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大宗货物煤炭的运输方案研究报告
大宗货物煤炭的运输方案研究报告
20134344何佑纲交运四
煤是重要的能源之一,主要是用于工业或民用燃料及供给动力,也是冶金、化工等部门的重要原料。
煤经高温或低温干馏加工,可生产出焦炭以及气体和液体燃料,还可以提炼出几百种化工原料。
因此,煤在国民经济建设发展中,具有十分重要的地位和作用。
研究煤炭的运输先要了解煤炭的各方面信息:
一、根据新的国家分类标准,煤炭的分类如下:
1、无烟煤(WY)
挥发分低,固定碳高,比重大,纯煤真比重最高可达1.90,燃点高,燃烧时不冒烟。
对这类煤,可分为:
01号为老年无烟煤;02号为典型无烟煤;03号为年轻无烟煤,无烟煤主要是民用和制造合成氨的造气原料,低灰、低硫和可磨性好的无烟煤不仅可以做高炉喷吹及烧结铁矿石用的燃料,而且还可以制造各种碳素材料,如碳电极、阳极糊和活性碳的原料,某些优质无烟煤制成航空用型煤还可用于飞机发动机和车辆马达的保温。
2、贫煤(PM)
变质程度最高的一种烟煤,不粘结或微弱粘结,在层状炼焦炉中不结焦,燃烧时火焰短,耐烧,主要是发电燃料,也可作民用和工业锅炉的掺烧煤。
3、贫瘦煤(PS)
粘结性较弱的高变质、低挥发分烟煤,结焦性比典型瘦煤差,单独炼焦时,生成的焦粉甚少。
如在炼焦配煤中配入一定比例的这种煤,也能起到瘦化作用,这种煤也可作发电、民用及锅炉燃料。
4、瘦煤(SM)
低挥发分的中等粘结性的炼焦用煤。
焦化过程中能产生相当数量的焦质体。
单独炼焦时,能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦煤,但这种焦碳的耐磨强度稍差,但2炼焦配煤使用,效果较好。
这种煤也可作发电和一般锅炉等燃料,也可供铁路机车掺烧使用。
5、焦煤(JM)
中等或低挥发分的以及中等粘结或强粘结性的烟煤,加热时产生热稳定性很高的胶质体,如用来单独炼焦,能获得块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦煤。
这种焦煤的耐磨强度也很高。
但单独炼焦时,由于膨胀压力大,易造成推焦困难,一般作为炼焦配煤用,效果较好。
6、1/3焦煤(1/3JM)
中高挥发分的强粘结性煤,是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤种,单炼焦时能生成熔融性良好、强度较高的焦煤,炼焦时这种煤的配入量可在较宽范围内波动,但都能获得强度较高的焦炭,1/3焦煤也是良好的炼焦配煤用的基础煤。
7、肥煤(FM)
中等及中高挥发分的强粘结性的烟煤,加热时能产生大量的胶质体。
肥煤单独炼焦时,能生成熔融性好、强度高的焦炭,其耐磨强度也比焦煤炼出的焦炭好,因而是炼焦配煤中的基础煤。
但单独炼焦时,焦炭上有较多的横裂纹,而且焦根部分常有蜂焦。
8、气肥煤(QF)
一种挥发分和胶质体厚度都很高的强粘结性肥煤,有人称之为“液肥煤”。
这种煤的结焦性介于肥煤和气煤之间。
单独炼焦时能产生大量气体和液体化学产品。
气肥煤最适于高温干馏制煤气,也可用于配煤炼焦,以增加化学产品产率。
9、气煤(QM)
一种变质程度较低的炼焦煤。
加热时能产生较多的挥发分和较多的焦油。
胶质体的热稳定性低于肥煤,也能单独炼焦,但焦炭的抗碎强度和耐磨强度均稍差于其它炼焦煤,而且焦炭多呈长条而较易碎,且有较多的纵裂纹。
在配煤炼焦时多配入气煤,可增加气化率和化学产品回收率,气煤也可以高温干馏来制造城市煤气。
10、1/2中粘煤(1/2ZN)
一种中等粘结性的中高挥发分烟煤。
这种煤有一部分在单煤炼焦时能生成一定强度的焦炭,可作为配煤炼焦的煤种;粘结性较弱的另一部分单独炼焦时,生成的焦炭强度差,粉焦率高。
因此,1/2中粘煤可作为气化用煤或动力用煤,在配煤炼焦中也柯适量配入。
11、弱粘煤(RN)
一种粘结性较弱的低变质到中等变质程度的烟煤,加热时,产生的胶质体较少,炼焦时,有的能生成强度很差的小块焦,有的只有少部分能结成碎屑焦,粉焦率很高,因此,这种煤多适于作气化原料和电厂、机车及锅炉的燃料煤。
12、不粘煤(BN)
多是在成煤初期就已经受到相当氧化作用的低变质到中等变质程度的烟煤,加热时基本上不产生胶质体。
这种煤的水分大,有的还含有一定量的次生腐植酸;含氧量有的高达10%以上。
不粘煤主要作气化和发电用煤,也可作动力和民用燃料。
13、长焰煤(CY)
变质程度最低的烟煤,从无粘结性到弱粘结性的均有,最年轻的长焰煤还含有一定数量的腐植酸,贮存时易风化碎裂。
煤化度较高的长焰煤加热时还能产生一定数量的胶质体,结成细小的长条形焦炭,但焦炭强度甚差,粉焦率也相当高,因此,长焰煤一般作气化、发电和机车等燃料用煤。
14、褐煤(HM)
分为两小类:
透光率PM大于30~50%的年老褐煤和PM小于或等于30%的年轻褐煤。
褐煤的特点是:
水分大,比重小,不粘结,含有不同数量的腐植酸。
煤中含氧量常高达15~30%左右,化学反应性强,热稳定性差,块煤加热时破碎严重,存放在空气中易风化变质、碎裂成小块乃至粉末状。
发热量低,煤灰熔点也大都较低,煤灰中常含较多的氧化钙和较低的三氧化二铝。
因此,褐煤多作为发电燃料,也可作气化原料和锅炉燃料。
有的褐煤可作来制造磺化煤或活性碳,有的可作为提取褐煤蜡的原料。
另外,年轻褐煤也适用于制作腐植酸铵等有机肥料,用于农田和果园,能促进增产。
二、煤的成分:
煤的化学组成很复杂,但归纳起来可分为有机质和无机质两大类,以有机质为主体。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。
其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上。
此外,还有极少量的磷和其他元素。
煤中有机质的元素组成,随煤化程度的变化而有规律地变化。
一般来讲,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。
唯硫的含量则与煤的成因类型有关。
碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素,氧是助燃元素,三者构成了有机质的主体。
煤炭燃烧时,氮不产生热量,常以游离状态析出,但在高温条件下,一部分氮转变成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。
硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。
含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体,不仅腐蚀金属设备,与空气中的水反应形成酸雨,污染环境,危害植物生产,而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时,煤中的硫和磷大部分转入焦炭中,冶炼时又转入钢铁中,严重影响焦炭和钢铁质量,不利于钢铁的铸造和机械加工。
用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时,各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。
将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料,砷含量过高,会增加产品毒性,危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值,其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外,还有一些稀有、分散和放射性元素,例如,锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等,它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。
其主要成分有一下几种:
1.水分
指单位重量的煤中水的含量。
煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。
一般以煤的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。
水分对煤的加工利用是有害物质。
在煤的贮存过程中,它能加速风化、破裂,甚至自燃;在运输时,会增加运量,浪费运力,增加运费;炼焦时,消耗热量,降低炉温,延长炼焦时间,降低生产效率;燃烧时,降低有效发热量;在高寒地区的冬季,还会使煤冻结,造成装卸困难。
只有在压制煤砖和煤球时,需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。
它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。
灰分对煤的加工利用极为不利。
灰分越高,热效率越低;燃烧时,熔化的灰分还会在炉内结成炉渣,影响煤的气化和燃烧,同时造成排渣困难;炼焦时,全部转入焦炭,降低了焦炭的强度,严重影响焦炭质量。
煤灰成分十分复杂,成分不同直接影响到灰分的熔点。
灰熔点低的煤,燃烧和气化时,会给生产操作带来许多困难。
为此,在评价煤的工业用途时,必须分析灰成分,测定灰熔点。
3.挥发分
指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。
它是对煤进行分类的主要指标,并被用来初步确定煤的加工利用性质。
煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系,煤化程度越低,挥发分越高,随着煤化程度加深,挥发分逐渐降低。
4.固定碳
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,可以用计算方法算出。
焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系,因此,根据焦渣的外观特征,可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。
3、煤的性质:
1.煤的风化与氧化
开采出来的煤由于长期受到空气、水分、阳光、温度、雨雪和冰冻等多种化学反应和物理作用的复杂影响,致使煤的物理、化学性质和工艺特性发生显著的变化,煤的表面会渐渐的失去光泽,并生出赤色或白色锈迹,块煤变成末煤,发热量显著降低,粘结性减弱,氧含量增加等,这种现象叫做煤的风化。
在煤的化学变化中最重要的是煤的氧化。
煤在运输、保管中会和空气中的氧慢慢的发生氧化作用,使煤堆发热,如果通风不良,就会促使煤的风化和煤堆升温,影响煤氧化的因素很多,主要因素如下:
(1)黄铁矿的含量:
黄铁矿是硫化亚铁,硫化亚铁在潮湿的条件下容易氧化而产生热量。
因此,煤中含黄铁矿多则煤的氧化作用越强。
(2)煤的粒度。
块煤与空气的接触面积小,容易通风散热,而末煤与空气接触面积较大,则容易氧化且不易通风散热。
(3)煤的水分。
水分多的煤容易填塞空隙使得热量积累起来,而且在煤堆存时,煤块往往溜到下面,较潮湿的煤末容易留在煤堆顶上,这样的煤堆里的热量也不容易散发出来。
水分含量多的煤,经过水分散失和重新吸收,会因反复的膨胀和收缩而发生碎裂,从而扩大了与空气的接触面,增加了氧化的机会。
(4)煤的碳化程度。
碳化程度高的煤,挥发物和水分含量低,煤的结构紧密,不易氧化。
反之容易氧化。
(5)气候影响。
气候干燥煤的水分容易蒸发,积热也容易散出,煤堆不易氧化。
在天气闷热潮湿的情况下,煤中水分不易蒸发,积热难散出,就会加速煤的氧化。
冬春季节因地气上升,煤堆内热量增加,易加速煤堆的氧化。
在雷雨是空气中常含有臭氧,臭氧具有强烈的氧化作用,也容易加剧煤堆的氧化。
2.煤的自燃
煤堆中的煤与空气接触,会发生氧化反应,并放出热量.煤发生氧化反应后,使煤堆的温度升高.煤的温度升高后,又加速了煤的氧化反应速度.这样,就使煤堆的温度越来越高.当温度超过煤的自燃点时,就会自燃.
煤的自燃是通风不好热量积累,外层煤的热量能够得到散发,所以煤的自燃都是从内开始,逐渐向外扩展.煤具有自燃的性质,特别是那些低品位的烟煤,当从环境中吸收的热量大于释放到环境中的热量时自燃现象就会发生.
3.煤气易燃爆且有毒。
从煤中发挥出来的煤气易燃,当煤气与空气混合达到一定比例时,遇火就会引起爆炸。
装卸时若煤粉飞扬过多,当每立方米的空气中含煤粉量达到10-32g时遇火也会发生爆炸。
煤气不仅易燃易爆,而且有毒性,吸入较多后会发生窒息。
4.冻结性。
含水量超过5%的湿煤在冬季远距离运输或者储存时容易冻结在一起,难以装卸。
可以使用生石灰、食盐等防冻剂与煤混在一起。
5.污染性。
当前,扬尘污染已成为我国城市大气污染的主要因素,而煤炭发运站在煤炭装卸及运输过程中可产生大量煤尘污染。
据不完全统计测算,每装卸1吨煤炭可产生煤粉尘3.53—6.41千克,每堆存1吨煤每年可产生煤粉尘1.48—2.02千克,不仅给煤炭发运站台周边的大气环境和铁路沿线两侧的房屋建筑、农作物、民用设施等造成不同程度的污染,也给周边居民的身体健康和生产生活以及铁路行车安全带来较大影响。
4、煤的主产地
中国聚煤期及含煤地层的分布在:
华北、华南、西北、西南(滇、藏)、东北和台湾六个聚煤区而各有不向。
根据以上信息可以得出适合煤炭的几种运输方式:
1、公路运输
由于成本和运价等因素,理论上讲,公路煤炭运输只适合区域内近距离的运输。
事实上,公路煤炭运输作为铁路和水路煤炭运输的重要补充,在主要的煤炭生产基地和煤炭中转港腹地,一直有部分中、短距离的公路直达运输或公路集港运输。
跨地区公路煤炭运输主要集结在山西、内蒙古等地区。
大规模的长距离煤炭运输并不是公路运输方式的优势所在,然而近几年来,随着经济发展对煤炭需求的大幅度增长,铁路运力不断趋紧,公路煤炭运输发展较快。
从成本核算的角度讲,公路煤运的经济运距应该不超过1000公里。
但是,在电煤严重紧张,铁路运能无法满足的情况下,许多用煤企业不得不选择了公路甚至是高速公路运输,无形中成倍地提高了煤炭的消费价格。
2、水路运输
我国煤炭水上运输包括海运和内河运输。
煤炭的海上运输首先通过铁路或公路将煤炭从生产基地集结到北方沿海中转港口,再由海轮运向渤海湾、华东和中南地区以及国外;内河煤炭运输通道主要包括长江和京杭运河,主要是将来自晋、冀、豫、皖、鲁、苏及海进江(河)的煤炭经过长江或运河的煤炭中转港或主要支流港中转后,用轮驳船运往华东和沿江(河)用户,从而形成了我国水上煤炭运输“北煤南运”、“西煤东运”的水上运输格局,2007年,全国内河运煤2.44亿吨。
近十年来,通过对北方大型煤炭装船港和南方煤炭接卸港的大规模建设,以及大型运煤船队的发展,煤炭水上运输能力有了很大的提高。
从目前情况来看,海运不会形成今后数年煤炭运输的瓶颈,不仅交通部对港口的未来规划已考虑了煤炭需求,各港口对煤炭码头的建设积极性很高,甚至有专家产生海运港口和运输能力是否会过剩的顾虑。
并且,目前港口建设投资已经多元化,无论国资、民资还是外资均可参与。
因此,近年来港口建设发展较快。
由于煤炭运输利润的持续可观,目前国内各方对港口以及煤炭码头的建设十分积极。
3、铁路运输
我国铁路煤运量一直占煤运总量的60%以上,煤炭运输量占铁路货运总量的40%左右 。
铁路是我国煤炭运输的主要方式,而煤炭历来是铁路运输的主要货物。
铁路的煤炭运量占全国煤炭运输量的70%以上,由于我国煤炭资源主要分布在西北方,而煤炭消费主要在东南方,从而形成若干从北向南、由西向东的运煤铁路大通道。
从铁路运输布局上看,北通道由于每年受到动力煤的季节性波动,因此在夏季和冬季会有很大的波动,造成季节性的运力紧张。
中南部约束仍然紧迫。
运力规模与市场供给关系分析,山西北通道相对紧张,中通道、南通道的运输能力与实际需求相差甚大。
目前,线路运力都非常紧张,严重制约了山西煤炭外运,从而也造成了部分省市煤炭的紧缺,导致煤炭消费地的煤炭价格上涨。
我国铁路煤运量一直占煤运总量的60%以上,煤炭运输量占铁路货运总量的49%左右,铁路运输如此重要,但运能紧张问题却一时难以解决。
从整个铁路系统来看,我国的铁路运行里程与我国的面积、人口、经济发展相比不相适应。
我国现有铁路营业里程7万多公里,仅占世界铁路总营运里程的6%,却完成了世界24%的运输量,平均负荷是世界平均水平的4倍。
铁路运输能力的严重不足,已经成为煤炭供需平衡的严重制约。
目前国内各项统计显示水路运输在煤炭运输中占有的比例越来越大,发展非常迅速。
因为沿海水路运输煤炭具有运价低、运力大、能耗小,可直接到达用煤企业专用码头等优势,是中国东南沿海地区煤炭运输的主要方式。
2013年全国规模以上港口完成煤炭及制品吞吐量约为21.6亿吨,同比增长约8%;根据中国煤炭资源网最新统计,2013年中国主要港口煤炭发运量为66855万吨,与2012年同比增7.9%。
所以综合经济性、安全性选择煤炭的运输方式为水路运输。
水路运输中装运煤炭的安全要求:
(1)一般具有两层底的船舶才允许载运煤炭。
凡无双层底的船舶,必须具有坚固的舱底板才能用于运煤。
运煤的汽轮机船或者内燃机船,必须设有合乎规章的要求的蒸汽灭火或者二氧化碳灭火设备。
凡煤舱的有害气体能够通到舱房和起居室的船不准运煤,这方面要受到港口卫生机关的检查。
所有与装煤货舱接触的舱室及隔壁均应是气密的。
(2)船舶在装煤之前,须对污水沟及污水管网罩等处做彻底检查,应扫清并检查污水沟盖和舱底板是否完整,以防煤块落入污水沟内堵塞网罩。
(3)远洋运输煤炭船舶要严格防止煤炭自燃,其主要措施如下:
1 载煤船的每一个煤舱均应有测温管,此管直通甲板,借此可测得舱内任何处的温度。
2 装运煤炭需进行表面通风。
3 定时测定煤温。
(4)防止煤炭发生燃烧和爆炸事故,其措施包括如下几种:
1 35摄氏度以上为热媒,严禁装船。
2 防止空气通过钢桅孔板进入装煤货舱。
3 货舱内不应有木块、麻屑、布条、纸片、麻袋、谷草及其他易燃货物。
4 在任何情况下,装煤船的通风筒口附近,以及可能聚集爆炸性气体的舱间,均不得有任何火种。
5 凡通过煤舱的蒸汽管道均需加以绝热隔离。
6 绝对禁止将易燃物、爆炸物与煤同装在一舱内运输。
(5)装煤时应尽量防止煤块破碎,以保证其质量。
(6)进入船舱作业,必须保证安全,应有必要的预防措施。
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