chap8煤的工艺性质.ppt

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1、 第一节第一节第一节第一节 煤的发热量煤的发热量煤的发热量煤的发热量 heat value/calorific value of coalheat value/calorific value of coal第二节第二节第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质 pyrolysis and caking properties of coal pyrolysis and caking properties of coal 第三节第三节第三节第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺

2、性质 gasification and combustion properties of coalgasification and combustion properties of coal 第四节第四节第四节第四节 煤的机械加工性质煤的机械加工性质煤的机械加工性质煤的机械加工性质mechanical processing properties of coalmechanical processing properties of coal第八章第八章 煤的工艺性质煤的工艺性质technological properties 第一节第一节 煤的发热量煤的发热量一、煤的发热量的定义一、煤的发热量的

3、定义 单位质量的煤完全燃烧后释放出的热量。单位质量的煤完全燃烧后释放出的热量。单位：单位：kJ/g或或MJ/kg。二、煤发热量的测定二、煤发热量的测定 （1）称量称量 1g煤样置于氧弹煤样置于氧弹oxygen bomb中，并将氧弹中，并将氧弹充入纯氧充入纯氧2.63.0MPa，然后放入有水的，然后放入有水的内桶内桶中；中；（2）点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；（3）测定内桶水温，校正热损失测定内桶水温，校正热损失heat loss，即可计算弹，即可计算弹筒发热量，用筒发热量，用Qb,ad表示。表示。测定装置示意图测定装置示意图测定装置示意

4、图测定装置示意图。The isothermal-Jacket calorimeter The isothermal-Jacket calorimeter A oxygen bombA oxygen bombOuter jacket第一节第一节 煤的发热量煤的发热量三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别（1）燃烧条件的区别：）燃烧条件的区别：温度、气氛、压力、恒容温度、气氛、压力、恒容at constant volume、恒压、恒压at constant pressure（2）燃烧结果的区别：）燃烧结果的区别：反应、产物反应、产物（3）对发热量的影响：）对发

5、热量的影响：弹筒发热量大于煤的真实热值弹筒发热量大于煤的真实热值第一节第一节 煤的发热量煤的发热量四、发热量的校正四、发热量的校正correction（1）弹筒发热量）弹筒发热量the bomb calorific value：弹筒直接测得弹筒直接测得的发热量。的发热量。（2）高位发热量）高位发热量the gross calorific value：由弹筒发热量由弹筒发热量扣除扣除deduct 氮、硫特殊反应热。氮、硫特殊反应热。（3）低位发热量）低位发热量the net calorific value：由高位发热量扣由高位发热量扣除水的蒸发潜热。除水的蒸发潜热。第一节第一节 煤的发热量煤的发

6、热量（一）（一）对对对对NN、S S特殊热效应的校正特殊热效应的校正特殊热效应的校正特殊热效应的校正恒容高位发热量恒容高位发热量恒容高位发热量恒容高位发热量 从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，简称高位发热量，用符号高位发热量，简称高位发热量，用符号高位发热量，简称高位发热量，用符号高位发热量，简称高位发热量，用符号QQgr,v,adgr,v,ad表示：表示：表示：表示：Q Q gr,v,adgr,v,ad Q Q b,adb,

7、ad（94.1S94.1S b,adb,ad+Q Q b,adb,ad）式中：式中：Sb,ad由弹筒洗液测得的硫含量，满足下列条件之由弹筒洗液测得的硫含量，满足下列条件之一时，即可用全硫代替：一时，即可用全硫代替：Qb,ad 14.60kJ/g，或，或St,ad 4.00%。硝酸生成热校正系数。试验证明，硝酸生成热校正系数。试验证明，与与Qb,ad 有关，取值如有关，取值如下：下：Qb,ad 16.7kJ/g时，时，=0.0010 16.7kJ/g 25.10 kJ/g时，时，=0.0016第一节第一节 煤的发热量煤的发热量（二）（二）对水不同状态热效应的校正对水不同状态热效应的校正恒容低位发

8、热量恒容低位发热量 从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用符号符号Qnet,v,ad表示，计算公式如下：表示，计算公式如下：Qnet,v,ad=Qgr,v,ad206Had23Mad 式中：式中：Qnet,v,ad空气干燥基的恒容低位发热量，空气干燥基的恒容低位发热量，J/g；Mad煤样的空气干燥基水分，煤样的空气干燥基水分，%；2060.01g氢生成的水的汽化热，氢生成的水的汽化热，J；230.01g吸附水的汽化热，吸附水的

9、汽化热，J。第一节第一节 煤的发热量煤的发热量五、五、恒湿无灰基高位发热量恒湿无灰基高位发热量恒湿无灰基高位发热量恒湿无灰基高位发热量the gross calorific value on the moist ash-free basis 恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。一种假想状态，这时

10、煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发热量进行换算，公式如下：基的高位发热量进行换算，公式如下：基的高位发热量进行换算，公式如下：基的高位发热量进行换算，公式如下：第一节第一节 煤的发热量煤的发热量六、发热量基准换算六、发热量基准换算发热量基准换算的目的发热量基准换算的目的换算公式换算公式（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式第一节第一节 煤的发热量

11、煤的发热量（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式第一节第一节 煤的发热量煤的发热量（2）低位发热量的基准换算公式）低位发热量的基准换算公式 第一节第一节 煤的发热量煤的发热量七、七、影响煤发热量的因素影响煤发热量的因素 煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的发热量有不同程度的影响。发热量有不同程度的影响。成因类型的影响成因类型的影响：腐泥煤和腐植煤腐泥煤和腐植煤煤岩组成的影响煤岩组成的影响：镜质组、壳质组、惰质组镜质组、壳质组、惰质组矿矿 物物 质质 的影的影 响：响：矿物质分解吸热、矿物质不发热矿

12、物质分解吸热、矿物质不发热风风 化化 的的 影影 响响：氧含量增加、灰分增加氧含量增加、灰分增加煤化程度的影响：煤化程度的影响：元素组成的变化元素组成的变化表表5-1 各种煤的发热量各种煤的发热量煤种煤种Qgr,v,daf,kJ/g泥泥 炭炭2024年青褐煤年青褐煤2428 年老褐煤年老褐煤2830.6长长 焰焰 煤煤3033.5气气 煤煤32.235.6肥肥 煤煤34.336.8焦焦 煤煤35.237.1瘦瘦 煤煤3536.6贫贫 煤煤34.836.4年青无烟煤年青无烟煤34.836.2典型无烟煤典型无烟煤34.335.2年老无烟煤年老无烟煤32.234.3Qnet,dafVdaf,%第二节

13、第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质一一、煤的热解、煤的热解pyrolysis/thermal decomposition概念概念煤在隔绝空气的条件下煤在隔绝空气的条件下in the absence of air进行加热，发生一系列进行加热，发生一系列的物理变化和化学反应，生成气体的物理变化和化学反应，生成气体(煤气煤气)、液体、液体(焦油焦油)、固体、固体(半焦或焦炭半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或炭化、干馏或炭化(carbonization)。热解分类热解分类 按热解终温按热解终温final pyrolysis temper

14、ature 低温干馏低温干馏Low-temperature carbonization(500-600)以液体产物为目以液体产物为目标标 中温干馏中温干馏medium-temperature carbonization(700-800)制取燃料煤气制取燃料煤气 高温干馏高温干馏high-temperature carbonization(950-1050)炼焦炼焦第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型reaction type 煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应 cracking reactions 一次热解产物

15、的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions 煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应condensation reactions第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型reaction type 煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应cracking reactions(1)结构单元之间的桥键断裂生成结构单元之间的桥键断裂生成结构单元之间的桥键断裂生成结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片自由基碎片自由基碎片自由基碎片radical radical fragmentsf

16、ragments；(2)脂肪侧链受热易裂解，生成脂肪侧链受热易裂解，生成脂肪侧链受热易裂解，生成脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃气态烃气态烃气态烃gaseous gaseous hydrocarbonshydrocarbons，如：如：如：如：CHCH4 4(methanemethane)C C2 2HH6 6(ethane)ethane)等；等；等；等；第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型 煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应cracking reactions(3)含含含含氧氧氧氧官官官官能能能能团团团团的的的

17、的裂裂裂裂解解解解，含含含含氧氧氧氧官官官官能能能能团团团团的的的的热热热热稳稳稳稳定定定定性性性性顺顺顺顺序序序序orderorder为：为：为：为：OH OH C=O C=O COOH COOH OCHOCH3 3。(4)煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的 低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。第二节第二节 煤的热

18、解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysissecondary pyrolysis reactions reactions C2H6 C2H4H2 裂解反应裂解反应cracking reactions，如，如 脱氢反应脱氢反应dehydrogenation，如，如第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis

19、secondary pyrolysis reactions reactions 加氢反应加氢反应hydrogenation hydrogenation，如，如 缩合反应缩合反应，如，如第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应 胶质体胶质体metaplast固化过程的固化过程的缩聚反应缩聚反应缩聚反应缩聚反应，主要是在热解，主要是在热解生成的自由基之间的缩聚，其结果生成半焦生成的自由基之间的缩聚，其结果生成半焦semicoke/char。半焦分解，半焦分解，残留物之间缩聚残留物之间缩聚残留物之间缩聚残留物之间缩聚，生成焦炭，生成焦炭coke。

20、缩聚反。缩聚反应是芳香结构脱氢应是芳香结构脱氢dehydrogenation。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程三、粘结性烟煤热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温干燥脱吸阶段（室温300）drying and desorption（2）胶质体的生成和固化阶段（胶质体的生成和固化阶段（300550）Formation and resolidification of metaplast（3）半焦转化为焦炭的阶段半焦转化为焦炭的阶段 Semicoke to coke第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程三、粘结性烟煤

21、热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温）干燥脱吸阶段（室温300）drying and desorption 120：煤炭脱水、干燥煤炭脱水、干燥 120200：解吸，脱除吸附的解吸，脱除吸附的CH4、CO、CO2等气等气体。体。300：低变质程度的煤开始热解，生成低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO等，等，生成放出热解水和微量的焦油。生成放出热解水和微量的焦油。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程三、粘结性烟煤热解过程（2）胶质体的生成和固化阶段（胶质体的生成和固化阶段（300550）Formation and resolidification of

22、 metaplast 300480：煤分解、解聚煤分解、解聚Depolymerization，析出大量焦，析出大量焦油和气体油和气体 其中：其中：在在450左右的温度区间，焦油的析出量最大。在左右的温度区间，焦油的析出量最大。在该阶段由于热解，生成了该阶段由于热解，生成了气气(煤气和呈气态的焦油煤气和呈气态的焦油)、液液（胶质（胶质体）、体）、固固(未分解的煤未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体三相共存的物质，称为胶质体metaplast。450550(600)胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速，胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。开始缩聚，

23、生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、烟煤热解过程三、烟煤热解过程（3）半焦转化为焦炭的阶段）半焦转化为焦炭的阶段（550 1000）该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。550750，半半焦焦分分解解析析出出大大量量的的气气体体，主主要要是是H2和和少少量量的的CH4，称称为为热热解解的的二二次次气气体体。半半焦焦分分解解释释放放出出大大量量气气体体后后，体体积积收收缩缩shrinkage产产生生裂裂纹纹fissure。在在此此阶阶段段基基本本上不产生焦油。上不产生焦油。7501000，半

24、半焦焦进进一一步步分分解解，继继续续析析出出少少量量气气体体，主主要要是是H2，同同时时半半焦焦发发生生缩缩聚聚，使使芳芳香香碳碳网网不不大大增增大大，结结构构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质四、非粘结性煤四、非粘结性煤noncaking coal热解过程热解过程 煤化程度低的非粘结性煤煤化程度低的非粘结性煤 Low rank noncaking coals 如如褐褐煤煤、长长焰焰煤煤等等，其其热热解解过过程程与与烟烟煤煤大大体体类类似似，同同样样有有分分解解、裂裂解解

25、和和缩缩聚聚等等反反应应发发生生，生生成成大大量量气气体体和和焦焦油油，只只是是在在热热解解过过程程中中没没有有胶胶质质体体生生成成，不不会会产产生生熔熔融融、膨膨胀胀等现象，热解前后煤粒仍然呈分离状态，不会粘结成块。等现象，热解前后煤粒仍然呈分离状态，不会粘结成块。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质四、非粘结性煤四、非粘结性煤noncaking coal热解过程热解过程 煤化程度高的非粘结性煤煤化程度高的非粘结性煤High rank noncaking coals 如如贫贫煤煤、无无烟烟煤煤，其其热热解解过过程程较较为为简简单单，以以裂裂解解为为主主，释释放放出出少少

26、量量的的热热解解气气体体，其其中中热热值值高高的的烃烃类类如如甲甲烷烷含含量量较较低，氢含量则较高，煤气热值相对较低。低，氢含量则较高，煤气热值相对较低。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质五、煤热解产生胶质体的性质五、煤热解产生胶质体的性质 胶质体的概念胶质体的概念胶质体的概念胶质体的概念胶质体的热稳定性（温度间隔胶质体的热稳定性（温度间隔）胶质体的透气性胶质体的透气性胶质体的流动性胶质体的流动性胶质体的膨胀性胶质体的膨胀性第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤的粘结成焦机理六、煤的粘结成焦机理（一）煤的粘结机理（一）煤的粘结机理煤粒借胶质体粘

27、结固化成半焦煤粒借胶质体粘结固化成半焦（1）胶质体的生成及来源）胶质体的生成及来源 煤热解过程中芳香族化合物热解后，煤分子结构单元煤热解过程中芳香族化合物热解后，煤分子结构单元之间的桥键断裂，形成自由基碎片，其中分子量不太大的、之间的桥键断裂，形成自由基碎片，其中分子量不太大的、含氢较多的成为液体产物。脂肪族化合物分解后也会生成含氢较多的成为液体产物。脂肪族化合物分解后也会生成少量的液体产物。少量的液体产物。胶质体是煤热解反应过程中生成的瞬时胶质体是煤热解反应过程中生成的瞬时性存在的物质，其生成过程是不可逆过程。性存在的物质，其生成过程是不可逆过程。该液相物质具有胶一样的粘性，可以粘合粉状煤料

28、。该液相物质具有胶一样的粘性，可以粘合粉状煤料。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质（2）胶质体在煤粒之间迁移）胶质体在煤粒之间迁移表面迁移表面迁移 煤粒之间的粘结主要发生在煤粒的表面上煤粒之间的粘结主要发生在煤粒的表面上。表面的粘。表面的粘结不仅发生在熔融颗粒与不熔颗粒之间，也发生在相邻颗结不仅发生在熔融颗粒与不熔颗粒之间，也发生在相邻颗粒产生的胶质体交界面上。研究表明，煤粒间的粘结只发粒产生的胶质体交界面上。研究表明，煤粒间的粘结只发生在煤粒间的表面分子层上，就是流动性最大的肥煤胶质生在煤粒间的表面分子层上，就是流动性最大的肥煤胶质体的液相在塑性阶段的平均移动距离只有

29、体的液相在塑性阶段的平均移动距离只有1.9微米微米，这与煤，这与煤粒的大小相比是可以忽略的。粒的大小相比是可以忽略的。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质 因因此此，煤煤热热解解后后不不同同煤煤粒粒生生成成的的液液相相之之间间的的相相互互渗渗透透只只限限于于煤煤粒粒的的表表面面。这这就就是是说说，煤煤粒粒间间的的粘粘结结过过程程，只只在在煤粒的接触表面之间进行，煤粒的接触表面之间进行，煤的粘结是煤粒间的表面粘结。煤的粘结是煤粒间的表面粘结。但分子之间的交联则是深度的但分子之间的交联则是深度的，这种交联足以使来自，这种交联足以使来自两个煤粒的胶质体形成均匀的整体两个煤粒的胶

30、质体形成均匀的整体。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质（3）熔融煤粒的融合）熔融煤粒的融合 煤煤粒粒熔熔融融形形成成胶胶质质体体，其其液液相相物物质质具具有有一一定定的的流流动动性性，在在液液相相物物质质中中气气体体压压力力的的作作用用下下，液液相相就就会会相相互互渗渗透透、融融并成为一体。并成为一体。胶胶质质体体渗渗透透、融融并并的的程程度度取取决决于于胶胶质质体体的的数数量量和和颗颗粒粒的的性性质质。若若颗颗粒粒都都可可熔熔融融，且且产产生生的的胶胶质质体体的的数数量量多多、流流动动性性好好，胶胶质质体体相相互互渗渗透透、融融并并得得就就好好，形形成成的的熔熔融融体

31、体均均质质性性也也好好，固固化化后后焦焦炭炭的的强强度度就就高高；若若相相邻邻颗颗粒粒中中有有不不融融或或弱弱熔熔融融颗颗粒粒，则则胶胶质质体体渗渗透透就就不不不不好好，难难以以形形成成均均质质性性的熔融体。的熔融体。这导致不同的融合方式：这导致不同的融合方式：第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质 煤粒的融合方式煤粒的融合方式 包裹型：包裹型：熔融颗粒与临近的不融颗粒只是接触点的熔融颗粒与临近的不融颗粒只是接触点的粘连，如果胶质体足够多，胶质体也可以部分或整体包裹粘连，如果胶质体足够多，胶质体也可以部分或整体包裹不融颗粒，或与临近的其他熔融颗粒共同包裹不融颗粒。不融颗粒，

32、或与临近的其他熔融颗粒共同包裹不融颗粒。这种颗粒的这种颗粒的均质性差均质性差，固化后形成的，固化后形成的焦炭的强度也差焦炭的强度也差。渗透型：渗透型：如果两个或多个颗粒均是熔融颗粒，则会如果两个或多个颗粒均是熔融颗粒，则会相互渗透，形成均质性较好的熔融体，固化后形成的焦炭相互渗透，形成均质性较好的熔融体，固化后形成的焦炭的强度高。的强度高。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质（4）熔融体的固化）熔融体的固化resolidify 煤热解生成的胶质体是逐渐增加的，当液相的生成速煤热解生成的胶质体是逐渐增加的，当液相的生成速度与热解固化速度相等时，胶质体的流动性达到最大，颗度与

33、热解固化速度相等时，胶质体的流动性达到最大，颗粒间熔融、渗透、粘结达到高潮，此后，胶质体的分解固粒间熔融、渗透、粘结达到高潮，此后，胶质体的分解固化速度超过了生成速度，胶质体的流动性逐渐下降，化速度超过了生成速度，胶质体的流动性逐渐下降，直到直到全部固化成为半焦全部固化成为半焦。胶质体的固化是液相分解产生的游离基缩聚的结果。胶质体的固化是液相分解产生的游离基缩聚的结果。胶质体的固化过程是胶质体中的化合物因脱氢、脱烷基和胶质体的固化过程是胶质体中的化合物因脱氢、脱烷基和其它热解反应而引起的芳构化的过程。其它热解反应而引起的芳构化的过程。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质七

34、、煤的成焦机理七、煤的成焦机理半焦转化为焦炭半焦转化为焦炭（1）成焦的化学反应）成焦的化学反应 胶胶质质体体固固化化形形成成半半焦焦后后继继续续升升高高温温度度，半半焦焦发发生生裂裂解解，析析出出以以氢氢气气为为主主的的气气体体，几几乎乎没没有有焦焦油油产产生生。这这时时的的裂裂解解反反应应主主要要是是芳芳香香化化合合物物脱脱氢氢，同同时时产产生生带带电电的的自自由由基基，自自由由基基相相互互缩缩聚聚而而稳稳定定化化，温温度度进进一一步步升升高高，缩缩聚聚反反应应进进一一步步发发展展，自自由由基基的的缩缩聚聚使使芳芳香香碳碳网网不不断断增增大大，碳碳网网间间的的排排列也趋于规则化。列也趋于规则

35、化。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质七、煤的成焦机理七、煤的成焦机理半焦转化为焦炭半焦转化为焦炭（2）成焦的宏观变化）成焦的宏观变化 由由于于缩缩聚聚反反应应，分分子子有有序序化化成成都都提提高高，使使半半焦焦的的体体积积发发生生收收缩缩，由由于于半半焦焦组组成成的的不不均均匀匀性性，造造成成半半焦焦内内部部产产生生应应力力而而导导致致裂裂纹纹的的形形成成；温温度度继继续续升升高高到到1000，半半焦焦的的裂裂解解和和缩缩聚聚反反应应趋趋缓缓，析析出出的的气气体体量量减减少少，半半焦焦也也变变成成了了具有一定块度和强度的银灰色的并具有金属光泽的焦炭具有一定块度和强度的

36、银灰色的并具有金属光泽的焦炭。粘粘结结时时形形成成的的熔熔融融体体的的均均质质性性好好坏坏对对于于成成焦焦过过程程中中的的收收缩缩的的均均匀匀性性和和裂裂纹纹的的产产生生至至关关重重要要。包包裹裹型型的的裂裂纹纹多多，渗透型的裂纹少渗透型的裂纹少。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质八、中间相理论八、中间相理论the mesophase theory（一）煤熔融形成中（一）煤熔融形成中间间相的概念相的概念 粘粘结结性烟煤在炭化性烟煤在炭化过过程中，程中，镜质组变为镜质组变为胶胶质质体体时时开始开始形成很微小的球体，形成很微小的球体，这这些小球体些小球体逐逐渐渐接触、融并、

37、接触、融并、长长大大，最后聚最后聚结结在一起，形成了在一起，形成了类类似于液晶的似于液晶的具有各向异性的流具有各向异性的流动动相相态态，这这就是中就是中间间相。中相。中间间相是由聚合的芳香相是由聚合的芳香层层片的扭片的扭曲曲结结构构组组成的，再成的，再继续继续加加热热，聚合物，聚合物发发生裂解、生裂解、缩缩聚而固聚而固化，最化，最终终形成形成各向异性炭各向异性炭。如果没有中。如果没有中间间相的相的转变过转变过程，程，只能形成只能形成各向同性炭各向同性炭。焦炭生焦炭生产过产过程中，各向异性炭是追程中，各向异性炭是追求的目求的目标标。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质八、中

38、间相理论八、中间相理论（二）中（二）中间间相的特点相的特点（1）中间相的形成是不可逆的；）中间相的形成是不可逆的；（2）中间相的形成是化学过程。中间相形成以后，内部）中间相的形成是化学过程。中间相形成以后，内部发生连续的裂解、缩聚等化学变化发生连续的裂解、缩聚等化学变化；（3）中间相在形成过程中中间相在形成过程中C/H比逐渐增大；比逐渐增大；（4）中间相在形成过程中，分子量是逐渐增大的。中间相在形成过程中，分子量是逐渐增大的。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质八、中间相理论八、中间相理论（三）中（三）中间间相的形成相的形成过过程程 中中间间相相从从小小球球体体产产生生到

39、到胶胶质质体体固固化化、形形成成半半焦焦这这一一阶阶段为中间相阶段，发展过程如图所示段为中间相阶段，发展过程如图所示。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法evaluation methods（一）（一）粘结性和结焦性的概念粘结性和结焦性的概念定义：定义：煤的煤的粘结性粘结性是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和自身和/或惰性物料的能力。煤的或惰性物料的能力。煤的结焦性结焦性是指单种煤或配是指单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的

40、升温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。度和强度的焦炭的能力。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法evaluation methods（二）罗加指数（二）罗加指数R.I.(Roga Index)测测定定：称称取取1g煤煤样样与与5g标标准准无无烟烟煤煤Standard anthracite放放入入特特制制坩坩埚埚内内搅搅拌拌均均匀匀并并铺铺平平，放放上上钢钢质质砝砝码码，在在6kg负负荷荷下下压压实实30秒秒，加加盖盖，连连同同砝砝码码一一起起放

41、放入入已已预预热热至至850的的马马弗弗炉炉灼灼烧烧15min，取取出出，冷冷却却后后称称量量焦焦渣渣总总质质量量为为m0，用用孔孔径径为为1mm的的圆圆孔孔筛筛筛筛分分，称称量量筛筛上上物物oversize质质量量为为m，然然后后进进行行每每次次5分分钟钟的的转转鼓鼓转转磨磨（转转鼓鼓转转速速为为50 2rpm），共共3次次，每每次次转转磨磨结结束束后后将将焦焦渣渣用用1mm圆圆孔孔筛筛分，并称量筛上物质量，分别得到筛筛分，并称量筛上物质量，分别得到m1、m2和和m3。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（二）罗加指数（二）罗

42、加指数R.I.优缺点优缺点优点：优点：罗加指数法具有明显的优点，表现在设备简单快罗加指数法具有明显的优点，表现在设备简单快速、所需试验煤样少、它不但能反映煤的粘结能力还能在速、所需试验煤样少、它不但能反映煤的粘结能力还能在一定程度上反映焦炭的强度。一定程度上反映焦炭的强度。缺点：缺点：但罗加指数也有缺点，如加热速度远远高于工业但罗加指数也有缺点，如加热速度远远高于工业炼焦的加热速度，使粘结性测值偏高，对强粘结性煤区分炼焦的加热速度，使粘结性测值偏高，对强粘结性煤区分能力差，对弱粘结性煤的重现性差，不同的标准无烟煤导能力差，对弱粘结性煤的重现性差，不同的标准无烟煤导致测定结果的不一致，使得各国间

43、的测值不具可比性。致测定结果的不一致，使得各国间的测值不具可比性。适用性：适用性：中等粘结性的煤中等粘结性的煤（三）粘结指数（三）粘结指数 GR.I.(Caking-index)1、来历、来历：针对罗加指数的缺点改进而来的。针对罗加指数的缺点改进而来的。2、测测定定要要点点：原原理理和和仪仪器器与与罗罗加加指指数数法法完完全全相相同同。标标准准无无烟烟煤煤、配比、测定步骤等有不少变化和改进。配比、测定步骤等有不少变化和改进。3、改改进进点点及及优优点点：（1）将将标标准准无无烟烟煤煤的的粒粒度度降降为为0.10.2mm，一一方方面面与与试试验验煤煤样样粒粒度度接接近近，可可防防止止发发生生煤煤

44、样样粒粒度度偏偏析析，影影响响测测定定结结果果，另另一一方方面面，降降低低无无烟烟煤煤粒粒度度，可可增增加加其其吸吸纳纳胶胶质质体体的的能能力力，有有利利于于提提高高对对强强粘粘结结性性煤煤的的区区分分能能力力；（2）根根据据煤煤样样的的粘粘结结性性强强弱弱灵灵活活改改变变配配比比，粘粘结结性性较较强强的的煤煤用用1:5的的比比例例，粘粘结结性性较较弱弱的的煤煤用用3:3的的比比例例，可可以以提提高高强强粘粘结结性性煤煤的的区区分分能能力力和和弱弱粘粘结结性性煤煤的的测测定定准准确确性性和和重重现现性性；（3）转转鼓鼓试试验验由由3次次改改为为2次，提高了测定效率。次，提高了测定效率。第二节第

45、二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（四）胶质层指数（四）胶质层指数Y(the plastic layer index)又又名名胶胶质质层层最最大大厚厚度度(the maximum thickness of plastic layer)，是是由由前前苏苏联联学学者萨保士尼科夫和巴斯列者萨保士尼科夫和巴斯列维奇维奇Sapozhnikov-Basilevich提出的。提出的。1、测定要点是、测定要点是 将将煤煤样样装装入入特特制制的的煤煤煤煤杯杯杯杯中中中中，并并在在上上面面加加一一可可移移动动压压盘盘，压压盘盘通通过过杠杠杆杆和和重重锤锤

46、相相连连，使使压压盘盘对对煤煤样样产产生生0.1MPa的的压压力力。然然后后模模拟拟煤煤样样在在焦焦炉炉中中的的受受热热过过程程，以以3/min的的升升温温速速度度从从煤煤杯杯底底部部单单侧侧加加热热one-sided heating，使使煤煤杯杯中中的的煤煤样样形形成成一一系系列列温温度度不不同同的的等等温温层层。等等温温层层的的温温度度从从上上到到下下依依次次递递增增。当当温温度度升升到到煤煤的的软软化化点点时时，煤煤开开始始软软化化形形成成具具有有塑塑性性的的胶胶质质体体metaplast，当当温温度度升升到到固固化化温温度度时时，胶胶质质体体开开始始固固化化形形成成半半焦焦。这这样样，

47、煤煤杯杯中中的的煤煤样样就就逐逐层层软软化化、熔熔融融再再固固化化。在在试试验验过过程程中中要要用用特特制制的的探探针针定定时时测测量量胶胶质质层层的的厚厚度度，以以胶胶质质层最大厚度作为层最大厚度作为Y值梯度。值梯度。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质2、胶质层指数测定得到的体积曲线。、胶质层指数测定得到的体积曲线。优点：优点：其优点是其优点是Y值具有可加性。值具有可加性。缺点：缺点：（1）胶质层厚度只能反映胶质体的数量，不能反胶质层厚度只能反映胶质体的数量，不能反映胶质体的质量；映胶质体的质量；（2）测定过程

48、的规范性强，影响测定结测定过程的规范性强，影响测定结果的因素多；果的因素多；（3）测定时所需煤样量大；测定时所需煤样量大；（4）对弱粘煤对弱粘煤(Y7 mm)和胶质体流动性大的煤和胶质体流动性大的煤(Y 25 mm)测定的精度差、测定的精度差、重现性差。重现性差。适用性：适用性：胶质层指数法较适合于中等粘结性的煤胶质层指数法较适合于中等粘结性的煤第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质 3、胶质层指数之优缺点、胶质层指数之优缺点 测测定定要要点点：将将煤煤样样按按规规定定方方法法制制成成形形状状和和大大小小类类似似于于粉粉笔笔的的煤煤笔笔，放放入入专专用用膨膨胀胀管管内内，煤

49、煤笔笔上上部部放放置置一一根根能能自自由由滑滑动动的的膨膨胀胀杆杆。将将上上述述装装置置放放入入专专用用电电炉炉后后，在在膨膨胀胀杆杆上上端端连连接接一一枝枝记记录录笔笔，记记录录笔笔与与卷卷在在匀匀速速转转动动的的转转筒筒上上的的记记录录纸纸相相接接触触，以以3/min的的升升温温速速度度加加热热，在在记记录录纸纸上上就就记记录录下下膨膨胀胀杆杆上上下下移移动动的的位位移移曲曲线线。测测量量并并计计算算位位移移的的最最大大距距离离占占煤煤笔笔原原始始长长度度的的百百分分数数，作作为为煤煤样样的膨胀度的膨胀度dilatation，即奥阿膨胀度指标（，即奥阿膨胀度指标（b）。第二节第二节 煤的热

50、解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥阿膨胀度（五）奥阿膨胀度b Audibert-Arnu dilatation 第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥阿膨胀度（五）奥阿膨胀度b 膨胀管膨胀管第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥阿膨胀度（五）奥阿膨胀度b 体积曲线体积曲线第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥阿膨胀度（五）奥阿