第一篇煤焦分析基础课件.ppt

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1、2022/12/21,第一篇煤焦分析基础,第一篇煤焦分析基础,第一篇煤焦分析基础,第一章 煤的形成、分类、质量分级与各类工业用煤的质量要求,第一篇煤焦分析基础,第一节 煤的形成与变质作用,一、煤的形成 煤是由古代植物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成的固体有机可燃矿物，其形成大体分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。 （一）泥炭化阶段 在植物大量繁殖的浅海、湖泊或沼泽地区，植物死亡后大量残骸沉入水中并不断堆积，与空气隔绝，植物残骸经厌氧细菌分解而发生脱羧基、羟基等作用后，变成含水分很高的棕褐色凝胶状物质，这种物质就叫做泥炭，或称为泥煤和腐泥。,第一篇煤焦分析基础,1. 腐泥的形成

2、在低等植物（主要是藻类）繁殖很快的湖泊、海湾等环境中，藻类死亡其遗体与泥沙一起在湖底或海底沉积，在缺氧的还原环境下，藻类遗体中的蛋白质、脂肪等物质，经细菌的分解和化学合成等一系列复杂的生物作用下，逐渐转变为富含沥青质的胶冻状物质。这种物质与泥沙混合就成为腐泥。 腐泥是湖泊及海湾中常见的沉积物，一般是黄褐色或黑色。 腐泥的用途：腐泥晒干后可作为燃料使用，最普遍的是作为肥料使用，腐泥经受进一步的地质作用就可形成煤，称为腐泥煤。,第一篇煤焦分析基础,2. 泥炭的形成 在地表上雨量充沛，积水又不太深，既有利于植物生长繁殖，又有利于植物死亡后遗体聚积的环境，最理想的是沼泽地。在沼泽环境中植物遗体被沼泽水

3、淹没或浸泡，减少了其与空气中氧的接触。但高等植物有机体的纤维素(C6H10O5)n及木质素（C50H49O11）等物质，在厌氧细菌的分解活动和分解产物的化学合成等一系列复杂的生物化学作用下，转化为新的合成物质（腐植酸、腐植酸盐及沥青等）。这种新生的物质与尚未分解或部分分解的植物遗体、以及由地表水携入沼泽的泥沙、地下水中溶解的矿物质等混合在一起，就形成泥炭。 泥炭一般是黄褐色或黑褐色、无光泽、质地较疏松。 泥炭的用途：风干后可作燃料、化工原料，它也是重要的肥源（氮、磷、钾及腐植酸）。 泥炭经受进一步的地质作用而转变成煤，称腐植煤（因为泥炭中含有大量的腐植酸）。 我们目前开采的煤层绝大多数都是腐植

4、煤。,第一篇煤焦分析基础,3. 腐植腐泥混合物质 这是因为自然界中事物的发生、发展往往彼此互有联系、相互转化的原因，湖泊和沼泽即形成腐泥和泥炭的自然环境相互转换和演变导致腐泥和泥炭交替形成，从而产生腐植腐泥混合物质。,第一篇煤焦分析基础,总之，从以上的分析可知：根据原始植物质料和聚集环境的不同，可将煤分为三大类： 腐植煤类（分布广、储量大，细分为陆植和残植） 腐泥煤类 腐植-腐泥类煤。,第一篇煤焦分析基础,（二）煤化阶段 由于地壳的下沉，泥炭被埋覆于地下，当泥炭层上面形成了岩石顶板后；即进入成煤的第二阶段煤化阶段。煤化阶段根据作用的因素及所发生变化的不同，又可分为成岩作用阶段和变质作用阶段。在

5、漫长的地质年代里，埋覆于地下的泥炭受顶板及上覆岩层的压力作用，发生了压紧、失水、硬结等物理和化学变化；同时化学组成也发生了缓慢变化，变成了密度较大、较致密的最年轻的煤种褐煤，这个过程称为成岩作用阶段。 在褐煤形成后，通过地壳的进一步沉降，温度和压力都有了较大的变化，受高温、高压的影响，褐煤的结构与性质又发生了变化，从而成为烟煤或无烟煤，这个过程叫变质作用阶段。,第一篇煤焦分析基础,二、煤的变质作用,在变质因素的作用下，煤的变质过程主要是化学变化过程，也有物理结构的变化。变质作用的结果，煤中官能团含量、挥发份产率逐渐减少，碳含量逐渐增高，氢、氧含量逐渐减少，热稳定性有所提高。在物理性质上，煤的相

6、对密度增大，颜色变深，光泽及反射能力增强，比热减少，其它如机械性质、导电性、磁性质等都发生有规律的变化。同时在烟煤化学组成中已不再含有腐植酸，褐煤中的腐植酸已进一步缩合为腐植质了，沥青的含量也不多。 无烟煤并不一定是腐植煤转化的最终产物，在更高的地热和压力下，还可以继续发生高级变质作用，一直到形成石墨。,第一篇煤焦分析基础,在自然中，从植物转变成煤的过程是一个由低级到高级的发展过程，也是一个由量变到质变的过程。从植物及各种煤的组成成分来看，随着煤化程度增高，煤中碳含量增加，氢、氧含量减少。所以，成煤过程是一个碳逐渐增加的过程，是各种成煤条件作用下，原始植物不断转化和发展的过程。这一过程既是统一

7、连续的、又是分阶段作用的。泥炭、褐煤、烟煤（又分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤在自然中，从植物转变成煤的过程是一个由）和无烟煤都只是整个成煤过程中各个阶段的代表产物，在各个阶段之间还存在着许多过渡煤种，有时很难将它列人某一阶段中。而且，泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤等也都是煤演变转化过程中的不同形态，而不应理解为性质已经固定不变了的物质。,第一篇煤焦分析基础,总之，根据变质作用的程度，褐煤逐步形成各类烟煤及无烟煤。,第一篇煤焦分析基础,综合本节所述的内容，煤的形成过程如下：,泥炭化作用 成岩作用 变质作用 变质作用古代植物 泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤,第一篇煤焦分析基础,第二节 煤炭分类、特征

8、与用途,一、煤炭的分类 由于成煤的植物不同，成煤年代与成煤条件的差异，特别是它们在变质程度上的区别，导致各种煤具有不同的化学组成和特性，因而可将煤炭进行分类。1986年我国制定了煤炭分类的国家标准，即GB5751-1986中国煤炭分类。我国将煤分成三大类，14个类别，29个单元。,第一篇煤焦分析基础,（一）分类参数 （1）按煤的煤化程度及工艺性能进行分类。 （2）采用煤化程度来区分无烟煤、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（Hdaf）作为指标，以此来区分无烟煤的小类。 （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

9、征煤粘结性的参数。 烟煤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，根据粘结性的大小不同选用粘结指数、胶质层最大厚度（或奥亚膨胀度）作为指标，以此来区分烟煤中的类别。 （5）褐煤煤化程度的参数，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）为辅来区分烟煤和褐煤。,第一篇煤焦分析基础,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。

10、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。,第一篇煤焦分析基础,（二）采样和制样 （1）分类用煤样应按GB482煤层煤样采取方法、GB481生产煤样采取方法、GB475商品煤样采取方法及1979年煤炭部颁布的煤炭资源勘探煤样采取规程采取。 （2）分类用煤样的缩制按GB474煤样制备方法进行。原煤灰分小于或等于10的不需减灰。灰分大于10的煤样需用规定氯化锌重液减灰后再分类。 （3）烟煤粘结指数测定用的专用无烟煤按GB5447烟煤粘结指数测定方法附录规定采制和质量鉴定。,第一篇煤焦分析基础,（三）煤类的划分和编码 （1）各类煤用两位阿拉伯数码表示 十位数：按煤的挥发分分组。

11、无烟煤为0 ，烟煤为14，褐煤为5。 个位数：无烟煤类为13，表征煤化程度；烟煤类为16，表示粘结性；褐煤类为12，表示煤化程度。 （2）按中国煤炭分类表和图进行编码和分类 参见表1-1。,第一篇煤焦分析基础,表1-1 煤炭分类总表注： （1）凡Vdaf 37.0、G50再用透光率PM来区分烟煤和褐煤。 （2） 凡Vdaf 37.0、PM50为烟煤； PM3050的煤，如恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf大于24MJ/kg（5700cal/g），则划为长焰煤。,第一篇煤焦分析基础,二、各类煤的基本特征和主要用途 国家标准GB5751-1986中国煤炭分类将中国煤分为14大类，参见表1-2 (见

12、教材第6页) 。 各大类煤的基本特征和主要用途如下： （一）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，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。 （二）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

13、烧使用。,第一篇煤焦分析基础,（三）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，大部分作为动力或民用燃料，少量用于制造煤气燃料。 （四）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。 （五）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。,第一

14、篇煤焦分析基础,（六）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。 （七）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。,第一篇煤焦分析基础,（八）1/3焦煤 煤化程度属中等，其性质介于焦煤、肥煤

15、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。 （九）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。 （十）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。,第一篇煤焦分析基础,（十一）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

16、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。 （十二）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。 （十三）长焰煤 烟煤中煤化程度最低，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。 （十四）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。,第一篇煤焦分析基础,总

17、之，无烟煤主要供民用和作合成氨造气的原料；低灰、低硫且质软易磨的无烟煤，不仅是理想的高炉喷吹和烧结矿石用的还原剂与燃料，而且还可以做制造各种碳素材料如电石、炭块、阳极糊和活性炭、滤料等原料；某些无烟煤制成的航空用型煤还可用于飞机发动机和车辆马达的保温。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

18、造燃料气和合成气，年轻褐煤用作腐质酸氨等有机肥料。,第一篇煤焦分析基础,第三节 煤炭质量分级,一、煤炭质量分级 表征煤炭质量的指标很多，其中灰分、含硫量、发热量都是最为重要的特性指标，我国国家标准GB/T152241994煤炭质量分级对煤炭灰分、硫分及发热量的质量分级做出了具体规定。参见表1-3、1-4和1-5：,第一篇煤焦分析基础,表1-3 煤炭灰分分级（GB/T15224. 1-94）,注：表1-3中Ad为干燥基灰分，代号系用英文第一个字母表示，例如高灰分煤，高（high）灰（ash），故用HA表示。该标准适用于煤炭勘探、生产和加工利用中对煤炭按灰分分级。,第一篇煤焦分析基础,表1-4 煤

19、炭硫分分级（GB/T15224. 2-94）,注：表中St,d为干燥基全硫，低硫分煤（low sulfur）代号为LS。该标准适用范围同灰分分级标准。,第一篇煤焦分析基础,表1-5 煤炭发热量分级（GB/T15224. 3-94）,注：表中Qnet,ar为收到基低位发热量，发热量或称为热值，中热值煤（medium calorific value）代号为MQ，国际上普遍用符号Q代表发热量或热值。该标准适用于动力用煤及民用煤，电力用煤构成动力用煤的主体。,第一篇煤焦分析基础,另外，煤中全水分、挥发分产率、哈氏可磨指数、煤灰熔化温度、煤灰流动温度、粘结指数等都已有质量分级标准的国标报批稿；固定碳MT

20、/T561-1996、热稳定性MT/T561-1996、磷MT/T561-1996、汞MT/T963-2005、铅MT/T964-2005、铬MT/T965-1996、氟MT/T966-2005、锗MT/T967-2005都有相应的质量分级的煤炭行业标准。,第一篇煤焦分析基础,二、煤炭产品的品种和质量分级,煤炭经过拣矸或筛选加工后所获得的具有不同质量与用途的煤炭产品，称为煤炭品种。在这里需要指出：煤炭品种不同于煤炭种类，前者是煤炭经过生产加工的产品；后者是由其自身属性所决定的。 我国煤炭产品根据用途、加工方法和技术要求划分为精煤(3种)、洗选煤（12种）、筛选煤（11种）、原煤（1种）及低质煤

21、（2种）五大类29个品种。,第一篇煤焦分析基础,主要名称简介如下： 1. 精煤 是指煤经过精选（干选或湿选）加工生产出来的，符合品质要求的产品。多为低灰分、低含硫量的优质煤。 2. 洗选煤 经洗选加工的煤，称为洗选煤。 3. 筛选煤 煤经过筛选或洗选生产的，粒度下限大于6mm的产品，其中粒度介于613mm的煤，称为粒煤，其他则称为块煤。,第一篇煤焦分析基础,4. 原煤 从煤矿生产出来的，未经任何加工处理的煤，称为毛煤。而从毛煤中选出规定粒度的矸石（包括黄铁矿等杂物）后的煤，则称为原煤。 5. 低质煤 指干基灰分Ad40的各种煤炭产品。,第一篇煤焦分析基础,除了上述五大类煤炭品种外，还应该对下述

22、一些产品的名称有所了解： （1）末煤，是指粒度小于25mm或小于13mm的煤。 （2）粉煤，是指粒度小于6mm的煤。 （3）煤泥，是指粒度小于0.5mm的一种洗煤产品。 （4）矸石，在采煤过程中从顶、底板或煤层夹矸（夹在煤层中的矿物质层）混入煤中的岩石。 （5）中煤，是指煤经过精选后得到的、品质介于精煤与矸石之间的产品。,第一篇煤焦分析基础,第四节 各类工业用煤质量的技术要求,煤炭既是燃料，也是工业原料，应用于各行业、各部门。不同的行业、不同的用煤设备对煤炭的质量均有着不同的要求，掌握和了解各种工业用煤对煤炭质量的要求，对于实现产品对路供应和节能降耗都有着积极的作用。各种工业用煤质量标准较多，

23、本书仅列出发电、气化、水泥、高炉喷吹和一般工业锅炉等几个主要行业对用煤的质量要求。,第一篇煤焦分析基础,一、发电用煤质量技术要求,发电用煤是国内用煤大户。大型电厂多采用煤粉锅炉，其炉型对燃煤质量适应性强，从褐煤到年轻无烟煤都能烧，但不是各种煤粉炉都能烧任何质量的煤，每一种型号的锅炉设计时对煤的质量都有一定的限定范围。对发电用煤而言，挥发分和发热量是很重要的指标，一般说来，挥发分高的煤，其燃烧性能在锅炉内的热传递效果均较好，不同挥发分的煤对发热量有不同的要求。挥发分(Vdaf)在6.5%10.0%，之间的无烟煤，其发热量(Qnet,ar)应在20.91MJ/kg（5000大卡）以上，而对于挥发分

24、(Vdaf)40的年轻煤类（如褐煤），其发热量只要求在11.71MJ/kg(2800大卡)以上即可。发电用煤的灰分和硫分不宜太高，一般灰分(Ad)应30.00%；硫分一般应1.00% ，硫分高既会造成环境污染，又会腐蚀燃煤设备。固态排渣炉对煤灰熔融性软化温度(ST)有一定的要求， 应在1250以上，而液态排渣炉则要求灰熔点较低的煤。煤粉锅炉对用煤的要求详见GB/T7562-1998。,第一篇煤焦分析基础,二、气化用煤质量技术要求,气化用煤是把煤转化为煤气供燃用或生产化肥及其他化工原料，目前气化炉种类较多，但不外乎固定床（移动床）、沸腾床（流化床）和悬浮床（气流床）三种类型。气化炉型不同，对煤质

25、的要求也不同，下面主要介绍固定床气化用煤和沸腾床气化用煤质量要求。,第一篇煤焦分析基础,（一）常压固定床煤气发生炉对煤质的要求 常压固定床煤气发生炉应用广，对煤的适应性较强，可使用的煤种有长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、1/3焦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。煤的品种以各级块煤为宜，灰熔融性ST1250，灰分1200，全硫(St,d)2.00%；对其它指标无特殊要求，但煤的反应性指标越大越好。 （三）水煤气两段炉的用煤要求 详见GB/T17610-1998。,第一篇煤焦分析基础,三、水泥回转窑用煤质量技术要求,在水泥工业中煤炭是主要燃料，且用煤要求较高，水泥的生产方法不同对煤炭类别、品种

26、和质量的要求也不同。回转窑要求用煤的灰分(Ad)小于27%、发热量(Qnet,ar)大于21.00 MJ/kg的挥发分(Vdaf)大于25%的烟煤煤粉作燃料，而立窑则要求发热量(Qnet,ar)大于25.09MJ/kg的无烟块煤作燃料。水泥回转窑用煤对煤质的要求详见GB/T7563-2000。,第一篇煤焦分析基础,四、高炉喷吹用煤质量技术要求,高炉喷吹用煤对煤质的要求高。最初高炉喷吹用煤只用质量较好的无烟煤。随着喷吹技术的发展，现已采用无烟煤和烟煤按不同比例混合作为喷吹的燃料，有些烟煤也可单独作为喷吹燃料，如神华煤也可供高炉喷吹。但烟煤的挥发分高，在制粉及喷吹过程中容易引起爆炸，在使用烟煤前一

27、定要做好喷吹条件的摸索和试验。,第一篇煤焦分析基础,高炉喷吹用煤对煤质的主要要求： （1）灰分要低，煤的灰分(Ad)一般不应超过12%，最高不应超过17%高炉燃料（包括焦炭和煤粉）灰分每增高1%，燃料消耗增加2%，生铁量下降2%。 （2）硫分含量要低，喷吹用煤的硫含量(St,d)以小于0.70%为宜，最好不应超过1.10%（如硫分增加0.1%，生铁产量降低2%，燃料比升高1.5%）。 （3）水分要低，一般应以小于8%为宜，最高不应超过12%。 （4）挥发分的高低虽对高炉喷吹的影响不是很大，但当挥发分较高时，在制粉及喷吹中容易引起爆炸，危险性大，喷吹需在惰性气体（一般为氮气）中进行。 高炉喷吹用

28、无烟煤质量要求见GB/T8512-2001；高炉喷吹用烟煤质量要求见GB/T18817-2002。,第一篇煤焦分析基础,五、一般锅炉用煤质量技术要求,目前我国工业锅炉有近50万台，容量达120万蒸吨，也是我国使用动力用煤的大户。在工业锅炉中，链条炉即占70%左右，年耗煤量也达数亿吨。但因过去没有链条炉排的用煤标准，使煤炭供应和使用单位对煤质没有明确要求，随意性很大，结果往往造成降低了锅炉的燃烧效率，增加了煤耗，加重了对环境的污染。实际链条炉排锅炉对燃烧质量也是有选择性的。在进行锅炉设计时，锅炉设计师要根据预计来煤品种、质量，或按某一典型动力煤矿的煤质进行设计，如果锅炉使用的煤炭质量与设计要求的

29、煤炭技术条件有较大差异时，不但燃烧过程恶化，燃烧损失增大，甚至烧坏锅炉设备，影响生产的正常进行。因此，制定链条炉排锅炉用煤技术条件，又制定了链条炉用煤的技术要求国家标准GB/T18342-2001，但因工业锅炉类型较多及各地区具体情况差异较大，又将该项标准中的技术条件分为两个等级(GB/T18342.1-2001和 GB/T18342.2-2001)。,第一篇煤焦分析基础,六、炼焦用煤质量技术要求,目前世界各国对炼焦用煤的技术要求都很高，用量也相对较大。我国每年用于炼焦的精煤约占商品煤总销量的10%，所产焦炭主要供炼铁、铸造和化工等部门使用。不同用途的焦炭对精煤质量要求也就有所不同，如炼制冶金

30、焦的精煤质量就应比炼制化工焦的精煤质量好。对炼焦用煤而言，结焦性和粘结性是最为重要的指标，炼焦用煤一定要有较好的粘结性和结焦性。在我国新的煤炭分类方案中国煤炭分类中，1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤均属炼焦煤范畴，可作为炼焦（配）煤来使用。 我国煤炭资源虽很丰富，但地区及煤种的分布却极不均衡，炼焦煤类只占我国煤炭总储量的30%左右，且粘结性和结焦性均很好的肥煤和焦煤中又有很大一部分属于高灰、高硫、难选煤。因此，充分合理地利用我国现有的炼焦煤资源是极为必要的。今后随着炼焦技术的不断发展，炼焦煤的范畴也将会逐渐扩大。,第一篇煤焦分析基础,（一）冶金焦用煤的技术要求

31、冶金焦是高炉炼铁必不可少的燃料和原料。在炼铁过程中，焦炭既要作为燃料为冶炼过程提供热源，又作为主要的还原剂，同时为维持炉内料柱的透气性，使高炉能够正常运行，需要焦炭有一定的块度和强度。随着高炉大型化和强化冶炼技术的发展，对焦炭强度的要求也日益增高。煤质的好坏对焦炭质量有决定性的影响。GB/T397-1998冶金焦用煤技术条件对冶金焦用煤质量做了较为严格的限定。 （二）铸造焦用煤的技术要求 铸造焦主要用于冲天炉熔炼。为提高冲天炉过热区的温度，使熔融金属的过热温度足够高、流动性好，应保持适宜的氧化带高度。焦炭的粒度小或反应性高均会降低氧化带的高度和炉气的最高温度，进而使过热区温度降低，影响正常操作

32、。如果焦炭的粒度过大，则会使燃烧区不集中，也会降低炉气温度。因此，对于铸造焦而言，既要有适宜的粒度(50150mm)，又力求粒度均一。除了粒度之外，铸造焦对灰含量、硫含量等指标均有严格的要求。铸造焦用煤的技术要求与冶金焦大同小异。,第一篇煤焦分析基础,七、液化用煤质量技术要求,煤的液化就是将煤在高温、高压和催化剂的作用下与氢反应，使之转化为液体燃料的过程。煤液化技术是德国在第二次世界大战前研究成功并投入生产的。但由于煤液化成本较高及石油产量的日益增加，煤液化技术的发展受到了限制。近年来，在“石油危机”出现后，煤液化技术又重新受到了世界各国的重视。煤液化的方法有很多，根据其工艺特点可分为直接液化

33、法和间接液化法两种。直接液化法主要有氢-煤法和溶剂精炼煤法(SRC)。这两种方法较有望实现工业化。间接液化法是先将煤气化得到CO和H2，再用铁、钴等催化剂在200450、115MPa下合成石油烃和甲醇等含氧的化工产品，这就是众所周知的费-托合成法。此法随温度、压力、催化剂等反应条件的不同而有各种复杂的反应，反应生成物也不同。,第一篇煤焦分析基础,进入20世纪80年代以后，我国也对煤液化技术进行了较为系统的研究。对我国10多个矿区煤的液化性质进行了综合评定，取得较显著的成效。不同的液化方法对煤的质量有不同的要求。间接液化方法由于先将煤气化，然后再进行合成，因此它对煤质的要求与气化用煤对煤质的要求

34、类似。直接液化方法由于缺少工业生产的实践经验，目前还很难对其做出规定。各国对液化用煤的要求也很不一致，如日本和前苏联的一些学者主张采用低灰分煤；而欧美有些学者认为采用高灰、高硫煤较好，因为这类煤的价格低廉，有利于降低液化成本。但高灰煤在磨碎过程中耗电多，尤其是含黄铁矿高的煤因硬度大而耗电更大，同时对液化工厂的生产效率和固液分离都是不利的。在多数情况下，原煤的液化效果比精煤要好，所以液化以采用原煤为宜。原料煤的灰分不要超过25%，过高会给整个工艺系统带来一系列困难。黄铁矿高的煤有利于液化反应。 液化用煤一般采用挥发分较高的年轻煤。,第一篇煤焦分析基础,八、汽机车用煤质量技术要求,由于其锅炉的构造

35、比较特殊，对煤质的要求比较高。蒸汽机车用煤技术条件对煤的类别、使用粒度等此做出了详细的规定，详见GB/T4063-2001。,第一篇煤焦分析基础,九、其他工业用煤质量技术要求,（一）烧结矿用无烟煤的技术要求我国的铁矿石有许多是贫矿。如果把贫矿直接作为高炉冶炼的原料，不仅高炉的利用系数降低，生产能力下降，炼铁时的焦比也会大幅度上升，所以这种贫矿通常都要进行精选。但选后精铁矿粉不能直接送入高炉冶炼，必须把它在高温下烧洁（熔融）成块。过去多用焦粉作燃料，因此对烧结燃料的要求也是低灰、低硫和高发热量。目前已多用无烟煤粉来代替焦粉。烧结用无烟煤的灰分应小于15%，全硫小于0.70%，最高不应超过1%，否

36、则会增高生铁的含硫量而影响质量，小于0.5mm的煤粉量要少。,第一篇煤焦分析基础,（二）电石炉用无烟煤的技术要求 电石炉可以用焦炭作原料，也可以用无烟煤作原料。开启式电石炉可全部使用无烟煤，但在封闭式电石炉中需要焦炭和无烟煤掺混使用。这两种电石炉对无烟煤的质量要求不同，有详细规定。 （三）制造碳粒砂的无烟煤技术要求 主要要求是物理性质要好（如硬度高、质地均一、块状、光亮、致密、贝壳状断口），煤灰中Fe2O3含量要低，煤的灰分应小于2%，挥发分也应较低，纯煤真密度不宜很高。但仅凭上述物理和化学性质还不能肯定就适于制造碳粒砂用，而只能作为选择时的参考。只有通过生产性的试验，才能确定该种煤是否可用于

37、制造碳粒砂。,第一篇煤焦分析基础,（四）生产活性炭用煤的技术要求 制造活性炭用的煤，灰分Ad以低于10%为宜，同时要求煤的固定碳含量要高，煤的化学反应性要好，硫分要低。制造颗粒状的活性炭用煤，热稳定性好也是一个十分重要的指标，因为热稳定性不好的无烟块煤在加热处理过程中会碎裂成粉而达不到要求。 （五）其他几种特殊用途的无烟煤的技术要求 生产避雷器用碳化硅、生产人造刚玉、竖窑烧石灰、电极糊等时对无烟煤的煤质都有具体的技术要求。,第一篇煤焦分析基础,第二章 煤的物理和化学特性,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。是一种组成、结构均非常复杂且极不均一的，包括许多有机和无机化合物的复杂混

38、合物。所以其物理、化学特性也很复杂。了解煤的物理、化学性质，能使人们进一步认识煤、改造煤、合理利用煤炭资源。,第一篇煤焦分析基础,第一节 煤的物理性质,煤的物理性质主要与以下几个因素有关： 煤的成因因素，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。 一般来说，在煤化作用的低级阶段，成因因素对煤的物理性质的影响起主要作用；在煤化作用的中级阶段，变质程度对其性质影响趋于主要因素；在煤化作用的高级阶段，变质作用则成为唯一决定煤的物化和物理性质的因素。煤的物理性质包括：煤的相对密度、颜色、光泽、硬度、粉碎性、热稳定性等等。,第一篇煤焦分析基础,一、煤的相对密度,煤的密度是反映

39、煤的性质和结构的主要参数，因此应了解煤的密度随煤化度的变化规律。物质的密度在数值上等于它的比重，但两者有所不同。密度是指单位体积所具有的质量，单位为g/cm3；而比重则为该物质与同温度同体积的水的质量比，比重没有单位。,第一篇煤焦分析基础,（一）基本概念,由于煤是具有裂隙的疏松结构的固体，因此煤的比重应考虑裂隙等孔隙所占体积的影响，这使比重的概念多样化。 a.煤的真相对密度。是在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。它是计算煤层平均质量与研究煤炭性质的一项主要指标。 b.煤的视相对密度。是在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。在计算煤的储

40、量、煤仓设计和计算运输量、粉碎、燃烧等过程中都需用此指标。,第一篇煤焦分析基础,c.煤的气孔率。根据煤的真相对密度和视相对密度可算出气孔率，即： 煤的气孔率大小和煤的反应性能、强度有一定的关系。气孔率大的煤，其表面积大，反应性能较好。但气孔率大的煤，一般强度较小。 d.煤的堆积密度。是指在20时，自由堆积的煤的质量对同温度同体积（包括煤块之间的空隙和煤块所有空隙在内的煤堆体积）的水的质量之比。就是说自由堆积不是人为地压实，而是包括煤块间空隙。堆积密度以吨米3为单位。在设计煤仓、估算炼焦装煤量和装车重量等情况下使用。,第一篇煤焦分析基础,（二）煤的真相对密度随煤化度变化的规律,煤的真相对密度随煤

41、化度而变化，以镜质组相对密度为例，在煤化度较低时，镜质组的相对密度随煤化度的提高而减小。但当碳含量约达87时，镜质组的相对密度出现了最小值，以后随煤化度的增加而迅速增加。,第一篇煤焦分析基础,（三）影响煤相对密度的因素 影响煤的相对密度的因素主要有：煤的种类(成因因素)，岩相组成，煤化度，矿物质的种类和含量等。 a.成因因素的影响。不同成因的煤真相对密度是不同的。腐植煤的真相对密度比腐泥煤大，一般除去矿物质的纯腐植煤的真相对密度在1.25以上，而纯腐泥煤的真相对密度则在1.0左右。这主要由于分子结构的特性所决定的。 b.岩相组成的影响。就腐泥煤而言，不同的岩相组分其真相对密度各不相同，丝炭最大

42、，镜煤、亮煤最小。丝炭真相对密度为1.37-1.52，暗煤为1.30-1.37，亮煤为1.27-1.29，镜煤为1.28-1.30。,第一篇煤焦分析基础,c.煤化度的影响。前面已讲了煤的镜质组的相对密度随煤化度的变化规律。但自然状态下的煤成分比较复杂，由于各种因素的综合影响，使煤的相对密度大体上随煤的变质程度的加深而增大。煤化度不深时，真相对密度增加较慢，接近无烟煤时，真相对密度增加很快。各类型煤的真相对密度范围大致如下：泥炭为0.72，褐煤为0.8-1.35，烟煤为1.25-1.50，无烟煤为1.36-1.80。d.矿物质的影响。煤中矿物质的含量与组成对煤的相对密度影响很大，因无机矿物质的相

43、对密度一般都比煤的相对密度大。例如，石英的相对密度为2.65,粘土为2.4-2.6，黄铁矿为5.0，所以矿物质含量越高，则煤的相对密度越大。可粗略地认为，灰分每增加1，煤的相对密度增加0.01。e.水分及风化的影响。水分含量愈高，煤的相对密度愈大。煤风化后使煤的相对密度增加，因为风化以后灰分与水分都相对地增加了，所以使得相对密度增加。,第一篇煤焦分析基础,二、煤的颜色,煤的颜色是多种多样的，一般为黑色、褐色和灰色。煤的颜色与煤的性质有关。煤的颜色随着煤的变质程度的加深而变化。褐煤呈褐色，这由于褐煤中含有腐植酸。烟煤呈现黑色，无烟煤则呈现钢灰色。如果用显微镜对煤薄片进行观察，可以看出煤的颜色从长

44、焰煤到焦煤是有规律地变化的。但是有些煤即使同一牌号由于变质程度和矿物质的不同其颜色也有深有浅。如年轻褐煤呈现褐色，变化程度较深的褐煤呈现深褐色到黑色。同样的烟煤也有类似的情况。,第一篇煤焦分析基础,三、煤的光泽,煤表面的反射能力称为光泽，各种煤的光泽是不一样的。煤的光泽通常为全暗的、半暗的、半亮的、全亮和很亮等等。煤的光泽主要与岩相组成、煤化程度和灰分有关。,第一篇煤焦分析基础,（一）煤的光泽与岩相组成的关系,腐植煤的岩相组成分为镜煤、亮煤、暗烟和丝炭，它们具有不同的光泽，其中镜煤的反射能力最大，所以其光泽最亮，亮煤次之，暗煤的光泽较暗，丝炭的反射能力最小，所以其光泽最暗。,第一篇煤焦分析基础

45、,（二）煤的光泽与煤化程度的关系,煤对光的反射率是随着变质程度的加深而增大的。从褐煤到烟煤，最后到无烟煤，它们的光泽由暗淡到像玻璃似的光泽，一直增大到像金属似的光泽，即由全暗到很亮的光泽。镜煤能真实地表征煤的煤化程度，它的反射率在四种煤岩组成中最大。所以目前用镜煤最大平均反射R0max0.05，长焰煤约为0.05-0.07，气煤约为0.075，肥煤约为0.08，焦煤约为0.09，瘦煤为0.10，贫煤为0.11，到无烟煤阶段，其最大反射率达0.185。可以看出，从贫煤到不同无烟煤，其反射率随煤的变质程度的加深而增大的幅度很大，所以在无烟煤的分类中，用煤的反射率作为分类的参数之一。,第一篇煤焦分析

46、基础,（三）煤的光泽与灰分的关系,灰分是影响煤的光泽的因素之一。煤中夹有许多矿物杂质，由于这些粘土物质的微细分布而使煤的光泽变暗。所以矿物杂质越多即灰分越高，其反射率越小，则其光泽越暗。,第一篇煤焦分析基础,四、煤的硬度,所谓硬度就是当用其他较硬的物质刻划时的强度，了解煤的硬度，能使人们考虑在采煤时所用的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。 煤的硬度测定方法很多，根据不同的原理可分为：划痕硬度（莫氏硬度）；弹性回跳硬度（肖氏硬度）；压入硬度等，在煤化学研究中，常用压入法测定显微硬度。 煤的显微硬度是在显微镜下，根据正四棱锥体金刚石压头在规定的试验力和一定的作

47、用时间下，压入显微组分的程度来测定的。压痕愈大表征煤的显微硬度愈低。煤的显微硬度随变质程度的加深而增高。,第一篇煤焦分析基础,五、煤的粉碎性（可磨性）,煤被粉碎（即磨成细粉）的难易程度通常用煤的可磨性表示，煤的可磨指数越大则越容易粉碎，反之则较难粉碎。在使用粉煤的火力发电厂和水泥厂常需测定煤的可磨性，以便设计与改进制粉系统并估计磨煤机的产率和耗电率。在应用非炼焦煤为主的型焦工业中，为了知道所用煤料的粉碎，以便决定粉碎系统的级数及粉碎机的类型，也需预先测定煤的可磨性。由于煤是一个很复杂的物质，所以不同牌号的煤其可磨性也往往是不同的，有时即使同一矿区和同一煤层的煤，由于所含矿物质的性质、数量的不同

48、和煤的结构、挥发分产率及水分的差异，也会使可磨性有所不同。测定可磨性的方法很多，目前广泛采用的主要有两种：一种是全苏热工研究所法（简称BTN法）；一种是哈特葛罗夫（Hardgroue）法（简称哈氏法）。这两种方法虽有较大差别，但理论依据相同，即根据磨碎定律：在研磨成粉时所消耗的功（能量）与煤所产生的新表面面积成正比。目前我国的国家标准是哈特葛罗夫法。,第一篇煤焦分析基础,六、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，也就是煤块在高温作用下保持原来粒度的性质。热稳定性好的煤，在燃烧或气化过程中能以其原来的粒度烧掉或气化，而不碎成小块，或破碎较少；热稳定性差的煤在燃烧或

49、气化过程中则迅速裂成小块或煤粉。要求用煤作燃料或原料的工业锅炉设备，如使用热稳定性不好的煤，则影响很大，因为细粒度或煤粉增多后，轻则增加炉内阻力和带出物，降低气化和燃烧效果。而粉煤的增加又往往引起结渣，重则破坏整个气化过程，甚至造成停炉事故。因此，使用块煤作气化原料时，应事先了解煤的热稳定性。 煤的热稳定性与煤种有关。无烟煤的热稳定性差，这是由于其结构致密，加热时内外温度差很大，引起膨胀不同而破碎。褐煤的热稳定性也较差，主要由于褐煤含水分多，在加热过程中水分大量蒸发而使煤破碎。 我国标准中煤的热稳定性测定方法是：取一定量的613毫米级块煤装人带盖的坩埚中，在预先加热到850的马弗炉中加热30分

50、钟，然后取出，冷却、称重、筛分。用所得大于6毫米的残焦占各级残焦质量和的百分数来作为热稳定性指标。具体测定方法不在这里叙述，详见GB1573煤的热稳定性试验方法。,第一篇煤焦分析基础,第二节 煤的化学性质,煤的化学性质是研究煤质和煤的利用的一个很重要的内容。不同种类的煤其化学性质不同，所以它们的用途也不同。了解煤的化学性质，能更好地理解煤的各类加工工艺。本节只简述煤的热分解、风化氧化及自燃，对于煤的其他特性不在这里叙述。,第一篇煤焦分析基础,一、煤的热分解,有机物质在中性化学介质中加热时所发生的变化，通常称为热分解。煤在热分解时能形成不同数量和不同组成的产物，形成胶质状态、粘结、成焦等。煤的热