一、煤的形成
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。但因埋深和埋藏时间的差异,形成的煤也不尽相同。
二、煤的开采
采煤向来是一项最艰苦的工作,当前正在花较大的力量来改善工作条件。由于煤炭资源的埋藏深度不同,开采方式一般相应地也有矿井开采(埋藏较深)和露天开采(埋藏较浅)之分。其中,可露天开采的资源量在总资源量中的比重大小,是衡量开采条件优劣的重要指标,我国可露天开采的储量仅占7.5%,美国为32%,澳大利亚为35%;矿井开采条件的好坏与煤矿中含瓦斯的多少成反比,我国煤矿中含瓦斯比例高,高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占40%以上。我国采煤以矿井开采为主,如山西、山东、徐州及东北地区大多数采用这一开采方式,也有露天开采,如内蒙古霍林河煤矿就是我国最大的露天矿区。
三、矿井开采
对埋藏过深不适于用露天开采的煤层,可用3种方法开掘通向煤层的通道,即竖井、斜井、平硐。
竖井是一种从地面开掘以提供到达某一煤层或某几个煤层通道的垂直井。从一个煤层下掘到另一个煤层的竖井称盲井。在井下,开采出的煤倒入竖井旁侧位于煤层水平以下的煤仓中,再装入竖井箕斗从井下提升上来。
斜井是用来开采非水平煤层或是从地面到达某一煤层或多煤层之间的一种倾斜巷道。斜井中装有用来运煤的带式输送机,人员和材料用轨道车辆运输。
平硐是一种水平或接近水平的隧道,开掘于水平或倾斜煤层在地表露出处,常随着煤层开掘,它允许采用任何常规方法将煤从工作面连续运输到地面。
四、露天开采:
移去煤层上面的表土和岩石(覆盖层),开采显露的煤层。这种采煤方法,习惯上叫剥离法开采,这是因为露出地面的煤已开采殆尽,有必要剥离表土,使煤层显露出来。该方法在煤层埋藏不深的地方应用最为合适,许多现代化露天矿使用设备足以剥除厚达60余米的覆盖层。在欧洲,褐煤矿广泛采用露天开采,而在美国,大部分无烟煤和褐煤亦采用此法。露天开采在地形平坦,矿层作水平延展,能进行大范围剥离的矿区使用最为经济。当矿床地形起伏或多山时,采用沿等高线剥离法建立台阶,其一侧是山坡,另一侧几乎是垂直的峭壁。若露天开采使地面受到损害或彻底的破坏,应采取措施,重新恢复地面。美国有几个州和联邦政府的法律规定了恢复土地的措施,现在许多采掘企业已自愿执行这些规定。
五、煤的利用
煤既是动力燃料,又是化工和制焦炼铁的原料,素有“工业粮食”之称。众所周知,工业界和民间常用煤做燃料以获取热量或提供动力,世界历史上,揭开工业文明篇章的瓦特蒸汽机就是由煤驱动的。此外,还可把燃煤热能转化为电能进而长途输运,火力发电占我国电结构的比重很大,也是世界电能的主要来源之一。煤燃烧残留的煤矸石和灰渣可作建筑材料。煤还是重要的化工材料。炼焦、高温干馏制煤气是煤最为重要的化工应用,还用于民间和制造合成氨原料;低灰、低硫和可磨性好的品种还可以制造多种碳素材料。
六、喷吹煤粉
当代高炉用煤粉代替部分价格昂贵且资源有限的冶金焦炼铁的重要技术。它是将煤料罐充压后,靠罐内力使煤粉从它下面的漏斗排出,同时可用罐内压力的高低来调节下煤量。每个漏斗的下面有一个混合器,压缩空气从混合器中的喷咀喷射出来,将煤粉带走,并从插入风口直吹管的喷枪吹入高炉炉缸。煤粉喷入后在风口前燃烧。它可调节炉温,且操作方便。喷吹方法可分为常压喷吹和高压喷次两类。喷吹的煤种主要有无烟煤和烟煤两种。
七、标准煤
标准煤亦称煤当量,是将不同品种、不同含热量的能源按各自不同的含热量折合成为一种标准含量的统一计算单位。能源的种类不同,计量单位也不同,如煤炭、石油等按吨计算;天然气、煤气等气体能源按立方米计算;电力按千瓦小时计算;热力按千卡计算。为了求出不同的热值、不同计量单位的能源总量,必需进行综合计算。由于各种能源都具有含能的属性,在一定条件下都可以转化为热,所以选用各种能源所含的热量作为核算的统一单位。常用的统一单位有千卡、吨标准煤(或标准油)。我国目前采用标准煤作为能源的度量单位。国际制单位为焦耳。折算的方法是:以7000千卡度量各种燃料、动力能源。
能源折标准煤的折算系数=某种能源每千克实际热值/每千克标准煤热值(7000千卡)。
在各种能源折算标准煤之前,首先应测算各种能源的实际平均热值,再折算标准煤。平均热值也称平均发热量,是指不同种类或品种的能源实测发热量的加权平均值。计算公式为:
平均热值(千卡/千克)=Σ(某种能源实测低位发热量)(千卡/千克)×该能源数量(吨)/能源总量(吨)
标准煤的计算目前尚无国际公认的统一标准,1千克标准煤的热值,中国、前苏联、日本按7000千卡计算,联合国按6880千卡计算。
八、洁净煤技术
洁净煤技术是指在煤炭从开发到利用全过程中,旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
1、洁净煤技术国外发展概况
1986年3月美国率先推出"洁净煤技术示范计划(CCTP)",主要包含四个方面:(1) 先进的燃煤发电技术(整体煤气化联合循环发电-IGCC,流化床燃烧-CFBC,改进燃烧和直接燃煤热机);(2) 环境保护设备(NOX 与SOx控制);(3) 煤炭加工成洁净能源技术(洗选、温和气化、液化);(4) 工业应用(炼铁、水泥及其他行业控制硫、氮、灰尘排放和烟气回收洗涤等)。已有13项取得初步商业化成果。欧共体国家正在研究开发的项目有煤气化联合循环发电(IGCC),煤和生物质及废弃物联合气化(或燃烧),循环流化床燃烧,固体燃料气化与燃料电池联合循环技术等。日本近年来开始较大幅度的增加煤炭的消费量,发展洁净煤技术成为热点。正在开发的项目包括 (1) 提高煤炭利用效率的技术,如IGCC、CFBC和PFBC;(2) 脱硫、脱氮技术,如先进的煤炭洗选技术,氧燃烧技术,先进的废烟处理技术,先进的焦炭生产技术等;(3) 煤炭转化技术,如煤炭直接液化,加氢气化,煤气化联合燃料电池和煤的热解等;(4) 粉煤灰的有效利用技术等。
2、洁净煤技术国内发展概况
我国围绕提高煤炭开发利用效率、减轻对环境污染开展了大量的研究开发和推广工作。随着国家宏观发展战略的转变,洁净煤技术作为可持续发展和实现两个根本转变的战略措施之一,得到政府的大力支持。1995年国务院成立了"国家洁净煤技术推广规划领导小组",组织制定了《中国洁净煤技术"九五"计划和2010年发展纲要》,并于1997年6月获国务院批准。
中国洁净煤技术计划框架涉及四个领域(煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化、污染排放控制与废弃物处理),包括十四项技术,即:煤炭洗选、型煤、水煤浆;循环流化床发电技术、增压流化床发电技术、整体煤气化联合循环发电技术;煤炭气化、煤炭液化、燃料电池;烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层甲烷的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用、工业锅炉和窑炉。
九、煤炭常用术语
煤 coal 植物遗体在覆盖地层下,压实、转化而成的固体有机可燃沉积岩
煤的品种 Categories of coal 以不同方式加工成不同规格的煤炭产品
标准煤 Coal equivalent 凡能产生29.27MJ的热量(低位)的任何数量的燃料折合为1kg标准煤
毛煤 Run-of-mine coal 煤矿生产出来的,未经任何加工处理的煤
原煤 Raw coal 从毛煤中选出规定粒度的矸石(包括黄铁矿等杂物)以后的煤
商品煤 Connercial coal;salable coal 作为商品出售的煤
精煤 clenedcoal 煤经精选(干选或湿选)后生产出来的、符合质量要求的产品
中煤 Middings 煤经精选后的热值、灰分介于精煤和矸石之间的产品
洗选煤 Washed coal 经过洗选后的煤
筛选煤 Screened coal;sieved coal 经过筛选加工的煤
粒级煤 Sized coal 煤通过筛选或精选生产的,粒度下限大于6mm并规定有限下率的产品
粒度 Size 颗粒的大小
限上率 Oversize fraction 筛下产品中大于规定粒度上限部分的质量百分数
限下率 Undersize fraction 筛上产品中小于规定中的粒度下限部分的质量百分数
特大块 Uitra large coal(>100mm) 大于100mm的粒级煤
大块煤 Large coal(>50mm) 大于50mm的粒级煤
中块煤 Medium-sizldcoal(25~50mm) 5~50mm的粒级煤
小块煤 Small coal(13~25mm) 13~25mm的粒级煤
混中块 Mixed medium-sized coal (13~80mm) 13~80mm的粒级煤
混块 Mixedlumpcoal(13~300mm) 13~300mm之间的粒级煤
粒煤 Pea coal(6~13mm) 6~13mm的粒级煤
混煤 Mixed coal(>0~50mm) 0~50mm之间的煤
末煤 Slack;slackcoal(>0~25mm) 0~25mm之间的煤
粉煤 Fine coal(>0~6mm) 0~6mm之间的煤
煤粉 Coal fines(>0~0.5mm) 小于0.5mm的煤
煤泥 slime 煤经洗选或水采后粒度在0.5mm以下的产品
矸石 Shale 采掘过程中从顶、底板或煤层混入煤中的岩石
夹矸 Dirt band 夹层在煤层中的矿物质层
洗矸 washeryrejects 从洗煤中排出的矸石
含矸率 Shale cont ent 煤中大于50mm矸石的质量百分数
十、煤炭统计指标解释
1.煤炭:煤炭是指原煤及煤炭加工品的统称。不包括焦炭、下脚煤和石煤。
2.原煤:原煤是指煤矿生产出来的未经洗选、筛选加工而只经人工拣矸和杂物的产品。包括天然焦及劣质煤,不包括低热值煤等。按其炭化程度可划分为泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。原煤主要作动力用,也有一部分用作工业原料和民用原料。
3.无烟煤:又称白煤或硬煤,是煤化程度最高的一种煤,因其燃烧时无黑烟而称无烟煤。主要供民用和合成氨造气原料,低灰,低硫且耐磨性好的无烟煤不仅可作高炉喷吹和烧结铁矿石的原料,还可作制造各种碳素材料的原料。
4.烟煤:褐煤进一步煤化就成烟煤,因燃烧时有烟而得此称。主要作燃料及炼焦、低温干馏、气化等原料。
5.洗精煤:洗精煤是指经过洗煤厂机械加工后,降低了灰分、硫分,去掉了一些杂质,适合一些专门用途的优质煤。包括炼焦用、非炼焦用洗精煤。不包括洗中煤、 矸石和煤泥。
6.其它洗煤:其它洗煤是除洗精煤以外的其它洗煤产品,包括:洗中煤、洗煤泥、洗块煤、洗混煤等。
7.型煤:型煤是用粉煤或低品位煤经筛分、粉碎、配料、搅拌后通过加工等过程制成的具有一定强度和形状的煤制品。可分为工业型煤和民用型煤两类。工业型煤可广泛应用于冶金、铸造、化肥、电石工业以及铁路机车、层燃锅炉、工业窑炉等领域。
8.焦炭:焦炭是在高温下由煤经过干馏后得到的固体产品。焦炭呈灰黑色块状。主要用于冶金、化工、铸造等工艺的燃料,也可作制气和化工原料。按干焦计算,不包括水分。焦炭的分类:按炼焦的原料划分为煤焦、石油焦和沥青焦;按用途划分为冶金焦、铸造焦和化工焦;按生产技术条件划分为机制焦与土焦;按炼制过程划分为低温焦炭和高温焦炭。
9.焦化产品:焦化产品是炼焦的副产品,主要包括焦油和粗笨等。
10.焦炉煤气:焦炉煤气是指用几种烟煤配成炼焦用煤,在炼焦炉中经高温干馏后,在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体,是炼焦产品的副产品。主要作燃料和化工原料。
11.高炉煤气:高炉煤气是从高炉炉顶逸出的煤气,是高炉炼铁过程中得到的一种副产品。主要用于冶金生产。
12.其它煤气:其他煤气是指除焦炉煤气以外的其它各种煤气,主要包括发生炉煤气、压力气化煤气和以重油或其它石油产品为原料制得的煤气。