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1第一章：煤及水煤浆的性质第一节：煤及煤分析一：中国的能源结构及需求预测：1：煤炭在中国能源和经济发展中的重要地位：中国是世界煤炭生产和消费大国，从1995年到2004年，中国年原煤产量一直居世界第一位，中国一次能源消费结构中煤炭占70%左右，火力发电用煤占煤炭消费总量的45%左右，随着世界原油消费量的大幅上涨，原油贮量的降低，煤炭消费在整个能源消费中所占的比重必将逐年上升，同时，随着中国煤化工的急速发展，煤气化，煤液化及以煤炭作为生产化工产品的原料需用量也将逐年增长,下表是未来20年中国石油煤炭产量及需求预测：表一：中国未来石油，煤炭产量及需求预测：产量年石油（Mt）煤炭（Mt）天然气（亿m3）产量消费量进口量产量消费量2000163.0229.669.6998939.7242.32010170290120140013509002020180390210160015801500预计2010年中国人口为13.5亿，按人均能源消费标准煤：1.55t计算（相当于世界平均水平的75%），需标准煤总量为21亿吨，若煤炭占能源消费总量的55-56%，油气占36-38%，则油气进口量将达到2.1亿-2.6亿吨，因受国内油气资源的制约，中国一次能源消费结构中，煤炭所占比例降到55%以下的可能性不大，从中国的能源资源条件和能源安全方面考虑，应立足于中国的煤炭资源，积极发展洁净煤技术，以煤带油，以缓解大量进口石油造成的压力和风险，所以，发展中国的煤气化产业大有可为。2：中国煤田的利用现状和存在问题a:煤炭利用的现状：中国的煤炭利用方式以燃烧为主，据统计1999年作为燃料烧掉的煤炭占煤炭消费总量的86%，其中发电占41%，工业锅炉，窑炉占33%，焦化和气化占12.5%，下表列出的是1999年的中国煤炭消费及构成：2项目总消费量发电工业锅炉及窑炉焦化及气化居民生活及其他消费量/Mt1264512415158179构成%10040．5132．8312．5014．162000年中国煤炭消费量为1220Mt，其中发电耗煤528.1Mt,占43.3%，发电用煤以每年3-6%的速度增长，随着油气价格上涨，化工原料用煤将有较大增长。b:中国煤炭利用存在的问题：①综合利用效率低：中国煤炭燃烧技术比较落后，综合利用效率约为32%，与世界先进水平相比有很大差距，比发达国家低10%左右，以发电耗煤为例，中国平均为399g/kwh,比日本高出89g/kwh,下表列出了1999年中国主要工业产品能耗与国际水平的比较：项目发电（g/kwh）钢铁（kg/t）水泥（kg/t）合成氨（kg/t）乙烯（kg/t）中国（a）399833193.813991277日本（b）310680124.6970(美国)870a/b1.241.231.561.441．47②能耗高，节能潜力大：目前中国万元GDP能耗为1.84tec,而美国为0.483tec,中国是美国的3.8倍，预计能源利用效率提高一个百分点，则可收到300亿元的经济效益。③煤炭生产效率低成本高：中国煤炭行业中重点国营煤矿生产效率低，成本高，总体亏损严重。1998年中国重点煤矿全员效率仅为2.18t煤/工，美国为118.85t/工，澳大利亚为108.1t/工，分别是中国的54.5倍，和49.6倍。1999年中国重点煤矿亏损约50亿元。近几年来中国煤炭行业进行结构调整，提高生产效率，降低成本取得了一定成效，2001年出现全行业盈利的大好局面。④环境污染严重：中国在煤炭生产和利用过程中给生态环境造成严重污染，燃煤排放的SO2占全国总排放量的85%,据世界首位，CO2排放量仅次于美国居世界第二位。在未3来20年中中国煤炭产量将增加6亿吨，其中5亿吨用于发电，如何采取高效清洁燃烧技术，提高利用效率，减少SO2及CO2的排放量，保护生态环境，是中国煤炭利用中必须解决的重大课题。下表是1990——2020年中国及世界CO2排放量：19901995199920102020美国13521495151718352088中国61776566911271692世界总计58276139609779109850二．煤的分类1．煤的实用分类：煤的实用分类又称煤的工业分类。按煤的工艺性质和用途分类，称为实用分类。中国煤分类和各主要工业国的煤炭分类均属于实用分类，以下详细介绍我国煤实用分类的情况。根据煤的煤化度，将我国所有的煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大煤类。又根据煤化度和工业利用的特点，将褐煤分成2个小类，无烟煤分成3个小类。烟煤比较复杂，按挥发分分为4个档次，即Vdaf＞10～20%、＞20～28%、＞28～37%和＞37％，分为低、中、中高和高四种挥发分烟煤。按粘结性可以分为5个或6个档次，即GR．I．为0～5，称不粘结或弱粘结煤；GR．I．＞5～20，称弱粘结煤；GR．I．＞20～50，称为中等偏弱粘结煤；GR．I．＞50～65，称中等偏强粘结煤；GR．I．＞65，称强粘结煤。在强粘结煤中，若y＞25mm或b＞150%(对于Vdaf＞28%，的肥煤，b＞220%)的煤，则称为特强粘结煤。各类煤的基本特征如下：(1)无烟煤(WY)。无烟煤固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤；02号无烟煤为典型无烟煤；03号无烟煤为年轻无烟煤。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。(2)贫煤(PM)。贫煤是煤化度最高的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。在层状炼焦炉中不结焦。燃烧时火焰短，耐烧。(3)贫瘦煤(PS)。贫瘦煤是高变质、低挥发分、弱粘结性的一种烟煤。结焦年份项目4较典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的焦粉较多。(4)瘦煤(SM)。瘦煤是低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。在炼焦时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭，但焦炭的耐磨性较差。(5)焦煤(JM)。焦煤是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但单独炼焦时，产生的膨胀压力大，使推焦困难。(6)肥煤(FM)。肥煤是低、中、高挥发分的强粘结性烟煤。加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度较高的焦炭，其耐磨性有的也较焦煤焦炭为优。缺点是单独炼出的焦炭，横裂纹较多，焦根部分常有蜂焦。(7)1／3焦煤(1／3JM)。1／3焦煤是新煤种，它是中高挥发分、强粘结性的一种烟煤，又是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭。(8)气肥煤(QF)。气肥煤是一种挥发分和胶质层都很高的强粘结性肥煤类，有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品。(9)气煤(QM)。气煤是一种煤化度较浅的炼焦用煤。加热时能产生较高的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤，能够单独炼焦。但焦炭多呈细长条而易碎，有较多的纵裂纹，因而焦炭的抗碎强度和耐磨强度均较其他炼焦煤差。(10)1／2中粘煤(1／2ZN)。1／2中粘煤是一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。其中有一部分在单独炼焦时能形成一定强度的焦炭，可作为炼焦配煤的原料。粘结性较差的一部分煤在单独炼焦时，形成的焦炭强度差，粉焦率高。(11)弱粘煤(RN)。弱粘煤是一种粘结性较弱的从低变质到中等变质程度的烟煤。加热时，产生较少的胶质体。单独炼焦时，有的能结成强度很差的小焦块，有的则只有少部分凝结成碎焦屑，粉焦率很高。(12)不粘煤(BN)。不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当氧化作用的低变质程度到中等变质程度的烟煤。加热时，基本上不产生胶质体。煤的水分大，有的5还含有一定的次生腐植酸，含氧量较多，有的高达10%以上。(13)长焰煤(CY)。长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，从无粘结性到弱粘结性的都有。其中最年轻的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。煤化度较高的年老煤，加热时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时也能结成细小的长条形焦炭，但强度极差，粉焦率很高。(14)褐煤(HM)。褐煤分为透光率Pm＜30％的年轻褐煤和Pm＞30～50％的年老褐煤两小类。褐煤的特点为：含水分大，密度较小，无粘结性，并含有不同数量的腐植酸，煤中氧含量高。常达15～30%左右。化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重。存放空气中易风化变质、破碎成效块甚至粉末状。发热量低，煤灰熔点也低，其灰中含有较多的CaO，而有较少的Al2O3。三．煤的形成机理：煤是植物遗体经过复杂的生物，地球化学，物理化学作用转变而成。从植物死亡，堆积到转变为煤经过了一系列的演化过程，这个过程称为成煤作用。成煤作用大致可分为两个阶段，第一阶段是植物在泥炭沼泽中不断繁衍，其遗体在微生物参加下不断分解，化合，聚集的过程，在这个过程中起主导作用的是生物地球化学作用，在这个作用下低等生物形成腐泥，高等植物形成泥碳，这个过程一般被称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。即泥炭，腐泥在温度和压力起主导作用下转变为煤的过程，这个阶段包括成岩作用和变质作用，起主导作用的是物理化学作用。泥炭先变成褐煤（成岩阶段），再由褐煤变成烟煤。成煤原始物质是影响煤质的重要因素之一，原始物质组成不同所形成的煤的性质也不一样，如成煤植物主要是植物的根茎等木质纤维物质，则煤的氢含量就比较低，如果成煤物是由含脂类化合物多的角质膜，木栓层，树脂，孢粉所形成的煤，则成煤中的氢含量较高，根据成煤植物，成因，化学性质和岩石组成的不同，将煤可划分为以高等植物为主形成的腐植煤和以低等植物为主形成的腐泥煤。在自然界腐泥煤很少见，而工业开采的绝大多数是腐植煤，腐植煤的形成经过了以下几个阶段，首先，高等植物死亡后经过泥炭化作用变成泥炭，初级泥炭形成后，经过长期的煤化作用，根据煤化作用过程中温度压力的不同，泥炭可变成褐煤，烟煤，无烟煤再到超级无烟煤。四．煤的工业分析:6煤的工业分析也叫技术分析或实用分析，包括煤中水分，灰分，挥发份的测定及固定碳的计算。煤的工业分析是了解煤质特征的基础指标也是评价煤质的基本依据，根据工业分析的各项测定结果可以初步判断煤的性质，种类及其工业利用途径。1.煤的水分煤里面都含有水分，水分的含量和存在状态与外界条件和煤的内部结构有关。根据水在煤里面的存在状态，将煤中水分分别称为外在水分、内在水分以及同煤中矿物质结合的结晶水、化合水。外在水分是附着在煤的表面和被煤的表面大毛细管吸附的水。当煤放在空气中存放时，煤中的外在水分很容易蒸发，蒸发到煤表面的水蒸气压和空气的相对湿度平衡时为止。失去外在水分的煤叫空气干燥煤，当这种煤制成粒度为分析用的试样时，就叫分析煤样。用空气干燥状态煤样化验所得的结果，就是空气干燥基（原称分析基）的化验结果。内在水分是指吸附和凝聚在煤颗粒内部的毛细管中的水，在常温下这部分水不能失去，只有加热到一定温度时，才能失去。当煤颗粒中的毛细管吸附的水分达到饱和状态时，内在水分达到最高值，这种水分称为最高内在水分。由于煤的孔隙度同煤化程度间有一定规律关系，所以最高内在水分能在一定程度上表示煤化程度，能较好地区分变质程度较浅的煤。结晶水和化合水是指煤中矿物质里以分子形式和离子形式参加矿物晶格构造的水分，如石膏（CaSO4·2H2O）、高岭土A14Si4O10（1OH）8分子结构中的水分结晶水和化合水通常要在200℃以上才能分解析出。在煤的工业分析中，一般不作测定。在煤的工业分析中测定的水分可分为收到基煤样水分及分析煤样水分两种。收到基煤样水分是指即将应用的煤的全水分，它包括内在水分和外在水分。煤中的水分对工业利用是不利的，它对运输储存和使用都有一定影响，同一种煤，其发热量将随水分的升高而降低，煤在燃烧时，需要消耗很多热量来蒸发煤中的水分，从而增加了煤耗，水分高的煤，不仅增加了运输成本，同时给储存带来一定困难。2：灰份灰份是煤样在815±10℃燃烧至恒重时残留物的重量分率。7灰份的计量方法：称取一定量煤样，放入箱形电炉内，然后于815℃灼烧至恒重，残留物重量占煤原重量的百分数作为灰份。煤中的