PDF《第1章煤炭》

第1章煤炭 1.

1 概述 1.1.1 煤炭简介 煤炭是古代有机物(主要是植物)的遗体埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化 逐渐形成的固体可燃性矿物. 煤炭的形成过程可分为两个阶段.第一阶段是泥炭化阶段,即由植物转变成泥炭的阶段.当 植物枯死之后,堆积在充满水的沼泽中,水面下隔绝空气,在细菌的作用下,植物的各部分 不断分解、 相互作用, 最后植物的遗体变成了褐色或黑褐色的淤泥物质――泥炭. 这个过程, 称为泥炭化过程,整个阶段需要漫长的地质历史时期,通常需要进行千百万年.第二阶段是 煤化阶段,泥炭不断被上面的沉积物所覆盖,埋藏到一定深度后,由于温度和压力的作用, 经过物理化学过程,由泥炭转变成褐煤,褐煤转变成烟煤,烟煤再转变成无烟煤阶段.如果 有更高的温度和压力,最终可能变成石墨.1 成煤必须具备四个必要条件:植物的大量持续繁盛、温暖潮湿的古气候条件、积水沼泽的古地理条件和地壳的缓 慢下沉. 1.1.2 煤炭的种类和指标 由于成因的不同,煤炭的化学成分和品质各有差异,因此,必须对煤炭做一个科学的分类, 以满足各种需要.1958 年我国颁布了以炼焦用煤为主的分类方案,为工业部门合理使用煤 炭资源创造了有利条件, 但在实践中也出现了一些问题. 在认真研究分析和吸收国外先进分 类方法的基础上, 为了使各项分类技术经济指标最能反映煤的质量特点, 达到更加合理地利 用煤炭资源的目的,1986 年国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准,将自然 界中的煤炭划分为

14 大类,其中褐煤和无烟煤又分别划分为

2 个和

3 个小类,从而形成中 国现行的煤炭分类国家标准.主要煤种分类及其特征见表 1-1. 表1-1 主要煤种及其特征 符号煤种数码特征用途WY 无烟煤

01 02

03 挥发分很低,固定碳含量高,比重大,无 黏结性,纯煤真比重最高可达 1.90,燃点 高,发热量高,燃烧时不冒烟. 民用、制造合成氨,低灰、 低硫和可磨性好的可以做高 炉喷吹及烧结铁矿石用的燃 料,制造各种碳素材料.某 些优质无烟煤可制成航空用 型煤. PM 贫煤

11 变质程度最高的一种烟煤, 不粘结或微弱 粘结,在层状炼焦炉中不结焦,燃烧时火 主要是发电燃料,也可作民 用和工业锅炉的掺烧煤.

1 . 吴占松,马润田,赵满成.煤炭清洁有效利用技术.北京:化学工业出版社,2007 焰短,耐烧. PS 贫瘦煤

12 粘结性较弱的高变质、低挥发分烟煤,结 焦性比典型瘦煤差,单独炼焦时,生成的 焦粉甚少. 炼焦配煤,也可作发电、民 用及锅炉燃料. SM 瘦煤

13 14 低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤. 焦化 过程中能产生相当数量的焦质体. 炼焦用煤、炼焦配煤,也可 作发电和一般锅炉等燃料, 也可供铁路机车掺烧使用. JM 焦煤

15 24

25 中等或低挥发分的以及中等粘结或强粘 结性的烟煤, 加热时产生热稳定性很高的 胶质体,耐磨强度很高. 一般用作炼焦配煤. 1/3JM 1/3 焦煤

35 中高挥发分的强粘结性煤,是介于焦煤、 肥煤和气煤之间的过渡煤种. 炼焦用煤、炼焦配煤的基础 煤. FM 肥煤

16 26

36 中等及中高挥发分的强粘结性的烟煤, 加 热时能产生大量的胶质体. 炼焦配煤中的基础煤. QF 气肥煤

46 挥发分和胶质体厚度都很高的强粘结性 肥煤,结焦性介于肥煤和气煤之间. 适于高温干馏制煤气,也可 用于配煤炼焦. QM 气煤

34 43

44 45 一种变质程度较低的炼焦煤, 加热时能产 生较多的挥发分和较多的焦油. 胶质体的 热稳定性低于肥煤. 炼焦配煤,也可高温干馏来 制造城市煤气. (续表) 符号煤种数码特征用途1/2ZN 1/2 中 粘煤

23 33 中等粘结性的中高挥发分烟煤. 气化用煤或动力用煤,在配 煤炼焦中也可适量配入. RN 弱粘煤

22 32 粘结性较弱的低变质到中等变质程度的 烟煤.加热时,产生的胶质体较少. 适于作气化原料和电厂、机 车及锅炉的燃料煤. BN 不粘煤

21 31 低变质到中等变质程度的烟煤. 加热时基 本上不产生胶质体.水分很大,有的含有 次生腐植酸,含氧量高. 主要作气化和发电用煤,也 可作动力和民用燃料. CY 长焰煤

41 42 变质程度最低的烟煤, 最年轻的长焰煤含 有腐植酸,易风化碎裂. 一般作气化、发电和机车等 燃料用煤. HM 褐煤

51 52 外观呈黑褐色,含水量高,比重小,含有 不同数量的腐植酸.含氧量常高达 15~ 30%左右,化学反应性强,热稳定性差, 易风化变质.发热量低,煤灰熔点也大都 较低. 多作为发电燃料,也可作气 化原料和锅炉燃料,年轻褐 煤也适用于制作腐植酸铵等 有机肥料. 资料来源:国际煤炭网,笔者整理制表. 评价煤质的主要技术指标有以下几个. (1) 水分.指单位重量的煤中水的含量,包括外在水分、内在水分和结晶水三种形态.其中 煤的内在水分是评定煤质的重要指标.一般情况下,煤化程度越低,水分含量越高. (2) 灰分.指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣.它是煤中的矿物质经过氧化、分 解而来的.灰分越高,对煤的加工利用越不利. (3) 挥发分.指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体.挥发分是对煤进行分类的主要 指标,煤的煤化程度越低,挥发分越高,煤化程度越高,挥发分则降低. (4) 焦渣和固定碳.煤在挥发后,剩下的不挥发物称为焦渣.焦渣减去灰分称为固定碳,它 是煤中不挥发的固体可燃物. 焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系, 可以定性地判断 煤的粘结性和工业用途. (5) 胶质层厚度.在密封条件下,将有粘结性的煤粉碎成细粒加热到一定温度,煤中的有机 质受热分解,软化而形成胶质层,最后结成块状的焦炭.胶层厚度能反映煤的粘结性,粘结 性好的煤形成的胶质层厚度大, 结成的焦炭容易粘结成块. 不粘结的煤加热时则不能产生胶 质层,也就不能结成焦炭. (6) 发热量. 煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量, 它的工程单位是 kJ/kg. 在实际生产中,通常采用每公斤煤燃烧后实际能被利用的热量来评定煤的燃烧价值. (7) 硫分和磷分.煤中的含硫量是评价煤质的极其重要的指标,含磷量是评价炼焦用煤质量 的指标. (8) 含矸率.指矿井所生产的煤中,含有大于 50mm 的矸石量占全部煤产量的百分率.煤中 的矸石主要来自煤层本身的夹石层和煤层的顶底板, 它常是煤的灰分增加的重要原因, 降低 含矸率可提高原煤质量. 1.1.3 煤炭在能源经济中的地位 煤炭是世界三大能源之一,而在中国,煤炭的地位更为突出.中国是世界上第一大煤炭生产 国,同时也是世界上第一大煤炭消费国,是以煤炭为主要能源的少数国家之一.煤炭在中国 能源生产中的比重一直维持在 70%以上,而近几年在能源消费中的比重也一直稳定在 69% 左右.因此,煤炭的重要性不言而喻,其为国民经济的持续快速发展提供了强有力的能源保 障,在今后数十年内仍将作为中国比较现实的和不可替代的主要能源. 纵观近20年来中国煤炭市场发展的历史数据, 可以说2002年是中国煤炭行业转折性的一年. 从2002 年开始,随着油价的攀升,在国内经济快速发展的拉动下,国内煤炭生产量和消费 量不同于前几年逐年下降的趋势,开始逐年稳定地递增.同时,煤炭价格也开始出现恢复性 的回升,并基本确定了进口逐年增长、出口逐年递减的发展趋势.2008 年煤炭产量在中国 一次能源的生产比重高达 76.7%,高于

1990 年74.2%的水平,具体见表 1-2. 表1-2 中国能源生产总量及其构成 年份能源生产总量 (万吨标准煤) 构成(能源生产总量=100)(%) 原煤原油天然气其他能源1990

103922 74.2 19.0 2.0 4.8

1995 129034 75.3 16.6 1.9 6.2

2000 128978 72.0 18.1 2.8 7.2

2001 137445 71.8 17.0 2.9 8.2

2002 143810 72.3 16.6 3.0 8.1

2003 163842 75.1 14.8 2.8 7.3

2004 187341 76.0 13.4 2.9 7.7

2005 205876 76.5 12.6 3.2 7.7

2006 221056 76.7 11.9 3.5 7.9

2007 235445 76.6 11.3 3.9 8.2

2008 260000 76.7 10.4 3.9 9.0 资料来源:中经网统计数据库,笔者计算制表. 煤炭在中国能源消费结构中占有主导地位.据BP 统计,2008 年,在世界能源消费构成中, 各种能源的比例为原油 34.8%、天然气 24.1%、煤炭 29.2%、水电 6.4%、核电 5.5%.而在 中国的能源消费结构中,煤炭所占比重却高达 68.7%,石油为 18.7%,水电、核电、风能、 太阳能为 8.8%, 天然气所占比重仅为 3.8%. 表1-3 为中国历年能源消费构成, 表1-4 为2008 年世界主要国家的能源消费结构. 表1-3 中国能源消费总量及其构成 年份能源消费总量 (万吨标准煤) 构成(能源消费总量=100)(%) 煤炭原油天然气其他能源1990

98703 76.2 16.6 2.1 5.1

1995 131176 74.6 17.5 1.8 6.1

2000 138553 67.8 23.2 2.4 6.7

2001 143119 66.7 22.9 2.6 7.9

2002 151797 66.3 23.4 2.6 7.7

2003 174990 68.4 22.2 2.6 6.8

2004 203227 68.0 22.3 2.6 7.1

2005 224682 69.1 21.0 2.8 7.1

2006 246270 69.4 20.4 3.0 7.2

2007 265583 69.5 19.7 3.5 7.3

2008 285000 68.7 18.7 3.8 8.8 资料来源:中经网统计数据库,笔者整理制表. 表1-4

2008 年世界主要国家能源消费统计 单位:百万吨油当量 国家石油天然气煤炭核能水力美国 884.5 500.7 565.0 192.0 56.7 日本 221.8 84.4 128.7 57.0 15.7 德国 118.3 73.8 80.9 33.7 4.4 英国 78.7 84.5 35.4 11.9 1.1 印度 135.0 37.2 231.4 3.5 26.2 中国 375.7 72.6 1406.3 15.5 132.4 俄罗斯 130.4 378.2 101.3 36.9 37.8 资料来源:BP Statistical Review of World Energy June 2009,笔者计算制表. 中国富煤、贫油、少气的资源赋存条件决定了煤炭在中国能源结构中的主导地位.可以肯定 短期内,中国以煤为主的能源供应和消费格局难以改变,随着煤炭增长方式的转变、煤炭用 途的扩展,煤炭的战略地位将更加重要.党中央国务院已经明确提出了 要大力调整和优化 能源结构,坚持以煤炭为主体,以电力为中心,油气和新能源全面发展 的战略,进一步明 确了煤炭在中国能源结构中的主体地位.可见,在未来相当长的一段时间里,煤炭都是中国 经济发展所依靠的基础能源,煤炭工业将日益显现出其无以替代的战略地位. 1.2 资源和储量 1.2.1 煤炭储量的定义2 煤炭资源量是指埋藏在地下具有开发利用或潜在利用价值的煤炭数量. 经过一定的地质勘探 工作, 确定符合国家规定的储量计算标准, 并具有一定工业开发利用价值的煤炭资源量称作 煤炭储量.在系统分析研究煤田地质特征、成煤条件和成煤规律的基础上,运用煤田地质理 论预测推定出来的煤炭资源量,称为预测煤炭资源量.煤炭储量与预测煤炭资源量之和,称 作煤炭资源总量. 国际上通常将煤炭储量分为三类,即预测储量、探明储量和可采储量.预测储量是根据地质 理论和已获得的地质资料计算得出的储量;

探明储量是经过详细勘测, 可用现有技术开采的 煤量;

可采储量是可从探明储量中开采出来的煤量. 中国

1986 年《煤炭资源/储量分类》是在前苏联分类体系基础上制定的,煤炭资源量分为探 明储量和远景储量.与国际通行分类体系有较大差异.所谓 探明储量 是指 经过地质勘 探工作所获得的储量 ,按勘探和研究程度,分为 A、B、C、D 四级3 .A、B、C 级为精查 和详查储量,D 级是勘探精度很低的 普查 ( 找矿 )储量.精查储量加部分详查储量(约 占尚未利用详查储量的 30%)大致相当于国际通行的 探明储量 (proved reserves).目前, 按国际通行分类计算的 探明储量 约为按中国

1986 年分类计算的 探明储量 的2/3.

2004 年《矿产资源/储量分类》将煤储量分类分为

4 类:储量、基础储量、资源量和查明资 源储量. 其中, 储量是基础储量中的经济可采部分, 用扣除了设计、 采矿损失后的数量表示, 相当于国际通行分类中的 可采储量 (通常未冠以 可采 两字),资源量是查明了矿产资 源的一部分, 是指仅经过概略研究推断的矿产资源或虽经可行性研究, 但其经济意义在边际 经济以下(包括次边际的和内蕴经济的)探明的或控制的那部分矿产资源,大致相当于探明储 量.基础储量也是查明矿产资源的一部分,即1986 年分类中的 远景储量 ,是经详查或勘 探且经过预可行性或可行性研究的, 其经济意义是经济的或边际经济的那部分查明矿产资源, 查明资源储量 即1986 年分类中的 探明储量 . 1.2.2 世界煤炭储量概况 地球上的煤炭资源非常丰富,煤炭是世界上储量最多的化石能源.根据 BP 最新统计,截至

2008 年末全世界煤炭探明储量达 8260.01 亿吨, 按目前的生产速度可开采

122 年, 平均储采 比逐年下降.其中烟煤和无烟煤 4113.21 亿吨,次烟煤和褐煤 4146.80 亿吨.而中国经济可 2. 林伯强.中国能源发展报告 2008. 北京:中国财政经济出版社,2008 3. A 级储量:通过较密集的勘探工程控制,对煤层、煤质、煤类、构造及岩浆岩等地质条件作了详细研究 所计算的储量. B 级储量:通过系统的勘探工程控制,对煤层、煤质、煤类、构造和岩浆岩等地质条件作了较详细研究 所计算的储量,或者由 A 级储量块段根据规定外推的储量. C 级储量:通过一定的勘探工程控制,对煤层、煤质、煤类和构造等地质条件作了一定研究所计算的储 量,或者由 B 级储量块段根据规定外推的储量. D 级储量:通过地质填图配合稀疏勘探工程控制,对煤层、煤质、煤类和构造等地质条件作了初步了解 所计算的储量. 开发的剩余可采储量为

1145 亿吨,占世界总储量的 13.9%,仅次于美国和俄罗斯,排名第 三.但由于煤炭生产和消费数量很大,储采比仅为 41,远低于美国的 224,而俄罗斯的储采 比更是高达 481.在中国的剩余可采量中,烟煤和无烟煤为

622 亿吨,次烟煤和褐煤为

523 亿吨. 整体上看,世界煤炭储量主要集中在北半球,北半球的煤炭资源居绝对优势.世界 92%以 上的煤炭地质储量和 89%以上的经济可采储量都集中在北半球.相比之下,南半球的煤炭 资源则要少得多, 煤炭地质储量和经济可采储量分别仅占世界的 8%和11%. 北半球北纬 30~

70 度之间是世界上最主要的聚煤带,这一地区的煤炭储量占世界储量的 70%以上.其中又以 亚太和北美地区最为丰富,分别占全球地质储量的 31.4%和29.8%.4 全球拥有煤炭资源的国家大约有

70 个,其中储量位居前十位的国家分别是美国、俄罗斯、 中国、澳大利亚、印度、乌克兰、哈萨克斯坦、南非、波兰和巴西,它们的储量总和占世界 的91.5%,具体情况见表 1-5. 表1-5

2008 年世界煤炭探明储量前十位国家 国家烟煤和无烟煤 (百万吨) 次烟煤和褐煤 (百万吨) 总计 (百万吨) 比重 (%) 储采比美国

108950 129358

238308 28.9

224 俄罗斯

49088 107922

157010 19.0

481 中国

62200 52300

114500 13.9

41 澳大利亚

36800 39400

76200 9.2

190 印度

54000 4600

58600 7.1

114 乌克兰

15351 18522

33873 4.1

438 哈萨克斯坦

28170 3130

31300 3.8

273 南非

30408 -

30408 3.7

121 波兰

6012 1490

7502 0.9

52 巴西 -

7059 7059 0.9 >

500 世界总计

411321 414680

826001 100.0

122 注:1. 煤的探明储量,通常是指通过地质与工程信息以合理的肯定性表明,在现有的经济与作业条件下, 将来可从已知储层采出的煤炭储量. 2. 储量/产量(R/P)比率,假设将来的产量继续保持在某年度的水平,那么,用该年年底的储量除以该 年度的产量所得出的计算结果就是剩余储量的可开采........