煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一,进入二十一世纪以来,虽然煤炭的价值大不如从前,但毕竟目前和未来很长的一段时间之内煤炭还是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一,煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定,煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环。
根据国家科委推荐的《中国煤炭分类方案》,我国煤炭分为十大类,一般将瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘结、不粘结、长焰煤等统称为烟煤;贫煤称为半无烟煤;挥发分大于40%的称为褐煤。
无烟煤可用于制造煤气或直接用作燃料,烟煤用于炼焦、配煤、动力锅炉和气化工业;褐煤一般用于气化、液化工业、动力锅炉等。
国标煤炭分类
国标把煤分为三大类,即无烟煤、烟煤和褐煤,共29个小类。无烟煤分为3个小类,数码为01、02、03,数码中的“0”表示无烟煤,个位数表示煤化程度,数字小表示煤化程度高;烟煤分为12个煤炭类别,24个小类,数码中的十位数(1~4)表示煤化程度,数字小表示煤化程度高;个位数(1~6)表示粘结性,数字大表示粘结性强;褐煤分为2个小类,数码为51、52,数码中的“5”表示褐煤,个位数表示煤化程度,数字小表示煤化程度低。
在各类煤的数码编号中,十位数字代表挥发分的大小,如无烟煤的挥发分最小,十位数字为0,褐煤的挥发分最大,十位数字为5,烟煤的十位数字介于1~4之间,个位数字对烟煤类来说,是表征其粘结性或结焦性好坏,如个位数字越大,表征其粘结性越强,如个位数字为6的烟煤类,都是胶质层最大厚度Y值大于25mm的肥煤或气肥煤类,个位数为1的烟煤类,都是一些没有粘结性的煤,如贫煤、不粘煤和长烟煤。个位数字为2~5的烟煤,他们的粘结性随着数码的增大而增强 。
(1)水分(M)
煤的水分分为两种,一是内在水分(Minh),是由植物变成煤时所含的水分;二是外水(Mf),是在开采、运输等过程中附在煤表面和裂隙中的水分.全水分是煤的外在水分和内在水分总和。一般来讲,煤的变质程度越大,内在水分越低。褐煤、长焰煤内在水分普通较高,贫煤、无烟煤内在水分较低。
水分的存在对煤的利用极其不利,它不仅浪费了大量的运输资源,而且当煤作为燃料时,煤中水分会成为蒸汽,在蒸发时消耗热量;另外,精煤的水分对炼焦也产生一定的影响。一般水分每增加2%,发热量降低100kcal/kg(大卡/千克);冶炼精煤中水分每增加1%,结焦时间延长5-10min。
(2)灰分(A)
煤在彻底燃烧后所剩下的残渣称为灰分,灰分分外在灰分和内在灰分。外在灰分是来自顶板和夹研中的岩石碎块,它与采煤方法的合理与否有很大关系。外在灰分通过分选大部分能去掉。内在灰分是成煤的原始植物本身所含的无机物,内在灰分越高,煤的可选性越差。灰是有害物质.动力煤中灰分增加,发热量降低、排渣量增加,煤容易结渣;一般灰分每增加2%,发热量降低100kcal/kg左右。冶炼精煤中灰分增加,高炉利用系数降低,焦炭强度下降,石灰石用量增加;灰分每增加1%,焦炭强度下降2%,高炉生产能九下降3%,石灰石用量增加4
%。
(3)挥发分(V)
煤在高温和隔绝空气的条件下加热时,所排出的气体和液体状态的产物称为挥发分。挥发分的主要成分为甲烷、氢及其他碳氢化合物等。它是鉴别煤炭类别和质量的重要指标之一。一般来讲,随着煤炭变质程度的增加,煤炭挥发分降低。褐煤、气煤挥发分较高,瘦煤、无烟煤挥发分较低。
(4)固定碳含量(FC)
固定碳含量是指除去水分、灰分和挥发分的残留物,它是确定煤炭用途的重要指标。从100减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即煤的固定碳含量。根据使用的计算挥发分的基准,可以计算出干基、干燥无灰基等不同基准的固定碳含量。
(5)发热量(Q)
发热量是指单位质量的煤完全的燃烧时所产生的热量,主要分为高位发热量和低位发热量。煤的高位发热量减去水的汽化热即是低位发热量。发热量国际单位为百万焦耳/千克(MJ/kg),常用单位大卡斤克,换算关系为:1MJ/kg=239.14kcal/kg?1J=0.239gcal?1cal=4.18J。如发热量550kcaL/g,5500kcal/kg=550÷239.
14=23MJ/kg.为便于比较,我们在衡量煤炭时消耗时,要把实际使用的不同发热量的煤炭换算成标准煤,标准煤的发热量为29.27MJ/kg(700okcal/kg)。国内贸易常用发热量标准为收到基低位发热量(Qnet,ar),它反映煤炭的应用效果,但外界因素影响较大,如水分等,因此Qnet,ar不能反映煤的真实品质。国际贸易通用发热量标准为空气干燥基高位发热量(Qnet,ar),它能较为准确的反映煤的真实品质,不受水分等外界因素影响。在同等水分、灰分等情况下,空气干燥基高位发热量比收到基低位发热量高1.25MJ/g(300kcal/kg)左右。
(6)胶质层最大厚度(Y)
烟煤在加热到一定温度后,所形成的胶质层最大厚度是烟煤胶质层指数测定中利用探针测出的胶质体上、F 层面差的最大值。它是煤炭分类的重要标准之一。动力煤胶质层厚度大,容易结焦;冶炼精煤对胶质层厚度有明确要求。
(7)粘结指数(G)
在规定条件下以烟煤在加热后粘结专用无烟煤的能力,它是煤炭分类的重要标准之一,是冶炼精煤的重要指标。枯结指数越高,结焦性越强。
应用范围
煤炭的用途十分广泛,可以根据其使用目的总结为三大主要用途:动力煤、炼焦煤、煤化工用煤,主要包括气化用煤,低温干馏用煤,加氢液化用煤等。
动力煤
(1)发电用煤:中国约1/3以上的煤用来发电,平均发电耗煤为标准煤370g/(kW·h)左右。电厂利用煤的热值,把热能转变为电能。
(2)蒸汽机车用煤:占动力用煤3%左右,蒸汽机车锅炉平均耗煤指标为100kg/(万吨·km)左右。
(3)建材用煤:约占动力用煤的13%以上,以水泥用煤量最大,其次为玻璃、砖、瓦等。
(4)一般工业锅炉用煤:除热电厂及大型供热锅炉外,一般企业及取暖用的工业锅炉型号繁多,数量大且分散,用煤量约占动力煤的26%。
(5)生活用煤:生活用煤的数量也较大,约占燃料用煤的23%。
(6)冶金用动力煤:冶金用动力煤主要为烧结和高炉喷吹用无烟煤,其用量不到动力用煤量的1%。
炼焦煤
中国虽然煤炭资源比较丰富,但炼焦煤资源还相对较少,炼焦煤储量仅占中国煤炭总储量27.65%。
炼焦煤类包括
气煤(占13.75%),
肥煤(占3.553%),
主焦煤(占5.26%),
瘦煤(占4.01%),其他为未分牌号的煤(占0.55%);非炼焦煤类包括
无烟煤(占10.93%),
贫煤(占5.55%),弱粘煤(占1.74%),不粘煤(占13.8%),长焰煤(占12.52%),
褐煤(占12.76%),天然焦(占0.3%),未分牌号的煤(占13.80%)和牌号不清的煤(占1.06%)。
炼焦煤的主要用途是炼焦炭,焦炭由
焦煤或混合煤高温
冶炼而成,一般1.3吨左右的焦煤才能炼一吨焦炭。焦炭多用于炼钢,是钢铁等行业的主要生产原料,被喻为
钢铁工业的“基本食粮”。
中国是焦炭生产大国,也是世界焦炭市场的主要出口国。2003年,全球焦炭产量是3.9亿吨,中国焦炭产量达到1.78亿吨,约占全球总产量的46%。在出口方面,2003年中国共出口焦煤1475万吨,其中出口欧盟458万吨,约占1/3。2004年,中国共出口焦炭1472万吨,相当于全球焦炭贸易总量的56%,国际焦炭市场仍供不应求。2008年中国焦炭产量总计约32700万吨,2009年1月至9月焦炭产量25276.87万吨