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我国低热值动力煤在火电行业应用研究.pdf 54页
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日期：7侈／3年I
煤炭资源在地域上具有分布不均衡性，而且煤炭生产中心与消耗中心成典型
的逆向分布，煤炭资源大部分分布在北方，而煤炭主要消耗地在南方沿海经济发
达省市，生产与消费格局决定了铁路煤炭运输的“西煤东调、北煤南运”基本格
局。我国动力煤产量中有大约一半用于发电。近些年，由于
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煤炭的形成与分类
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　　煤炭的形成
　　根据成煤的原始物质和条件不同，自然界的煤可分为三大类，即腐植煤、残植煤和腐泥煤，其中腐植煤在自然界中分布最广，储藏量最大，也在煤炭利用和化学加工方面占有主要地位。
　　大量的科学研究证明，煤是由植物变来的。大约三十多亿年以前，地球上就已经有单细胞低等植物存在了。在整个地质年代中的某些时期内，由于地球的气候温暖、潮湿，而且有丰富的矿物养料，因此植物生长得特别高大和繁茂。这些群落生长的陆生植物，构成了成煤的物质基础。在漫长的地质年代里，地球的造山运动和地壳不断的变动，使有些群落生长的植物随着地壳下沉，后来慢慢地被水淹没，或者被山石覆盖。在多水缺氧的情况下，堆积在水中的植物残骸受一种“厌氧细菌”(不靠空气而靠夺取植物遗体里的养分而生成的微生物)的作用，脱去不稳定的含氧物质(一般以二氧化碳和水的形式除去)，使残留物的氧和氢的含量减少，碳含量相对增高。与此同时，植物残骸还受到其他生物化学作用，产生大量的腐植酸和沥青类物质。这种既含有植物残骸未被分解的组成部分(如根、茎、叶、树皮等)，又含有腐植酸，而且碳含量比植物残骸高、水分比较大的物质称为泥炭。在泥炭形成的过程中，往往出现植物生死交替和地壳不断变动的情况。如果地壳垂直下沉的速度与泥炭堆积的速度差不多，泥炭层就会不断地变厚；如果地壳垂直下沉的速度比泥炭堆积的速度大，随着时间的推移，泥炭层的上面就会被沙土覆盖而形成顶板。顶板愈厚，泥炭受压力和地热的作用愈大。地热和压力的作用，使泥炭中的腐植酸转变为腐植质；腐植质进一步受压力和温度的作用，使得大分子缩合和芳构化程度高，C/H原子比增大，氢和氧的含量减少，久而久之泥炭全部转变为变质程度不同的煤。
　　当泥炭被其他沉积物覆盖后，泥炭化作用即告结束，生物化学作用逐渐减弱以至停止，从而开始了从泥炭经褐煤和烟煤转变为无烟煤的煤化阶段。
　　由上可见，各种煤都是处于一定煤化阶段的产物。成煤植物的多样性和在漫长的成煤过程中条件的千变万化，决定了煤的多样性、复杂性和不均一性。整个成煤过程中阶段的划分、主要影响因素和相应的成煤产物等汇总于表1.1。
　　煤主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)和一些稀有元素和矿物质组成。从工业分析可以测定出煤中的水分、灰分、挥发分和固定碳的含量。
　　中国煤炭分类
　　1、中国煤炭分类的国家标准
　　我国现行的煤炭分类国家标准是1986年国家颁布的GB5751—86。该标准是从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准，将自然界中的煤划分为14大类，其中，褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类，见下表：
　　总体来说，对无烟煤和烟煤的划分比较简单，只用干燥无灰基挥发分(其代表符号是Vr)就可以把它们区分开来。即挥发分小于或等于10%的都是无烟煤，挥发分大于10%的都是烟煤。但由于烟煤的范围太大，又细分为12个小类煤。烟煤的各小类煤主要用挥发分和“粘结指数”(代表烟煤的粘结性的一项指标)来划分。只有到结焦性很强的肥煤阶段，才需要增加一个叫做胶质层最大厚度(Y值)的指标(也就是代表烟煤粘结性的指标)来区分肥煤和其它炼焦煤。即Y值大于25mm的都是肥煤(或气肥煤)，Y值25mm以下的为其它炼焦煤。至于烟煤和褐煤的划分比较复杂一些，除了用挥发分以外，还需要用“年轻煤的透光率”指标来划分(烟煤和褐煤)。所谓透光率就是利用年轻煤和稀硝酸在100℃的水中反应后生成的一种有机的有色溶液对一定波长的光线的透过率(%)。透过率越低的煤，表示它越年轻。对某些用透过率难以区分的年轻的煤，还要再用另一个年轻煤的分类指标即“恒湿无灰基煤的高位发热量”来判断它为褐煤还是烟煤中的长烟煤。
　　依照煤化程度高低，各类煤的总体归类见图1.1。
　　2、中国煤分类方案中的煤种及煤质特征
　　(1)无烟煤：煤化程度最高，含碳量高达90%—98%，含氢量较少，一般小于4%。外观呈黑至钢灰色，因其光泽强，又称白煤。硬度高，不易磨碎。纯煤的真密度为1.4—1.9g/cm3,燃点高，火焰短，化学反应弱，主要生产氮肥和民用，少数电厂也用。
　　(2)贫煤：是煤化程度最高的烟煤，受热时几乎不产生胶质体，所以叫贫煤。含碳量高达90%—92%，燃点高，火焰短，发热量高持续时间长，主要用于动力和民用。
　　(3)瘦煤：是煤化程度最高的炼焦用煤。特性和贫煤一样，区别是加热时产生少量的胶质体，能单独结焦。因胶质体少，所以称瘦煤。灰融性差，多用于炼焦。
　　(4)1/3焦煤：介于焦煤、肥煤与气煤之间的含中等或较高挥发分的强粘结性煤。单独炼焦时，能生成强度较高的焦炭。
　　(5)气肥煤：挥发分高、粘结性强的烟煤。单独炼焦时，能产生大量的煤气和胶质体，但不能生成强度高的焦炭。
　　(6)1/2中粘煤：粘结性介于气煤和弱粘煤之间的、挥发分范围较宽的烟煤。
　　(7)贫瘦煤：变质程度高，粘结性较差、挥发分低的烟煤。结焦性低于瘦煤。
　　(8)焦煤：是结焦性最好的炼焦煤，也称主焦煤。中等挥发分，一般在18%—30%，大多能单独炼焦。Y值一般在12%—25%，主要是炼焦用。
　　(9)气煤：是煤化程度最底的炼焦煤，干燥无灰基挥发分均大于30%，胶质层最大厚度在5—25mm，隔绝空气加热能产生大量煤气和焦油。主供炼焦，也作为动力煤和气化用煤。煤质低灰低硫，可选性好，是我国炼焦煤中储量最多的一种。
　　(10)肥煤：中等煤化程度的烟煤，高于气煤。挥发分一般为24%—40%，胶质层最大厚度大于25mm，软化温度低，有很强的粘结能力，是配煤炼焦的重要成分。主要用于炼焦，也作动力用煤。
　　(11)弱粘煤：粘结性较弱，煤化程度较低的煤，介于炼焦煤和非炼焦煤之间，结焦性较好，低灰低硫高热量，可选性较好。部分炼焦，大部分作动力煤和民用。
　　(12)不粘煤：挥发分相当于肥煤和肥气煤，但几乎没有粘结性，水分高，发热量低，主要作动力煤。
　　(13)长焰煤：煤化程度仅高于褐煤的最年轻烟煤，挥发分高，水分高，不粘，主要是发电和其他动力用煤。
　　(14)褐煤：是煤化程度最低的煤，外观呈褐色或黑色，与烟煤最主要的区别是褐煤含有数量不等的原生腐植酸，而烟煤不含。高水分高挥发分，低发热量低灰熔点，热稳定性差，主要是发电和动力用煤。
　　动力煤的类别和用途
　　1、动力煤的定义和特点
　　从广义上来讲，凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。
　　火电厂用煤的质量是锅炉设计和生产过程控制的重要依据。燃料煤的特性包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。煤特性指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量(碳、氢、氧、氮、硫)、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工(例如磨成煤粉)、输送和储存有直接关系。灰特性指煤灰的化学成分、高温下的特性、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影响。
　　2、动力煤的类别
　　动力用煤就类别来说，主要有褐煤、长焰煤、不粘结煤、贫煤、气煤以及少量的无烟煤。从商品煤来说，主要有洗混煤、洗中煤、粉煤、末煤等。劣质煤主要指对锅炉运行不利的多灰分(大于40%)低热值(小于15.73兆焦/千克，约合3760千卡/千克)的烟煤、低挥发分(小于10%)的无烟煤、水分高热值低的褐煤以及高硫(大于2%)煤等。
　　(1)褐煤
　　褐煤，又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。由于它富含挥发分，所以易于燃烧并冒烟。热值约为8.38-16.76兆焦/千克(千卡/千克)。多呈褐色或褐黑色。主要用于发电燃料，也可作化工原料、催化剂载体、吸附剂、净化污水和回收金属等。
　　中国褐煤资源查明资源储量为1556亿吨(2008年底)，主要分布在内蒙古东部、云南东部，东北和华南也有少量。
　　(2)长焰煤
　　长焰煤(long flame coal)是在《中国煤炭分类国家标准》中对煤化度最低的烟煤的称谓。它的挥发分特别高，燃烧时火焰长，因此而得名。该标准规定，长焰煤的干燥无灰基挥发分Vr&37%； 粘结指数G&35。长焰煤的粘结性很弱，一般不结焦，是非炼焦煤，主要作为动力和化工用煤。个别焦化厂在炼焦配合煤中，有时配用少量低灰低硫的长焰煤，以降低焦炭的灰分和硫分；但配入量不宜多，否则会使焦炭机械强度明显变坏。由于长焰煤较难粉碎，配入前应单独进行粉碎。中国典型长焰煤种有辽宁的阜新煤和铁法煤。
　　(3)贫煤
　　贫煤(meager coal)是对煤化度最高的烟煤的称谓。贫煤的干燥无灰基挥发分Vr&10%～20%，不粘结或微具粘结性，粘结指数G≤5。贫煤在加热时，不软化，不熔融；在层状炼焦炉中不结焦。单独炼焦时，不能结成焦块，为非炼焦煤。贫煤燃烧时火焰短，耐烧，通常作为工业和民用燃料。在瘦煤供应严重不足，而炼焦配合煤中又有足够粘结组分时，可少量配入贫煤作为瘦化剂。当配入贫煤时，宜将贫煤进行细粉碎，以防止在焦炭中形成裂纹中心。
　　(4)气煤
　　气煤(gas coal)，是煤化度较低的烟煤。气煤能结焦，可用作炼焦原料。但因粘结性弱，热分解时产生大量煤气和煤焦油，焦炭收缩度大，裂纹较多，必须配入焦煤、肥煤等，以提高焦炭质量。气煤是炼焦配合煤中的组分之一，还可以作为动力用煤、气化用煤和化工用煤等。也可用作气化和低温干馏等工业的原料。中国产地主要有东北抚顺、北票、鹤岗，安徽淮南，江西萍乡等。
　　(5)无烟煤
　　无烟煤(anthracite)，俗称白煤或红煤，是煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分较少，发热量很高，可达千卡/千克，挥发分释出温度较高，其焦炭没有粘着性，着火和燃尽均比较困难，燃烧时无烟，火焰呈青蓝色。
　　中国无烟煤查明储量为1340.22亿吨，占全国煤炭资源查明储量的11.56%。中国有六大无烟煤基地：北京京煤集团，晋城煤业集团，焦作煤业集团，河南永城矿区，神华宁煤集团，阳泉煤业集团。
　　无烟煤块煤主要应用于化肥(氮肥、合成氨)、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹(高炉喷吹用煤主要包括无烟煤、贫煤、瘦煤和气煤)。
　　3、动力煤的用途
　　从世界范围来看，动力煤产量占煤炭总产量的80%以上。世界10大煤炭公司主要生产动力煤，其比重约占该10大公司煤炭总产量的82%；美国动力煤产量占其总产量的90%以上；我国动力煤产量也占到煤炭总产量的70%以上。
　　在国外，动力煤绝大部分用来发电，工业锅炉也有一些用量。全世界约有55%的煤炭用于发电，煤炭需求的增量部分基本上都在电力部门。在中国的动力煤消费结构中，有65%以上是用于火力发电；其次是建材用煤，约占动力煤消耗量的20%左右，以水泥用煤量最大；其余的动力煤消耗分布在冶金、化工等行业及民用。
　　4、动力煤的质量要求
　　理论上讲，任何一种煤都可以用作动力煤。不过不同工业部门对动力煤的质量要求不一样。如不同发电厂根据锅炉设计的不同，使用不同发热量、不同挥发份的动力煤，而冶金和化工一般要求品质较高的动力煤。近年来，为了将优质煤用于发展冶金和化学工业，我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展，不少发热量很低的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂，有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。
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