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1、煤炭知识讲座,赵钦强,概 述,煤炭是我国的主要能源，也是我国出口创汇的主要商品之一。煤炭作为一种特殊商品，它的流通性将会得到进一步的加强。而煤炭作为一种商品，它的特殊性在于它是一种非均质的混合物，具有其他任何商品不具有的特殊性，而且它的性质随着产地的不同相差很太，它的质量也因开采方式、贮运方式和管理水平的不同有较大的差别。另外，各种不同的工业用途对煤种的质量要求也千差万别，这种商品的特殊性对煤炭质量的评价也具有一般商品所不具有的特殊性。,第一节 基础知识,一、煤炭的定义 煤（coal）煤炭：主要由植物遗体经煤化作用转化而成的富含碳的固体可燃有机沉积岩，含有一定量的矿物质，相应的灰分产率小于或等
2、于50%（干基质量分数）。 二、煤的形成 煤是古代的植物在数百万年以前以至更远的年代因地壳的变动被埋在地下，因受地层压力与地热作用逐步演变而成。成煤过程中，发生了复杂的生物化学与物理化学作用，通常在此过程中要经历两个阶段：泥炭化作用阶段与煤化作用阶段。,1、泥炭化作用 古代植物死亡后，在生物化学作用下变成泥炭的过程叫做泥炭化作用。 近代研究资料表明，植物所有的有机组分都参与成煤作用。在泥炭化过程中，有机组分的变化是十分复杂的，一般认为，大致分两步进行：第一步：植物遗体中的有机质经氧化分解和水解作用，转化为较简单的化学性质较活的低分子化合物。第二步：分解产物又相互作用，合成新的、复杂的、较稳定的
3、有机物。 由植物转变成泥炭，由于细菌的作用而发生腐烂与分解，使其内部组织破坏，一部分物质转为气体逸出，残余的物质开始转变成泥炭，即成煤的第一阶段。,2、煤化作用 泥炭在地下受不断增高的地层压力及地壳深部的温度影响，逐渐被压紧和硬化，继续排出气体与水分，从而使综合碳比例日趋增大形成了固体有机可燃沉积岩，这一作用称为煤化作用，这是成煤的第二阶段。在此阶段中，又包括成岩作用与变质作用。,成煤过程,第二节 煤的分类,现行中国煤炭分类 GB/T5751-2009 ，2009年进行修订，于2010年1月1日实施。 一、分类用煤的要求 （1）判定煤炭类别时要求所选煤样为单种煤（单一煤层煤样或相同煤化程度的煤
4、组成的煤样），对不同煤化程度的混合煤或配煤不应作煤炭类别的判定。（单种煤的判别可参照GB/T15591，商品煤反射率分布图标准偏差0.1%且无凹口时，为单一煤层煤。） （2）用于判定煤炭类别的煤样可以是勘查煤样、煤层煤样、生产煤样或商品煤样。 （3）勘查煤样的采取应按煤炭资源勘探煤样采取规程的规定执行。,煤层煤样的采取应按GB482的规定执行。 生产煤样的采取应按MT/T998的规定执行。 商品煤样的采取应按GB475和GB/T19494.1的规定执行。 分类用煤样的制备按GB474和GB/T19494.2的规定执行。 煤样干燥基灰分小于或等于10的不需减灰。干燥基灰分大于10的煤样需用规定重
5、液减灰后再分类。所用重液的密度宜使煤样得到最高的回收率，并使减灰后的煤样的灰分在5%-10%之间。减灰方法可按GB474中附录B进行。,二、分类参数 （1）分类参数有两类，即用于表征煤化程度的参数和用于表征工艺性能的参数。 煤化程度参数：Vdaf（GB/T212）、Hdaf（GB/T476）、Qgr,maf（GB/T213）、PM（GB/T2566）。 工艺性能参数：G（GB/T5447）、Y（GB/T479）、b（GB/T5450） （2）采用煤化程度参数（主要是Vdaf）将煤炭划分为无烟煤、烟煤和褐煤。 （3）无烟煤煤化程度的参数，采用干燥无灰基挥发分（Vdaf）和干燥无灰基氢含量（Hda
6、f）作为指标，以此来区分无烟煤的亚类。如果两种结果有矛盾，以按干燥无灰基氢含量划分的结果为准。 （4）采用两个参数来确定烟煤的类别，个表征烟煤煤化程度的参数，另个表征煤粘结性的参数。,烟煤类别的划分，需同时考虑烟煤的煤化程度和工艺性能（主要是粘结性）。煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发分（Vdaf）为指标；烟煤粘结性的参数，以粘结指数为主要指标，并以胶质层最大厚度（或奥亚膨胀度）作为辅助指标，当两者划分的类别有矛盾时，以按胶质层最大厚度划分的类别为准。 （5）褐煤亚类的划分采用透光率（PM）作为指标，用以区分褐煤和烟煤以及褐煤中划分小类。并采用恒湿无灰基高位发热量（Qgr,maf）为辅来区分烟煤
7、和褐煤。 我国煤炭分类指标，最主要的为干燥无灰基挥发分Vdaf及粘结指数G，而胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀指数b、透光率PM、恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf，则作为煤炭分类的辅助指标。,根据煤的煤化程度，将煤分为无烟煤、烟煤及褐煤。无烟煤是煤化程度最深的煤；褐煤则是最浅的煤；烟煤则介于二者之间。 中国煤炭分类国家标准GB/T5751-2009中国煤炭分类将中国煤分为14大类：无烟煤、贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤、褐煤。各大类煤的性质和主要用途如下：,1、无烟煤 煤化程度高的一类煤，挥发分低，含碳量最高，光泽强，硬度高，密度大，
8、燃点高，无粘结性，燃烧时多不冒烟。按挥发分产率及用途分为3个类别：Vdaf（）产率3.5以下的无烟煤一号以作碳素材料等高碳材料较好；Vdaf（）产率3.5%6.5的无烟煤二号是生产合成煤气的主要材料；Vdaf（%）产率大于6.5的无烟煤三号可作为高炉喷吹燃料。这三类无烟煤都是较好的民用燃料。 2、贫煤 烟煤中煤化程度最高、挥发分最低而接近无烟煤的一类煤，国外也称之为半无烟煤。这种煤燃烧时火焰短，但热值较高，无粘结性，加热后不产生胶质体，不结焦，多做动力或民用燃烧使用。 3、贫瘦煤 烟煤中煤化程度较高、挥发分较低的煤，受热后只产生少量胶质体，粘结性较差，其性质介于贫煤和瘦煤之间，大部分作为动力或
9、民用燃料，少量用于制造煤气燃料。,4、瘦煤 烟煤中煤化程度较高、挥发分较低的一种煤，受热后能产生一定数量的胶质体；单独炼焦时，大部分能结焦，焦炭的块度大、裂纹少，但熔融较差，耐磨强度低。可作为炼焦配煤的原料，也可作为民用或动力燃料。 5、焦煤 烟煤中煤化程度中等或较高的一类煤，受热后能产生热稳定性较好的一类胶质体，具有中等或较强的粘结性；单种煤炼焦时可炼成熔融性好、块度大、裂纹少、强度高而耐磨性又好的焦炭，是一种优质的炼焦用煤。 6、肥煤 煤化程度中等的烟煤，在受热到一定温度时能产生较多的胶质体，有较强的粘结性，可粘结煤中一些惰性物质；单独炼焦时，能生成熔融性良好的焦炭，但有较多的横裂纹，焦根
10、部分有蜂焦，因而其强度和耐磨性较焦煤稍差，是炼焦配煤的重要部分，但不易单独使用。,7、气煤 煤化程度较低、挥发分较高的烟煤，受热后能生成一定量的胶质体，粘结性从弱到中等均有；单独炼焦时，焦炭多细长、易碎，并有较多的纵裂纹，焦炭强度和耐磨性均较差。在炼焦中能产生较多的煤气、焦油和其它化学产品，多作为配煤炼焦使用，也是生产干馏煤气的好原料。 8、1/3焦煤 煤化程度属中等，其性质介于焦煤、肥煤和气煤之间，含中等或较高挥发分的强粘结性煤。单独炼焦时，能生成强度较高的焦炭，是炼焦配煤的好原料。 9、气肥煤 煤化程度与气煤相近的一种挥发分高、粘结性强的烟煤。单独炼焦时，能产生大量的煤气和胶质体，因其气体
11、析出过多，不能生成强度高的焦炭，用作炼焦配煤或生产干馏煤气的原料。,10、1/2中粘煤 煤化程度较低，挥发分范围较宽，受热后形成的胶质体较少，粘结性介于气煤和弱粘煤之间的一种过渡性煤类，其中粘结性较好的可作配煤原料，粘结性差的可作为气化原料或燃料。我国这类煤的资源很少。 11、弱粘煤 煤化程度较低，挥发分范围较宽的烟煤。受热后生成的胶质体很少，只有微弱的粘结性，煤岩显微组分中有较多的丝质组和半丝质组，主要作气化原料或燃料。 12、不粘煤 这类煤是在成煤初期受一定氧化作用后生成的以丝质组为主的煤，煤化程度较低，挥发分范围较宽、无粘结性的烟煤。可用作气化原料或燃料。 13、长焰煤 烟煤中煤化程度最
12、低，挥发分最高的一类煤。受热后一般不结焦，燃烧时火焰长，是较好的气化原料和锅炉燃料。,14、褐煤 煤化程度最低的一类煤，外观多呈褐色，也有黑色，光泽暗淡或呈沥青光泽，块状或土状的都有，含有较高的内在水分和不同数量的腐值酸，在空气中易氧化，发热量低。根据其透光率PM的不同分为两个小类:褐煤一号和二号。一般只能做燃料使用，也可作为造气原料。 总之，无烟煤主要供民用和作合成氨造气的原料，近年来，无烟煤已逐步用作电厂发电燃料。 肥煤、焦煤、1/3焦煤、瘦煤、贫瘦煤、气肥煤、气煤、1/2中粘煤，主要用作单独炼焦和配煤炼焦。贫煤、贫瘦煤主要用作电厂燃料，也可用作机车、民用及工业窑炉的燃料。 气煤、气肥煤还
13、用作制造城市煤气；l/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤也用作气化或动力用煤。 褐煤是煤化程度最低的矿产煤，主要用作发电燃料、加压气化制造燃料气和合成气，年轻褐煤用作腐质酸氨等有机肥料。,第三节 煤质分析基础知识,一、煤样的采取和制备 分析煤样按GB/T19494.1或GB475采取，按GB/T19494.2或GB474制备成所需试验煤样。 二、煤样的保存 水分煤样应装入不吸水、不透气的密闭容器中；一般分析试验煤样应在达到空气干燥状态后装入严密的容器中。 空气干燥状态 air-dried ：试样的水分与其破碎和缩分区域的大气达到接近平衡时所处的状态。空气干燥状态以试样在大气中连续暴露1h，其质量
14、变化不超过0.1%来衡量。做出这项规定的原因有二个方面，一是为了保证制备出的分析煤样达到稳定状态后再进行各个项目的测试，以保证测试结果的稳定性和可靠性；,二是因为随着煤质分析方法、煤炭利用和对外贸易的发展，空气干燥煤样的水分，已不只作为一个其它基准的换算依据，而已成为煤炭利用和贸易中的一项重要指标。在ISO及其他欧美各国标准中，对“空气干燥状态”都有一定量的规定，一般为m不大于0.1。） 三、存查煤样 存查煤样在原始煤样制备的某一阶段分取。存查煤样应尽可能少破碎、少缩分，其粒度和质量应符合相关标准规定。 四、分析试验取样 分析试验取样前，应将煤样充分混匀；取样时，应尽可能从煤样容器的不同部位，
15、用多点取样法取出。,五、基准的含义及表示方法 煤质分析中常用的“基”有收到基、空气干燥基、干燥基、干燥无灰基、干燥无矿物质基。其定义如下： （1）收到基以收到状态的煤为基准。表示符号为ar（as received）。 （2）空气干燥基以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准。表示符号为ad（air dry basis）。 例如原煤经制样后，直接送往化验室进行煤质特性指标分析的煤样，就是空气干燥基准煤样，其各特性值的测定结果就应该以空气干燥基准表示。 （3）干燥基以假想无水状态的煤为基准。表示符号为d（dry basis）。 实际上干燥基准的煤即不含水分的煤，是不能稳定存在的。当干燥的煤一接触空气，就
16、会吸收空气中的水分，直至与空气湿度相平衡，故无水状态的煤只是假想的一种状态。,（4）干燥无灰基以假想无水、无灰状态的煤为基准。表示符号为daf（dry ash free）。 煤中无水、无灰，实际上就是指煤中的可燃成分。任何煤不可能没有灰，只是灰分含量有所高低不同，故无水、无灰状态的煤是不可能存在的，这种煤也只是假想的一种状态。 （5）干燥无矿物质基以假想无水、无矿物质状态的煤为基准。表示符号为dmmf（dry mineral matter free）。,新旧标准中各种基采用的符号对照表,六、溶液及其溶液浓度 1、溶液：煤炭分析试验中使用的溶液，凡以水作溶剂的称为水溶液，简称溶液；以其它液体为溶剂的溶液，则在其前面冠以溶剂的名称，如以乙醇（或苯）为溶剂的溶液称为乙醇（或苯）溶液。 2、物质的量摩尔：是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg的碳-12的原子数目相等。在使用摩尔时，基本单元应予指明，可以是原子、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。 物质的量浓度单位体积溶液中
