常规能源开发与利用-煤炭

煤炭石油天然气水能二、常规能源第二节能源概述1、煤炭

掌握的知识点：（1）煤的形成；（2）煤的主要元素组成；（3）煤的煤质指标；（4）煤的分类；（5）我国的煤炭资源情况；（6）煤的利用途径。煤是古代的植物体因为地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，含碳量一般为46%～97%。煤是重要的燃料和化学工业原料。煤在地球上的储量非常丰富。第二节能源概述1、煤炭（1）煤的元素组成

煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C，82%~93%）、氢（H，3.6%~5%）、氧（O，1.3%~10%）、氮（N，1%~2%）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，主要有硫（S）、磷（P）以及稀有元素等。世界上所有的元素均可在煤中找到；煤是黑色黄金。（2）煤的成因

煤是怎样形成的？

在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、蕨类、灌木、乔木等植物。但在不同时代海平面常有变化....

当水面升高时，植物因被淹而死 亡。如果这些死亡的植物被沉积物覆盖而不透氧气，植物就不会完全分解，而是在地下形成有机地层。随着海平面的升降，会产生多层有机地层。 经过漫长的地质作用，在温度增 高、压力变大的还原环境中，这一有机层最后会转变为煤层。因埋深和埋藏时间的差异，形成的煤也不尽相同。煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84104亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66.8％。在我国，煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东、新疆等几个省区，著名的大型煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。（3）中国煤炭资源

中国煤炭资源总体特点资源总量相对分布不均

煤炭资源与地区的经济发达程度呈逆向分布 煤炭资源与水资源呈逆向分布煤种齐全，但不均衡

优质动力煤丰富，优质无烟煤和优质炼焦用煤不多煤质较好

含硫量小于1%的低硫煤约占65%煤层埋藏较深，适于露天开采的储量很少，适于露天开采的中、高变质煤更少共伴生矿产种类多，资源丰富我国的煤炭资源分布中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布，造成了“北煤南运”和“西煤东调”的被动局面。大量煤炭自北向南、由西到东长距离运输，给煤炭生产和运输造成了极大的压力。我国适合露天开采的煤炭资源不多，煤炭生产以地下开采为主。我国国的的人人均均煤煤炭炭资资源源现现状状中国国煤煤炭炭资资源源总总量量虽虽然然较较多多，，但但探明明程程度度低低，人均均占占有有储储量量较较少少，按按1999年年人人均均可可采采储储量量对对比比，，中中国国人均均可采采储储量量仅仅为为90.9吨吨，约约为为世世界界人人均均可可采采储储量量的的55%。3））我我国国的的煤煤炭炭消消费费我国国是是世世界界上上最最大大的的煤煤炭炭消消费费国国。。在我我国国煤煤炭炭消消费费中中，，煤炭炭的的加加工工转转换换（包包括括洗洗选选、、发发电电、、供供热热、、炼炼焦焦、、制制气气及及煤煤制制品品加加工工等等））增增长长迅迅速速，，而而煤炭炭终终端端消消费费增长长缓缓慢慢。（4））煤煤质质指指标标与与煤煤分分类类水分分（外外部部水水、、内内部部水水和和化化合合水水））灰分分（煤煤完完全全燃燃烧烧后后，，其其中中矿矿物物质质的的固固体体残残余余物物））挥发发分分（在在隔绝绝空空气气的条条件件下下，，将将煤煤加加热热到到850℃℃左右右，，从从煤煤中中有机机物物质质分解解出出来来的的液液体体和和气气体体产产物物称称为为挥挥发发分分））发热热量量（单单位位质质量量煤煤完完全全燃燃烧烧时时所所放放出出的的热热量量））1））煤煤的的分分类类煤的的科科学学分分类类为为煤炭炭的的合合理理开开发发和和利利用用提提供供了了基基础础，通通常常最最简简单单的的分分类类方方法法是是根根据据煤煤中中干燥燥无无灰灰基基挥挥发发分分含含量量将煤煤分分成成褐煤煤、烟煤煤和无烟烟煤煤三大大类类。褐煤煤烟煤煤无烟烟煤煤煤种干燥无灰基挥发分含量（%）LHV（MJ/kg）无烟煤≤926~33烟煤9~4520~33褐煤40~6610~17煤的的分分类类方方法法煤种干燥无灰基挥发分含量（%）LHV（MJ/kg）无烟煤≤9＞20.9贫煤9~19＞18.4低挥发分烟煤19~30＞16.3高挥发分烟煤30~40＞15.5褐煤40~50＞11.7我国国动动力力煤煤的的分分类类方方法法拓展展---各各煤煤种种的的用用途途无烟烟煤煤：是是煤化化程程度度最最高高的煤煤，，含含碳碳量量90%以以上上。。特点点：：挥发发分分低低、、比比重重大大、、硬硬度度高高、燃燃烧烧时时烟少少、、火火苗苗短短、、火火力力强强。无烟烟煤煤通通常常作作民用用和和动动力力燃燃料料；质质量量好好的的无无烟烟煤煤可可作作气化化原原料料、高炉炉喷喷吹吹和烧结结铁铁矿矿石石的燃燃料料以以及及作作铸造造燃燃料料等；；用用优优质质无无烟烟煤煤还还可可以以制制造造碳碳化化硅硅、、碳碳粒粒砂砂、、人人造造刚刚玉玉、、人人造造石石墨墨、、电电极极、、电电石石和和炭炭素素材材料料。。中国国无无烟烟煤煤需需求求行行业业烟煤煤：燃烧烧时火焰焰较长长而而有有烟的煤煤，，煤化化程程度度较较大大的煤煤。。外外观观呈呈灰灰黑黑色色至至黑黑色色，，粉末末从棕色色到到黑黑色色。由由有有光泽泽的和和无无光光泽泽的的部部分分互互相相集集合合合合成成层层状状，，沥青青、油脂脂、玻璃璃、金属属、金刚刚等光光泽泽均均有有，，具具明明显显的的条条带带状状、、凸凸镜镜状状构构造造。。该该种种煤煤含碳碳量量为为75％％～～90％％，，不含含游游离离的的腐殖殖酸酸。大大多多数数具具有有粘结结性性；发发热热量量较较高高。。燃燃烧烧时时火火焰焰长长而而多多烟烟。。多多数数能能结焦焦。根据据挥挥发发分分含含量量、、胶胶质质层层厚厚度度或或工工艺艺性性质质，，可可分分为为长焰焰煤煤、气煤煤、肥煤煤、焦煤煤、贫煤煤、瘦煤煤等。。用作作炼焦焦、炼油油、气化化、低低温温干干馏馏及及化学学工工业业等的的原原料料，，也也可可直直接接用用作作燃燃料料。。褐煤煤：又又名名柴柴煤煤，，是是煤化化程程度度最最低低的矿矿产产煤煤。。一一种种介介于于泥炭炭与与沥沥青青煤煤之间间的的棕黑黑色色、、无无光光泽泽的低低级级煤煤。。由由于于它它富富含含挥挥发发份份，，所所以以易易于于燃燃烧烧并并冒冒烟烟。。剖剖面面上上可可以以清清楚楚地地看看出出原原来来木木质质的的痕痕迹迹。。含含有有可可溶溶于于碱碱液液内内的的腐腐殖殖酸酸。。含含碳碳量量60％％～～77％％。。主要要用用于于发电电厂厂的的燃燃料料，也也可可作作化工工原原料料、、催催化化剂剂载载体体、、吸吸附附剂剂、、净净化化污污水水和和回回收收金金属属等。。代号等级名称技术要求Ad（%）SLA特低灰煤≤5LA低灰分煤5.01~10LMA低中灰煤10.01~20MA中灰分煤20.01~30MHA中高灰煤30.01~40HA高灰分煤40~50煤炭炭灰灰分分等级级划划分分标标准准2））其其他他分分类类方方式式煤的的挥挥发发分分分级级标标准准技术要求低挥发分中挥发分中高挥发分高挥发分Vdaf（%）≤2020.01~2828.01~37＞37代号等级名称技术要求Qnet,ar（MJ/kg）LC低热值煤8.5~12.5ML中低热值煤12.51~17MC中热值煤17.01~21MH中高热值煤21.01~24HC高热值煤24.01~27SH特高热值煤＞27煤的的发发热热量量等级级划划分分标标准准代号等级名称技术要求Std（%）SLS特低硫煤≤0.5LS低硫分煤0.51~1LMS低中硫煤1.01~1.5MS中硫分煤1.51~2MHS中高硫煤2.01~3HS高硫分煤＞3煤炭炭硫硫分分等级级划划分分标标准准？$煤燃烧烧？气化化液化化（5））煤煤的的利利用用方方式式煤可可以以做做什什么么？？化工工焦炭炭煤炭炭的的利利用用途途径径根据据煤煤炭炭的的使使用用目目的的分分为为两两大大主主要要用用途途：：(1)动力力煤煤，(2)炼炼焦焦煤煤。。我国国动力力煤煤的主主要要用用途途有有：：1)发电电用用煤煤：我我国国约约1/3以以上上的的煤煤用用来来发发电电，，目目前前平平均均发发电电耗耗煤煤为为标标准准煤煤370g/(kW··h)左左右右。。电厂厂利用用煤煤的的热热值值，，把把热热能能转转变变为为电电能能。。2)蒸汽汽机机车车用煤煤：：占占动动力力用用煤煤2%左左右右，，蒸蒸汽汽机机车车锅炉炉平均均耗耗煤煤指指标标为为100kg/(万万吨吨··km)左左右右。。3)建材材用用煤煤：约约占占动动力力用用煤煤的的l0%以以上上，，以以水泥用用煤量量最大大，其次次为玻玻璃、、砖、、瓦等等。4)一一般般工业锅锅炉用用煤：除热热电厂厂及大大型供供热锅锅炉外外，一一般企企业及及取暖暖用的的工业业锅炉炉型号号繁多多，数数量大大且分分散，，用煤煤量约约占动动力煤煤的30%。5)生活用用煤：生活活用煤煤的数数量也也较大大，约约占燃燃料用用煤的的20%。。6)冶金用用动力力煤：冶金金用动动力煤煤主要要为烧烧结和和高炉炉喷吹吹用无烟煤煤，其用用量不不到动动力用用煤量量的1%。。炼焦煤煤的主要要用途途是炼焦炭，焦炭炭由焦焦煤或或混合合煤高高温冶冶炼而而成，，一般般1.3吨吨左左右的的焦煤煤才能能炼一一吨焦焦炭。。焦炭多多用于于炼钢钢，是目目前钢钢铁等等行业业的主主要生生产原原料，，被喻喻为钢铁工工业的“基基本食食粮””。（6））中国国煤的的利用用方向向提高价价值洁净利利用高效利利用煤系共共伴生生资源源利用用················（7））煤炭炭加工工技术术煤炭洗洗选技技术粉煤成成型技技术动力煤煤配煤煤技术术水煤浆浆技术术1）煤煤炭洗洗选技技术常规的的物理选选煤可除去去煤中中60%的灰分分和1/3到1/2的黄铁铁矿硫硫(燃燃料时时SOX的主要要来源源)。煤炭经经洗选选可大大大提高燃燃烧效效率，如电电厂粉粉煤锅炉燃烧烧原煤煤的效效率一一般为为28%左右，，而燃燃洗精精煤可达35%。（其其他优优点见见P37））煤炭经经过洗洗选可可大大降降低污污染物物的排排放。选煤是是洁净煤技技术的源头头技术术。2）粉粉煤成成型技技术民用型型煤工业型型煤型煤技技术的的研究究应着着力于于开发发强度度高、、防水性好好、适适合于于长途途运输输的型型煤及及其配配套工艺设设备和和粘结结剂以以及研研制固固硫工工业型型煤等技术术上。。3）动动力煤煤配煤煤技术术（P38）意义重重大，，主要要表现现在：：提高热热效率率节约约煤炭炭；充分利利用煤煤炭资资源，，做到到物尽尽其用用；可以利利用劣劣质煤煤；有利于于拓展展煤炭炭资源源，减减轻环环境污污染。。4）水水煤浆浆技术术石油产产品供供不应应求，，煤代代油势势在必必行便于储储运。。水煤浆浆利用用储量量丰富富、价价格低低廉的的煤炭作为主主要原原料，，使用用浮选精精煤或或水洗洗煤进行研磨加加工、、细化化，再辅辅以27%～35%的水水和约1%的的化学学添加加剂，经过过多道道严密密工序序，层层层筛除煤煤炭中中不能能充分分燃烧烧的成成份及及产生生污染染的硫硫、灰灰等杂杂质，只将将炭本本质留留下来来，制制出性性能像像油的的水煤煤浆成成品。。水煤浆具有有浓度高、流流变性好、、耐储存等特点。它它能象油一样泵泵送、雾化化燃烧，燃燃烬率能达达到98%以上，只产生极极少的灰渣渣。水煤浆浆用储罐进进行运输和和储存，避避免了运输输和储存过过程中的污污染，并减减少了储存存时的占地地面积，无无论储存还还是排放指指标均能达达到国家一一类地区的的环保要求求。（8）煤炭炭转化技术术煤炭转化是指通过化学加工或或热加工的方法，将煤转转化成一系系列气体、液体体和固体等化学产品品的过程。煤炭的干馏馏技术煤炭气化技技术煤炭地下气气化煤炭的直接接液化1）煤炭的的干馏技术术煤在隔绝空气的条件下加加热，将产产生一系列列的热分解过程程，得到气态、液态态和固体产物。干馏得到的的固体产物：冶金焦炭从煤干馏得得到的挥发分中可以回收收煤焦油＆煤气等产物。温度高于950℃的的过程称为为高温干馏馏，如采用用合适的烟烟煤干馏可可得冶金焦焦炭。2）煤炭气气化技术煤炭的气化化是指将煤与气化剂剂反应，使煤煤中的有机部分完全转化为为煤气的过程。CO、H2、CH4碳的氧化反反应C+O2=CO2－393.8KJ/mol碳的部分氧氧化反应2C+O2=2CO－231.4kJ/mol二氧化碳的的还原反应应C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸气分解解反应水蒸气分解解反应C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol一氧化碳变变换反应CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氢反反应C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反应应CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反应应2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反应应CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol煤炭气化技技术应用领域：工业燃气民用煤气化工合成和和燃料油合合成原料气气冶金还原气气联合循环发发电燃气燃料电池煤炭气化制制氢煤炭液化的的气源26气化方法固定床流化床气流床整体气化联联合循环发发电(IGCC)技术3）煤炭地地下气化把煤的开采采和转化结结合起来，，气化后残残余灰渣仍仍滞留地下下，减轻固固体废渣对对环境的污污染，有利利于提高煤煤炭资源回回收率4）煤炭的的直接液化化煤直接加氢氢液化是采用高温、高压压氢气，在催化剂和溶溶剂作用下进行行裂解、加氢氢等反应，将煤煤直接转化化为分子量较小小的燃料油和化工原原料。神华集团已经开始在在内蒙古鄂鄂尔多斯建建设世界上第一一条每天6000吨吨煤的商业业液化生产线，最终终每年可产产油品500万吨以以上。5）煤炭的的间接液化化煤的间接液液化是将煤气化得到的原料气，在一定条件下下（温度＆压压力），经经催化合成石石油及其他化学产品