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1、煤的种类及特性一、煤的种类按炭化程度分1.泥煤草煤、泥炭838010500kJ/kg2.褐煤1050016700kJ/kg3.烟煤2100029400kJ/kg4.无烟煤白煤2100025200kJ/kg一、矿物原料特点(一)煤的物理性质煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子构造的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化经过、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就能够确定。煤的物理性质能够作为初步评价煤质的根据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层比照等地质问题。1.
2、颜色是指新鲜煤外表的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色黑色，一般随煤化程度的提高而逐步加深。2.光泽是指煤的外表在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。3.粉色指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。呈浅棕色黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。4.比重和容重煤的比重又称煤的密度，它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。
3、煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.051.2，烟煤为1.21.4，无烟煤变化范围较大，可由1.351.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量一样的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增大。5.硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约22.5；无烟煤的硬度最大，接近4。6.脆度是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，
4、肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。7.断口是指煤受外力打击后构成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。8.导电性是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增。烟煤是不良导体，随着煤化程度增高，电阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好的导电性。(二)煤的化学组成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，
5、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。碳和氢是煤炭燃烧经过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，能够回收制造硫酸氨、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，与空气中的水反响构成酸雨，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
6、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。其中某些元素的含量，一旦到达工业档次或可综合利用时，就是重要的矿产资源。通过元素分析能够了解煤的化学组成及其含量，通过工业分析能够初步了解煤的性质，大致判定煤的种类和用处。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和
7、固定碳的计算四项内容。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，煤的内部外表积越大，水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的储存经过中，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。只要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
8、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。煤灰成分特别复杂，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，会给生产操作带来很多困难。为此，在评价煤的工业用处时，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，挥发分逐步降低。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
9、碳。它是煤中不挥发的固体可燃物，能够用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因而，根据焦渣的外观特征，能够定性地判定煤的粘结性和工业用处。(三)煤的工艺性质为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以知足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反响性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。1.粘结性和结焦性粘结性是指煤在干馏经过中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够互相粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就
10、是为何要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化构成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。胶质层越厚，粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。2.发热量是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106J/kg表示。它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。
11、发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比拟耗煤量，在工业生产中，经常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368107J/kg的标准煤来进行计算。3.化学反响性又称活性。是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽互相作用的反响能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反响性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。4.热稳定性又称耐热性。是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。5.透光率指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等)，在规定条件下用硝酸
12、与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深，透光率逐步加大。因而，它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。6.机械强度是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，影响气化炉正常操作。因而，气化用煤必须具备较高的机械强度。7.可选性是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的选煤方法，详见第四节。二、用处与技术经济指标(一)煤的工业分类1958年，国家公布了以炼焦用煤为主的分类方案，为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件，但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上，为了使各项分类的技
13、术经济指标最能反映煤的质量特点，到达愈加合理地利用煤炭资源的目的，1986年，国家重新公布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准，将自然界中的煤划分为14大类，其中，褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类(表2.2.1)。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。表2.2.1中国煤炭分类国家标准(GB5751-86)(1)分类指标及其符号Vr为枯燥无灰基挥发分(%)；Hr为枯燥无灰基氢含量(%)；GR.I(简记G)为烟煤的粘结指数；Y为烟煤的胶质层最大厚度；PM为煤样的透光率(%)；b为烟煤的奥亚膨胀度(%)；Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg)。(2)煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码
14、表示。10位表示煤的挥发分，个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度，在烟煤表示结粘性。(二)各煤类的主要特征和用处1.褐煤它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反响性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，可以用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还能够作农田、果园的有机肥料。2.长焰煤它的挥发分含量很高，没有或只要很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，可以作民用和动力燃料。3.不粘煤它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量
15、较小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。4.弱粘煤水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易碎，粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。5.1/2中粘煤它具有中等粘结性和中高挥发分。能够作为配煤炼焦的原料，可以以作为气化用煤和动力燃料。6.气煤挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。7.气肥煤它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最合适
16、高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。8.肥煤具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分，加热时能产生大量的胶质体，构成大于25mm的胶质层，结焦性最强。用这种煤来炼焦，能够炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块。由于粘结性强，因而，它是配煤炼焦中的主要成分。9.1/3焦煤它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，能够构成熔融性良好、强度较大的焦炭。因而，它是良好的配煤炼焦的基础煤。10.焦煤具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热时可构成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能构成构造致密、块度大、强度高、耐磨性好、
17、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。11.瘦煤具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时，能构成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。因而，用它参加配煤炼焦，能够增加焦炭的块度和强度。12.贫瘦煤挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。13.贫煤具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只要微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，可以充当配煤炼焦的瘦化剂。14.无烟煤它是煤化程度最高的
18、煤。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。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，以及制造电石、电极和炭素材料等。(三)工业用煤的质量要求煤的工业用处非常广泛，归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面。同时，在炼油、医药、精细铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景。各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准。扼要介绍如下：1.炼焦用煤炼焦是将煤放在干馏炉中加热，随着温度的升高(最终到达1000左右)，煤中有机质逐步分解，其中，挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出，成为煤气和煤焦油，残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着复原、熔化矿
19、石，提供热能和支撑炉料，保持炉料透气性能良好的作用。因而，炼焦用煤的质量要求，是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。国家对冶金焦用煤有专门的质量标准，见表2.2.2。表2.2.2冶金焦用煤质量标准(GB397-65)见上图2气化用煤煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质，经过热化学处理经过，把煤转变为各种用处的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。常用的制气方法有两种：固定床气化法。目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料，制造合成氨原料气。要求作为原料煤的固定碳80%，灰分(Ag)25%，硫分(SgQ)2%，要求粒度要均匀，2575mm,或
20、1950mm,或1325mm，机械强度65%，热稳定性S+1360%，灰熔点(T2)1250，挥发分不高于9%，化学反响性愈强愈好。沸腾层气化法。对原料煤的质量要求是：化学反响性要大于60%，不粘结或弱粘结，灰分(Ag)25%，硫分(SgQ)2%，水分(WQ)10%，灰熔点(T2)1200，粒度10mm，主要使用褐煤、长焰煤和弱粘煤等。3.炼油用煤一般以褐煤、长焰煤为主，弱粘煤和气煤可以以使用，其要求取决于炼油方法。低温干馏法，是将煤置于550左右的温度下进行干馏，以制取低温焦油，同时还能够得到半焦和低温焦炉煤气。煤种为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤、气煤。对原料煤的质量要求是：焦油产率(Tf)
21、7%，胶质层厚度9mm，热稳定性S+1340%，粒度613mm,最好为2080mm。加氢液化法，是将煤、催化剂和重油混合在一起，在高温高压下使煤中有机质毁坏，与氢作用转化成低分子液态或气态产物，进一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的碳氢化(C/H)16，挥发分35%，灰分(Ag)5%，煤岩的丝炭含量2%。4.燃料用煤任何一种煤都能够作为工业和民用的燃料。不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样。蒸汽机车用煤要求较高，国家规定是：挥发分(Vr)20%，灰分(Ag)24%，灰熔点(T2)1200，硫分(SgQ)长隧道及隧道群区段1%，低位发热量2.09312107
22、2.51174107J/kg以上。发电厂一般应尽量用灰分(Ag)30%的劣质煤，少数大型锅炉可用灰分(Ag)20%左右的煤。为了将优质煤用于发展冶金和化学工业，近年来，我国在开展低热值煤的应用方面获得了较快的进展，不少发热量仅有8372.5J/kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂，有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。煤的其他用处还很多。如，褐煤和氧化煤能够生产腐殖酸类肥料；从褐煤中能够提取褐煤蜡供电气、印刷、精细铸造、化工等部门使用；用优质无烟煤能够制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料；用煤沥青制成的碳素纤维，其抗拉强度比钢材大千倍，且重量轻、耐高温，是发
23、展太空技术的重要材料；用煤沥青还能够制成针状焦，生产新型的电炉电极，可提高电炉炼钢的生产效率等等。总之，随着当代科学技术的不断进步，煤炭的综合利用技术也在迅速发展，煤炭的综合利用领域必将继续扩大。从广义上来讲，但凡以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤。火电厂用的煤炭质量对锅炉设计和生产经过都是重要的基本根据。燃料煤的特性包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。煤特性指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量碳、氢、氧、氮、硫、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工例如磨成煤粉、输送和储存有直接关系。灰特性指煤灰的化学成分、高温下的特性
24、、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，对钢材的腐蚀性以及煤灰的去除等有很大的影响。动力用煤就类别来讲，主要有褐煤、长焰煤、不粘结煤、贫煤；气煤以及少量的无烟煤。从商品煤来讲，主要有洗混煤、洗中煤、粉煤、末煤等。劣质煤主要指对锅炉运行不利的多灰分大于40%低热值小于15。73兆焦/千克的烟煤、低挥发分小于10%的无烟煤、水分高热值低的褐煤以及高硫大于2%煤等。燃用劣质煤是火电厂对社会的一项奉献。标准煤只是一个概念，其实是不存在的。标准煤又叫标准燃料，是计算能源总量和折合各种能源的综合指标。由于不同的能源所含热量不同，故须用一个统一标准加以计算和比拟。我国规定每公斤标准煤的含热量为7000Cal，以此可把其他能源的折合成标准煤计算，如石油每公斤发热量为10000Cal，天然气每立方米发热量为9312Cal，则相当标准煤的比率分别为1.429和1.33。