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1、商品煤人工采制样,国家煤炭质量监督检验中心 煤炭科学研究总院煤炭分析实验室,一. 煤的物理化学特性,煤是由古代植物残骸经地质作用变化而成的可燃性生物岩， 其组成和结构非常复杂且极不均一。由于煤是一种包括有许多有机和无机物的复杂混合物，所以其物理和化学性质也极其复杂。 了解煤的物理和化学性质，能使人们进一步认识煤、改造煤、合理利用煤。,一. 煤的物理化学特性,古代大量植物的残骸经过复杂的生物化学和物理化学的长期作用转变为煤，其中成煤阶段主要为： 生物化学作用下，低等植物形成腐泥，高等植物形成泥炭； 泥炭和腐泥经过地壳运动，受到地球物理化学作用形成煤。此煤化过程是一个由低级向高级逐渐变化的碳化过程
2、，煤化程度不断加深，泥炭逐渐变成褐煤、烟煤、无烟煤。,一. 煤的物理化学特性,随着煤的变质程度的不同，煤的元素组成也发生变化，变质程度越高，煤中碳（Cdaf）含量就愈高，与之相反，氢(Hdaf)含量随煤的变质程度加深而降低，一般含量为26.5，氧含量随变质程度加深而急剧降低。 中国煤炭分类是按照表征煤化程度的参数（干燥无灰基挥发分Vdaf、透光率Pm）和表征工艺性能参数（粘结指数G、胶质层厚度Ymm、奥亚膨胀度b）相结合进行分类的。,中国煤炭分类,中国煤炭分类,第一讲 煤的物理性质,煤的物理性质主要影响因素 煤的成因因素，即原始物料及其堆积条件；煤化度或变质程度；煤的灰分、水分和风化程度。,煤
3、的相对密度（比重）、颜色、 光泽、硬度、粉碎性、热稳定性等,1. 煤的相对密度（比重）,煤的真相对密度（真比重）：20时，煤的质量与同温度同体积（不包括煤的所有孔隙）水的质量之比。是计算煤层平均质量与研究煤炭性质的一项重要指标。 煤的真相对密度随煤化度而变化，以镜质组密度为例，在煤化度较低时，镜质组密度随煤化度的提高而减少；但当碳含量约达87%时，镜质组出现最小值，以后随煤化度的增加而迅速增加。,1. 煤的相对密度（比重）,煤的视相对密度（视比重）：20时，煤的质量与同温度同体积（包括煤的所有孔隙）水的质量之比。它是计算煤的储量、煤仓设计和运输量、粉碎、燃烧等过程的指标。 煤的气孔率：根据煤的
4、真比重和视比重计算得到煤的气孔率。它与煤的反应性能、强度有一定的关系：气孔率大的煤其表面积大，反应性能好，但其强度一般较小。,1. 煤的相对密度（比重）,煤的堆积比重：20时，自由堆积的煤的质量与同温度同体积（包括煤的所有孔隙和煤块之间孔隙在内的煤堆体积）水的质量之比。 注意，此为自由堆积，而非人为压实，并且包括煤块间的孔隙，以吨/米3为单位，在设计煤仓、估算炼焦装煤量和装车重量的情况下使用。,1. 煤的相对密度（比重）,影响煤比重的因素： 煤的种类（成因因素）； 岩相组成； 煤化度； 矿物质种类和含量； 水分及风化。,2. 煤的颜色,一般为黑色、褐色和灰色。煤的颜色和煤的性质有关，随煤的变质
5、程度加深而变化。褐煤呈褐色，主要是由于褐煤中含有腐植酸；烟煤呈黑色；无烟煤呈钢灰色。如果用显微镜对煤薄片进行观察，可以看出煤的颜色从长焰煤到焦煤是有规律地变化，但其也受变质程度和矿物质的不同的影响，如变质深的褐煤呈深褐色到黑色。,3. 煤的光泽,煤的光泽 是指煤表面的反射能力，通常为全暗的、半暗的、半亮的、全亮和很亮等。 煤的光泽影响因素 煤岩组成； 煤化程度； 灰分有关。,4. 煤的硬度,煤的硬度是当用其它较硬的物质刻划的强度，了解煤的硬度能使人们考虑在采煤时所用机械装置及推测机械磨损等情况，同时还能事先预测破碎、成型加工的难易程度。 煤的显微硬度是指煤对坚硬物体压入的对抗能力，测定原理是在
6、光滑的煤样平面上压入一坚硬的特殊形状的压力，在煤的表面压出一印痕，后在显微镜下观察印痕大小，印痕越大，煤的显微硬度越低。煤的显微硬度随变质程度的加深而增高。,5. 煤的粉碎性（可磨性）,煤被粉碎（研磨成粉）的难易程度通常用煤的可磨性表示，可磨系数越大则越容易粉碎，使用粉煤的火电厂和水泥厂常常需要测定煤的可磨性，以便设计与改进磨煤系统，估计磨煤机产率和耗电率。 磨碎定律：在研磨成粉时消耗的功（能量）与煤所产生的新表面积成正比。 测定方法 1.全苏热工研究所法（BTN法） 2.哈特葛罗夫（Hardgrcve）法（哈氏法）,6. 煤的热稳定性,煤的热稳定性是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳定程度，
7、即煤块在高温作用下保持原来粒度的性质。 煤的热稳定性与煤种有关，无烟煤由于其结构致密，加热时内外温差大，引起膨胀不同而破碎，造成热稳定性差；褐煤主要因为含水分多，加热过程中水分大量蒸发使煤容易破碎，其热稳定性也差。,第二讲 煤的化学性质,煤的风化、氧化、热分解、 加氢液化、溶剂提取等,1. 煤的热分解,煤在热分解时能形成不同数量和不同组成的产物，即胶质状态、粘结、成焦等，由于煤的结构复杂，极不稳定，在热分解过程中的分解方式和产品性质受外界影响，主要与煤化程度、煤炭组分、加热方式有关。,1. 煤的热分解,煤的热分解根据加热温度有以下阶段： 120前放出外在水分和内在水分，即干燥阶段；,12020
8、0放出吸附在小孔中的气体。如CO2，CO，CH4等为脱吸阶段；,200 300放出热解水并开始形成气态产物，如CO2，CO，H2S等，有微量焦油析出，称为开始热解阶段；,1. 煤的热分解,300 550大量析出焦油（几乎全部）和气体（主要为CH4和其同系物，不饱和烃、H2、CO2、CO等），烟煤则经胶质转台转变为半焦，称为胶质体固化阶段；,500 750半焦热解，析出大量含氢的气体，为热解的二次气体，基本不再生成焦油，半焦收缩产生裂纹，称为半焦收缩阶段；,750 1000半焦进一步热分解，继续形成少量气体（主要含H2），半焦变为高温焦炭，称为半焦转焦炭阶段。,1. 煤的热分解,煤的热加工分类：
9、 低温干馏（最终温度为500550）主要产物为初生焦油，制取发动机燃料气和其它化学产品；,中温干馏（600 800）主要产物为煤气；,高温干馏（950 1050）主要目的产物为冶金焦炭。,2. 煤的风化、氧化和自燃,煤在空气中堆放或里地表很近的煤层在受到大气因素的综合影响时，其物理性质、化学性质、工艺性质等会发生一系列的变化，称为风化，也是氧化，主要是由于煤的有机质和矿物质被氧化引起的，其会释放热量，若释放的热量不能及时释出，在煤层或煤堆中越积越多，煤的温度会越来越高，促使氧化过程加速。释放更多的热量，以至达到煤的燃点，造成自燃。,2. 煤的风化、氧化和自燃,煤经风化、氧化后，其性质变化：,外
10、观色泽改变； 煤的化学性质变化； 煤的热值变化,商品煤样人工采取方法,国家煤炭质量监督检验中心,GB 4752008,一、采样必要性和重要性,（1） 定义、目的、过程 采样：从大量煤中采取具有代表性的一部分煤的过程叫采样。 采样的目的：获得一个其实验结果能代表整批被采煤的实验煤样。 采样的过程：首先从分布于整批煤的许多点收集相当数量的一份煤，即初级子样，然后将各初级子样直接合并或缩分后合并成一个总样，最后将此总样经过一系列制样程序制成所要求数目和类型的试验煤样。,一、采样必要性和重要性,（1） 定义、目的、过程 煤质分析采样、制样、化验 在商品煤的采、制、化验三个环节中，采样引起的误差占整个采
11、制化误差的80%、制样约16%、化验仅占4%，可见采样是非常重要的一个环节。,数量减少 粒度减小,大批量 大粒度,0.2mm 100g,一、采样必要性和重要性,（2） 采样的分类： 采取煤芯煤样 煤炭资源勘探煤样采取规程 采取煤层煤样 GB/T 482 采取生产煤样 GB/T 481 采取商品煤样 GB 475 采取煤岩煤样 MT 262,一、采样必要性和重要性,（3） 商品煤种类： 精煤（冶炼炼焦煤） 原煤 筛选煤 其它洗煤，包括 中煤(介于精煤和矸石之间）。,煤炭产品的类别、品种和技术要求,煤炭产品的类别、品种和技术要求,煤炭产品的类别、品种和技术要求,煤炭产品的类别、品种和技术要求,无烟
12、煤烟煤粒度划分,褐煤粒度划分,冶炼用精煤灰分等级划分,其他用炼焦精煤灰分等级划分,喷吹用精煤灰分等级划分,其他煤炭产品灰分等级划分,精煤硫分等级划分,其他产品硫分等级划分,喷吹用精煤发热量等级划分,其他煤炭产品发热量等级划分,块煤限下率划分等级,一、采样必要性和重要性,（4） 商品煤赋存状态： 动态煤流 静态运载工具 煤堆,一、采样必要性和重要性,（5）采样困难性表现： A 商品煤本身特点 a、数量巨大 b、粒度组成不均一 （粒度分聚、粒度离析） c、质量密度不均一 d、化学组成不均一 e 、抗碎强度不均一,B 结果出错 a、不易发现 b、不可弥补 C 无法确定真值,被采样批煤的所有颗粒都可能
13、进入采样设备，每一颗粒都有相等的机率被采入试样中。 a) 煤的变异性（一般以初级子样方差衡量）； b) 从该批煤中采取的总样数目； c) 每个总样的子样数目； d) 与标称最大粒度相应的试样质量。,一、采样必要性和重要性,(6) 采样的基本要求：,煤样 ：为确定某些特性而从煤中采取的具有代表性的一部分煤。 商品煤样：代表商品煤平均性质的煤样。 专用试验煤样：为满足某一特殊试验要求而制备的煤样。 共用煤样：为进行多个试验而采取的煤样。 全水分煤样：为测定全水分而专门采取的煤样。 一般试验煤样：为制备一般分析试验煤样而专门采取的煤样。 一般分析试验煤样：破碎到粒度小于0.2mm并达到空气干燥状态，
14、用于大多数物理和化学特性测定的煤样。 粒度分析煤样：为进行粒度分析而专门采取的煤样。,二、采样基本术语,子样：采样器具操作一次或截取一次煤流全横截段所采取的一份样。 分样：由均匀分布于整个采样单元的若干初级子样组成的煤样。 总样：从一采样单元取出的全部子样合并成的煤样。 初级子样：在采样第1阶段、于任何破碎和缩分前采取的子样。 缩分后试样：为减少试样质量而将之缩分后保留的一部分。,二、采样基本术语,采样：从大量煤中采取具有代表性的一部分煤的过程。 连续采样 ：从每一个采样单元采取一个总样，采样时，子样点以均匀的间隔分布。 间断采样：仅从某几个采样单元采样。 系统采样：按相同的时间、空间或质量间
15、隔采取子样，但第一个子样在第一间隔内随机采取，其余的子样按选定的间隔采取。 随机采样：采取子样时，对采样的部位或时间均不施加任何人为的意志，使任何部位的煤都有机会采出。,二、采样基本术语,时间基采样：从煤流中采取子样，每个子样的位置用一时间间隔来确定，子样质量与采样时的煤流量成正比。 质量基采样：从煤流或静止煤中采取子样，每个子样的位置用一质量间隔来确定，子样质量固定。 分层随机采样：在质量基采样和时间基采样划分的质量或时间间隔内随机采取一个子样,二、采样基本术语,批：需要进行整体性质测定的一个独立煤量。 采样单元：从一批煤中采取一个总样的煤量。一批煤可以是一个或多个采样单元。 注：相当于IS
16、O18283中的sub-lot（一批煤中的部分煤量，其给出所需的一个试验结果。）,二、采样基本术语,标称最大粒度：与筛上物累计质量分数最接近（但不大于）5的筛子相应的筛孔尺寸。 例如：某种煤的筛分试验结果如下：,二、采样基本术语,精密度：在规定条件下所得独立试验结果间的符合程度。 注1：它经常用一精密度指数，如两倍的标准差来表示。 注2：煤炭采样精密度为单次采样测定结果与对同一煤（同一来源、相同性质）进行无数次采样的测定结果的平均值的差值（在95概率下）的极限值。 A = 单次测定值平均值差值的极限值 在统计上，A= t s 误差：观测值和可接受的参比值间的差值。 注：在所有的采样、制样和化验方法中，误差总是存在的，同时用这样的方法得到的任一指定参数的试验结果也将偏离该参数的真值。由于不能确切了解“真值”，常常用相对准确的方法所得测定值作为衡量标准，该值即为可接受的参比值。,二、采样基本术语,方差：分散度的量度。数值上为观测值与它们的平均值之差值的平方和除以自由度（观
