• 煤炭
• 石油
• 天然气
• 水能
二、常规能源
第二节第二节 能源概述能源概述
1、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
在地球上的储量非常丰富。
第二节第二节 能源概述能源概述
1、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，
%~5%）、氧（O，%~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
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101044亿吨标准煤亿吨标准煤，占世界化石燃料可采资源
量的％％。
• 在我国，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，著名的大型
煤矿有大同煤矿、东胜煤矿、神府煤矿等。
（3）中国煤炭资源
中国煤炭资源总体特点
资源总量相对分布不均
煤炭资源与地区的经济发达程度呈逆向分布
煤炭资源与水资源呈逆向分布
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
煤质较好
含硫量小于1%的低硫煤约占65%
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
共伴生矿产种类多，资源丰富
我国的煤炭资源分布
• 中国煤炭资源和现有生产力呈逆向分布，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。
• 我国适合露天开采的煤炭资源不多，煤炭生产
以地下开采为主。
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吨，约为世界
人均可采储量的55%。
3）我国的煤炭消费
• 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。
（4）煤质指标与煤分类
• 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）
1）煤的分类
• 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 。
褐煤烟煤
无烟煤
煤种 干燥无灰基挥发分含量（%） LHV（ MJ/kg ）
无烟煤 ≤9 26~33
烟煤 9~45 20~33
褐煤 40~66 10~17
煤的分类方法
煤种 干燥无灰基挥发分含量（%） LHV（ MJ/kg ）
无烟煤 ≤9 ＞
贫煤 9~19 ＞
低挥发分烟煤 19~30 ＞
高挥发分烟煤 30~40 ＞
褐煤 40~50 ＞
我国动力煤的分类方法
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、
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。
中国无烟煤需求行业
•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。该种煤含碳量为75％～90％，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60％～77％。
•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 ≤5
LA 低灰分煤 ~10
LMA 低中灰煤 ~20
MA 中灰分煤 ~30
MHA 中高灰煤 ~40
HA 高灰分煤 40~50
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 ~28 ~37 ＞37
代 号 等级名称
技术要求Qnet,ar
（MJ/kg）
LC 低热值煤 ~
ML 中低热值煤 ~17
MC 中热值煤 ~21
MH 中高热值煤 ~24
HC 高热值煤 ~27
SH 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 ≤
LS 低硫分煤 ~1
LMS 低中硫煤 ~
MS 中硫分煤 ~2
MHS 中高硫煤 ~3
HS 高硫分煤 ＞3
煤炭硫分等级划分标准
？$煤 燃烧 ？
气化
液化
（5）煤的利用方式
煤可以做什么？
化工
焦炭
煤炭的利用途径
根据煤炭的使用目的分为两大主要用途：(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/(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 吨左右的焦煤才
能炼一吨焦炭。焦炭多用于炼钢，是目前钢铁
等行业的主要生产原料，被喻为钢铁工业的“
基本食粮”。
（6）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
···········
（7）煤炭加工技术
煤炭洗选技术
粉煤成型技术
动力煤配煤技术
水煤浆技术
1）煤炭洗选技术
常规的物理选煤可除去煤中60%的灰分和1/3到1/2
的黄铁矿硫(燃料时SOX的主要来源)。
煤炭经洗选可大大提高燃烧效率，如电厂粉煤锅
炉燃烧原煤的效率一般为28%左右，而燃洗精煤
可达35%。（其他优点见P37）
煤炭经过洗选可大大降低污染物的排放。
选煤是洁净煤技术的源头技术。
2）粉煤成型技术
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（P38）
意义重大，主要表现在：
提高热效率节约煤炭；
充分利用煤炭资源，做到物尽其用；
可以利用劣质煤；
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。
（8）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。
煤炭的干馏技术
煤炭气化技术
煤炭地下气化
煤炭的直接液化
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
＆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。
2）煤炭气化技术
煤炭的气化是指将煤与气化剂反应，使煤中的有
机部分完全转化为煤气的过程。
CO、H2、CH4
碳的氧化反应 C+O2=CO2－
碳的部分氧化反应 2C+O2=2CO－
二氧化碳的还原反应 C+CO2=2CO+
水蒸气分解反应
水蒸气分解反应
C+H2O(g)=CO+H2+
C+2H2O(g)=CO2+2H2+
一氧化碳变换反应 CO+H2O(g)=CO2+
碳的加氢反应 C+2H2=
甲烷化反应 CO+3H2=CH4+
甲烷化反应 2CO+2H2=CH2+
甲烷化反应 CO2+4H2=CH4+
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
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气化方法
固定床 流化床 气流床
整体气化联合循环发电(IGCC)技术
3）煤炭地下气化
把煤的开采和转化结合起来，气化后残余
灰渣仍滞留地下，减轻固体废渣对环境的
污染，有利于提高煤炭资源回收率
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，
在一定条件下（温度＆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。
6）燃料电池
燃料电池（Fuel Cell）是发展中的发电技术，
它利用电化学过程，将燃料（氢气）的化学能转
化为电能，它的发电原理与常规化学电源类似，
因为没有热力学上的限制，能量转换过程的热效
率很高，可以将存在燃料和氧化剂中的化学能高
效（50％～70％）、环境友好地转化为电能，发
电过程不产生污染物。
碱性（AFC）、质子交换膜（PEMFC）、磷酸
（PAFC）、熔融碳酸盐（MCFC）和固体氧化物
（SOFC）燃料电池。
7）煤的多联产
煤的多联产技术的实质是以煤炭为原料，通过把多种煤炭转
化技术有机集成在一起，同时获得多种高附加值的化工产品
（如脂肪烃和芳香烃等）、多种洁净的二次能源（气体燃料、
液体燃料、电）及其他产品。
以煤气化为核心的
多产系统
•气化单元
•合成气利用及转化
单元
•热电生产单元
浙江大学---煤的热、电、气、焦油多联产系统
预期结果
（9）未来煤的开发利用
Vision 21 - The Ultimate Power Plant
