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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heatvalue/calorificvalueofcoalheatvalue/calorificvalueofcoal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pyrolysisandcakingpropertiesofcoalpyrolysisandcakingpropertiesofcoal 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性质gasificationandcombusti
2、onpropertiesofcoalgasificationandcombustionpropertiesofcoal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mechanicalprocessingpropertiesofcoalmechanicalprocessingpropertiesofcoal第八章第八章煤的工艺性质煤的工艺性质technologicalproperties 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
3、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oxygenbomb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heatloss，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图测定装置示意图。Theisothermal-JacketcalorimeterTheisothermal
4、-JacketcalorimeterAoxygenbombAoxygenbombOuterjacket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atconstantvolume、恒压、恒压atconstantpressure（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corre
5、ction（1）弹筒发热量）弹筒发热量thebombcalorificvalue：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thegrosscalorificvalue：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thenetcalorificvalue：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热量（一）（一）对对对对N N、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
6、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Q Qgr,v,adgr,v,ad表示：表示：表示：表示：Q Q gr,v,adgr,v,ad Q Q b,adb,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
7、，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,ad14.60kJ/g，或，或St,ad4.00%。 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， =0.001016.7kJ/g25.10kJ/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
8、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thegrosscalori
9、ficvalueonthemoistash-freebasis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
10、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
11、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
12、,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/thermaldecomposition概念概念煤在隔绝空气的条件下煤在隔绝空气的条件下intheabsenceofair进行加热，发
13、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finalpyrolysistemperature低温干馏低温干馏Low-temperaturecarbonization(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-temperaturecarbonization(700-800)制取燃料煤制取燃料
14、煤气气高温干馏高温干馏high-temperaturecarbonization(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reactiontype煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应crackingreactions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secondarypyrolysisreactions煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应condensationreactions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
15、主要的反应类型reactiontype煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应crackingreactions(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radicalradicalfragmentsfragments；(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gaseousgaseoushydrocarbonshydrocarbons，如：如：如：如：CHCH4 4( (methanemethane)C
16、 C2 2HH66( (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crackingreactions(3)含含含含氧氧氧氧官官官官能能能能团团团团的的的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：OHOH C=OC=O COOHCOOH 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
17、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secondarypyrolysissecondarypyrolysisreactionsreactionsC2H6C2H4H2裂解反应裂解反应crackin
18、greactions，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secondarypyrolysissecondarypyrolysisreactionsreactions加氢反应加氢反应hydrogenationhydrogenation，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
19、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。缩聚反应。缩聚反应是芳香结构脱氢是芳香结构脱氢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）dryinganddesorption（2）胶质体的生成和固化阶段（胶质体的生成和固化阶段（300550）Fo
20、rmationandresolidificationofmetaplast（3）半焦转化为焦炭的阶段半焦转化为焦炭的阶段Semicoketocoke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）dryinganddesorption120：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
21、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）Formationandresolidificationofmetaplast300480：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
22、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，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（5501000）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
23、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noncakingcoal热解过程热解过程
24、煤化程度低的非粘结性煤煤化程度低的非粘结性煤Lowranknoncakingcoals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noncakingcoal热解过程热解过程煤化程度
25、高的非粘结性煤煤化程度高的非粘结性煤Highranknoncakingcoals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
26、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
27、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。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
28、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
29、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
30、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
31、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，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resoli
32、dify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
33、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、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
34、，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
35、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themesophasetheory（一）煤熔融形成中（一）煤熔融形成中间相的概念相的概念粘粘结性烟煤在炭化性烟煤在炭化过
36、程中，程中，镜质组变为胶胶质体体时开始开始形成很微小的球体，形成很微小的球体，这些小球体些小球体逐逐渐接触、融并、接触、融并、长大大，最后聚最后聚结在一起，形成了在一起，形成了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相相态，这就是中就是中间相。中相。中间相是由聚合的芳香相是由聚合的芳香层片的扭片的扭曲曲结构构组成的，再成的，再继续加加热，聚合物，聚合物发生裂解、生裂解、缩聚而固聚而固化，最化，最终形成形成各向异性炭各向异性炭。如果没有中。如果没有中间相的相的转变过程，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
37、。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（二）中（二）中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）中间相的形
38、成相的形成过程程中中间间相相从从小小球球体体产产生生到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evaluationmethods（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合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
39、的升温煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块度速度、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。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evaluationmethods（二）罗加指数（二）罗加指数R.I.(RogaIndex)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Standardanthracite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
40、秒秒，加加盖盖，连连同同砝砝码码一一起起放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、
41、煤粘结性的评定方法（二）罗加指数（二）罗加指数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
42、准无烟煤导致测定结果的不一致，使得各国间的测值不具可比性。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
43、度度接接近近，可可防防止止发发生生煤煤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
44、测定效率。次，提高了测定效率。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（四）胶质层指数（四）胶质层指数Y(theplasticlayerindex)又又名名胶胶质质层层最最大大厚厚度度(themaximumthicknessofplasticlayer)，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
45、杠杆杆和和重重锤锤相相连连，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-sidedheating，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
46、焦焦。这这样样，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；（
47、2）测定过程的规范性强，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(Y7mm)和胶质体流动性大的煤和胶质体流动性大的煤(Y25mm)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
48、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解
49、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bAudibert-Arnudilatation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）奥阿膨胀度b优缺点优缺
50、点优点：优点：奥阿膨胀度对中、强粘结性煤的区分能力强，对奥阿膨胀度对中、强粘结性煤的区分能力强，对强粘结性煤，区分能力好于强粘结性煤，区分能力好于Y值，测定时人为误差小，结果值，测定时人为误差小，结果重现性好。重现性好。缺点：缺点：缺点：缺点：对弱粘结性煤区分能力差，以及实验仪器加工精对弱粘结性煤区分能力差，以及实验仪器加工精度要求高，规范性太强。度要求高，规范性太强。适用性：适用性：适用性：适用性：强粘结性煤强粘结性煤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与煤炭气化、燃烧有关的工艺性质，主要包括煤灰性质（灰熔点，与煤炭气化、燃烧有关的工艺性质，主要包括煤灰性质（灰熔点，
51、结渣性和灰粘度）、煤与气化介质的反应活性、煤的着火温度、煤的机结渣性和灰粘度）、煤与气化介质的反应活性、煤的着火温度、煤的机械强度、煤的热稳定性等。械强度、煤的热稳定性等。一、煤灰的性质一、煤灰的性质（一）煤灰熔融性（一）煤灰熔融性Fusibilityofcoalash煤煤煤煤灰灰灰灰熔熔熔熔融融融融性性性性是是是是指指指指煤煤煤煤灰灰灰灰在在在在高高高高温温温温条条条条件件件件下下下下软软软软化化化化、熔熔熔熔融融融融、流流流流动动动动时时时时的的的的温温温温度度度度特特特特性性性性。通通常常，煤煤灰灰熔熔融融性性采采用用角角锥锥法法进进行行测测定定，即即将将煤煤灰灰制制成成三三棱棱锥锥形形
52、状状的的灰灰锥锥，放放入入高高温温炉炉，在在一一定定气气氛氛下下加加热热，观观察察在在加加热热过过程程中中灰灰锥锥的变形情况，依此确定煤灰熔融性。如下图所示。的变形情况，依此确定煤灰熔融性。如下图所示。1、煤灰熔融性的表示：、煤灰熔融性的表示：变形温度变形温度变形温度变形温度(Deformationtemperature,DT)煤灰锥体煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度。尖端开始弯曲或变圆时的温度。软化温度软化温度(Softeningtemperature,ST)煤灰锥体弯煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形或半球形时的温度。曲至锥尖触及底板变成球形或半球形时的温度。半球温度半球温度(Hemis
53、phericaltemperature,HT)试样形试样形变至近似半球形，即高等于底长的一半时的温度。变至近似半球形，即高等于底长的一半时的温度。流动温度流动温度(Flowingtemperature,FT)煤灰锥体完全煤灰锥体完全熔化展开成高度小于熔化展开成高度小于1.5mm薄层时的温度。薄层时的温度。一般以煤灰软化的温度一般以煤灰软化的温度ST作为衡量煤灰熔融性的主作为衡量煤灰熔融性的主要指标，即灰熔点。要指标，即灰熔点。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2、影响煤灰熔融性的因素影响煤灰熔融性的因素灰灰灰灰分分分分化化化化学学学学组组组组成成成成灰灰灰灰渣渣渣渣部
54、部部部位位位位气气气气氛氛氛氛煤灰熔融性主要取决于煤灰成分的组成比例煤灰熔融性主要取决于煤灰成分的组成比例，灰成分中，灰成分中SiO2和和Al2O3含量高，灰熔点也高。而含量高，灰熔点也高。而CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等碱性成分高则灰熔点就低。等碱性成分高则灰熔点就低。氧氧化化、弱弱还还原原和和强强还还原原气气氛氛下下，Fe元元素素分分别别以以Fe2O3、FeO和和Fe的的形形式式存存在在，其其熔熔点点也也各各不不同同。Fe2O3的的熔熔点点是是1560，FeO是是1535，Fe是是1420。在在弱弱还还原原性性气气氛氛下下，FeO能能与与SiO2形形成成 一一 系系 列列
55、低低 共共 熔熔 混混 合合 物物 ， 如如 4FeO SiO2， 2FeO SiO2和和FeO SiO2等等，它它们们的的熔熔融融范范围围均均在在11381180之之间间。在在工工业业条条件件下下，煤煤炭炭燃燃烧烧或或气气化化成成渣渣部部位位的的气气氛氛一一般般是是弱弱还还原原性性的的，因此，在测定煤灰熔融性时，一般模拟弱还原性气氛进行。因此，在测定煤灰熔融性时，一般模拟弱还原性气氛进行。（二）煤灰黏度（二）煤灰黏度1、煤灰黏度、煤灰黏度煤煤灰灰黏黏度度是是指指煤煤灰灰在在熔熔融融状状态态下下的的内内摩摩擦擦系系数数，表表征征煤煤灰灰在在高高温温熔熔融融状状态态下下流流动动时时的的物物理理特
56、特性性。煤煤灰灰黏黏度度是是动动力力用用煤煤和和气气化化用用煤煤的的重重要要指指标标，特特别别是是对对于于液液态态排排渣渣炉炉来来说说，仅仅靠靠煤煤灰灰熔熔融融温温度度的的高高低低已已经经不不能能正正确确判判断断煤煤灰灰渣渣在液态时的流动特性，而需要测定煤灰在熔融态时的黏度特性曲线。在液态时的流动特性，而需要测定煤灰在熔融态时的黏度特性曲线。近近年年来来，世世界界上上液液态态排排渣渣的的大大型型现现代代化化锅锅炉炉和和气气化化炉炉有有了了很很快快发发展展，特特别别是是现现代代煤煤气气化化工工艺艺中中，很很多多工工艺艺对对煤煤灰灰黏黏度度提提出出了了要要求求，因因为为这这些些煤煤气气化化工工艺艺
57、均均是是在在高高于于煤煤灰灰熔熔点点的的温温度度下下操操作作，采采用用液液态态排排渣渣，一一般般希希望望煤煤灰灰黏黏度度小小一一点点为为好好，这这样样可可以以在在较较低低温温度度下下操操作作，以以延延长长设设备备的的使使用用寿寿命命，有有利利于于降降低低操操作作费费用用，提提高高经经济济效效益益。例例如如，在在固固定定床床液液态态排排渣渣煤煤气气炉炉中中，排排渣渣黏黏度度应应小小于于5.0PaS；煤煤粉粉气气化化过过程程中中，其其排排渣渣黏黏度度应应小小于于25.0PaS；而而在液态排渣锅炉中，顺利排渣的黏度范围是在液态排渣锅炉中，顺利排渣的黏度范围是5.010.0PaS。煤灰的性质煤灰的性质
58、2、煤灰黏度和灰成分的关系、煤灰黏度和灰成分的关系煤煤灰灰成成分分中中，影影响响煤煤灰灰粘粘度度的的主主要要因因素素是是二二氧氧化化硅硅、氧氧化化铝铝、氧氧化化铁铁和和三三价价铁铁百百分分率率、氧氧化化钙钙以以及及氧氧化化镁镁。其其中中SiO2和和A12O3能能提提高高灰灰的的粘粘度度；Fe2O3、CaO和和MgO能能降降低低灰灰的的粘粘度度；三三价价铁铁百百分分率率增增加加时时，灰灰粘粘度度增增加加，临临界界粘粘度度温温度度升升高高。但但当当Fe2O3含含量量高高、SiO2含含量量低低时时，增加增加SiO2含量反会降低粘度。此外，含量反会降低粘度。此外，Na2O也能降低粘度。也能降低粘度。灰
59、灰渣渣的的流流动动性性不不仅仅取取决决于于它它的的化化学学成成分分，也也取取决决于于它它的的矿矿物物质质组组成成。化化学学成成分分相相同同但但矿矿物物组组成成不不同同的的灰灰渣渣，完完全可能有不同的流动性全可能有不同的流动性。煤灰的性质煤灰的性质3、煤灰熔融性对液态排渣炉的影响、煤灰熔融性对液态排渣炉的影响煤煤灰灰的的熔熔融融特特性性对对液液态态排排渣渣炉炉的的运运行行和和经经济济性性有有重重要要影影响响，现现以以德德士士古气化炉为例加以说明。古气化炉为例加以说明。（1）对对炉炉砖砖的的影影响响由由于于德德士士古古煤煤气气化化装装置置采采用用液液态态排排渣渣，提提高高操操作作温温度度有有利利于
60、于碳碳转转化化及及排排渣渣顺顺利利。但但操操作作温温度度过过高高，会会影影响响价价格格昂昂贵贵的的耐耐火火砖砖寿寿命命。液液态态渣渣对对炉炉砖砖的的熔熔蚀蚀使使炉炉砖砖变变薄薄。炉炉砖砖的的熔熔蚀蚀与与温温度度有有很很大大关关系系，温温度度在在最最佳佳操操作作温温度度以以上上每每增增加加44，熔熔蚀蚀速速率率增增加加一一倍倍。因因此此选选择择灰灰熔熔点点低低的煤种，可有效地降低操作温度，延长炉砖的使用寿命。的煤种，可有效地降低操作温度，延长炉砖的使用寿命。（2）对对氧氧耗耗的的影影响响如如果果煤煤的的灰灰熔熔点点低低，操操作作温温度度相相应应就就低低一一些些，与与高高灰灰熔熔点点煤煤相相比比较
61、较，无无需需耗耗过过多多的的氧氧与与碳碳反反应应生生成成CO2来来维维持持较较高高的的操操作作温温度度，灰灰熔熔点点低低的的煤煤种种耗耗氧氧量量少少，相相应应的的煤煤耗耗亦亦低低，且且有有效效气气产产率率高高，如如原原用用黄黄陵陵煤煤每每吨吨氨氨耗耗氧氧873m3(灰灰熔熔点点约约1380)，现现用用华华亭亭煤煤耗耗氧氧812m3(灰灰熔熔点点约约1280)。煤灰的性质煤灰的性质3、煤灰熔融性对液态排渣炉的影响、煤灰熔融性对液态排渣炉的影响（3）对对助助熔熔剂剂用用量量的的影影响响如如果果煤煤种种灰灰熔熔点点高高，要要降降低低灰灰熔熔点点，需需加加入入助助熔熔剂剂，以以提提高高灰灰渣渣中中Ca
62、O+Fe2O3+MgO的的量量，使使灰灰熔熔点点降降低低。如如果果煤煤种种灰灰熔熔点点低低，所所用用的的助助熔熔剂剂可可大大大大减减少少。这这样样不不但但降降低低了了助助熔熔剂剂的的消消耗耗，节节省省了了助助熔熔剂剂费费用用，同同时时由由于于惰惰性性物物质质助助熔熔剂剂的的减减少少，灰灰渣渣量量减减少少，灰灰渣渣的的运运输输费费用用减减少少。更更重重要要的的是是相相同同固固含含量量的的煤煤浆浆所所含含有有效效成成分分增增加加，气气化化效效率率提高，产气量增大，有利于提高产量。提高，产气量增大，有利于提高产量。（4）对对后后段段工工序序的的影影响响后后工工序序为为变变换换工工段段(CO+H2OC
63、O2+H2)，合合理理的的水水气气比比有有利利于于变变换换，水水气气比比高高，理理论论上上有有利利于于CO的的转转化化。但但是是，过过量量水水蒸蒸汽汽要要吸吸热热，从从而而使使反反应应温温度度降降低低，不不能能达达到到高高负负荷荷运运行行。因因此此，稍稍低低的的水水气气比比才才能能维维持持良良好好的的反反应应温温度度。灰灰熔熔点点高高，系系统统热热负负荷荷高高，出出洗洗涤涤塔塔工工艺艺气气温温度度高高，水水气气比比高高。原原用用黄黄陵陵煤煤操操作作温温度度为为1380，碳碳洗洗涤涤塔塔出出口口工工艺艺气气温温度度为为242，变变换换工工段段只只能能70%80%负负荷荷运运行行。现现用用华华亭亭
64、煤煤操操作作温温度度为为1200，碳碳洗洗涤涤塔塔出出口口工工艺艺气气温温度度为为236，变变换换工工号号负负荷荷可可达达80%95%。煤灰的性质煤灰的性质（三）煤的结渣性（三）煤的结渣性1、煤的结渣性的概念、煤的结渣性的概念在在煤煤的的气气化化、燃燃烧烧过过程程中中，煤煤中中的的碳碳与与氧氧反反应应，放放出出热热量量产产生生高高温温使使煤煤中中的的灰灰分分熔熔融融成成渣渣。对对固固态态排排渣渣气气化化炉炉，渣渣的的形形成成一一方方面面使使气气流流分分布布不不均均匀匀，易易产产生生风风洞洞，造造成成局局部部过过热热，而而给给操操作作带带来来一一定定的的困困难难，结结渣渣严严重重时时还还会会导导
65、致致停停产产；另另一一方方面面由由于于结结渣渣后后煤煤块块被被熔熔渣渣包包裹裹，煤煤中中碳碳未未完完全全反反应应就就排排出炉外，增加了碳的损失。出炉外，增加了碳的损失。2、煤结渣性的测定、煤结渣性的测定将将36mm粒粒度度的的煤煤样样装装入入特特制制的的气气化化装装置置中中，用用同同样样粒粒度度的的木木炭炭引引燃燃，在在规规定定的的鼓鼓风风强强度度下下使使其其气气化化（或或燃燃烧烧），待待试试样样燃燃尽尽后后停停止止鼓鼓风风、冷冷却却、称称量量和和筛筛分分，测测定定其其结结渣渣率率。以以粒粒度度大大于于6mm的的灰灰渣渣质质量量占占总总灰灰渣渣质质量量的的百分数表示结渣性。百分数表示结渣性。煤
66、灰的性质煤灰的性质（三）煤的结渣性（三）煤的结渣性3、结渣性的影响因素、结渣性的影响因素（1）煤煤灰灰熔熔融融性性的的影影响响：煤煤的的结结渣渣性性与与煤煤灰灰熔熔融融性性有有一一定定关关系系，一一般般来来说说，灰灰熔熔点点低低的的煤煤容容易易结结渣渣，灰灰熔熔点点高高的的煤煤不不容容易易结结渣。渣。（2）煤煤灰灰产产率率的的影影响响：煤煤的的结结渣渣性性受受煤煤灰灰成成分分及及煤煤灰灰含含量量双双重重因因素素的的影影响响。结结渣渣性性测测定定的的操操作作条条件件更更接接近近于于煤煤气气化化或或燃燃烧烧工工艺艺，因因此此它它比比灰灰熔熔点点能能更更好好地地反反映映灰灰的的结结渣渣特特性性。如如
67、阳阳泉泉煤煤灰灰的的ST大大于于1500，大大同同煤煤灰灰的的ST为为1270，但但大大同同煤煤的的灰熔点虽然较低，但是其灰分也低，所以结渣率并不高。灰熔点虽然较低，但是其灰分也低，所以结渣率并不高。煤灰的性质煤灰的性质1、煤的反应性的定义：、煤的反应性的定义：是指在一定温度条件下，煤焦与不是指在一定温度条件下，煤焦与不同气化介质（同气化介质（CO2、O2、H2O等）相互作用的反应能力。等）相互作用的反应能力。2、测定要点：、测定要点：煤炭反应性的表示方法很多，如用活化能、煤炭反应性的表示方法很多，如用活化能、反应速度、反应物分解率等。比较简便准确的方法是反应速度、反应物分解率等。比较简便准确
68、的方法是CO2还原率（分解率）。还原率（分解率）。CO2还原率测定方法要点是：还原率测定方法要点是：先将煤先将煤进行干馏，取一定粒级的焦渣装入特制的刚玉反应管中，进行干馏，取一定粒级的焦渣装入特制的刚玉反应管中，通入通入CO2气在一定温度下反应，取反应后气体分析其中的气在一定温度下反应，取反应后气体分析其中的CO2浓度，浓度，根据公式计算出根据公式计算出根据公式计算出根据公式计算出COCO2 2还原率还原率还原率还原率 。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二、煤的反应性二、煤的反应性reactivity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二、煤
69、的反应性二、煤的反应性reactivity式中：式中：二氧化碳还原率，二氧化碳还原率，a通入炉内二氧化碳中杂质含量，通入炉内二氧化碳中杂质含量，反应后气体中剩余的二氧化碳含量，反应后气体中剩余的二氧化碳含量，3、煤的反应性的影响因素、煤的反应性的影响因素煤炭反应性与煤化程度、煤中的矿物质等因素有关。煤化程度高，煤的煤炭反应性与煤化程度、煤中的矿物质等因素有关。煤化程度高，煤的反应性低，煤灰中钾、钠、钙等含量高，由于它们对反应过程有催化作用，反应性低，煤灰中钾、钠、钙等含量高，由于它们对反应过程有催化作用，使煤的反应性就高。使煤的反应性就高。煤炭反应性与煤化程度关系煤炭反应性与煤化程度关系煤炭反
70、应性与煤化程度关系煤炭反应性与煤化程度关系褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤 ,%温度，温度，煤化程度对反应性的影响煤化程度对反应性的影响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三、煤的着火温度三、煤的着火温度煤的着火温度旧称着火点，是指煤加热至开始燃烧的温度。煤的着火温度旧称着火点，是指煤加热至开始燃烧的温度。（一）测定方法要点：（一）测定方法要点：将煤样与亚硝酸钠按一定比例混合将煤样与亚硝酸钠按一定比例混合均匀，并按规定的方法加热，当达到一定温度时，煤样和均匀，并按规定的方法加热，当达到一定温度时，煤样和氧化剂亚硝酸
71、钠在瞬间内发生剧烈反应而爆燃，爆燃时产氧化剂亚硝酸钠在瞬间内发生剧烈反应而爆燃，爆燃时产生的压力使水柱下降的瞬间出现明显的温度升高或体积变生的压力使水柱下降的瞬间出现明显的温度升高或体积变化，该瞬间温度即煤的着火温度。化，该瞬间温度即煤的着火温度。（二）煤着火点与煤质的关系（二）煤着火点与煤质的关系煤的着火点随煤化程度的加深而升高。煤受到轻微氧煤的着火点随煤化程度的加深而升高。煤受到轻微氧化后，其着火点明显降低。化后，其着火点明显降低。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四、煤四、煤的热稳定性的热稳定性（一一）煤煤的的热热稳稳定定性性的的概概念念：煤煤的的热热稳稳定定性
72、性是是块块煤煤LumpCoal在在高高温下保持原来粒度的能力，用温下保持原来粒度的能力，用TS（ThermalStability）表示。表示。热稳定性的用途热稳定性的用途：固定床燃烧或气化用燃煤的重要指标。固定床燃烧或气化用燃煤的重要指标。（二）（二）热稳定性的测定要点：热稳定性的测定要点：热稳定性的测定要点：热稳定性的测定要点：取取613mm的的煤煤样样在在850下下加加热热并并保保温温15min，取取出出冷冷却却后后用用6mm的的筛筛子子筛筛分分，计计算算筛筛上上物物质质量量占占焦焦渣渣总总质质量量的的百百分分数数，用用TS+6表表示示，TS+6值值越越大大，则则煤煤的的热热稳稳定定性性越
73、越好好。一一般般褐褐煤煤的的热热稳稳定定性最差，其次是无烟煤，烟煤则较好。性最差，其次是无烟煤，烟煤则较好。第四节第四节煤的机械加工性质煤的机械加工性质 煤煤煤煤炭炭炭炭在在在在应应应应用用用用中中中中会会会会经经经经历历历历许许许许多多多多的的的的机机机机械械械械加加加加工工工工的的的的过过过过程程程程，如如如如破破破破碎碎碎碎、磨磨磨磨碎碎碎碎、筛筛筛筛分分分分、成成成成型型型型等等等等，这这这这些些些些加加加加工工工工过过过过程程程程的的的的难难难难易易易易和和和和特特特特性性性性与与与与煤煤煤煤的的的的很很很很多多多多性性性性质质质质有有有有关关关关，如如如如破破破破碎碎碎碎和和和和磨
74、磨磨磨碎碎碎碎与与与与煤煤煤煤的的的的硬硬硬硬度度度度、强强强强度度度度、可可可可磨磨磨磨性性性性有有有有关关关关，筛筛筛筛分分分分与与与与煤煤煤煤的的的的粒粒粒粒度度度度特特特特性性性性有有有有关关关关，成成成成型型型型与与与与煤煤煤煤的的的的塑塑塑塑性性性性和和和和弹弹弹弹性性性性有有有有关关关关等等等等。将将将将这这这这些些些些性性性性质质质质归归归归并并并并为为为为“ “煤煤煤煤的的的的机机机机械械械械加加加加工性质工性质工性质工性质” ” 。第四节第四节煤的机械加工性质煤的机械加工性质一、煤的落下强度一、煤的落下强度一、煤的落下强度一、煤的落下强度shatterstrenth 煤煤煤
75、煤的的的的落落落落下下下下强强强强度度度度原原原原称称称称为为为为机机机机械械械械强强强强度度度度或或或或抗抗抗抗碎碎碎碎强强强强度度度度，是是是是指指指指煤煤煤煤对对对对外外外外力力力力作用时的抵抗能力。作用时的抵抗能力。作用时的抵抗能力。作用时的抵抗能力。（一）铁箱落下试验法测定煤落下强度的方法要点（一）铁箱落下试验法测定煤落下强度的方法要点用用60100mm的的块块煤煤25kg，放放在在特特制制的的活活底底铁铁箱箱中中，在在离离地地面面2m高高处处打打开开铁铁箱箱活活底底，让让煤煤样样自自由由落落到到地地面面的的钢钢板板上上，用用25mm的的方方孔孔筛筛筛筛分分，将将大大于于25mm的的
76、煤煤样样再再进进行行落落下下和和筛筛分分，重重复复三三次次后后称称出出大大于于25mm块块煤煤的的质质量量G1。以以G1占占原原来来煤煤样样质质量量G的的百百分分率率作作为为煤煤炭炭的的落落下下强强度度，即即抗碎强度。抗碎强度。第四节第四节煤的机械加工性质煤的机械加工性质一、煤的落下强度一、煤的落下强度一、煤的落下强度一、煤的落下强度shatterstrenth（二）煤的落下强度与煤质的关系（二）煤的落下强度与煤质的关系煤煤的的落落下下强强度度与与煤煤化化程程度度、煤煤岩岩组组成成、矿矿物物质质含含量量和和风风化化、氧氧化化等等因因素素有有关关。高高煤煤化化程程度度和和低低煤煤化化程程度度煤煤
77、的的机机械械强强度度较较大大，中中等等煤煤化化程程度度的的肥肥煤煤、焦焦煤煤机机械械强强度度最最小小。宏宏观观煤煤岩岩组组分分中中丝丝炭炭的的机机械械强强度度最最小小，镜镜煤煤次次之之，暗暗煤煤最最坚坚韧韧。矿矿物物质质含含量量高高的的煤煤机机械械强强度度大。煤经风化和氧化后机械强度将降低。大。煤经风化和氧化后机械强度将降低。二、二、煤的煤的可磨性可磨性grindability 煤煤煤煤的的的的可可可可磨磨磨磨性性性性是是是是指指指指煤煤煤煤磨磨磨磨碎碎碎碎成成成成粉粉粉粉的的的的难难难难易易易易程程程程度度度度。目目目目前前前前，国国国国 际际际际 上上上上 普普普普 遍遍遍遍 采采采采 用
78、用用用 哈哈哈哈 特特特特 葛葛葛葛 罗罗罗罗 夫夫夫夫 法法法法 评评评评 定定定定 煤煤煤煤 的的的的 可可可可 磨磨磨磨 性性性性( (HardgroveHardgrovegrindabilitygrindabilityindexindex, , HGIHGI ) )。其其其其基基基基本本本本依依依依据据据据是研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比。是研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比。是研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比。是研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比。 实实实实际际际际上上上上是是是是利利利利用用用用球球球球磨磨磨磨法法法法ball-millball-mil
79、lmethodmethod将将将将一一一一定定定定粒粒粒粒度度度度的的的的煤煤煤煤在在在在磨磨磨磨机机机机中中中中在在在在给给给给定定定定转转转转速速速速和和和和转转转转数数数数的的的的情情情情况况况况下下下下，测测测测定定定定物物物物料料料料粒度组成的变化。粒度组成的变化。粒度组成的变化。粒度组成的变化。第四节第四节煤的机械加工性质煤的机械加工性质二、二、煤的煤的可磨性可磨性 哈哈哈哈特特特特葛葛葛葛罗罗罗罗夫夫夫夫法法法法HardgroveHardgrovetesttest评评评评定定定定煤煤煤煤可可可可磨磨磨磨性性性性的的的的测测测测定定定定要要要要点：点：点：点： 将将将将美美美美国国
80、国国某某某某矿矿矿矿区区区区的的的的烟烟烟烟煤煤煤煤作作作作为为为为标标标标准准准准煤煤煤煤，其其其其可可可可磨磨磨磨性性性性指指指指数数数数定定定定为为为为100100。测测测测定定定定时时时时，先先先先将将将将四四四四个个个个一一一一组组组组可可可可磨磨磨磨性性性性指指指指数数数数各各各各不不不不相相相相同同同同的的的的标标标标准准准准煤煤煤煤样样样样，在在在在哈哈哈哈氏氏氏氏可可可可磨磨磨磨仪仪仪仪上上上上研研研研磨磨磨磨，该该该该标标标标准准准准煤煤煤煤样样样样在在在在规规规规定定定定条条条条件件件件下下下下，经经经经过过过过一一一一定定定定破破破破碎碎碎碎功功功功的的的的研研研研磨磨
81、磨磨，以以以以标标标标准准准准煤煤煤煤的的的的200200目目目目筛筛筛筛下下下下物物物物undersizeundersize质质质质量量量量为为为为纵纵纵纵坐坐坐坐标标标标，相相相相应应应应的的的的可可可可磨磨磨磨性性性性指指指指数数数数为为为为横横横横坐坐坐坐标标标标得得得得一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图一直线，此直线就是该哈氏可磨仪的校准图。二、二、煤的煤的可磨性可磨性 被被被被测测测测煤煤煤煤样样样样在在在在哈哈哈哈氏氏氏氏可可可可磨磨磨磨仪仪仪仪上上上上研研研研磨磨磨磨后后后后，根根根根据据据据200
82、200目目目目筛筛筛筛下下下下物物物物的的的的质质质质量量量量在在在在校校校校准准准准图图图图上上上上即即即即可可可可查查查查出出出出相相相相应应应应的的的的可可可可磨磨磨磨性性性性指指指指数数数数，用用用用HGIHGI表表表表示示示示。HGIHGI越越越越大大大大，表表表表示示示示煤煤煤煤的的的的可可可可磨磨磨磨性性性性越越越越好好好好，煤煤煤煤越越越越容容容容易易易易被被被被磨磨磨磨碎。碎。碎。碎。可磨性与煤化程度的关系见下图。可磨性与煤化程度的关系见下图。可磨性与煤化程度的关系见下图。可磨性与煤化程度的关系见下图。HGI,%可磨性与煤化程度的关系可磨性与煤化程度的关系在在低低煤煤化化度度
83、阶阶段段，随随煤煤化化程程度度的的增增加加，煤煤的的可可磨磨性性缓缓慢慢增增加加，在在碳碳含含量量为为87%90%时时，可可磨磨性性迅迅速速增增大大，在在碳碳含含量量为为90%左左右右达达到到最最大大值值，此此后后随随煤煤化化程度的进一步提高而迅速下降。程度的进一步提高而迅速下降。三、煤的粒度组成三、煤的粒度组成三、煤的粒度组成三、煤的粒度组成sizeconsistsizeconsist 煤煤煤煤是是是是由由由由粒粒粒粒径径径径不不不不同同同同的的的的颗颗颗颗粒粒粒粒（块块块块或或或或粉粉粉粉）构构构构成成成成的的的的混混混混合合合合物物物物。煤煤煤煤的的的的粒粒粒粒度度度度组组组组成成成成是
84、是是是指指指指煤煤煤煤料料料料中中中中各各各各粒粒粒粒度度度度范范范范围围围围物物物物料料料料的的的的重重重重量量量量占总煤料总量的百分比。占总煤料总量的百分比。占总煤料总量的百分比。占总煤料总量的百分比。 一一一一般般般般采采采采用用用用筛筛筛筛分分分分的的的的办办办办法法法法测测测测定定定定煤煤煤煤的的的的粒粒粒粒度度度度组组组组成成成成，对对对对于于于于超超超超细细细细煤煤煤煤粉粉粉粉则则则则要要要要使使使使用用用用显显显显微微微微镜镜镜镜或或或或激激激激光光光光粒粒粒粒度度度度分分分分析析析析仪仪仪仪等等等等设设设设备备备备。煤煤煤煤炭炭炭炭企企企企业业业业通通通通常常常常使使使使用用
85、用用筛筛筛筛分分分分分分分分析析析析的的的的方方方方法法法法来来来来检检检检查查查查筛筛筛筛分分分分和和和和破破破破碎碎碎碎过过过过程程程程的的的的物物物物料料料料粒粒粒粒度度度度组组组组成成成成，并并并并使使使使用用用用尺尺尺尺寸寸寸寸为为为为100mm100mm、50mm50mm、25mm25mm、13mm13mm、6mm6mm、3mm3mm和和和和0.5mm0.5mm等筛子。等筛子。等筛子。等筛子。第四节第四节煤的机械加工性质煤的机械加工性质半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭胶质体固化过程的缩聚反应胶质体固化过程的缩聚反应胶质体的形成胶质体的形成 粘结性
86、烟煤在热解过程中，在粘结性烟煤在热解过程中，在300550范围内，煤范围内，煤粒会软化熔融，在煤粒的表面形成含有气泡的液相膜，大粒会软化熔融，在煤粒的表面形成含有气泡的液相膜，大量煤粒聚积时，液相相互融合在一起，形成气、液、固三量煤粒聚积时，液相相互融合在一起，形成气、液、固三相一体的粘稠的混合物，即所谓的相一体的粘稠的混合物，即所谓的“胶质体胶质体”I软化开始阶段软化开始阶段II开始形成半焦阶段开始形成半焦阶段III煤粒强烈软化和半焦破裂阶段煤粒强烈软化和半焦破裂阶段在结焦过程的不同阶段单个煤粒的变化示意图在结焦过程的不同阶段单个煤粒的变化示意图1煤；煤；2含有气泡的液态物质；含有气泡的液态物质；3半焦半焦胶质层指数测定煤杯示意图胶质层指数测定煤杯示意图
