我国煤炭资源的开发与利用.ppt

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1、我国煤炭资源的开发与利用 Still waters run deep.流静水深,人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望一、煤炭 掌握的知识点：（1）煤的形成；（2）煤的主要元素组成；（3）煤的煤质指标；（4）煤的分类；（5）我国的煤炭资源情况；（6）煤的利用途径。煤是古代的植物体因为地壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，含碳量一般为46%97%。煤是重要的燃料和化学工业原料。煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。根据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84104亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资

2、源量的66.8 66.8。煤 炭1、煤的元素组成 煤是由有机物质和无机物质混合组成的。煤中有机物质主要由碳（C，82%93%）、氢（H，3.6%5%）、氧（O，1.3%10%）、氮（N，1%2%）四种元素构成，还有一些元素则组成煤中的无机物质，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；煤是黑色黄金。2、煤的成因 煤是怎样形成的？在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、蕨类、灌木、乔木等植物。但在不同时代海平面常有变化.当水面升高时，植物因被淹而死亡。如果这些死亡的植物被沉积物覆盖而不透氧气，植物就不会完全分解，而是在地下形成有机地层。随着海平面的升降，会产

3、生多层有机地层。经过漫长的地质作用，在温度增高、压力变大的还原环境中，这一有机层最后会转变为煤层。因埋深和埋藏时间的差异，形成的煤也不尽相同。煤的科学分类为煤炭的合理开发和利用提供了基础，通常最简单的分类方法是根据煤中干燥无灰基挥发分含量将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类。3、煤的分类煤质指标 水分（外部水、内部水和化合水）灰分（煤完全燃烧后，其中矿物质的固体残余物）挥发分（在隔绝空气的条件下，将煤加热到850左右，从煤中有机物质分解出来的液体和气体产物称为挥发分。）发热量（单位质量煤完全燃烧时所放出的热量）拓展-各煤种的用途 无烟煤：是煤化程度最高的煤，含碳量90%以上。特点：挥发分低、比重大

4、、硬度高、燃烧时烟少、火苗短、火力强。无烟煤通常作民用和动力燃料；质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料以及作铸造燃料等；用优质无烟煤还可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和炭素材料。中国无烟煤行业特点（1）从资源量来看，中国无烟煤保有储量1156亿吨，仅占煤炭保有储量的11.5%，资源主要分布于山西和贵州，其次是河南和四川。山西省的无烟煤，只有产于山西组中的灰分和硫分较低，而产于太原组中的则多为中高硫至特高硫煤；贵州省和四川省的无烟煤多属高硫至特高硫煤；河南省的无烟煤灰分、硫分均较低，但多属粉状构造煤，其应用范围较小；宁夏自治区汝箕沟的无烟煤，灰分、硫分都很

5、低，在国际市场上享有盛誉；湖南湘中金竹山的无烟煤，灰分为3%7.5%，硫分0.6%；宁夏碱沟山的无烟煤，灰分小于7%，硫分0.6%2.9%，为少有的优质无烟煤，但矿区规模不大，储量有限。整体来看，中国优质无烟煤相对稀缺。（2）从产能来看，无烟煤产区主要分布于阳泉、晋城、兰花、宁夏、北京、焦作、永城、神火、峰峰、邯郸、皖北等区域。主要无烟煤资源主要控制在潞安集团、阳煤集团和晋城无烟煤集团等大型国有煤企。烟煤：燃烧时火焰较长而有烟的煤，煤化程度较大的煤。外观呈灰黑色至黑色，粉末从棕色到黑色。由有光泽的和无光泽的部分互相集合合成层状，沥青、油脂、玻璃、金属、金刚等光泽均有，具明显的条带状、凸镜状构造

6、。该种煤含碳量为7590，不含游离的腐殖酸。大多数具有粘结性；发热量较高。燃烧时火焰长而多烟。多数能结焦。根据挥发分含量、胶质层厚度或工艺性质，可分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤、瘦煤等。用作炼焦、炼油、气化、低温干馏及化学工业等的原料，也可直接用作燃料。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。由于它富含挥发份，所以易于燃烧并冒烟。剖面上可以清楚地看出原来木质的痕迹。含有可溶于碱液内的腐殖酸。含碳量6077。主要用于发电厂的燃料，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。代 号 等级名称技术要求Ad（%）SLA特低灰煤5LA低

7、灰分煤5.0110LMA低中灰煤10.0120MA中灰分煤20.0130MHA中高灰煤30.0140HA高灰分煤4050煤炭灰分等级划分标准2）其他分类方式煤的挥发分分级标准技术要求 低挥发分 中挥发分 中高挥发分 高挥发分Vdaf（%）20 20.0128 28.013737代 号 等级名称技术要求Qnet,ar（MJ/kg）LC低热值煤8.512.5ML中低热值煤12.5117MC中热值煤17.0121MH中高热值煤21.0124HC高热值煤24.0127SH特高热值煤27煤的发热量等级划分标准代 号 等级名称技术要求Std（%）SLS特低硫煤0.5LS低硫分煤0.511LMS低中硫煤1.

8、011.5MS中硫分煤1.512MHS中高硫煤2.013HS高硫分煤3煤炭硫分等级划分标准4、中国煤炭资源总体特点（1）资源总量相对分布不均1）煤炭资源与地区的经济发达程度呈逆向分布 煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、黑龙江、辽宁、山东、新疆等几个省区。造成了“北煤南运”和“西煤东调”的被动局面。大量煤炭自北向南、由西到东长距离运输，给煤炭生产和运输造成了极大的压力。2）煤炭资源与水资源呈逆向分布（2）煤种齐全，但不均衡优质动力煤丰富，优质无烟煤和优质炼焦用煤不多。（3）煤质较好含硫量小于1%的低硫煤约占65%。（4）煤层埋藏较深，适于露天开采的储量很少，适于露天开采的中、高变质煤更少；共

9、伴生矿产种类多，资源丰富。我国的人均煤炭资源现状 中国煤炭资源总量虽然较多，但探明程度低，人均占有储量较少，按1999年人均可采储量对比，中国人均可采储量仅为90.9吨，约为世界人均可采储量的55%。（1）露天开采：露天开采的优点是开采效率高，生产成本低，建设周期短，劳动条件好，安全性高。缺点是易受气候和季节影响，矸石占地面积大。（2）矿井开采：凡是不经济或不适合露天开采的煤田就必须采用矿井开采。煤炭的利用途径根据煤炭的使用目的，目前主要两大主要用途：(1)动力煤，(2)炼焦煤。我国动力煤的主要用途有：1)发电用煤：我国约1/3 以上的煤用来发电，目前平均发电耗煤为标准煤370g/(kWh)左

10、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2%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l0%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30%。5)生活用煤：生活用煤的数量也较大，约占燃料用煤的20%。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

11、目前钢铁等行业的主要生产原料，被喻为钢铁工业的“基本食粮”。焦 炭 烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料。7、我国的煤炭消费现状 我国是世界上最大的煤炭消费国。在我国煤炭消费中，煤炭的加工、转换（包括洗选、发电、供热、炼焦、制气及煤制品加工等）增长迅速，而煤炭终端消费增长缓慢。（1）煤炭加工技术1）煤炭洗选技术2）粉煤成型技术3）动力煤配煤技术4）水煤浆技术1）煤炭

12、洗选技术 利用煤和杂质（矸石）的物理、化学性质的差异，通过物理、化学或微生物分选的方法使煤和杂质有效分离，并加工成质量均匀、用途不同的煤炭产品的一种加工技术。按选煤方法的不同，可分为物理选煤、物理化学选煤、化学选煤及微生物选煤等。煤炭洗选技术的优点（1）提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放煤炭洗选可脱除煤中50%80的灰分、30%40的全硫（或60%80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿t动力煤一般可减排6070万tSO2，去除矸石16Mt。（2）提高煤炭利用效率，节约能源研究表明：炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁高炉的利用系数可提高3.

13、99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200360J/g,每度电的标准煤耗增加25g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%8%；（3）优化产品结构，提高产品竞争能力发展煤炭洗选有利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。我国煤炭消费的用户多，对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，若不发展选煤便无法满足市场要求。（4）减少运力浪费由于我国的产煤区多远离用煤多的经济发达地区，煤炭的运量大，运距长，平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可

14、节省运力9600Mt.km。2）粉煤成型技术（将煤粉加工成型煤的作业）民用型煤工业型煤型煤技术的研究应着力于开发强度高、防水性好、适合于长途运输的型煤及其配套工艺设备和粘结剂，以及研制固硫工业型煤等技术上。3）动力煤配煤技术意义重大，主要表现在：a、提高热效率节约煤炭；b、充分利用煤炭资源，做到物尽其用；c、可以利用劣质煤；d、有利于拓展煤炭资源，减轻环境污染。4）水煤浆技术石油产品供不应求，煤代油势在必行；便于储运。水煤浆利用储量丰富、价格低廉的煤炭作为主要原料，使用浮选精煤或水洗煤进行研磨加工、细化，再辅以27%35%的水和约1%的化学添加剂，经过多道严密工序，层层筛除煤炭中不能充分燃烧的

15、成份及产生污染的硫、灰等杂质，只将炭本质留下来，制出性能像油的水煤浆成品。水煤浆具有浓度高、流变性好、耐储存等特点。它能象油一样泵送、雾化燃烧，燃烬率能达到98%以上，只产生极少的灰渣。水煤浆用储罐进行运输和储存，避免了运输和储存过程中的污染，并减少了储存时的占地面积，无论储存还是排放指标均能达到国家一类地区的环保要求。（2）煤炭转化技术 煤炭转化是指通过化学加工或热加工的方法，将煤转化成一系列气体、液体和固体等化学产品的过程。1）煤炭的干馏技术2）煤炭气化技术3）煤炭地下气化4）煤炭的液化1）煤炭的干馏技术 煤在隔绝空气的条件下加热，将产生一系列的热分解过程，得到气态、液态和固体产物。干馏得

16、到的固体产物：冶金焦炭 从煤干馏得到的挥发分中可以回收煤焦油和煤气等产物。温度高于950的过程称为高温干馏，如采用合适的烟煤干馏可得冶金焦炭。当煤料的温度高于100时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200以上时，煤中结合水释出；高达350以上时,粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400500大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450550，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于550，半焦继续分解,析出余下的挥发物（主要成分是氢气），半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800，半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时，

17、一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）煤干馏的过程煤炭气化技术应用领域：工业燃气民用煤气化工合成和燃料油合成原料气冶金还原气联合循环发电燃气燃料电池煤炭气化制氢煤炭液化的气源 煤炭地下气化是将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧，通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体的过程。煤炭地下气化是集建井、采煤、气化工艺为一体的多学科开发洁净能源与化工原料的新技术，其实质是只提取煤中含能组分，变物理采煤为化学采煤，因而具有安全性好、投资少、效率高、污染少等优点，被誉为第二代采煤方法。3）煤炭地下气化煤炭地下气化的优点 煤炭地下气化技术使煤炭不

18、需要开采、运输，不需要地面洗选、加工、转化，节约了大量建井、采煤、选煤工程投资，大大减少了煤炭运输费用，减少了地面建气化站设施的投资。前苏联的实际工作有力地证明了煤炭地下气化具有基本建设投资省、建站周期短、生产效率高、煤的回采率高、生产成本低、生产系统简单且安全、没有三废外排问题、环境效益好等优点。美国专家对煤气化及利用过程进行经济分析后指出，地下气化与地面气化生产相同下游产品相比成本下降：（1）生产合成气为43%；（2）生产天然气代用品为10%18%；（3）发电为27%。据前苏联列宁格勒活力发电设计院计算，地下气化热力电厂与燃煤电厂相比：（1）厂房空间可减少50%；（2）锅炉金属耗量可降低3

19、0%；（3）运行人数可减少37%。煤炭地下气化的劣势 很难控制气化过程中在地下产生的种种反应，合成气成分波动过大。受煤层和地质影响大，容易造成井井之间相互漏水、通气等情况。气化后出来的气体成分不稳定，有待改善气化剂种类与含量。地下燃烧、气化情况不好控制，应加大地下气化过程的监控力度。4）煤炭的直接液化 煤直接加氢液化是采用高温、高压氢气，在催化剂和溶剂作用下进行裂解、加氢等反应，将煤直接转化为分子量较小的燃料油和化工原料。神华集团已经开始在内蒙古鄂尔多斯建设世界上第一条每天6000吨煤的商业液化生产线，最终每年可产油品500万吨以上。5）煤炭的间接液化 煤的间接液化是将煤气化得到的原料气，在一

20、定条件下（温度和压力），经催化合成石油及其他化学产品的加工过程，又称一氧化碳加氢法。从2003年7月起，兖矿集团开始在下属的鲁南化工厂建立万吨级中试装置，该装置从2004年4月开始出油，至今一直在平稳运行。兖矿计划设在新疆的煤制油厂采用兖矿研发的低温费托合成煤间接液化技术，设计的年产量为108万吨油品。8、中国煤的利用方向提高价值洁净利用高效利用煤系共伴生资源利用9、煤炭利用中存在的问题 煤炭开采过程中的问题 煤炭加工过程中的问题 煤炭运输过程中的问题 煤炭利用过程中的问题（1）煤矿开采过程中的问题开采过程中的影响：开采过程中事故与职业性伤亡，地面与地面生态环境的破坏。1）开采中对土地资源的破

21、坏：地表塌陷 水土流失和沙漠化 固体废弃物压占污染土地等 对水资源也造成破坏和污染 煤矿废水的影响 2）煤炭开采过程中对大气的污染：矿井瓦斯 矸石自燃释放的气体。拓展：煤矸石利用与处置A、煤矸石：煤伴生废石。在掘进、开采和洗煤过程中排出的固体废物。是碳质、泥质和砂质页岩的混合物，具有低发热值。含碳20%30%，发热值约为8001500卡/克。B、煤矸石主要成分：无机成分主要是硅、铝、钙、镁、铁的氧化物和某些稀有金属。其化学成分组成的百分率：SiO2为 5265；Al2O3为 1636；Fe2O3为 2.2814.63;CaO为0.422.32;MgO为0.442.41;TiO2为0.904;P

22、2O5为0.0070.24;K2O+Na2O为1.453.9；V2O5为0.0080.03。C、煤矸石的危害：煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。煤矸石利用与处置D、中国煤矸石的现状 煤矸石是指煤炭开采、洗选加工过程中产生的固体废弃物，也是可利用的资源，具有双重性。从煤炭开采来看，中国每年生产1亿t煤炭，排放矸石1400万t 左右（排量为10%左右）；从煤炭洗选加工来看，每洗选1亿t炼焦煤，排放矸石量2000万t，每洗1亿t动力煤，排放矸石量1500万t。2005年，国内各类煤矿生产煤炭 104

23、5亿t，洗煤385亿t，排放矸石量19-20亿t。2005年，全国国有煤矿现有矸石山1500余座，堆积量30亿t以上（占中国工业固体废物排放总量的40%以上）。E、煤矸石的利用途径（1）回收煤炭和黄铁矿（FeS2）：通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿。或从选煤用的跳汰机平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。（2）煤矸石发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电。中国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物（发热量每公斤约2000大卡）发电，目前向循环流化床技术转移。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。（3）制

24、造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，可以少挖良田。烧砖时，利用煤矸石本身的可燃物，可以节约煤炭。煤矸石利用与处置煤的洗选可以除去低品位的煤矸石，减少70的灰分和近一半的硫分，因而能大大地提高煤的质量和燃烧效率，并减少无效运输；煤在洗选中要排出大量洗煤水；干燥时要产生灰尘、NOX和SOx。煤的气化和液化过程中会排出大量污染物，对环境造成影响。（2）煤炭加工过程对环境的影响（3）煤炭运输过程对环境的影响 煤炭储运形成的环境问题：煤尘飞扬和浸水造成煤的损失和大气与水体的污染；增加环境噪音。（4）煤炭利用过程对环境的影响 酸雨危害 对人体健康造成严重危害：煤烟即可以直接作用于呼吸系统，诱发和加重慢性阻塞性肺炎等，也可以间接地作用在其它系统，引起死亡率的增加。由大气污染引起的典型疾病有：慢性阻塞性肺疾患，肺癌，氟病等。