04《煤化学》基本要求.ppt

《04《煤化学》基本要求.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《04《煤化学》基本要求.ppt（135页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1,基本要求,化学科学与工程学院 郭绍辉 2009年36月,第五章 煤的工业分析和元素分析第六章 煤的物理性质和物理化学性质第八章 煤的工艺性质第九章 煤的分类和煤质评价,课程编号：0103012409-1学时 40开课时间：716周上课教室：周二 18:3020:15 3-302#周五 15:3017:15 3-302#学生：化工2006,2,第五章 煤的工业分析和元素分析,第一节 煤的工业分析第二节 煤的元素分析第三节 煤质分析中的基准及其相互换算,3,又叫煤的全工业分析,煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热量的测定,广义上讲,差减法计算,固定碳 Fixed Carbon,直接测定,挥发分

2、Volatile Fraction,灰分 Ash,水分 Moisture,煤的工业分析包括：,第一节 煤的工业分析,是在规定条件下，将煤的组成近似区分为水分，灰分，挥发分和固定碳四种组分的分析测定方法。,4,一、煤中的水分,（一）煤中水分的存在状态,煤中的水分,游离水,化合水,外在水分，Mf,内在水分，Minh,结晶水,热解水,通常，如果不作特殊说明，煤中的水分均是指煤中的游离态的吸附水。,5,它代表了刚开采出来，或使用单位刚收到或即将投入使用状态下煤中的全部水分（游离水分）。外在水分就是煤长时间暴露在空气中所失去的水分，而这时没有失去仍然残留在煤中的水分就是内在水分，有时也称风干煤样水分。,

3、煤的全水分 Mt=内在水分 Minh+外在水分Mf,6,煤样在30、相当湿度达到96%的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号MHC表示，由于空气干燥基水分的平衡湿度一般低于96%，因此，最高内在水分MHC高于空气干燥基水分Mad。在煤的工业分析中，水分一般指空气干燥基水分Mad,煤的最高内在水分,Moisture Holding Capacity,外在水分Mf内在水分Minh最高内在水分MHC收到基全水分Mar,不属于工业分析的范围,7,煤的最高内在水分MHC与煤化程度的关系,8,二、煤的灰分 Ash,（一）煤灰分的测定原理,因此，测定结果是空气干燥基的灰分产率，Aad,煤在815的条件

4、下完全燃烧后所得的残渣,用A表示,测定灰分时所用的煤样是 0.2mm 的空气干燥煤样,9,（二）煤灰分的成因,煤的灰分不是煤中的固有组成,而是由煤中的矿物质转化而来,煤的灰分与矿物质有很大的区别,10,（三）煤灰熔融性和煤灰粘度,1.煤灰熔融性,通常用三个特性温度表示,变形温度（Deforming Temperature，DT）,煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度,软化温度（Softening Temperature，ST）,煤灰锥体弯曲至锥尖及底板变成球形或半球形时的温度,流动温度（Flowing Temperature，FT）,煤灰锥体完全熔化展开成高度小于1.5mm薄片时的温度,衡量煤灰

5、熔融性的指标，即灰熔点,11,V 和 FC 都不是煤中的固有成分，它们是煤中的有机质在一定条件下热分解的产物。FC 与煤中的碳元素是两个不同概念，FC 实际上是高分子化合物的混合物，它含有C、H、O、N、S 等元素,1.空气干燥基的固定碳 FCad 计算：,三.固定碳 FC,12,干燥无灰基的固定碳：,干燥无灰基挥发分 Vdaf 的换算,四.挥发分 V,煤化程度对 Vdaf 的影响,Vdaf 随煤化程度的提高而下降,褐 煤的 Vdaf 最高，通常 40%无烟煤的 Vdaf 最低，通常 10%,13,V 值：腐植煤 腐泥煤,3成因类型和煤岩组分的影响,煤岩组分中的挥发分含量：,壳质组 最高镜质组

6、 次之惰质组 最低,14,第二节 煤的元素分析,P67,一、煤的元素组成,15,煤中含氧官能团随煤化程度的关系,16,17,煤中的硫元素,有机硫一般含量较低，0.20.5%，也有高于1.02.0%甚至更高的煤,煤中主要的有害元素,煤中的硫,有机硫,无机硫,P68,煤中有机硫的成分很复杂,主要有：硫醚或硫化物、二硫化物、硫醇、巯基化合物、噻吩类杂环化合物及硫醌化合物等组分和官能团所构成。,18,煤的全硫，St,St=So+Sp+Ss,有机硫,硫铁矿硫,硫酸盐硫,可燃硫,燃烧后可形成SO2等有害气体,19,第三节 煤质分析中的基准及其相互换算,一、基准的基本概念,大量的煤质分析指标用%表示，涉及基

7、准(Basis)问题 例如灰分产率，对于某一给定煤样，在绝对干燥状态下其中的灰分量不变，计算其百分含量时，灰分占绝对干燥煤质量的百分比就是干燥基的灰分产率。,P73,20,二、煤质分析中不同基准的物质含义,（V、FC或C、H、O、N和St）（水分M、灰分A）,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,煤质分析时煤炭组成有两种划分法,将煤划分为,（挥发分V、固定碳 FC 或C、H、O、N和St）（水分M、矿物质MM）,将煤划分为,无机质,有机质,可燃质,不可燃质,用St近似代替So,21,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥

8、基 ad,收到基 ar,图5-3 煤质分析基准之间的关系,22,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,各基准的物质划分含义：,（1）收到基（应用基 ar）：,Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+St,ar=100%,或,Mar+Aar+Var+FCar=100%,as received basis,Mar,23,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,各基准的物质划分含义：,Mad+Aad+Vad+

9、FCad=100%,（2）空气干燥基（分析基ad）：,Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+St,ad=100%,或,air dried basis,Mad,24,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,各基准的物质划分含义：,（3）干燥基（干基 d）：,或,Ad+Vd+FCd=100%,Ad+Cd+Hd+Od+Nd+St,d=100%,dried basis,25,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 a

10、r,各基准的物质划分含义：,Vdaf+FCdaf=100%,（4）干燥无灰基（可燃基 daf）：,Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+St,daf=100%,或,dry and ash free basis,26,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,各基准的物质划分含义：,Vdmmf+FCdmmf=100%,Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf=100%,或,（5）干燥无矿物质基（有机基dmmf）：,dry and mineral matter free basis,=So

11、,27,（5-22）,三、各基准间的相互换算,1.add 空气干燥基(分析基)干燥基（干基）,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,28,2.addaf 空气干燥基(分析基)干燥无灰基(可燃基),（5-23）,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,29,3.addmmf 空气干燥基(分析基)干燥无矿物质基(有机基),（5-24）,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmm

12、f,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,30,4.adar 空气干燥基(分析基)收到基(应用基),（5-25）,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,Mar,31,（5-26）,5.ddaf 干燥基（干基）干燥无灰基(可燃基),全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,Mar,32,6.ardaf 收到基(应用基)干燥无灰基(可燃基),（5-27）,全硫,St,

13、矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,Mar,33,7.ard 收到基(应用基)干燥基（干基）,（5-28）,全硫,St,矿物质,有机质,可燃质,灰分,干燥无矿物质基 dmmf,干燥无灰基 daf,干燥基 d,空气干燥基 ad,收到基 ar,Mad,Mar,34,第六章 煤的物理性质和物理化学性质,第一节 煤的密度第二节 煤的机械性质第三节 煤的热性质第四节 煤的电性质第五节 煤的光学性质第六节 煤的磁性质第七节 煤的润湿性第八节 煤的孔隙率和比表面积,基本要求,35,第一节 煤的密度,密度是煤的主要物理

14、性质之一,研究目的和用途不同分为：,真密度或真相对密度 TRD视密度或视相对密度 ARD堆积密度或散密度 BRD,单位：g/cm3，工业界常用 t/m3 或 kg/m3,20时煤的质量与同体积水的质量之比,36,20时，单位体积（不包括煤中所有孔隙）煤的质量,一、煤的真密度 TRD,True Relative Density,（一）真密度的基本概念,煤的真密度估算：(TRD)daf=TRD-0.01 Ad（%）,灰的平均真密度，无数据时可取为3.0 g/cm3,37,镜质组,壳质组,惰质组,38,可以粗略地认为，灰分 每增加 1%，煤的密度增加 0.01 g/cm3,39,二、煤的视密度 AR

15、D,Apparent Relative Density,根据煤的真密度TRD和视密度ARD还可算出煤的孔隙度：,20时单位体积（仅包括煤的内部孔隙，不包括颗粒间的空隙）煤的质量与同体积水的质量之比。,煤的孔隙率与煤的反应性能、强度有一定关系：孔隙率大，比表面积大，反应性能好；强度较小,40,堆积密度（散密度）：20时单位体积（包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）煤的质量。,三、堆积密度 BRD,BRD 是条件性指标，受容器的大小、形状、装煤方法、煤的水分、粒度等因素的影响。测定容器越大，准确性越高 为得到具有较好可比性、尽可能接近实际的结果，对测定条件有严格的规定。,Bulk Relative D

16、ensity,空隙率=,ARD BRD,ARD,100%,41,对于同一煤样：,真密度 视密度 堆积密度,对同一煤阶的煤：,丝质组 镜质组 稳定组,煤中碳含量 94%时，三种显微组分的真密度趋于一致,TRD ARD BRD,42,第二节 煤的机械性质,煤在机械力作用下所表现出来的各种性质，如硬度、脆度、可磨性等。,一、煤的硬度：,P78,无烟煤,烟煤,褐煤,87%,78%,43,二、煤的可磨性,煤磨碎成粉的难易程度,P80,目前，国际上普遍采用哈特葛罗夫法测定煤的可磨性。研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比 或与煤磨碎后的总表面积成正比,用被测定的煤样与标准煤样相比较而得出的相对指标来表示

17、，称为可磨性指数，HGI。Hardgrove Grindability Index,Ro 1.61.8%可磨性最好,44,45,不同煤岩显微组分，虽然HGI相近，磨碎后的颗粒分布不同,富镜质组煤的粒径较粗,富惰质组煤的粒径较细,46,三、煤的弹性和塑性,P81,Ex=Ey,典型褐煤、年老褐煤、无烟煤不具有塑性,随变质程度的增加，其差别渐小,壳质组 镜质组 惰质组,煤的显微组分的塑性：,47,煤的脆度是表征煤被粉碎的难易程度，是机械坚固性的一个指标。,四、煤的脆度,Shortness,P82,煤的脆度有如下两种表示方法：,抗压强度 和 抗碎强度,48,第三节 煤的热性质,指在一定温度范围内，单位

18、质量的煤，温度升高1所需要的热量,一 煤的比热容 c,Jg-1-1,第六章 煤的物理性质和物理化学性质,P82,49,褐煤,瘦煤、贫煤,1.37,1.08,98,0.71,煤化程度的影响,50,c 随 Vd 增加而增加,51,式中 c 煤的比热容，J/(kgK)煤的密度，kg/m3,二、煤的导热性,包括,导热系数 W/(mK),导温系数（m2/h）,它们之间的关系：,=/c,（6-5）,c 表示单位体积煤温度变化1所吸收或放出的热量 即煤的蓄热能力。,导温系数 与导热系数 成比例 与热容量 c 成反比,导热系数 表示煤的散热能力,P83,52,泥炭的导热系数最低烟煤的显著地比泥炭提高而无烟煤具

19、有更高的各种煤的导温系数也有与此大致相似的变化规律,实验表明：腐植煤中,散状,整块,导温系数（m2/h）,导热系数 W/(mK),53,三、煤的热稳定性 TS,块煤在高温下保持原来粒度的能力,取613mm 的煤样在850下加热并保温15min 取出冷却后用6mm 的筛子筛分，计算筛上物质量占焦渣总质量的百分数，用TS+6 表示。TS+6 值越大，则煤的热稳定性越好,煤的热稳定性测定：,热稳定性,一般情况下：褐煤 无烟煤 烟煤,Thermal Stability,P83,54,第四节 煤的电性质,煤的导电有离子导电和电子导电两种形式 无烟煤以电子导电为主 褐 煤以离子导电为主,一、煤的导电性,煤

20、传导电流的能力,常用电阻率（即比电阻，cm）或导电率（1/，-1 cm-1）表示,导电率越大，煤的导电能力越强,一般煤的为107109 cm 金属的为10-410-5 cm半导体的为10-11010 cm 石墨的为0.4210-4cm,P84,55,年轻煤的因吸水量大，其导电率也大；此外，年轻煤中的极性基团多也是导电率大的一个原因。干燥煤样，随变质程度增加到肥煤、焦煤阶段，其电导率减小；当变质程度到Vdaf 90%的无烟煤，其导电率急剧上升，因为无烟煤石墨化程度增加，大键上的电子增加,干燥基煤的导电率随煤化程度的提高而增加,未经干燥的煤，由于水分的导电率比煤高，因此水分含量会影响煤的导电率。,

21、56,当物质介于电容器两极板间的蓄电量和两板间为真空时的蓄电量之比,二、煤的介电常数,对非极性绝缘体,=n 2,n 为折射率,水分的极性大，对煤的影响很大测定时，必须用完全干燥的煤样,P84,57,第五节 煤的光学性质,镜质组R与煤化程度之间有较好的线性关系，故可作为煤分类的指标。,一、煤的反射率 R Reflectivity,P84,58,H2%,59,n 是物质的重要性质之一。它是指光在物质界面发生折射后进入到该物质内部时，其入射角 i 和折射角的正弦之比,二、煤的折射率 n,Refractive Index,P85,60,煤对光的折射率n与煤的变质程度有一定的关系煤化程度，n 当Cdaf

22、 85%时 增加的幅度较大,61,被测物质的反射率，%,被测物质和标准物质的折射率，%,被测物质的吸收率，%,根据煤在空气中和雪松油两种介质中的反射率，可以通过联立方程解得 n 和 k,目前还没有测定煤折射率的方法，但可以通过弗顿斯内耳比尔公式进行计算：,62,第八节 煤的孔隙率和比表面积,一、煤的孔隙率,孔隙体积占煤总体积的%,P91,He能充满煤的全部孔隙，而水银则完全不能进入孔隙，以它们作为置换物所求出的密度，可计算出煤的孔隙率,孔隙率(DHeDHg)/DHe 100%,DHe、DHg为分别用氦及汞作为置换物所测得的煤的密度,63,二、煤的比表面积,P92,64,基本要求,第八章 煤的工

23、艺性质,第一节 煤的发热量 第二节 煤的热解和粘结成焦性质第三节 煤的粘结性和结焦性及其评定方法,65,发热量 粘结性 结焦性 反应性热稳定性焦油产率可选性灰熔点和熔融灰的粘度,煤的工艺性质：,66,第一节 煤的发热量（热值）,煤的发热量：单位质量的煤完全燃烧后所释放出的热能 用kJ/g或MJkg表示,一煤的发热量的测定原理,1g 0.2mm 煤样置入燃烧皿中,向氧弹充人氧气，然后将氧弹放入充有定量水的内桶中，煤样燃烧后产生的热量通过氧弹传给内桶中的水，使水的温度升高。根据水的温升可以计算出煤释放出的热量，此即弹筒发热量。,一般采用氧弹法测定:,P108,67,二、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧

24、的区别,（1）氮,在氧弹中形成硝酸放热，在空气中不形成硝酸,P108,（2）硫,可燃硫，包括 有机硫 和 硫铁矿 硫,（3）吸附水以及煤中的氢燃烧后生成的水的形态,（4）恒容条件,在氧弹中燃烧是恒容燃烧，不向环境做功 在大气中燃烧是恒压燃烧，因气体体积增大需向环境做功，从而使释放的热量减少。,68,三、弹筒发热量的校正,（一）对N、S特殊热效应的校正恒容高位发热量,从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热,Qgr,v,ad=Qb,ad-（95 Sb,ad+Qb,ad）,简称高位发热量,gross calorific value Qgr,空气干燥基的弹筒发热量，Jg,由弹筒洗液测得的硫含量，,P1

25、09,69,（二）对水不同状态热效应的校正恒容低位发热量,从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热,Qnet,v,ad=Qgr,v,ad 206 Had 23 Mad,0.01g吸附水的汽化热，J,简称低位发热量,空气干燥基，Jg,空气干燥基的恒容高位发热量，Jg,煤样的空气干燥基氢含量，,煤样的空气干燥基水分，,0.01g氢生成的水的汽化热，J,net calorific value Qnet,70,（三）恒湿无灰基高位发热量,煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种假想状态 即：煤样中只含有可燃质和最高内在水分 煤的 Qgr,maf 不能直接测定，需用空气干燥基的高位发

26、热量进行换算：,kJ/g,空气干燥基的恒容高位发热量，kJg,煤样的最高内在水分，,gross calorific value on moist ash-free basis,Qgr,maf,恒湿无灰基：,71,四、发热量的基准换算,对于不同的应用目的，发热量需要用恰当的基准表示 一些基准的数值不能直接得到，需由空气干燥基的数据进行换算而来。,（一）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式,干基,空气干燥基,干燥无灰基,收到基,P110,1.高位发热量的基准换算公式,72,干基,空气干燥基,干燥无灰基,收到基,2.弹筒发热量的基准换算公式,73,（二）低位发热量的基准换算公式,高位发热量,低位发热

27、量,74,五、影响煤发热量的因素,（一）成因类型的影响,发热量:腐泥煤和残植煤 腐植煤主要原因:氧含量低、氢含量高 氧含量高、氢含量低,（二）煤岩组成的影响,相同煤化程度的煤：,发热量顺序：壳质组镜质组惰质组,低煤化程度的煤：,惰质组可能镜质组,随煤化程度提高，差别逐步减小，无烟煤阶段几乎没差别,（三）矿物质的影响,矿物质将发生化学反应（碳酸钙的分解、石膏的脱水等），这些反应一般是吸热反应，造成煤燃烧时释放出的热量减少，热值降低。,P110,75,（四）风化的影响,煤受风化后，产生热量的碳、氢元素含量下降，不放热的氧含量增加，因而煤风化后的热值明显降低,（五）煤化程度的影响,随煤化程度提高，发

28、热量逐渐增加，到肥煤、焦煤阶段发热量达到最大，最高可达37kJg此后，随煤化程度的提高，煤的发热量则呈下降趋势,这一规律与煤的元素组成的变化吻合,76,影响煤发热量的元素主要是C、H、O三种元素 发热顺序为：H C O 影响顺序为：C H 在低煤化程度，H含量变化不大 随演化程度增加，C含量增加，发热量增加，达到最大发热量后，随C增加发热量会下降，因为H元素会下降。,77,第二节 煤的热解和粘结成焦性质,粘结和成焦则是煤在一定条件下热解的结果,低温干馏（500600）中温干馏（700800）高温干馏（950IO50）,按干馏（热解）的最终温度不同可分为：,一、煤的热解 Pyrolysis,P1

29、11,78,（一）煤的差热分析（DTA）,将试样与参比物在相同的条件下加热（或冷却）,煤热解过程的主要阶段可以从煤的差热分析得到证实,基本原理：,在程序控制温度下，记录被测试样和参比物的温度差与温度（或时间）的关系曲线。,与试样热特性相近在试验温度范围内，不发生相变化和化学变化多用AI2O3,参比物为热惰性物质,P113,79,它反映了煤在热解过程中发生的吸热和放热效应，吸热为低谷，放热为高峰。不同的煤，其热解过程不同，因此其差热分析曲线上峰的位置、峰的高低也有差别。,吸热峰,放热峰,参比物温度,T为负值,T为正值,80,煤热解过程的干燥脱吸阶段。,从煤的差热分析图谱上可以发现有三个明显的热效

30、应区：,煤热解过程的胶质体生成和开始固化,半焦收缩阶段,81,（二）煤的热重分析,在分解温度（350400）以下，失重量很小,120，主要是脱水,200，完成脱气 CH4 CO2 N2,200，脱羧基,300，开始热解,450，焦油量最大,450550，析气量最大,550，缩聚反应为主,1500，石墨化阶段，生产炭素制品,热分解温度Td：350400,82,二、煤的粘结与成焦机理,粘结性烟煤在热解过程中，在300550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，,（一）胶质体的来源和性质,煤,大量煤粒聚积时，液相相互融合在起，形成气、液、固三相一体的粘稠的混合物，即所谓的“胶质体

31、”。,83,2.胶质体的性质,热解过程中，胶质体的液相不断分解、缩聚和固化形成半焦,（1）热稳定性：,（2）透气性：,（3）流动性：,（4）膨胀性：,84,（二）煤的粘结与成焦机理,l.煤的粘结机理,在热解时，煤分子结构上的氢发生了再分配，对于粘结性烟煤，生成了富氢的、相对分子质量较小的液相物质和呈气态的焦油蒸气，气体烃类等化合物。,煤粒之间的粘结主要发生在：,煤粒表面上,熔融颗粒与不熔颗粒之间,相邻颗粒产生的胶质体交界面,85,胶质体固化形成半焦后继续升高温度，半焦发生裂解，析出以氢气为主的气体，几乎没有焦油产生。由于缩聚反应，使半焦的体积发生收缩；由于半焦组成的不均匀性，体积收缩也是不均匀

32、的，造成半焦内部产生应力，当应力大于半焦的强度时就产生了裂纹。温度继续升高到1000，半焦的裂解和缩聚反应趋缓，析出的气体量减少，半焦也变成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。,2.煤的成焦机理,86,第三节 煤的粘结性和结焦性及其评定方法,一、煤的粘结性和结焦性,煤的粘结性：,烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和(或)惰性物料的能力,煤的结焦性：,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。,P128,87,二、煤的粘结性和结焦性的评定方法,（一）罗加指数 Roga Index,煤的粘结性和

33、结焦性的评定方法很多，国际上和我国常用的方法：,由波兰学者B.Roga提出的一种测定煤的粘结性的方法,P128,RI 是用煤焦化后焦炭的耐磨强度表示煤的粘结性的强弱 反映了煤在胶质体阶段粘结自身和惰性物料并最终形成具有一定耐磨强度焦炭的能力。,88,加热速度 工业炼焦，使粘结性测值偏高，对强粘结性煤区分能力差，对弱粘结性煤的重视性差 标准无烟煤不同时导致测定结果的差异，使得各国间的测值不具可比性,罗加指数法具有明显的优点：设备简单快速、所需试验煤样少 能反映煤的粘结能力 在一定程度上反映焦炭的强度,缺点：,对弱粘结煤和中等粘结性煤的区分能力很强,对RI 80的粘结性很好的肥煤，不能明显区分,8

34、9,（二）粘结指数 Coking Index,以 GR,I or G 表示,粘结指数是针对罗加指数的缺点进行改进 其测定原理和仪器设备与 RI 法完全相同,P129,90,胶质层指数法：由前苏联学者萨保什尼可夫和巴齐列维奇于1932年提出的测定煤的粘结性的方法,测定煤在炭化时形成胶质体的数量，即胶质层最大厚度Y，此外还可得到辅助指标，即最终收缩度X和体积曲线。,（三）胶质层指数,P129,胶质层指数法较适合于中等粘结性的煤,对弱粘结性煤和强粘结性煤的测定结果不准，重现性差,91,（四）奥亚膨胀度,奥亚膨胀度是测定煤炭粘结性的方法之一,P130,测量并计算位移的最大距离占煤笔原始长度的百分数，作

35、为煤样的膨胀度；即奥亚膨胀度指标 b,T1-软化温度T2-开始膨胀温度，即最大收缩温度T3-固化温度,a-最大收缩度b-最大膨胀度,无因次结焦能力指数CI,优质炼焦煤的 CI 值通为 1.051.10,92,奥亚膨胀度主要取决于的胶质体数量、胶质体的不透气性和胶质体期间气体析出的速度。奥亚膨胀度对中、强粘结性煤的区分能力强，对强粘结性煤，区分能力好于Y 值，测定结果重现性好。,奥亚膨胀度指标也被我国煤炭分类方案采用，作为胶质层最大厚度Y 值的补充指标。,缺点：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。,93,一种通过测定煤炭的膨胀性来判断粘结性的方法,(五）坩埚膨胀序数

36、Crucible Swelling Number,CSN,又称自由膨胀序数 Free Swelling Index,FSI,膨胀序数共分为17种 序数越大，表示煤的膨胀性和粘结性越强。,P131,CSN的大小取决于煤的溶融特性、胶质体生成期间析气情况与胶质体的不透气性。由于是根据焦块外形来确定，判断带有较强的主观性，往往对CSN 5 的煤粘结性的区分能力较差,94,（六）葛金焦型 Gray King Assay,由英国的Gray和King两人提出的一种低温干馏试验方法，也是测定煤炭结焦性的一种方法：,P132,将所得半焦与一组标准焦型比较，以判断煤的结焦性能,优点：可较全面了解煤炭热解产物的性

37、状缺点：对焦型的判断常带有主观性 葛金焦型是硬煤国际分类中鉴别结焦性亚组的一个指标，但中国多以奥亚膨胀度 b 值代替葛金焦型G-K。,95,（七）基氏流动度 Gieseler Fluidity,P133,开始软化温度ts 最大流动度时的温度tmax 最大流动度max，固化温度tr,胶质体的温度间隔 t,ts,tmax,tr,max,5个特性指标,96,（一）粘结指数G 与胶质层最大厚度 Y 之间的关系,三、煤的各种粘结性、结焦性指标间的关系,G 和 Y 值是我国煤分类的主要指标,G是煤粘结惰性物质的能力 Y是煤在隔绝空气条件下等速升温时所产生胶质体的厚度,总的趋势：Y值高的煤，其G指数也高,P

38、134,Y值和G指数均为粘结性指标,97,G 是在 RI 的基础上经过改进后用于表征煤粘结惰性物质（特定专用无烟煤）能力的粘结性指标。测定原理一样，所用专用无烟煤矿点和试验转鼓都相同，因此它们之间具有很好的正比关系。,（二）粘结指数 G 与罗加指数 RI 之间的关系,（1）G 55 的中等及强粘结煤,RI=0.66 G+22.5,（2）18G55 的中等偏弱烟煤,RI=0.5 G+10,（3）G 18 的弱强粘结煤,RI=0.97 G+8,P134,98,（三）粘结指数 G 与奥亚膨胀度 b 之间的关系,99,（四）粘结指数 G 与吉氏最大流动度 lg max 之间的关系,100,（五）胶质层

39、最大厚度Y值与奥亚膨胀度b值之间的关系,b 值也是我国煤炭分类中采用的区分强粘结煤的指标之一，由于其测定方法与Y 值比较相似，即均不加惰性物质，同时均为等速加热升温，因此它们有较好的相关关系,P135,101,由于 CSN 的区分范围小，而 Y 值从 055mm左右的均有，因此Y 值与 CSN 虽然成正比关系变化，但其间的定量关系不很明显 尤其是 CSN 还受挥发分的影响而发生变化如：瘦煤和气煤，它们的 Y 值均为 10mm 左右 但由于气煤的挥发分高，在测定CSN 时因挥发分的大量逸出而会降低其测值，即气煤的粘结性与瘦煤相同时,其 CSN 值就会低于瘦煤。,（六）胶质层最大厚度Y 值与坩埚膨

40、胀序数CSN之间的关系,坩埚膨胀序数CSN是国际煤分类指标之一，也是国际煤炭贸易中经常采用的指标,P135,102,褐煤和无烟煤的CSN残渣为粉状，故都为零。因此，总的来讲，煤的坩埚膨胀序数只能近似地表征煤的粘结性、但它的测定方法简单可行。,103,（七）胶质层最大厚度Y 值与葛金焦型之间的关系,葛金焦型也是国际煤炭分类的指标之一,总趋势是葛金焦型（以G一K表示）随 Y 值的增加而增大,P135,104,基本要求,第九章 煤的分类和煤质评价,第一节 煤炭分类意义和分类指标第二节 中国煤炭分类,105,一、煤炭分类的意义,煤是重要的能源和化工原料，它的种类繁多，其组成、性质又各不相同、而各种工业

41、用煤对煤的质量又有特定的要求 只有不断完善煤炭分类方案,才能搞清各种煤的工艺性质和经济价值，才能有计划地开采和利用，所以煤的分类是煤炭勘探、开采规划、分配和合理使用的共同依据。,保证煤炭资源的合理地利用 指导生产,P 145,106,二、煤炭分类的方法和原则,根据分类目的的不同分：实用分类（技术分类和商业编码）科学成因分类,分类原则：,根据物质各种特性的异同，划分出自然类别 对划分出的类别加以命名表述,即使是纯科学分类，通常也有实际用途,煤炭分类的完整体系,P 145,107,三、煤炭分类的指标,煤的牌号反映着煤的有机质特性因此，以煤化程度和粘结性作为煤的工业分类两个指标目前，世界各国分类指标

42、不统一,表9-1各国和国际煤分类选用指标举例,P 145,108,109,（一）煤化程度,各国普遍用来反映煤化程度的指标是 Vdaf,用Vdaf表示煤化程度的优点：,Vdaf能较好地反映煤化程度与煤的工艺性质有关其区分能力强测定方法简单易于标准化,110,同一种煤的不同岩相组成，其Vdaf有很大差别煤化程度相同的煤田，由于岩相组成的不同而有不同的Vdaf不同煤化程度的煤，岩相组成不同，也可能得到相同的Vdaf 因此，Vdaf 有时也不能十分准确地反映煤的煤化程度、尤其对于挥发分较高的煤，其误差更大。,用Vdaf表示煤化程度的不足：,Vdaf 还受煤的岩相组成的影响,111,在高变质阶段的烟煤和

43、无烟煤，能较好地反映煤化程度的规律，并综合反映了变质过程中镜质组分子结构变化，其组成又在煤中占优势,反映煤化程度的其他指标,有的国家采用煤的发热量Q或镜质组反射率RO，作为烟煤和无烟煤煤化程度的主要指标。,煤的发热量,适合于低煤化程度的煤和动力煤、一般以含水无灰基(恒湿无灰基)的高位发热量Qgr,maf代表煤的煤化程度。,镜质组反射率RO,RO 可排除岩相差异的影响，比挥发分产率能更确切地反映煤的变质规律。,112,煤中的 H/C 在一定程度上也能代表煤的煤化程度,我国现行无烟煤分类以煤中氢作为分类指标,氢对高煤化程度的煤，尤其是无烟煤能很好地反映煤化程度规律,113,G-K在英国使用，它与V

44、daf较为接近，而对粘结性不同的煤都能加以区分但其测定方法较为复杂，并且人为因素较大,（二）煤的粘结性,煤在热加工过程中重要的工艺性质,煤炭分类中的个重要指标,表示煤的粘结性的指标很多，如：,法国、意大利、德国等国普遍采用在一定程度上反映了煤的粘结性方法简单，煤质变化不太大时，较为可靠但其测定结果是根据焦饼的外形，故常有主观性，且过于粗略,RI、G 对弱粘结煤和中等粘结煤的区分能力强，且测定方法简单、快速，所需煤样少易于推广,葛金焦型G-K,奥亚膨胀度b,坩埚膨胀序数CSN,罗加指数RI,胶质层最大厚度Y,对强粘结煤区分能力较好，测试结果的重现性好但对粘结性弱的煤区分能力差。,粘结指数G,11

45、4,反映煤产生胶质体最稀薄状态的粘度。它对弱或中等粘结煤有一定区分能力。灵敏度高，但存在许多人为和仪器的因素，使得在不同实验室测得结果不能一致 我国目前采用胶质层最大厚度 Y 值和粘结性指数 G 来表示煤的粘结性。用 Y 表征中等或强粘结煤的粘结性 用 G 表征弱粘结煤的粘结性 这就可以充分利用它们各自的优点。,基氏流动度 Gieseler Fluidity,115,第二节 中国煤炭分类,1956年12月由中国科学院，原煤炭部、原冶金部等单位共同提出 1958年4月经原国家技术委员会正式颁布试行,一、我国煤原有的分类方案,以炼焦煤为主的工业分类方案,以煤的 Vdaf 和 胶质层最大厚度（Y 值

46、）为分类指标,主要用于各种煤的合理利用和科学研究,10大类,主要用于地质部门的资源勘探，煤炭部门的矿井建设和开采、管理部门的煤炭计划和调拨,24小类,将所有煤种，分为：,P 147,116,二、中国煤炭新分类的国家标准,三者形成一个完整体系，互为补充，同时执行,（一）中国煤炭分类的完整体系,由技术分类、商业编码、煤层煤分类 三个国家标准组成,实用分类,科学/成因分类,不同的分类方法，其应用范围、对象和目的所有不同,P 148,117,表9-3 中国煤炭分类的完整体系,118,表9-3 中国煤炭分类的完整体系,119,表示煤化程度的Vdaf（在900时测定，原方案为850）用来区分无烟煤、烟煤和

47、褐煤 表示煤的工艺性能的粘结性指标 根据粘结性大小的不同，分别选用粘结指数G、胶质层最大厚度Y 和奥亚膨胀度 b 作为指标,（二）中国煤炭分类,1974年我国有关部门开始对煤炭进行新的分类1985年1月19日通过了煤炭分类国家标准1989年10月1日起正式实施,主要分类指标有两个：,P 148,120,Vdaf37%和G5时，利用透光率PM来区分烟煤与褐煤,表9-4 煤炭分类总表,(1)无烟煤、烟煤和褐煤的主要区分指标,数字代表Vdaf的高低,表征其粘结性或结焦性好坏,数 字 0 1 2 3 4 5Vdaf%37 37,数 字 1 2 3 4 5 6G 65 85,121,采用Vdaf和Hda

48、f作为指标，将无烟煤分为1号3号3个小类,(2)无烟煤的分类：,表9-5.无烟煤的分类,122,采用Vdaf、G、Y 和 b 作为指标把烟煤分为12大类,(3)烟煤的分类：,表9-6 烟煤的分类,123,124,以 PM为指标,区分褐煤和烟煤，并将褐煤划分小类 恒湿无灰基高位发热量作为辅助指标区分烟煤和褐煤,注。凡Vdaf37.0%。PM3050的煤，如恒湿元灰基高位发热量Qgr,maf24MJ/kg则划为长焰煤。,(4)褐煤的分类：,表9-7 褐煤的分类（分为2小类）,125,Y=25 mm,b=150%,b=220%,粘结指数 G,透光率 PM,Qgr,maf 24MJ/kg,Qgr,ma

49、f 24MJ/kg,Vdaf37.0%，G5，再用透光率PM来区分烟煤和褐煤,Hgr,daf%,G85时，用Vdaf和G来划分煤类,G85时，用 Vdaf 和 Y 或 Vdaf 和 b 划分煤类 Y 和 b 并列作为分类指标,Vdaf28时；b暂定为150,20,Vdaf20,Vdaf28,Vdaf37,Vdaf10,当b值和Y值有矛盾时，以Y值为准来划分煤类,Vdaf28时，b 暂定为220%,PM 50 烟煤,如PM 3050,126,表9-9 中国煤炭分类简表,127,五、中国煤炭分类编码系统,P 158,中国煤炭分类编码系统适用于各煤阶的腐植煤 编码系统按煤阶、主要工艺性质、对环境影响

50、因素的各项参数进行编码,2个环境因素：,4 个工艺指标：,Rran Mt(对低阶煤)VdafQgr,daf（对低阶煤为Qgr,maf）,4个煤阶参数：,VdafQG（对中、高阶煤）Tardaf（对低阶煤）,AdSt,d,128,（1）镜质组平均随机反射率：Rran%,两位数（2）干燥无灰基高位发热量；Qgr,daf，MJ/kg,两位数 对低阶煤采用恒湿无灰基Qgr,maf，MJ/kg，两位数（3）干燥无灰基挥发分:Vdaf，两位数（4）粘结指数GR.I：简记G，两位数（对中、高阶煤）（5）全水分；Mt，一位数（对低阶煤）（6）焦油产率：Tardaf，一位数（对低阶煤）（7）干燥基灰分：Ad，两