常規(guī)能源開(kāi)發(fā)與利用-煤炭

煤炭石油天然氣水能二、常規(guī)能源第二節(jié)能源概述1、煤炭

掌握的知識(shí)點(diǎn)：（1）煤的形成；（2）煤的主要元素組成；（3）煤的煤質(zhì)指標(biāo)；（4）煤的分類；（5）我國(guó)的煤炭資源情況；（6）煤的利用途徑。煤是古代的植物體因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)而埋沒(méi)地下，在適宜的地質(zhì)環(huán)境中經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)年代的演變而成的，含碳量一般為46%～97%。煤是重要的燃料和化學(xué)工業(yè)原料。煤在地球上的儲(chǔ)量非常豐富。第二節(jié)能源概述1、煤炭（1）煤的元素組成

煤是由有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)混合組成的。煤中有機(jī)物質(zhì)主要由碳（C，82%~93%）、氫（H，3.6%~5%）、氧（O，1.3%~10%）、氮（N，1%~2%）四種元素構(gòu)成，還有一些元素則組成煤中的無(wú)機(jī)物質(zhì)，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；煤是黑色黃金。（2）煤的成因

煤是怎樣形成的？

在地質(zhì)歷史上，沼澤森林覆蓋了大片土地，包括菌類、蕨類、灌木、喬木等植物。但在不同時(shí)代海平面常有變化....

當(dāng)水面升高時(shí)，植物因被淹而死 亡。如果這些死亡的植物被沉積物覆蓋而不透氧氣，植物就不會(huì)完全分解，而是在地下形成有機(jī)地層。隨著海平面的升降，會(huì)產(chǎn)生多層有機(jī)地層。 經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)作用，在溫度增 高、壓力變大的還原環(huán)境中，這一有機(jī)層最后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊簩印Ｒ蚵裆詈吐癫貢r(shí)間的差異，形成的煤也不盡相同。煤炭是地球上蘊(yùn)藏量最豐富，分布地域最廣的化石燃料。根據(jù)世界能源委員會(huì)的評(píng)估，世界煤炭可采資源量達(dá)4.84104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占世界化石燃料可采資源量的66.8％。在我國(guó)，煤炭資源主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、山東、新疆等幾個(gè)省區(qū)，著名的大型煤礦有大同煤礦、東勝煤礦、神府煤礦等。（3）中國(guó)煤炭資源

中國(guó)煤炭資源總體特點(diǎn)資源總量相對(duì)分布不均

煤炭資源與地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度呈逆向分布 煤炭資源與水資源呈逆向分布煤種齊全，但不均衡

優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤豐富，優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤和優(yōu)質(zhì)煉焦用煤不多煤質(zhì)較好

含硫量小于1%的低硫煤約占65%煤層埋藏較深，適于露天開(kāi)采的儲(chǔ)量很少，適于露天開(kāi)采的中、高變質(zhì)煤更少共伴生礦產(chǎn)種類多，資源豐富我國(guó)的煤炭資源分布中國(guó)煤炭資源和現(xiàn)有生產(chǎn)力呈逆向分布，造成了“北煤南運(yùn)”和“西煤東調(diào)”的被動(dòng)局面。大量煤炭自北向南、由西到東長(zhǎng)距離運(yùn)輸，給煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸造成了極大的壓力。我國(guó)適合露天開(kāi)采的煤炭資源不多，煤炭生產(chǎn)以地下開(kāi)采為主。我國(guó)國(guó)的的人人均均煤煤炭炭資資源源現(xiàn)現(xiàn)狀狀中國(guó)國(guó)煤煤炭炭資資源源總總量量雖雖然然較較多多，，但但探明明程程度度低低，人均均占占有有儲(chǔ)儲(chǔ)量量較較少少，按按1999年年人人均均可可采采儲(chǔ)儲(chǔ)量量對(duì)對(duì)比比，，中中國(guó)國(guó)人均均可采采儲(chǔ)儲(chǔ)量量?jī)H僅為為90.9噸噸，約約為為世世界界人人均均可可采采儲(chǔ)儲(chǔ)量量的的55%。3））我我國(guó)國(guó)的的煤煤炭炭消消費(fèi)費(fèi)我國(guó)國(guó)是是世世界界上上最最大大的的煤煤炭炭消消費(fèi)費(fèi)國(guó)國(guó)。。在我我國(guó)國(guó)煤煤炭炭消消費(fèi)費(fèi)中中，，煤炭炭的的加加工工轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換（包包括括洗洗選選、、發(fā)發(fā)電電、、供供熱熱、、煉煉焦焦、、制制氣氣及及煤煤制制品品加加工工等等））增增長(zhǎng)長(zhǎng)迅迅速速，，而而煤炭炭終終端端消消費(fèi)費(fèi)增長(zhǎng)長(zhǎng)緩緩慢慢。（4））煤煤質(zhì)質(zhì)指指標(biāo)標(biāo)與與煤煤分分類類水分分（外外部部水水、、內(nèi)內(nèi)部部水水和和化化合合水水））灰分分（煤煤完完全全燃燃燒燒后后，，其其中中礦礦物物質(zhì)質(zhì)的的固固體體殘殘余余物物））揮發(fā)發(fā)分分（在在隔絕絕空空氣氣的條條件件下下，，將將煤煤加加熱熱到到850℃℃左右右，，從從煤煤中中有機(jī)機(jī)物物質(zhì)質(zhì)分解解出出來(lái)來(lái)的的液液體體和和氣氣體體產(chǎn)產(chǎn)物物稱稱為為揮揮發(fā)發(fā)分分））發(fā)熱熱量量（單單位位質(zhì)質(zhì)量量煤煤完完全全燃燃燒燒時(shí)時(shí)所所放放出出的的熱熱量量））1））煤煤的的分分類類煤的的科科學(xué)學(xué)分分類類為為煤炭炭的的合合理理開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)和和利利用用提提供供了了基基礎(chǔ)礎(chǔ)，通通常常最最簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的分分類類方方法法是是根根據(jù)據(jù)煤煤中中干燥燥無(wú)無(wú)灰灰基基揮揮發(fā)發(fā)分分含含量量將煤煤分分成成褐煤煤、煙煤煤和無(wú)煙煙煤煤三大大類類。褐煤煤煙煤煤無(wú)煙煙煤煤煤種干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量（%）LHV（MJ/kg）無(wú)煙煤≤926~33煙煤9~4520~33褐煤40~6610~17煤的的分分類類方方法法煤種干燥無(wú)灰基揮發(fā)分含量（%）LHV（MJ/kg）無(wú)煙煤≤9＞20.9貧煤9~19＞18.4低揮發(fā)分煙煤19~30＞16.3高揮發(fā)分煙煤30~40＞15.5褐煤40~50＞11.7我國(guó)國(guó)動(dòng)動(dòng)力力煤煤的的分分類類方方法法拓展展---各各煤煤種種的的用用途途無(wú)煙煙煤煤：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。。特點(diǎn)點(diǎn)：：揮發(fā)發(fā)分分低低、、比比重重大大、、硬硬度度高高、燃燃燒燒時(shí)時(shí)煙少少、、火火苗苗短短、、火火力力強(qiáng)強(qiáng)。無(wú)煙煙煤煤通通常常作作民用用和和動(dòng)動(dòng)力力燃燃料料；質(zhì)質(zhì)量量好好的的無(wú)無(wú)煙煙煤煤可可作作氣化化原原料料、高爐爐噴噴吹吹和燒結(jié)結(jié)鐵鐵礦礦石石的燃燃料料以以及及作作鑄造造燃燃料料等；；用用優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)無(wú)無(wú)煙煙煤煤還還可可以以制制造造碳碳化化硅硅、、碳碳粒粒砂砂、、人人造造剛剛玉玉、、人人造造石石墨墨、、電電極極、、電電石石和和炭炭素素材材料料。。中國(guó)國(guó)無(wú)無(wú)煙煙煤煤需需求求行行業(yè)業(yè)煙煤煤：燃燒燒時(shí)火焰焰較長(zhǎng)長(zhǎng)而而有有煙的煤煤，，煤化化程程度度較較大大的煤煤。。外外觀觀呈呈灰灰黑黑色色至至黑黑色色，，粉末末從棕色色到到黑黑色色。由由有有光澤澤的和和無(wú)無(wú)光光澤澤的的部部分分互互相相集集合合合合成成層層狀狀，，瀝青青、油脂脂、玻璃璃、金屬屬、金剛剛等光光澤澤均均有有，，具具明明顯顯的的條條帶帶狀狀、、凸凸鏡鏡狀狀構(gòu)構(gòu)造造。。該該種種煤煤含碳碳量量為為75％％～～90％％，，不含含游游離離的的腐殖殖酸酸。大大多多數(shù)數(shù)具具有有粘結(jié)結(jié)性性；發(fā)發(fā)熱熱量量較較高高。。燃燃燒燒時(shí)時(shí)火火焰焰長(zhǎng)長(zhǎng)而而多多煙煙。。多多數(shù)數(shù)能能結(jié)焦焦。根據(jù)據(jù)揮揮發(fā)發(fā)分分含含量量、、膠膠質(zhì)質(zhì)層層厚厚度度或或工工藝藝性性質(zhì)質(zhì)，，可可分分為為長(zhǎng)焰焰煤煤、氣煤煤、肥煤煤、焦煤煤、貧煤煤、瘦煤煤等。。用作作煉焦焦、煉油油、氣化化、低低溫溫干干餾餾及及化學(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)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礦礦產(chǎn)產(chǎn)煤煤。。一一種種介介于于泥炭炭與與瀝瀝青青煤煤之間間的的棕黑黑色色、、無(wú)無(wú)光光澤澤的低低級(jí)級(jí)煤煤。。由由于于它它富富含含揮揮發(fā)發(fā)份份，，所所以以易易于于燃燃燒燒并并冒冒煙煙。。剖剖面面上上可可以以清清楚楚地地看看出出原原來(lái)來(lái)木木質(zhì)質(zhì)的的痕痕跡跡。。含含有有可可溶溶于于堿堿液液內(nèi)內(nèi)的的腐腐殖殖酸酸。。含含碳碳量量60％％～～77％％。。主要要用用于于發(fā)電電廠廠的的燃燃料料，也也可可作作化工工原原料料、、催催化化劑劑載載體體、、吸吸附附劑劑、、凈凈化化污污水水和和回回收收金金屬屬等。。代號(hào)等級(jí)名稱技術(shù)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煤炭炭灰灰分分等級(jí)級(jí)劃劃分分標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)2））其其他他分分類類方方式式煤的的揮揮發(fā)發(fā)分分分級(jí)級(jí)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)技術(shù)要求低揮發(fā)分中揮發(fā)分中高揮發(fā)分高揮發(fā)分Vdaf（%）≤2020.01~2828.01~37＞37代號(hào)等級(jí)名稱技術(shù)要求Qnet,ar（MJ/kg）LC低熱值煤8.5~12.5ML中低熱值煤12.51~17MC中熱值煤17.01~21MH中高熱值煤21.01~24HC高熱值煤24.01~27SH特高熱值煤＞27煤的的發(fā)發(fā)熱熱量量等級(jí)級(jí)劃劃分分標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)代號(hào)等級(jí)名稱技術(shù)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煤炭炭硫硫分分等級(jí)級(jí)劃劃分分標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)？$煤燃燒燒？氣化化液化化（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徑徑根據(jù)據(jù)煤煤炭炭的的使使用用目目的的分分為為兩兩大大主主要要用用途途：：(1)動(dòng)力力煤煤，(2)煉煉焦焦煤煤。。我國(guó)國(guó)動(dòng)力力煤煤的主主要要用用途途有有：：1)發(fā)電電用用煤煤：我我國(guó)國(guó)約約1/3以以上上的的煤煤用用來(lái)來(lái)發(fā)發(fā)電電，，目目前前平平均均發(fā)發(fā)電電耗耗煤煤為為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)煤煤370g/(kW··h)左左右右。。電廠廠利用用煤煤的的熱熱值值，，把把熱熱能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉殡婋娔苣??！?)蒸汽汽機(jī)機(jī)車車用煤煤：：占占動(dòng)動(dòng)力力用用煤煤2%左左右右，，蒸蒸汽汽機(jī)機(jī)車車鍋爐爐平均均耗耗煤煤指指標(biāo)標(biāo)為為100kg/(萬(wàn)萬(wàn)噸噸··km)左左右右。。3)建材材用用煤煤：約約占占動(dòng)動(dòng)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，其次次為玻玻璃、、磚、、瓦等等。4)一一般般工業(yè)鍋鍋爐用用煤：除熱熱電廠廠及大大型供供熱鍋鍋爐外外，一一般企企業(yè)及及取暖暖用的的工業(yè)業(yè)鍋爐爐型號(hào)號(hào)繁多多，數(shù)數(shù)量大大且分分散，，用煤煤量約約占動(dòng)動(dòng)力煤煤的30%。5)生活用用煤：生活活用煤煤的數(shù)數(shù)量也也較大大，約約占燃燃料用用煤的的20%。。6)冶金用用動(dòng)力力煤：冶金金用動(dòng)動(dòng)力煤煤主要要為燒燒結(jié)和和高爐爐噴吹吹用無(wú)煙煤煤，其用用量不不到動(dòng)動(dòng)力用用煤量量的1%。。煉焦煤煤的主要要用途途是煉焦炭，焦炭炭由焦焦煤或或混合合煤高高溫冶冶煉而而成，，一般般1.3噸噸左左右的的焦煤煤才能能煉一一噸焦焦炭。。焦炭多多用于于煉鋼鋼，是目目前鋼鋼鐵等等行業(yè)業(yè)的主主要生生產(chǎn)原原料，，被喻喻為鋼鐵工工業(yè)的“基基本食食糧””。（6））中國(guó)國(guó)煤的的利用用方向向提高價(jià)價(jià)值潔凈利利用高效利利用煤系共共伴生生資源源利用用················（7））煤炭炭加工工技術(shù)術(shù)煤炭洗洗選技技術(shù)粉煤成成型技技術(shù)動(dòng)力煤煤配煤煤技術(shù)術(shù)水煤漿漿技術(shù)術(shù)1）煤煤炭洗洗選技技術(shù)常規(guī)的的物理選選煤可除去去煤中中60%的灰分分和1/3到1/2的黃鐵鐵礦硫硫(燃燃料時(shí)時(shí)SOX的主要要來(lái)源源)。煤炭經(jīng)經(jīng)洗選選可大大大提高燃燃燒效效率，如電電廠粉粉煤鍋爐燃燒燒原煤煤的效效率一一般為為28%左右，，而燃燃洗精精煤可達(dá)35%。（其其他優(yōu)優(yōu)點(diǎn)見(jiàn)見(jiàn)P37））煤炭經(jīng)經(jīng)過(guò)洗洗選可可大大降降低污污染物物的排排放。選煤是是潔凈煤技技術(shù)的源頭頭技術(shù)術(shù)。2）粉粉煤成成型技技術(shù)民用型型煤工業(yè)型型煤型煤技技術(shù)的的研究究應(yīng)著著力于于開(kāi)發(fā)發(fā)強(qiáng)度度高、、防水性好好、適適合于于長(zhǎng)途途運(yùn)輸輸?shù)男托兔杭凹捌渑渑涮坠に囋O(shè)設(shè)備和和粘結(jié)結(jié)劑以以及研研制固固硫工工業(yè)型型煤等技術(shù)術(shù)上。。3）動(dòng)動(dòng)力煤煤配煤煤技術(shù)術(shù)（P38）意義重重大，，主要要表現(xiàn)現(xiàn)在：：提高熱熱效率率節(jié)約約煤炭炭；充分利利用煤煤炭資資源，，做到到物盡盡其用用；可以利利用劣劣質(zhì)煤煤；有利于于拓展展煤炭炭資源源，減減輕環(huán)環(huán)境污污染。。4）水水煤漿漿技術(shù)術(shù)石油產(chǎn)產(chǎn)品供供不應(yīng)應(yīng)求，，煤代代油勢(shì)勢(shì)在必必行便于儲(chǔ)儲(chǔ)運(yùn)。。水煤漿漿利用用儲(chǔ)量量豐富富、價(jià)價(jià)格低低廉的的煤炭作為主主要原原料，，使用用浮選精精煤或或水洗洗煤進(jìn)行研磨加加工、、細(xì)化化，再輔輔以27%～35%的水水和約1%的的化學(xué)學(xué)添加加劑，經(jīng)過(guò)過(guò)多道道嚴(yán)密密工序序，層層層篩除煤煤炭中中不能能充分分燃燒燒的成成份及及產(chǎn)生生污染染的硫硫、灰灰等雜雜質(zhì)，只將將炭本本質(zhì)留留下來(lái)來(lái)，制制出性性能像像油的的水煤煤漿成成品。。水煤漿具有有濃度高、流流變性好、、耐儲(chǔ)存等特點(diǎn)。它它能象油一樣泵泵送、霧化化燃燒，燃燃燼率能達(dá)達(dá)到98%以上，只產(chǎn)生極極少的灰渣渣。水煤漿漿用儲(chǔ)罐進(jìn)進(jìn)行運(yùn)輸和和儲(chǔ)存，避避免了運(yùn)輸輸和儲(chǔ)存過(guò)過(guò)程中的污污染，并減減少了儲(chǔ)存存時(shí)的占地地面積，無(wú)無(wú)論儲(chǔ)存還還是排放指指標(biāo)均能達(dá)達(dá)到國(guó)家一一類地區(qū)的的環(huán)保要求求。（8）煤炭炭轉(zhuǎn)化技術(shù)術(shù)煤炭轉(zhuǎn)化是指通過(guò)化學(xué)加工或或熱加工的方法，將煤轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成一系系列氣體、液體體和固體等化學(xué)產(chǎn)品品的過(guò)程。煤炭的干餾餾技術(shù)煤炭氣化技技術(shù)煤炭地下氣氣化煤炭的直接接液化1）煤炭的的干餾技術(shù)術(shù)煤在隔絕空氣的條件下加加熱，將產(chǎn)產(chǎn)生一系列列的熱分解過(guò)程程，得到氣態(tài)、液態(tài)態(tài)和固體產(chǎn)物。干餾得到的的固體產(chǎn)物：冶金焦炭從煤干餾得得到的揮發(fā)分中可以回收收煤焦油＆煤氣等產(chǎn)物。溫度高于950℃的的過(guò)程稱為為高溫干餾餾，如采用用合適的煙煙煤干餾可可得冶金焦焦炭。2）煤炭氣氣化技術(shù)煤炭的氣化化是指將煤與氣化劑劑反應(yīng)，使煤煤中的有機(jī)部分完全轉(zhuǎn)化為為煤氣的過(guò)程。CO、H2、CH4碳的氧化反反應(yīng)C+O2=CO2－393.8KJ/mol碳的部分氧氧化反應(yīng)2C+O2=2CO－231.4kJ/mol二氧化碳的的還原反應(yīng)應(yīng)C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸氣分解解反應(yīng)水蒸氣分解解反應(yīng)C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mol一氧化碳變變換反應(yīng)CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氫反反應(yīng)C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反應(yīng)應(yīng)CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反應(yīng)應(yīng)2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反應(yīng)應(yīng)CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol煤炭氣化技技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)燃?xì)饷裼妹簹饣ず铣珊秃腿剂嫌秃虾铣稍蠚鈿庖苯疬€原氣氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)發(fā)電燃?xì)馊剂想姵孛禾繗饣浦茪涿禾恳夯牡臍庠?6氣化方法固定床流化床氣流床整體氣化聯(lián)聯(lián)合循環(huán)發(fā)發(fā)電(IGCC)技術(shù)3）煤炭地地下氣化把煤的開(kāi)采采和轉(zhuǎn)化結(jié)結(jié)合起來(lái)，，氣化后殘殘余灰渣仍仍滯留地下下，減輕固固體廢渣對(duì)對(duì)環(huán)境的污污染，有利利于提高煤煤炭資源回回收率4）煤炭的的直接液化化煤直接加氫氫液化是采用高溫、高壓壓氫氣，在催化劑和溶溶劑作用下進(jìn)行行裂解、加氫氫等反應(yīng)，將煤煤直接轉(zhuǎn)化化為分子量較小小的燃料油和化工原原料。神華集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)始在在內(nèi)蒙古鄂鄂爾多斯建建設(shè)世界上第一一條每天6000噸噸煤的商業(yè)業(yè)液化生產(chǎn)線，最終終每年可產(chǎn)產(chǎn)油品500萬(wàn)噸以以上。5）煤炭的的間接液化化煤的間接液液化是將煤氣化得到的原料氣，在一定條件下下（溫度＆壓壓力），經(jīng)經(jīng)催化合成石石油及其他化學(xué)產(chǎn)品