陕西省燃煤企业煤质成分分析及统计

时间:2022-10-27 05:23:53

陕西省燃煤企业煤质成分分析及统计

摘要:通过近年来对陕西省燃煤企业用煤煤质成分中硫分、灰份、固定碳含量的分析,对煤样按等级分别进行划分,了解我省企业用煤煤质现状与分布。

关键词:煤质 硫分 灰分 固定碳 含量分析

1.前言

陕西省是能源生产和消费大省,特别是煤炭资源比较丰富。全省含煤面积4.77万平方公里,占全省面积的23%。五大煤田分布于渭北和陕北,陕南有数百至数千万吨的煤产地十多个。煤炭资源的丰富,推动了为我省燃煤企业,特别是燃煤电厂的迅速发展。而燃煤企业的增加,使空气中二氧化硫和烟尘、总悬浮颗粒物等污染物排放量增大,对大气环境造成严重污染。

空气中二氧化硫和总浮颗粒物等污染物的排放量,与燃料的成分有很大的关系。笔者通过近几年来对我省煤质成分的分析监测,了解了我省主要工业企业用煤的煤质成分现状,对二氧化硫的排放量和减排的措施有着一定的指导作用。

2.陕西省煤质基本情况

2.1陕西省煤质分布

我省企业所用煤基本为本省自产煤和甘肃煤。省内低变质类的长焰煤、不粘结煤和弱粘结煤,在探明储量中占65%,气煤、瘦煤、贫煤次之,肥煤、焦煤和无烟煤甚少。全省煤质特征大致如下:

(1)深成变质是境内煤变质的主要类型,随地质时代由新至老,煤变质程度由低变高。

(2)煤中灰份和硫份含量,与成煤环境有较明显关系。渭北、陕北各煤田成煤环境较稳定,陕南相对不稳定;所以渭北、陕北以中-低灰分煤为主,陕南以高灰分煤为主。

(3)各煤田煤种为:渭北、陕北石炭二叠纪煤以中灰、高硫瘦煤、贫煤为主,其中二叠纪为低硫煤,府谷以气煤为主,吴堡为焦煤和瘦煤,陕北三叠纪煤田为中灰、低硫气煤;镇巴三叠侏罗纪煤田以高灰、低-中硫瘦煤、贫煤为主;黄陇和陕北侏罗纪煤田以中-低灰、低硫长焰煤、不粘煤和弱粘结煤为主,黄陵矿区为气煤和弱粘结煤;偃河侏罗纪煤产地为高灰、低硫肥煤;户家窑侏罗纪煤产地为中-高灰、低硫长焰煤;商洛二叠纪煤产地为高灰、高硫焦煤和瘦煤。

2.2煤炭的构成

构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等,此外,还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机质的主体,占95%以上;煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素,氧是助燃元素。

硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分,其中以硫最为重要。煤碳燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫(SO2),随烟气排放,污染大气,危害动、植物生长及人类健康,腐蚀金属设备;当含硫多的煤用于冶金炼焦时,还影响焦炭和钢铁的质量。所以,“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。

煤中的无机物质含量很少,主要有水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质,如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等,其中大部分属于有害成分。

“水分”对煤炭的加工利用有很大影响。水分在燃烧时变成蒸汽要吸热,因而降低了煤的发热量。煤炭中的水分可分为外在水分和内在水分,一般以内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高。

“灰分”是煤碳完全燃烧后剩下的固体残渣,是重要的煤质指标。灰分主要来自煤炭中不可燃烧的矿物质。矿物质燃烧灰化时要吸收热量,大量排渣要带走热量,因而灰分越高,煤炭燃烧的热效率越低;灰分越多,煤炭燃烧产生的灰渣越多,排放的飞灰也越多。一般,优质煤和洗精煤的灰分含量相对较低。

碳含量越高的煤质量越好。测定煤的挥发分时,剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物。

水分、灰分、硫分、挥发分、固定碳是煤炭工业分析的主要指标。

3.陕西省用煤企业煤质成分分析

通过对煤样进行分析,可以了解煤的化学组成及其含量。近几年来,陕西省环境监测中心站陆续对省内用煤企业的煤质进行了分析,分析结果主要针对煤的硫分、灰分和固定碳的含量。本文选取煤样来源于关中、陕北、陕南的85个各种类别的二氧化硫排污企业。分析数据包括126个煤样的硫分数据,126个煤样的固定碳数据,87个煤样的灰分数据。

3.1分析方法与使用仪器

硫分和固定碳含量分析方法采用《钢铁 总碳硫含量的测定-高频感应炉燃烧后红外吸收法》(GB/T 20123-2006),所用仪器:CS-902T红外碳硫分析仪(北京万联达公司)。

灰分分析方法采用缓慢灰化法(GB/T 212-2001),使用仪器:SX-5-12型马弗炉、BS210S型赛多利斯分析天平。

3.2煤质含量等级划分

根据《煤炭产品品种及等级划分》(GB/T 17608-2006 ),将所分析煤样按以下级别划分。

按硫分的划分级别对煤样进行划分,可分为6类煤:特低硫煤、低硫分煤、低中硫煤、中硫分煤、中高硫煤和高硫分煤。126个煤样的分析数据中,24个煤为特低硫煤,39个煤为低硫分煤,28个煤为低中硫煤,15个煤为中硫分煤,13个煤为中高硫煤,7个煤为高硫分煤。

按灰分含量的划分级别对煤样进行划分,可分为6类煤:特低灰煤、低灰分煤、低中灰煤、中灰分煤、中高灰煤和高灰分煤。87个灰分数据中,无特低灰煤,10个煤为低灰分煤,31个煤为低中灰煤,24个煤为中灰分煤,14个煤为中高灰煤,8个煤为高灰分煤。

按固定碳的划分级别对煤样进行划分,可分为6类煤:特低固定碳煤、低固定碳煤、中等固定碳煤、中高固定碳煤、高固定碳煤、特高固定碳煤。126个固定碳的分析数据中,9个煤为特低固定碳煤,16个煤为低固定碳煤,37个煤为中等固定碳煤,49个煤为中高固定碳煤,15个煤为高固定碳煤,无特高固定碳煤。

煤样硫分、灰分、固定碳级别划分范围及分析结果见表1。

表1煤炭相关级别划分

级别名称 分级范围(%) 煤样个数(个) 所占比例(%)

特低硫煤 ≤0.50 24 19

低硫分煤 0.51~1.00 39 31

低中硫煤 1.01~1.50 28 22

中硫分煤 1.51~2.00 15 12

中高硫煤 2.01~3.00 13 10

高硫分煤 >3.00 7 6

特低灰煤 ≤5.00 0 0

低灰分煤 5.01~10.00 10 11

低中灰煤 10.01~20.00 31 36

中灰分煤 20.01~30.00 24 28

中高灰煤 30.01~40.00 14 16

高灰分煤 40.01~50.00 8 9

特低固定碳煤 ≤45.00 9 7

低固定碳煤 45.00~55.00 16 13

中等固定碳煤 >55.00~65.00 37 29

中高固定碳煤 >65.00~75.00 49 39

高固定碳煤 >75.00~85.00 15 12

特高固定碳煤 >85.00 0 0

将煤样按硫分级别划分,各个级别煤所占比例见图1。

图1煤质硫分含量划分比例图

将煤样按灰分级别划分,各个级别煤所占比例见图2。

图2 煤质灰分含量划分比例图

将煤样按固定碳级别进行划分,各个级别煤所占比例见图3。

图3 煤质固定碳含量划分比例图

3.4煤质结果分析及各级别煤质分布

由分析结果可看出,所选煤样煤质大部分较好。其中,低中硫分煤所占比重最大,达到31%,高硫煤和中高硫煤占16%;低中灰分煤所占比例最大,达到36%,中高灰份煤和高灰分煤占25%;中高等固定碳煤含量最大,占39%,特低固定碳煤和低固定碳煤占20%。分析结果表示,陕西省大部分用煤企业使用了含硫分、灰分较低,含碳量较高的煤。

以硫分对使用煤炭的企业进行分析,使用特低硫分煤的企业在榆林、宝鸡、汉中、咸阳、渭南等市各有分布;使用低硫分煤的企业绝大多数分布于榆林,宝鸡、铜川、西安等市略有分布;使用低中硫分煤和中硫分煤的企业主要分布于陕南、韩城和渭南;使用中高硫煤和高硫煤的企业主要分布于渭南。

以灰份含量进行分析,使用低灰份煤的企业集中于榆林、宝鸡、咸阳等地;使用低中灰份煤和中灰份煤的企业分布在榆林、宝鸡、咸阳、西安郊县、渭南等地;使用中高灰煤和高灰份煤的企业主要分布在铜川、汉中。

从固定碳含量来看,使用特低固定碳煤和低固定碳煤的企业集中在铜川、宝鸡以及西安郊县;使用中等固定碳和中高等固定碳含量的煤均匀分布于宝鸡、铜川、韩城、汉中、渭南、榆林等市;使用高固定碳煤的企业主要分布于榆林、咸阳、西安、宝鸡。

总体来看,近两年间陕西省大部分用煤企业使用了含硫分、灰分较低的煤,在一定程度上减少了二氧化硫及飞灰的排放,但是仍有部分企业使用的煤硫分、灰分含量偏高。各地企业地域用煤差异较大,主要是企业由于工艺要求或是运输条件选择用煤。

参考文献:

[1] 山西汾渭能源开发咨询有限公司,中国煤矿煤质及应用评价[M],山西科学技术出版社,2005:446-449,513。

作者简介:

第一作者:张沛,女,1983年2月出生,工程师,现就职于陕西省环境监测中心站,

第二作者:饶国栋,男,1981年4月出生,助工,现就职于西安国际港务区管委会

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