煤炭是怎樣形成的
煤炭是怎樣形成的
煤炭主要被人類開采用作燃料，對于煤炭的形成，很多人都想知道其中的原因。接下來就跟著學(xué)習(xí)啦小編一起去看看煤炭的形成原因吧。
煤炭的形成
煤炭是千百萬年來植物的枝葉和根莖，在地面上堆積而成的一層極厚的黑色的腐植質(zhì)，由于地殼的變動不斷地埋入地下，長期與空氣隔絕，并在高溫高壓下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化等因素，形成的黑色可燃沉積巖，這就是煤炭的形成過程。 一座煤礦的煤層厚薄與這地區(qū)的地殼下降速度及植物遺骸堆積的多少有關(guān)。地殼下降的速度快，植物遺骸堆積得厚，這座煤礦的煤層就厚，反之，地殼下降的速度緩慢，植物遺骸堆積的薄，這座煤礦的煤層就薄。又由于地殼的構(gòu)造運(yùn)動使原來水平的煤層發(fā)生褶皺和斷裂，有一些煤層埋到地下更深的地方，有的又被排擠到地表，甚至露出地面，比較容易被人們發(fā)現(xiàn)。還有一些煤層相對比較薄，而且面積也不大，所以沒有開采價值，有關(guān)煤炭的形成至今尚未找到更新的說法。
煤炭是這樣形成的嗎?有些論述是否應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加以研究和探討。一座大的煤礦，煤層很厚，煤質(zhì)很優(yōu)，但總的來說它的面積并不算很大。如果是千百萬年植物的枝葉和根莖自然堆積而成的，它的面積應(yīng)當(dāng)是很大的。因為在遠(yuǎn)古時期地球上到處都是森林和草原，因此，地下也應(yīng)當(dāng)?shù)教幱袃Υ婷禾康暮圹E;煤層也不一定很厚，因為植物的枝葉、根莖腐爛變成腐植質(zhì)，又會被植物吸收，如此反復(fù)，最終被埋入地下時也不會那么集中，土層與煤層的界限也不會劃分得那么清楚。
但是，無可否認(rèn)的事實和依據(jù)，煤炭千真萬確是植物的殘骸經(jīng)過一系統(tǒng)的演變形成的，這是顛簸不破的真理，只要仔細(xì)觀察一下煤塊，就可以看到有植物的葉和根莖的痕跡;如果把煤切成薄片放到顯微鏡下觀察，就能發(fā)現(xiàn)非常清楚的植物組織和構(gòu)造，而且有時在煤層里還保存著像樹干一類的東西，有的煤層里還包裹著完整的昆蟲化石。在地表常溫、常壓下，由堆積在停滯水體中的植物遺體經(jīng)泥炭化作用或腐泥化作用，轉(zhuǎn)變成泥炭或腐泥;泥炭或腐泥被埋藏后， 由于盆地基底下降而沉至地下深部，經(jīng)成巖作用而轉(zhuǎn)變成褐煤;當(dāng)溫度和壓力逐漸增高，再經(jīng)變質(zhì)作用轉(zhuǎn)變成煙煤至無煙煤。泥炭化作用是指高等植物遺體在沼澤中堆積經(jīng)生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成泥炭的過程。腐泥化作用是指低等生物遺體在沼澤中經(jīng)生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成腐泥的過程。腐泥是一種富含水和瀝青質(zhì)的淤泥狀物質(zhì)。冰川過程可能有助于成煤植物遺體匯集和保存。
煤炭的分析
——優(yōu)勢
2010年下半年，隨著國家政策的實施，煤炭產(chǎn)業(yè)集中度將明顯提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，煤炭工業(yè)的規(guī)模化、機(jī)械化、現(xiàn)代化水平明顯提高，為煤炭產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級奠定了重要基礎(chǔ)。
——劣勢
技術(shù)及安全水平落后。由于我國煤層賦存條件復(fù)雜，井工開采比例大，中小型礦井?dāng)?shù)量多，導(dǎo)致了煤炭開采技術(shù)水平的多層次性，煤礦整體技術(shù)水平和安全生產(chǎn)水平還相對落后，煤炭 資源潔凈開發(fā)利用研究起步晚，技術(shù)不夠成熟，大量煤炭直接燃燒而造成的環(huán)境污染還相當(dāng)嚴(yán)重。要解決煤炭工業(yè)健康發(fā)展的一系列重大問題，必須依靠技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，全面提升煤炭工業(yè) 的整體技術(shù)水平。
——機(jī)會
根據(jù)低碳經(jīng)濟(jì)策，國家淘汰煤炭落后產(chǎn)能，甚至關(guān)閉小煤礦，不準(zhǔn)新建煤礦，更有利于上市公司減少競爭，有利于提高集中度，有利效益的大幅提高。
——風(fēng)險
新技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險。環(huán)境與氣候變化問題對煤炭消費(fèi)構(gòu)成嚴(yán)重的壓力，為了解決該問題對煤炭行業(yè)發(fā)展帶來的負(fù)面影響，需要大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和煤炭的產(chǎn)品加工轉(zhuǎn)化等技術(shù)。
潔凈煤技術(shù)，主要包括煤炭的洗選、脫硫燃燒等，目前已經(jīng)有相對比較成熟的技術(shù)，但是今后還面臨低氮燃燒和固炭技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，目前存在較大困難。
煤炭所含的元素
構(gòu)成煤炭有機(jī)質(zhì)的元素主要有碳、氫、氧、氮和硫等，此外，還有極少量的磷、氟、氯和砷等元素。
中國煤炭資源分布圖碳、氫、氧是煤炭有機(jī)質(zhì)的主體，占95%以上;煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低。碳和氫是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生熱量的元素，氧是助燃元素。煤炭燃燒時，氮不產(chǎn)生熱量，在高溫下轉(zhuǎn)變成氮氧化合物和氨，以游離狀態(tài)析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最為重要。煤炭燃燒時絕大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2)，隨煙氣排放，污染大氣，危害動、植物生長及人類健康，腐蝕金屬設(shè)備;當(dāng)含硫多的煤用于冶金煉焦時，還影響焦炭和鋼鐵的質(zhì)量。所以，“硫分”含量是評價煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一。
煤中的有機(jī)質(zhì)在一定溫度和條件下，受熱分解后產(chǎn)生的可燃性氣體，被稱為“揮發(fā)分”，它是由各種碳?xì)浠衔?、氫氣、一氧化碳等化合物組成的混合氣體。揮發(fā)分也是主要的煤質(zhì)指標(biāo)，在確定煤炭的加工利用途徑和工藝條件時，揮發(fā)分有重要的參考作用。煤化程度低的煤，揮發(fā)分較多。如果燃燒條件不適當(dāng)，揮發(fā)分高的煤燃燒時易產(chǎn)生未燃盡的碳粒，俗稱“黑煙”;并產(chǎn)生更多的一氧化碳、多環(huán)芳烴類、醛類等污染物，熱效率降低。因此，要根據(jù)煤的揮發(fā)分選擇適當(dāng)?shù)娜紵龡l件和設(shè)備。
煤中的無機(jī)物質(zhì)含量很少，主要有水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價值。礦物質(zhì)是煤炭的主要雜質(zhì)，如硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽等，其中大部分屬于有害成分。
“水分”對煤炭的加工利用有很大影響。水分在燃燒時變成蒸汽要吸熱，因而降低了煤的發(fā)熱量。煤炭中的水分可分為外在水分和內(nèi)在水分，一般以內(nèi)在水分作為評定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤化程度越低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。
“灰分”是煤炭完全燃燒后剩下的固體殘渣，是重要的煤質(zhì)指標(biāo)?；曳种饕獊碜悦禾恐胁豢扇紵牡V物質(zhì)。礦物質(zhì)燃燒灰化時要吸收熱量，大量排渣要帶走熱量，因而灰分越高，煤炭燃燒的熱效率越低;灰分越多，煤炭燃燒產(chǎn)生的灰渣越多，排放的飛灰也越多。一般，優(yōu)質(zhì)煤和洗精煤的灰分含量相對較低。
煤炭的分類
煤炭是世界上分布最廣闊的化石能資源，主要分為煙煤和無煙煤、次煙煤和褐煤等四類。世界煤炭可采儲量的60%集中在美國(25%)、前蘇聯(lián)地區(qū)(23%)和中國(12%)，此外，澳大利亞、印度、德國和南非4 個國家共占29%，上述7 國或地區(qū)的煤炭產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%，已探明的煤炭儲量在石油儲量的63 倍以上，世界上煤炭儲量豐富的國家同時也是煤炭的主要生產(chǎn)國。[5]
根據(jù)國家科委推薦的《中國煤炭分類方案》，我國煤炭分為十大類，一般將瘦煤、焦煤、肥煤、氣煤、弱粘結(jié)、不粘結(jié)、長焰煤等統(tǒng)稱為煙煤;貧煤稱為半無煙煤;揮發(fā)分大于40%的稱為褐煤。
無煙煤可用于制造煤氣或直接用作燃料，煙煤用于煉焦、配煤、動力鍋爐和氣化工業(yè);褐煤一般用于氣化、液化工業(yè)、動力鍋爐等。
煤炭分類表(以煉焦用煤為主)
褐煤
多為塊狀，呈黑褐色，光澤暗，質(zhì)地疏松;含揮發(fā)分40%左右，燃點低，容易著火，燃燒時上火快，火焰大，冒黑煙;含碳量與發(fā)熱量較低(因產(chǎn)地煤級不同，發(fā)熱量差異很大)，燃燒時間短，需經(jīng)常加煤。
煙煤
一般為粒狀、小塊狀，也有粉狀的，多呈黑色而有光澤，質(zhì)地細(xì)致，含揮發(fā)分30%以上，燃點不太高，較易點燃;含碳量與發(fā)熱量較高，燃燒時上火快，火焰長，有大量黑煙，燃燒時間較長;大多數(shù)煙煤有粘性，燃燒時易結(jié)渣。
無煙煤
有粉狀和小塊狀兩種，呈黑色有金屬光澤而發(fā)亮。雜質(zhì)少，質(zhì)地緊密，固定碳含量高，可達(dá)80%以上;揮發(fā)分含量低，在10%以下，燃點高，不易著火;但發(fā)熱量高，剛?cè)紵龝r上火慢，火上來后比較大，火力強(qiáng)，火焰短，冒煙少，燃燒時間長，粘結(jié)性弱，燃燒時不易結(jié)渣。應(yīng)摻入適量煤土燒用，以減輕火力強(qiáng)度。
1989年10月 ，國家標(biāo)準(zhǔn)局發(fā)布《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn) 》(GB5751-86)，依據(jù)干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf、粘結(jié)指數(shù)G、膠質(zhì)層最大厚度Y、奧亞膨脹度 b、煤樣透光性P、煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量Qgr，maf，包括干燥無灰基氫含量Hdaf在內(nèi)的7項指標(biāo)，將煤分為14類。即褐煤、長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、氣肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤和無煙煤。
國標(biāo)煤炭分類
國標(biāo)把煤分為三大類，即無煙煤、煙煤和褐煤，共29 個小類。無煙煤分為3個小類，數(shù)碼為01、02、03,數(shù)碼中的“0”表示無煙煤，個位數(shù)表示煤化程度，數(shù)字小表示煤化程度高;煙煤分為12 個煤炭類別，24 個小類，數(shù)碼中的十位數(shù)(1~4)表示煤化程度，數(shù)字小表示煤化程度高;個位數(shù)(1~6)表示粘結(jié)性，數(shù)字大表示粘結(jié)性強(qiáng);褐煤分為2 個小類，數(shù)碼為51、52,數(shù)碼中的“5”表示褐煤，個位數(shù)表示煤化程度，數(shù)字小表示煤化程度低。
在各類煤的數(shù)碼編號中，十位數(shù)字代表揮發(fā)分的大小，如無煙煤的揮發(fā)分最小，十位數(shù)字為0,褐煤的揮發(fā)分最大，十位數(shù)字為5,煙煤的十位數(shù)字介于1~4之間，個位數(shù)字對煙煤類來說，是表征其粘結(jié)性或結(jié)焦性好壞，如個位數(shù)字越大，表征其粘結(jié)性越強(qiáng),如個位數(shù)字為6 的煙煤類，都是膠質(zhì)層最大厚度Y 值大于25mm 的肥煤或氣肥煤類，個位數(shù)為1 的煙煤類，都是一些沒有粘結(jié)性的煤，如貧煤、不粘煤和長煙煤。個位數(shù)字為2~5 的煙煤，他們的粘結(jié)性隨著數(shù)碼的增大而增強(qiáng)。
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