炭,也有部分年輕煙煤。
     四、煤炭的環境問題
     排煙脫硫。大氣中的SO2污染主要由包括煤炭在內的燃料燃燒所致。燃燒前脫硫可由煤炭洗選及轉化中完成。燃燒中脫硫可以用加入脫硫劑辦法除掉部分硫分,常用的脫硫劑為白云石和石灰石。更常用的脫硫技術為排煙脫硫,即將排放的含硫煙氣或廢氣通入吸收劑和吸附劑去掉硫氧化物,又可分為干法、半干法及濕法三種。干法采用固態吸附劑、吸收劑,其裝備龐大,費用較高。半干法包括將半固態脫硫劑吹入煙道,也可將排煙氣和空氣同時吹入半固態脫硫劑,以除去煙氣中的SO2。濕法用液態吸收劑,包括堿性吸收劑法和堿土金屬類吸收劑法等,前者使用銨、鈉、鉀溶液,后者使用有鈣鎂的氧化物或氫氧化物溶液。
      煙塵污染及防治。煤在燃燒過程中產生煙氣、塵粒,可形成環境污染。其污染物可分為兩類,即氣溶膠狀態污染物和氣態污染物。煙塵屬于前者。煤炭在燃燒過程中經過三個階段,首先是干燥揮發階段,其次為燃燒階段,最后為燃盡階段,不同階段需要不同的空氣量,過大或過小的空氣量都會使燃燒不完全,而使炭粒排入空中形成黑煙。煤中不可燃成分如灰分,燃燒中部分留于灰渣,部分隨煙氣排入大氣形成煙塵,不同灰分的煤其煙塵量也有很大差別。按煙塵粒徑不同可分為降塵和飄塵,后者可以長期不降落且可輸送距離更遠。煙塵可致人體呼吸道疾病,或作為其他污染物及細菌載體。還可影響植物生長及降低大氣的能見度。防治方法是改進燃燒設備和燃燒方式,減少煙塵排放量,還要安裝除塵裝備,降低煙塵排放濃度。
矸石排放。煤礦生產排放量最大的固體廢物,也是中國工業固體廢物中產生量和堆積量最大的固體廢物,產生量一般為煤炭產量的10%左右。   
礦井水的排放。在煤礦建設和生產過程中,各種類型的水源水會通過不同的途徑進入巷道和工作面,為了保證采礦安全,防止水害發生,需將礦井涌水排出。據不完全統計,在采煤過程中,平均每噸煤涌水量約為2立方米?!   ?/span>
開采造成的生態破壞。傳統煤炭開采忽略其它共生、伴生礦物的開采、加工、利用, 造成了資源的浪費。中國煤系共生、伴生20 多種礦產,目前絕大多數沒有利用, 另外礦物的隨意存放丟棄還會造成環境污染,破壞生態環境。
煤炭開采破壞了地殼內部原有的力學平衡狀態。引起地表塌陷, 原有生態系統受到破壞。這種破壞使原有土地收益減少或喪失,同時也造成地表水利設施的破壞和生態環境惡化。每年因開采引起的地表塌陷面積已達40萬平方公里,且平均每年以1.5 萬平方公里的速度增加?!  ?/span>
五、煤炭的分類
煤炭是世界上分布最廣闊的化石能資源,主要分為煙煤和無煙煤、次煙煤和褐煤等四類。世界煤炭可采儲量的60%集中在美國(25%)、前蘇聯地區(23%)和中國(12%),此外,澳大利亞、印度、德國和南非4 個國家共占29%,上述7 國或地區的煤炭產量占世界總產量的80%,已探明的煤炭儲量在石油儲量的63 倍以上,世界上煤炭儲量豐富的國家同時也是煤炭的主要生產國。   
 褐煤多為塊狀,呈黑褐色,光澤暗,質地疏松;含揮發份40%左右,燃點低,容易著火,燃燒時上火快,火焰大,冒黑煙;含碳量與發熱量較低,燃燒時間短,需經常加煤。
煙煤 一般為粒狀、小塊狀,也有粉狀的,多呈黑色而有光澤,質地細致,含揮發份30%以上,燃點不太高,較易點燃;含碳量與發熱量較高,燃燒時上火快,火焰長,有大量黑煙,燃燒時間較長;大多數煙煤有粘性,燃燒時易結渣。
無煙煤 有粉狀和小塊狀兩種,呈黑色,有金屬光澤而發亮。雜質少,質地緊密,固定碳含量高,可達80%以上;揮發分含量低,在10%以下,燃點高,不易著火;但發熱量高,剛燃燒時上火慢,火上來后比較大,火力強,火焰短,冒煙少,燃燒時間長,粘結性弱,燃燒時不易結渣。應摻入適量煤土燒用,以減輕火力強度
六、煤炭所含元素
構成煤炭有機質的元素主要有碳、氫、氧、氮和硫等,此外,還有極少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氫、氧是煤炭有機質的主體,占95%以上;煤化程度越深,碳的含量越高,氫和氧的含量越低。碳和氫是煤炭燃燒過程中產生熱量的元素,氧是助燃元素。煤炭燃燒時,氮不產生熱量,在高溫下轉變成氮氧化合物和氨,以游離狀態析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分,其中以硫最為重要。煤炭燃燒時絕大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2),隨煙氣排放,污染大氣,危害動、植物生長及人類健康,腐蝕金屬設備;當含硫多的煤用于冶金煉焦時,還影響焦炭和鋼鐵的質量。所以,“硫分”含量是評價煤質的重要指標之一。
煤中的有機質在一定溫度和條件下,受熱分解后產生的可燃性氣體,被稱為“揮發分”,它是由各種碳氫化合物、氫氣、一氧化碳等化合物組成的混合氣體。揮發分也是主要的煤質指標,在確定煤炭的加工利用途徑和工藝條件時,揮發分有重要的參考作用。煤化程度低的煤,揮發份較多。如果燃燒條件不適當,揮發分高的煤燃燒時易產生未燃盡的碳粒,俗稱“黑煙”;并產生更多的一氧化碳、多環芳烴類、醛類等污染物,熱效率降低。因此,要根據煤的揮發分選擇適當的燃燒條件和設備。
煤中的無機物質含量很少,主要有水分和礦物質,它們的存在降低了煤的質量和利用價值。礦物質是煤炭的主要雜質,如硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽等,其中大部分屬于有害成分。
水分”對煤炭的加工利用有很大影響。水分在燃燒時變成蒸汽要吸熱,因而降低了煤的發熱量。煤炭中的水分可分為外在水分和內在水分,一般以內在水分作為評定煤質的指標。煤化程度越低,煤的內部表面積越大,水分含量越高。
灰分”是煤炭完全燃燒后剩下的固體殘渣,是重要的煤質指標?;曳种饕獊碜悦禾恐胁豢扇紵牡V物質。礦物質燃燒灰化時要吸收熱量,大量排渣要帶走熱量,因而灰分越高,煤炭燃燒的熱效率越低;灰分越多,煤炭燃燒產生的灰渣越多,排放的飛灰也越多。一般,優質煤和洗精煤的灰分含量相對較低。
七、煤炭的儲藏量和主要產地
    煤炭是地球上蘊藏量最豐富、分布地域最廣的化石燃料。據世界能源委員會的評估,世界煤炭可采資源量達4.84×104億t標準煤,占世界化石燃料可采資源量的66.8%。其中七個儲量最大的國家依次為美國、俄羅斯、中國、澳大利亞、印度、德國、南非和波蘭。
在各大陸、大洋島嶼都有煤分布,但煤在全球的分布很不均衡,各個國家煤的儲量也很不相同。中國、美國、俄羅斯、德國是煤炭儲量豐富的國家,也是世界上主要產煤國,其中中國是世界上煤產量最高的國家。中國的煤炭資源在世界居于前列,僅次于美國和俄羅斯。
八、煤炭的應用
煤炭的用途十分廣泛,可以根據其使用目的總結為三大主要用途:(1)動力煤,(2)煉焦煤,(3)煤化工用煤,主要包括氣化用煤,低溫干餾用煤,加氫液化用煤等。
動力煤
發電用煤:中國約1/3 以上的煤用來發電,目前平均發電耗煤為標準煤370g/(kW·h)左右。電廠利用煤的熱值,把熱能轉變為電能。
蒸汽機車用煤:占動力用煤3%左右,蒸汽機車鍋爐平均耗煤指標為100kg/(萬噸·km)左右。
建材用煤:約占動力用煤的13%以上,以水泥用煤量最大,其次為玻璃、磚、瓦等。
一般工業鍋爐用煤:除熱電廠及大型供熱鍋爐外,一般企業及取暖用的工業鍋爐型號繁多,數量大且分散,用煤量約占動力煤的26%。
生活用煤:生活用煤的數量也較大,約占燃料用煤的23%。
冶金用動力煤:冶金用動力煤主要為燒結和高爐噴吹用無煙煤,其用量不到動力用煤量的1%。
煉焦煤
中國雖然煤炭資源比較豐富,但煉焦煤資源還相對較少,煉焦煤儲量僅占中國煤炭總儲量27.65%。
煉焦煤類包括氣煤(占13.75%),肥煤(占3.553%),主焦煤(占5.26%),瘦煤(占4.01%),其它為未分牌號的煤(占 0.55%);非煉焦煤類包括無煙煤(占10.93%),貧煤(占5.55 % ),弱粘煤(占1.74%),不粘煤(占13.8%),長焰煤(占12.52%),褐煤(占12.76%),天然焦(占0.3%),未分牌號的煤(占13.80%)和牌號不清的煤(占1.06%)。
煉焦煤的主要用途是煉焦炭,焦炭由焦煤或混合煤高溫冶煉而成,一般1.3 噸左右的焦煤才能煉一噸焦炭。焦炭多用于煉鋼,是目前鋼鐵等行業的主要生產原料,被喻為鋼鐵工業的“基本食糧”。
九、中國煤炭狀況
    資源概述:
 中國煤炭資源豐富,除上海以外其它各省區均有分布,但分布極不均衡。在中國北方的大興安嶺-太行山、賀蘭山之間的地區,地理范圍包括煤炭資源量大于1000億噸以上的內蒙古、山西、陜西、寧夏、甘肅、河南6省區的全部或大部,是中國煤炭資源集中分布的地區,其資源量占全國煤炭資源量的50%左右,占中國北方地區煤炭資源量的55%以上。在中國南方,煤炭資源量主要集中于貴州、云南、四川三省,這三省煤炭資源量之和為3525.74億噸,占中國南方煤炭資源量的91.47%;探明保有資源量也占中國南方探明保有資源量的90%以上。

    基本情況:

      中國幅員遼闊,物產豐富,是中華民族賴以生息繁衍、發展壯大、立足世界民族之林的要物質基礎。在已發現的142種礦物中,煤炭占有特別重要的位量,資源豐富,分布廣泛,煤田面積約55萬平方公里,居世界產煤國家之前列。
      中國聚煤期的地質時代由老到新主要是:早古生代的早寒武世:晚古生代的早石炭世、晚石炭世—早二疊世、晚二疊世;中生代的晚三疊世,早、中侏羅世、晚株羅世—早白堊世和新生代的第三紀。其中以晚石炭世——---早二疊世,晚二疊世,早、中侏羅世和晚侏羅世—早白堊世四個聚煤期的聚煤作用最強。中國含煤地層遍布全國,包括元古界、早古牛界、晚古生界、中生界和新生界,各?。▍^)都有大小不一、經濟價值不等的煤田。
中國聚煤期及含煤地層的分布在華北、華南、西北、西南(滇、藏)、東北和臺灣六個聚煤區而各有不向。
十、柳林煤炭狀況
柳林縣礦產資源豐富,主要有、、、石英、云母、石膏、花崗巖等,其中煤炭儲量最多,分布最廣,且質量特優,堪稱“國寶”。柳林,位于我國著名的鄂爾多斯聚煤盆地東緣的河東煤田腹地。全縣儲煤面積約800平方公里,占總面積的62%,儲量達100億噸。
縣境內的含煤地層主要為石炭系上統的太原組和山西組,平均總厚151.5米。經普查勘探初步查明煤的總儲量為269688.63萬噸,而且均是埋藏在小于500米深的礦產資源分區的第Ⅲ區。其中,柳林精查區總量為87580萬噸,青龍普查勘探區為182108.64萬噸。全縣遠景儲量80~90億噸。太原組地層出露在成家莊、青龍城至張家社大溝中,地層厚80~104米,平均97米左右。柳林精查區(以下簡稱柳區)為80.96~101.51米,平均98.08米;青龍普查勘探區(以下簡稱青區)為89.14~103.95米,平均95.60米。巖層主要由灰黑色的砂巖、頁巖、煤層和石灰巖組成。一般規律是:中下部以砂巖和頁巖為主。煤層主要賦存于本組中部的上部,其中除4#(丈八,新編號8號)煤層為全區主要可采煤層和5#(石口尺八,新編號7號)、6#(腦四尺,新編6號)、3#(新炭,新編9號)、2#(底四尺,新編10號)煤層為局部可采外,其它的煤層均不可采。四層石灰巖中以作用為4#煤層頂板的L3石灰巖層位相當穩定,平均厚6.13米,而且含燧石結核,是良好的找煤標志層。山西組本組地層出露不多,主要在大莊、田家坡、麻塔則、吉家塔、屈家溝和鋤溝等地的溝內出現。地層厚40~69米,平均52米(柳區厚39.48~54.46米,平均47.77米;青區厚42.89~68.9l米,平均55.94米)。主要由灰黑色砂巖、頁巖和煤層組成。一般規律是,底部的煤層為主采煤層,上部則不可采。山西組的巖性變和厚度變化較大,尤其是其底部的分界砂巖很不穩定,與下伏太原組的分界往往以8#(八尺,新編號5號)煤層之下找一層砂質頁巖為山西組的底界。山西組內8#和9#(四尺,新編4號)煤層最穩定,全區可采。
 焦煤
          焦煤是變質程度較高的煙煤。單獨煉焦時,生成的膠質體熱穩定性好,所得焦炭的塊度大、裂紋少、強度高。
   焦煤(coking coal)也稱冶金煤,是中等及低揮發分的中等粘結性及強粘結性的一種煙煤。在中國煤炭分類國家標準中,是對煤化度較高,結焦性好的煙煤的稱謂。又稱主焦煤。
GB5751-86 中國煤炭分類標準規定焦煤分兩類:   
第一類焦煤的干燥無灰基揮發分Vdaf=10%~28%,黏結指數G>65,膠質層最大厚度,y≤25mm。這部分煤的結焦性特別好,可以單獨煉出合格的高爐焦。
另一類焦煤的干燥無灰基揮發分Vdaf=20%~28%,黏結指數G=50~65,結焦性比前者差。焦煤具有中等揮發分和較好的黏結性,是典型的煉焦煤,在加熱時能形成熱穩定性很好的膠質體。單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度高的焦炭,其耐磨性也好。但產生的膨脹壓力大,使推焦困難,必須配入氣煤、瘦煤等,以改善操作條件和提高焦炭質量。在煉焦配合煤中焦煤可以起到焦炭骨架和緩和收縮應力的作用,從而提高焦炭機械強度,是優質的煉焦原料。
從世界范圍來說,焦煤的資源比較匾乏,它是必須加以保護的寶貴資源,所以已很少用焦煤單獨煉焦。在中國,第一類焦煤的典型煤種有河北峰峰二礦、山西古交的西曲、黑龍江雞西的滴道、安徽淮北的張莊和四川攀枝花的大寶頂煤。第二類焦煤的典型煤種有吉林通化的鐵廠和內蒙包頭的河灘溝煤。中國東北本溪,河北唐山、井陘、山東新汶等,都是焦煤的著名產地。
 1/3焦煤是新煤種,它是中高揮發分、強粘結性的一種煙煤,是介于焦煤、肥煤、氣煤三者之間的過渡煤。單獨煉焦能生成熔融性較好、強度較高的焦炭。焦炭的抗碎強度接近肥煤生成的焦炭,焦炭得耐磨強度又明顯高于氣肥煤的氣煤生成的焦炭。
 優質煉焦煤作為特殊和稀缺煤種在澳大利亞、美國、加拿大等國家都得到了戰略性保護,成為戰略性原料品種。早在2009年,國土資源部就發布關于實施《全國礦產資源規劃》的通知,指出加強重要優勢礦產保護和開采管理,應對國民經濟具有重要價值的特殊煤種和稀缺煤種實行保護性開采,合理控制開采規模,加強焦煤、肥煤等的合理利用。
 我國煉焦煤資源分布極不均衡,主要集中在華北、華東。其中山西省煉焦煤種資源儲量最大,查明資源量為1551.84億噸,占全國資源儲量的55.35%。西山煤電、潞安環能等均具有較為豐富的焦煤儲備。
未來焦煤的發展方向:
焦煤是生產鋼鐵的一大質料,尤其是優質焦煤,在國內資源非常缺乏,國內優質焦煤資源經常來自于進口。
其實,優質主焦煤無論是在世界還是在中國都屬于稀缺資源,如今對煉鋼煉鐵進程中的節能減排要求越來越高,而從發達國度的動向來看,無論是由于碳排放束縛機制的運行要求,還是企業出于自身低沉資源節流能耗的須要,他們都把冶金行業降低能耗與碳排放的重點放在了鐵前體系(高爐煉鐵、燒結、球團、煉焦),因此將來在中國,高爐漸漸大型化將是趨勢。
容積大的高爐,必須有強度和耐磨性更高的焦煤作為底子保障,這就須要將焦煤、肥氣煤、肥煤、瘦煤等舉行配比,而我國盡管煤炭資源富厚,但煉焦質量差別非常大,除了山西地區有肯定優質焦煤,我國優質主焦煤和肥煤的資源還是比較稀缺的。
在全球范圍內擁有優質焦煤資源比重大的國家,依然是煤、鐵礦石資源富的澳大利亞。近年來,我國進口煤炭的數量已經在漸漸增長。而在中國進口焦煤資源中,澳大利亞是最大的供給國。
 這也意味著,將來國內鋼企大概不僅要為獲取低價鐵礦石資源絞盡腦汁,優質焦煤也將成為一個不得不正視的資源困難。一噸煉鐵有一半爐料是焦炭,而1.4噸至1.6噸的焦煤才能煉成1噸焦炭。
 柳林主焦煤:
   柳林縣4#優質主焦煤被譽為“國寶”,1989年國家4部委把柳林列為全國3大保護性開采的優質焦煤基地之一。具有“低硫、低灰、高熱值、強粘結性”的特點,是國家保護性開采的稀缺煤種,俗稱“工業味精”。
  
          鑫飛集團主焦煤原煤、精煤成分:

原煤
原煤指標
水 分(%)
灰 分(%)
揮發分(%)
硫分(%)
磷分(%)
發熱量(MJ/mg)
范圍
平均
范圍
平均
范圍
平均
范圍
平均
平均
范圍
平均
4#
0.26-1.25
0.58
13.1-30.22
21.9
23.21
25.56
0.41
0.54
0.002
28.21-31.34
30.01
5#
0.24-1.2
0.52
15.54
 
22.67
24.33
0.4
 
0.012
28.30-30.17
29.24

 

精煤
精 煤
指 標
水分(%)
灰分(%)
揮發分(%)
全硫(%)
膠質層(mm)
粘結指數
發熱量(大卡)
<8.00
<9.00
<22
<0.60
25
90
8000
中 煤
指 標
水分(%)
灰分(%)
揮發分(%)
全硫(%)
膠質層(mm)
粘結指數
發熱量(大卡)
<10.00
<30.00
 
 
 
 
5500
 

 

 

 

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