發(fā)熱量測(cè)定方法.ppt

煤是由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的混合物 由于成煤原始物質(zhì) 轉(zhuǎn)變條件和作用的多變性 導(dǎo)致煤的化學(xué)及元素組成 分子結(jié)構(gòu) 化學(xué)及工藝性質(zhì) 種類的復(fù)雜性和多樣性 煤化學(xué)是從化學(xué)的角度研究煤的化學(xué)及元素組成 工藝性質(zhì)和分類及合理應(yīng)用的邊緣學(xué)科 第四章煤化學(xué)的基本知識(shí) 煤化學(xué)的研究方法 煤的工業(yè)分析 研究煤的化學(xué)組成 煤的元素分析 煤的工藝性質(zhì)試驗(yàn) 研究煤的元素組成 研究煤的工藝性質(zhì) 煤的工業(yè)分類 煤質(zhì)評(píng)價(jià) 煤的綜合利用 煤質(zhì)分析化驗(yàn)的方法有兩大類 一類是測(cè)定煤中固有的成分和性質(zhì) 如水分 碳 氫等 另一類是測(cè)定煤經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化后生成的物質(zhì)和呈現(xiàn)的性質(zhì) 如灰分 揮發(fā)分 發(fā)熱量等 為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和便于使用 各煤質(zhì)分析項(xiàng)目的結(jié)果都是用一定的符號(hào)表示 通常是由煤質(zhì)分析項(xiàng)目的符號(hào) 分析項(xiàng)目存在狀態(tài)或操作條件的符號(hào) 分析項(xiàng)目基準(zhǔn)的符號(hào)這三類符號(hào)構(gòu)成了煤質(zhì)分析結(jié)果的表示符號(hào) 新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)常用符號(hào)作了如下規(guī)定 1 符號(hào)一律用英文 2 ISO規(guī)定了的符號(hào) 基本采用 3 ISO沒(méi)規(guī)定的符號(hào) 用歐美通用的符號(hào) 4 ISO和歐美都沒(méi)有的 用英語(yǔ)名詞的開(kāi)頭字母 或縮寫字母 表示 5 我國(guó)或其他國(guó)家獨(dú)有的項(xiàng)目 采用其原規(guī)定的符號(hào) 第一節(jié)煤樣及煤質(zhì)分析結(jié)果的表示方法 一 煤樣 二 煤質(zhì)分析結(jié)果的表示方法 煤是大宗商品 為了鑒定煤的質(zhì)量 通常是抽取一小部分煤來(lái)進(jìn)行質(zhì)量的鑒定 這個(gè)抽取過(guò)程就是采樣 為確定煤的某些特征 從煤中采取的 具有代表性的一部分煤稱為煤樣 一 表示煤質(zhì)分析項(xiàng)目的符號(hào) 一般是用該項(xiàng)目英文名稱的第一個(gè)字母或縮略字大寫表示 新 舊標(biāo)準(zhǔn)中常用煤質(zhì)分析項(xiàng)目的表示符號(hào)對(duì)照表 是用相應(yīng)英文名稱的第一個(gè)字母或縮寫字的小寫表示 把它下標(biāo)于煤質(zhì)分析項(xiàng)目符號(hào)的右下角 新 舊標(biāo)準(zhǔn)中常用煤質(zhì)分析項(xiàng)目存在狀態(tài)或操作條件的符號(hào)對(duì)照表 在修訂后的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中 分析項(xiàng)目基準(zhǔn)的符號(hào)是用各英文名稱的小寫字母表示的 把它下標(biāo)于 煤質(zhì)分析項(xiàng)目符號(hào) 的右下側(cè) 并與 表示煤質(zhì)分析項(xiàng)目存在狀態(tài)或操作條件符號(hào) 之間用 逗號(hào) 隔開(kāi) 二 表示煤質(zhì)分析項(xiàng)目存在狀態(tài)或操作條件的符號(hào) 三 表示煤質(zhì)分析項(xiàng)目基準(zhǔn)的符號(hào) 煤質(zhì)分析項(xiàng)目的基準(zhǔn)即煤樣的基準(zhǔn) 是表示煤質(zhì)分析化驗(yàn)結(jié)果是以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎(chǔ)而測(cè)得的 1 基準(zhǔn)的含義 新 舊標(biāo)準(zhǔn)中常用煤質(zhì)分析項(xiàng)目基準(zhǔn)的名稱及符號(hào)對(duì)照表 2 常用基準(zhǔn)的含義及使用意義 收到基 ar 是以收到狀態(tài)的煤樣為基準(zhǔn) 包含了煤的全部組分 用于銷售煤 物料平衡 熱平衡及熱效率計(jì)算 空氣干燥基 ad 是以與空氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)的煤樣為基準(zhǔn) 不包含煤的外在水分 多用于試驗(yàn)室煤質(zhì)分析項(xiàng)目測(cè)定的基礎(chǔ) 干燥基 d 是以假想無(wú)水狀態(tài)的煤樣為基準(zhǔn) 不包含煤的外在水分和內(nèi)在水分 主要用于比較煤的質(zhì)量 用于表示煤的灰分 硫分 磷分 發(fā)熱量等 干燥無(wú)灰基 daf 是以假想無(wú)水無(wú)灰狀態(tài)的煤樣為基準(zhǔn) 不包含煤的外在水分和內(nèi)在水分及灰分 主要用于了解和研究煤的有機(jī)質(zhì) 干燥無(wú)礦物質(zhì)基 dmmf 是以假想無(wú)水無(wú)礦物質(zhì)狀態(tài)的煤樣為基準(zhǔn) 不包含煤的外在水分和內(nèi)在水分及礦物質(zhì) 主要用于高硫煤的有機(jī)質(zhì)研究 恒濕無(wú)灰基 maf 恒濕狀態(tài) 溫度20 空氣濕度96 和假想無(wú)灰狀態(tài)下的煤樣分析基準(zhǔn) 主要用于表示煤的發(fā)熱量 作為煤工業(yè)分類指標(biāo) 3 各基準(zhǔn)的關(guān)系對(duì)于同一煤樣 其化驗(yàn)結(jié)果若以不同的基準(zhǔn)來(lái)表示則數(shù)值不同 因此 同類分析項(xiàng)目只有在相同基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行比較 各基準(zhǔn)的關(guān)系如下圖所示 4 各基準(zhǔn)的換算 試驗(yàn)室條件下測(cè)定的煤質(zhì)分析項(xiàng)目通常是以空氣干燥基為基準(zhǔn)測(cè)得的 但在表示煤質(zhì)分析報(bào)出的結(jié)果時(shí) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定將空氣干燥煤樣基準(zhǔn)的各個(gè)指標(biāo)換算成收到基 干燥基煤樣 干燥無(wú)灰基煤樣為基準(zhǔn)的指標(biāo) 在實(shí)際工作中 有時(shí)也需要把一些指標(biāo)換算成其它基準(zhǔn) 例如 工業(yè)上計(jì)算物料平衡或熱平衡時(shí) 就需將有關(guān)指標(biāo)換算成收到基 以求得每噸原料煤能產(chǎn)生多少熱量 多少煤灰 含多少碳等 為此 我們必須了解各種指標(biāo) 各種基準(zhǔn)之間的關(guān)系和換算 常用的各基準(zhǔn)間的換算公式如下 用X代表某煤質(zhì)分析項(xiàng)目 1 空氣干燥基與干燥基的換算 2 空氣干燥基與干燥無(wú)灰基的換算 3 干燥基與干燥無(wú)灰基的換算 4 收到基與干燥無(wú)灰基的換算 5 收到基與空氣干燥基的換算 6 全水分計(jì)算公式 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 進(jìn)行基準(zhǔn)換算時(shí)要注意以下三個(gè)問(wèn)題 1 換算的煤質(zhì)分析指標(biāo)必須含于對(duì)方的基準(zhǔn)中 否則就不能換算 如 St ad中包含了St d 它們之間可用公式4 1進(jìn)行換算 Ad和Adaf之間就不能換算 因?yàn)楦稍餆o(wú)灰基中不存在灰分 2 用以上公式換算時(shí)各煤質(zhì)分析測(cè)定結(jié)果不代入百分符號(hào) 但寫答案時(shí)要把百分號(hào)加上 3 基準(zhǔn)不相同的數(shù)據(jù)不能直接加減 4 常用煤質(zhì)指標(biāo)的基準(zhǔn) 1 在用煤的灰分 硫分 磷分 發(fā)熱量來(lái)表示煤質(zhì)時(shí) 常用干燥基為基準(zhǔn) 即Ad St d Pd Qgr d 2 在研究煤的有機(jī)質(zhì)特性時(shí) 常用干燥無(wú)灰基為基準(zhǔn) 如Vdaf Cdaf Hdaf等 3 在計(jì)算物料平衡 熱平衡 煤炭計(jì)量計(jì)價(jià)時(shí) 常用收到基為基準(zhǔn) 如Mt ar Qnet ar Aar Har等 第二節(jié)煤的化學(xué)組成 一 煤中的水分 M 煤 加熱 揮發(fā)部分 不揮發(fā)部分 水分 M 煤中無(wú)機(jī)質(zhì)熱解生成的氣體 煤中有機(jī)質(zhì)熱解生成的氣體 V 煤中無(wú)機(jī)質(zhì)熱解形成的殘?jiān)?A 煤中有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生熱量的部分 FC 2 不計(jì) 2 減去 煤的化學(xué)組成 M A V FC 一 煤中水分的來(lái)源 煤中的水分來(lái)源于成煤過(guò)程中 煤形成后及在開(kāi)采 洗選和運(yùn)輸過(guò)程中等 煤的工業(yè)分析 是指測(cè)定煤中M A V FC的過(guò)程 重點(diǎn) 難點(diǎn)內(nèi)容注意 二 煤中水分的種類 煤中的水分 按水分在煤中的存在狀態(tài)分 按測(cè)定煤中水分時(shí)的操作條件分 游離水 是吸附在煤表面和存在于煤內(nèi)部毛細(xì)管中的水分 化合水 是指煤中礦物質(zhì)的結(jié)晶水 在煤的工業(yè)分析中不考慮這種水分 自由水分 是附著在煤表面和內(nèi)部大毛細(xì)管 半徑大于10 5cm 中的水分 濕存水分 是存在于煤內(nèi)部小毛細(xì)管 半徑小于10 5cm 中的水分 外在水分 Mf 是指在40 50 的測(cè)定條件下 煤樣與周圍空氣達(dá)到濕度平衡時(shí)失去的水分 內(nèi)在水分 Minh 是指在100 110 測(cè)定條件下 煤樣達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)所失去的水分 煤的最高內(nèi)在水分 MHC 是指煤在溫度30 相對(duì)濕度為96 97 的條件下達(dá)到吸濕平衡的內(nèi)在水分 以最高內(nèi)在水分狀態(tài)的煤樣為基準(zhǔn)即為恒濕基 其分析結(jié)果數(shù)據(jù)多在煤理論研究和煤分類上應(yīng)用 煤的全水分是煤的外在水分和內(nèi)在水分之和 即 Mt ar Mf ar Minh ar煤的工業(yè)分析中 煤的外在水分 Mf ar 是以收到基為基準(zhǔn) 煤的內(nèi)在水分 Minh ad 又是以空氣干燥基為基準(zhǔn)測(cè)定的 由于它們之間的基準(zhǔn)不同 因此煤的全水分不能直接用它們相加得到 而必須用全水分計(jì)算公式 式4 6 經(jīng)過(guò)換算得到 下頁(yè)例 收到基全水分 Mt ar 表示的是煤中的實(shí)際含水量 三 煤中的全水分 Mt ar 四 煤水分指標(biāo)的使用意義 1 收到基全水分 Mt ar 它是衡量煤炭經(jīng)濟(jì)價(jià)值最基本的質(zhì)量指標(biāo)之一 也是商品煤計(jì)價(jià)的重要依據(jù) 在工業(yè)上全水分可用來(lái)計(jì)算熱平衡 物料平衡和煤的發(fā)熱量等 2 空氣干燥基水分 Mad 主要用于煤質(zhì)分析中各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算和基準(zhǔn)換算 煤水分指標(biāo)符號(hào)的簡(jiǎn)寫 Mt ar 簡(jiǎn)寫 Mt Mar Mf ar 簡(jiǎn)寫 Mf Minh Minh Mad 簡(jiǎn)寫 簡(jiǎn)寫 Minh ar Minh ad 例4 1 某收到基煤樣重1000 0g 風(fēng)干后重900 0g 用兩份風(fēng)干煤樣各10 000g測(cè)定內(nèi)在水分 即在105 干燥后得到的兩份煤樣分別重9 512g和9 484g 問(wèn)該煤樣的全水分 解 1 計(jì)算該煤樣的外在水分 2 計(jì)算該煤樣的內(nèi)在水分 煤中的全水分計(jì)算舉例 3 計(jì)算該煤樣的全水分按式 4 6 答 該煤樣的全水分為14 52 水分在泥炭中可達(dá)40 50 褐煤約為10 40 煙煤一般為1 8 無(wú)煙煤則又有增加的趨勢(shì) 這是因?yàn)闊o(wú)煙煤中孔隙增加的原因 評(píng)價(jià)煤質(zhì)時(shí) 按Mt 對(duì)煤中的水分進(jìn)行分級(jí) 五 煤中全水分 Mt ar 的分級(jí) 煤的全水分分級(jí) MT T850 2000 一般來(lái)說(shuō) 水分是煤中的有害成分 對(duì)煤的工業(yè)利用是不利的 但水分對(duì)煤的工業(yè)利用也有好的一方面 1 水分對(duì)煤工業(yè)利用的危害 1 在煤的運(yùn)輸中 增加了無(wú)效運(yùn)輸量和運(yùn)輸成本 2 燃燒時(shí) 降低了煤的發(fā)熱量 3 貯存時(shí) 使煤易碎裂 加速煤的氧化和自燃 在冬季使煤裝卸困難 FeS2 H2O O2 FeSO4 H2SO4 Q 4 煉焦時(shí) 延長(zhǎng)煉焦時(shí)間 并使焦?fàn)t的使用壽命縮短 5 機(jī)械加工中 水分高的煤難于破碎和篩分 不僅降低生產(chǎn)效率 還可能損壞設(shè)備 2 水分對(duì)煤工業(yè)利用的益處 1 在燃燒粉煤時(shí) 煤中含有適量的水分 可以防止粉煤的散失 并適當(dāng)改善爐膛的輻射能 2 水分可作為加氫液化和氣化的供氫體 六 煤中水分對(duì)煤利用的影響 煤中的礦物質(zhì)是煤中除了水分以外的無(wú)機(jī)物 煤的灰分不是煤中固有的成分 而是煤中的礦物質(zhì)在煤燃燒時(shí)經(jīng)過(guò)失水 分解 氧化 化合等變化而產(chǎn)生的固態(tài)混合物 因此 嚴(yán)格地講不能叫 煤中的灰分 而應(yīng)叫 煤的灰分產(chǎn)率 二 煤中的礦物質(zhì) MM 和煤的灰分產(chǎn)率 A 一 煤中的礦物質(zhì) MM 煤中礦物質(zhì)的劃分及來(lái)源 原生礦物質(zhì) 次生礦物質(zhì) 外來(lái)礦物質(zhì) 來(lái)源于 來(lái)源于 來(lái)源于 成煤植物本身所含的礦物質(zhì) 一般為1 2 不能用機(jī)械方法除去 在成煤過(guò)程中 從外界進(jìn)入成煤沼澤中以后保留于煤中的的礦物質(zhì) 含量不高 較難與煤分離 在采煤過(guò)程中 煤層的頂板 底板 夾矸等混入煤中的礦物質(zhì) 可用一般的選煤方法除去 內(nèi)在礦物質(zhì) 內(nèi)在灰分 外在礦物質(zhì) 外在灰分 形成 形成 煤中礦物質(zhì)的含量變化很大 一般為2 40 其化學(xué)組成又極為復(fù)雜 主要有氧化物 硫化物 硅酸鹽 碳酸鹽和硫酸鹽類等 煤中礦物質(zhì)含量一般都不直接測(cè)定 而是利用它與煤的灰分等之間的關(guān)系 采用經(jīng)驗(yàn)公式近似地算出煤中礦物質(zhì)的含量 對(duì)煤中的礦物質(zhì)含量可采用以下公式進(jìn)行計(jì)算 式中 MM 煤中礦物質(zhì)的含量 Aad 空氣干燥基灰分 St ad 空氣干燥基全硫 Sp ad 空氣干燥基硫化鐵硫 CO2 空氣干燥基碳酸鹽二氧化碳含量 0 3 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 當(dāng)煤中的碳酸鹽 硫酸鹽等較多時(shí) 其礦物質(zhì)的含量可用式 4 7 計(jì)算 含碳酸鹽 硫酸鹽和氧化鐵較少的煤 則可采用式 4 8 進(jìn)行計(jì)算 4 7 4 8 1 煤的灰分煤的灰分是煤完全燃燒后 煤中的礦物質(zhì)發(fā)生失水 分解 氧化 化合等反應(yīng)形成的混合物 Al4 Si4O10 OH8 4SiO2 2Al2O3 4H2OCaCO3 CaO CO2FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO2CaO SiO2 CaSiO32 煤的灰分產(chǎn)率 A 煤質(zhì)分析中常以空氣干燥基煤樣測(cè)定煤的灰分產(chǎn)率 Aad 具體是將一定質(zhì)量的空氣干燥基 ad 煤樣放入850 15 的馬弗爐中燒至恒重 灼燒后殘?jiān)?灰分 的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分率即煤的灰分產(chǎn)率 二 煤的灰分產(chǎn)率 A 分解 高嶺土 失水 氧化 化合 3 煤灰分產(chǎn)率 Aad 的換算為了消除因空氣干燥基煤樣中內(nèi)在水分的變化對(duì)灰分產(chǎn)率的影響 并使不同煤樣之間灰分產(chǎn)率的大小具有可比性 在表示煤的灰分產(chǎn)率時(shí) 要把空氣干燥基灰分 Aad 換算成干燥基灰分 Ad 其換算公式如下 例4 2 某煤層兩個(gè)煤樣的煤質(zhì)分析結(jié)果為 煤樣1 Mad1 5 0 Aad1 19 0 煤樣2 Mad2 10 0 Aad2 18 0 求該煤層的干燥基灰分 解 按式 4 9 則 該煤層的答 該煤層的干燥基灰分為20 0 4 9 4 根據(jù)煤的干燥基灰分 Ad 對(duì)煤的分級(jí) 煤的干燥基灰分 Ad 是工業(yè)上衡量煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一 根據(jù)煤的干燥基灰分產(chǎn)率 Ad GB T15224 1 2004對(duì)動(dòng)力煤 冶煉用煉焦精煤等分別進(jìn)行了分級(jí) 1 動(dòng)力煤灰分分級(jí)動(dòng)力煤的灰分按表1分級(jí) 2 冶煉用煉焦精煤的灰分分級(jí)冶煉用煉焦精煤的灰分按表2分級(jí) 例4 3 已知某煤樣的Mt 10 0 Mad 1 0 Aad 11 0 問(wèn)1噸該煤會(huì)產(chǎn)生多少灰分 解 按式 4 5 1噸該煤產(chǎn)生的灰分答 1噸該煤會(huì)產(chǎn)生100kg灰分 5 煤的灰分對(duì)煤利用的影響 一般來(lái)說(shuō) 礦物質(zhì)或灰分是煤的有害成分 灰分越高 煤質(zhì)越差 灰分可降低煤的發(fā)熱量 增加運(yùn)輸成本 增多出渣量 降低焦炭的質(zhì)量和焦?fàn)t的生產(chǎn)效率 加速煤的風(fēng)化和自燃等 煤灰渣也可用作為一種資源開(kāi)發(fā)利用 如用作建材原料和從煤灰中提取聚合鋁 氯化鋁 稀有分散元素等 表1動(dòng)力煤的灰分分級(jí) 表2冶煉用煉焦精煤的灰分分級(jí) 3 高爐噴吹用煤的灰分分級(jí)高爐噴吹用煤的灰分分級(jí)可參照 表2冶煉用煉焦精煤進(jìn)行分級(jí) 4 其他用煉焦精煤和原料用煤的灰分分級(jí)其他用煉焦精煤和原料用煤的灰分分級(jí)可參照 表1動(dòng)力煤炭進(jìn)行分級(jí) 煤中的有機(jī)質(zhì) 100 水分 礦物質(zhì)煤中有機(jī)質(zhì)的真正含量不易測(cè)定 主要是由于煤中礦物質(zhì)很難測(cè)定 常用煤中的灰分產(chǎn)率 Aad 近似地表示煤中礦物質(zhì)的含量 即 煤中的有機(jī)質(zhì) 100 Mad Aad 可燃質(zhì) 三 煤中的有機(jī)質(zhì)和煤的揮發(fā)分產(chǎn)率 V 一 煤中的有機(jī)質(zhì) 二 煤的揮發(fā)分產(chǎn)率 V 1 煤的揮發(fā)分煤的揮發(fā)分是煤樣在一定條件下隔絕空氣加熱 煤中的有機(jī)物在特定條件下熱分解 揮發(fā) 出來(lái)的產(chǎn)物 2 煤的揮發(fā)分產(chǎn)率 V 煤的揮發(fā)分產(chǎn)率是將l 0 01g空氣干燥基煤樣 置于帶蓋的瓷坩堝中 在隔絕空氣和900 10 的溫度下加熱7min 以煤樣失去的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)減去空氣干燥基水分的百分含量即為該煤樣的揮發(fā)分產(chǎn)率 Vad 3 煤揮發(fā)分產(chǎn)率 Vad 的換算由于空氣干燥基揮發(fā)分 Vad 是用含有水分和礦物質(zhì)的空氣干燥基煤樣測(cè)得的 因此煤樣Mad 和Aad 的不同 必然要導(dǎo)致Vad 的不同 為了消除水分和灰分對(duì)揮發(fā)分的影響 準(zhǔn)確地反映不同煤的揮發(fā)分產(chǎn)率的大小 必須將空氣干燥基揮發(fā)分 Vad 換算成干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf 其換算公式為 4 10 例4 4 某煤層兩個(gè)煤樣的煤質(zhì)分析結(jié)果為 煤樣1 Mad1 5 0 Aad1 19 0 Vad1 18 0 煤樣2 Mad2 10 0 Aad2 18 0 Vad2 14 0 求該煤層的干燥基灰分 解 按式 4 10 則 該煤層的答 該煤層的干燥基灰分為20 0 4 根據(jù)煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf 對(duì)煤的分級(jí) 煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率分級(jí) MT T849 2000 5 煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf 的使用意義 1 我國(guó)煤炭分類的重要指標(biāo)之一 2 工業(yè)上在選擇氣化 液化 動(dòng)力和煉焦用煤時(shí) 都要首先考慮揮發(fā)分是否符合要求 6 影響煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分 Vdaf 的因素 煤的揮發(fā)分產(chǎn)率受多種因素影響 主要有 煤的成因類型 煤化程度 煤巖成分 礦物質(zhì)含量 測(cè)試條件等 煤的固定碳是指從煤中除去水分 灰分和揮發(fā)分后的殘留物 從煤的工業(yè)分析角度出發(fā) 空氣干燥基煤樣的質(zhì)量近似等于它的水分 灰分 揮發(fā)分和固定碳的質(zhì)量之和 即煤的固定碳可按下式計(jì)算 四 煤的固定碳 FC 在用固定碳表示煤的有機(jī)質(zhì)特征時(shí) 其固定碳應(yīng)按下式計(jì)算 煤的固定碳與煤有機(jī)質(zhì)中的碳含量是兩個(gè)不同的概念 固定碳實(shí)際上是煤的有機(jī)質(zhì)在隔絕空氣條件下熱解后的殘留物 從元素組成看 固定碳除主要含碳外 還有少量的氫 氧 氮 硫等元素 而煤中的碳元素幾乎都是以有機(jī)物形式存在的 只有微量的碳以碳酸鹽形式存在于煤的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)中 因此 就數(shù)量上講 煤的固定碳含量小于煤中有機(jī)質(zhì)的碳含量 干燥無(wú)灰基固定碳 FCdaf 1 用來(lái)衡量煤的煤化程度 其含量隨煤化程度的增高而增大 一般褐煤的 60 煙煤的為60 90 而無(wú)煙煤的 90 2 工業(yè)用煤的一項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo) 3 計(jì)算煤的發(fā)熱量的主要參數(shù) 煤的干燥無(wú)灰基固定碳與干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率之比是煤的燃料比 從化學(xué)角度看 組成煤的主要元素是碳 氫 氧 氮 硫 磷等 另外還有一些含量極少的元素 如砷 氯 鍺 鎵 鈾 釩 鈦等 煤中的碳 氫 氧 氮是組成煤有機(jī)質(zhì)的主要元素 其總和占有機(jī)質(zhì)的95 以上 所以是煤質(zhì)研究的重要內(nèi)容 而硫 磷 砷等是煤中的有害元素 對(duì)煤質(zhì)有很大的影響 煤的元素分析是測(cè)定碳 氫 氧 氮 硫五種元素的含量的過(guò)程 通常 只對(duì)碳 氫 氮 硫四種元素進(jìn)行測(cè)定 氧含量則采用減差法求得 煤元素分析時(shí)用空氣干燥基 ad 煤樣測(cè)定 但結(jié)果常用干燥無(wú)灰基 daf 或干燥基 d 表示 第三節(jié)煤的元素組成 一 煤中的碳元素 Cdaf 煤中的碳是組成煤有機(jī)質(zhì)的第一重要元素 它是煤有機(jī)質(zhì)中含量最高的元素 也是煤在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生熱量的重要元素之一 每1 純碳完全燃燒能放出34038KJ的熱量 還是組成煤的大分子骨架的主要元素之一 C O2 CO2 Q 燃燒 煤中的氫是組成煤有機(jī)質(zhì)的第二重要元素 它雖然含量不高 但卻是煤中重要的可燃物質(zhì) 每1 氫完全燃燒能放出142961KJ的熱量 是碳的3 8 4 2倍 氫也是組成煤大分子的骨架和側(cè)鏈的不可缺少的重要元素 腐泥煤中氫含量一般 6 腐植煤中的氫含量一般 6 并隨煤化程度的增高而降低 煤中氫元素 Hdaf 的含量是我國(guó)煤工業(yè)分類的指標(biāo)之一 二 煤中的氫元素 Hdaf 三 煤中的氧元素 Odaf 煤中的氧是組成煤有機(jī)質(zhì)的第三重要元素 含量?jī)H次于碳 但它是煤中不可燃成分 由于氧元素在煤的燃燒過(guò)程中不產(chǎn)生熱量 卻能與產(chǎn)生熱量的氫生成水 使煤的發(fā)熱量降低 因此氧含量高對(duì)動(dòng)力用煤來(lái)說(shuō)是不利的 對(duì)于煉焦用煤 氧含量增高會(huì)使其粘結(jié)性和結(jié)焦性大為降低 甚至失去粘結(jié)性 但氧是煤中反應(yīng)能力較強(qiáng)的元素 當(dāng)煤用于制取芳香羧酸和腐植酸類物質(zhì)時(shí) 氧的存在是有利的 煤中氧的含量 通常是根據(jù)工業(yè)分析 元素分析的測(cè)定數(shù)據(jù)以減差法求得的 H2 O2 H2O Q 燃燒 煤中的氮元素含量?jī)H為0 4 2 6 但它是煤中唯一完全以有機(jī)狀態(tài)存在的元素 當(dāng)煤作為高溫?zé)峒庸ぴ线M(jìn)行加熱時(shí) 煤中氮的一部分變成N2 NH3及其它一些有機(jī)含氮物質(zhì)逸出 而這些化合物可回收制成氮肥 硝酸 藥品等化學(xué)產(chǎn)品 煤在燃燒時(shí) 氮是不可燃成分 煤中一部分氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈难趸?形成了燃煤所排放的廢氣中氮的氧化物總量的一部分 是空氣污染物 另一部分氮?jiǎng)t呈游離狀態(tài)進(jìn)入廢氣中 四 煤中的氮元素 Ndaf 煤中C H O N四種元素組成含量比較 硫是煤中的主要有害元素之一 在各種類型煤中都含有數(shù)量不等的硫分 少的在1 左右 高者可達(dá)10 以上 五 煤中的硫元素 St d 一 煤中硫的分類 煤中的硫 St 無(wú)機(jī)硫 Si 是指存在于煤的礦物質(zhì)中的硫 硫化鐵硫 Sp 是煤中硫化物硫的總稱 以硫化鐵硫?yàn)橹?硫酸鹽硫 Ss 是煤中硫酸鹽硫的總稱 主要是石膏 綠礬 有機(jī)硫 So 是指與煤有機(jī)質(zhì)相結(jié)合的硫 含量一般小于0 5 目前還不能用機(jī)械方法除去 按存在狀態(tài) St Sp Ss So 二 煤中硫的測(cè)定和換算 在煤的元素分析中 通常是用空氣干燥基煤樣 ad 測(cè)定煤的全硫 St ad 除特殊需要外 一般不單獨(dú)測(cè)定各種形態(tài)硫 在評(píng)價(jià)煤質(zhì)時(shí) 為了消除因ad煤樣中內(nèi)在水分的變化對(duì)煤硫分值的影響 并使不同煤層的硫含量具有可比性 煤中的硫含量是將空氣干燥基全硫 St ad 換算成干燥基全硫 St d 來(lái)表示 其換算公式如下 硫是存在于煤中的一種有害雜質(zhì) 對(duì)煤的工業(yè)利用有不利的影響 但硫又是一種重要的化工原料 所以硫是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一 GB T15224 2 2004按煤的干燥基全硫 St d 對(duì)煤的分級(jí) 三 根據(jù)煤的干燥基全硫 St d 對(duì)煤的分級(jí) GB T15224 2 2004 1 動(dòng)力煤硫分分級(jí) 1 不同煤種的基準(zhǔn)發(fā)熱量值不同煤種的基準(zhǔn)發(fā)熱量 是指對(duì)不同煤種規(guī)定的干燥基高位發(fā)熱量 見(jiàn)表1 表1不同煤種的基準(zhǔn)發(fā)熱量 2 無(wú)煙煤和煙煤的硫分分級(jí) 表2無(wú)煙煤和煙煤的硫分分級(jí) 無(wú)煙煤和煙煤的硫分在基準(zhǔn)發(fā)熱量時(shí)按表2進(jìn)行分級(jí) 3 褐煤的硫分分級(jí)褐煤的硫分在基準(zhǔn)發(fā)熱量時(shí)按表3進(jìn)行分級(jí) 表3褐煤的硫分分級(jí) 當(dāng)煤炭的實(shí)測(cè)干燥基高位發(fā)熱量不等于基準(zhǔn)發(fā)熱量時(shí) 要對(duì)硫分進(jìn)行折算 得到折算后的干燥基全硫 然后以折算后的干燥基全硫按表2或表3進(jìn)行分級(jí) 折算后的干燥基全硫的計(jì)算方法 折算后的干燥基全硫 實(shí)測(cè)的干燥基全硫 2 冶煉用煉焦精煤硫分分級(jí)冶煉用煉焦精煤的硫分按表4進(jìn)行分級(jí) 表4冶煉用煉焦精煤的硫分分級(jí) 3 其他用煉焦精煤和原料用煤的硫分分級(jí)其他用煉焦精煤和原料用煤的硫分分級(jí)可參照冶煉用煉焦精煤進(jìn)行分級(jí) 4 高爐噴吹用煤的硫分分級(jí)高爐噴吹用煤的硫分分級(jí)可參照冶煉用煉焦精煤進(jìn)行分級(jí) 四 煤中的硫?qū)γ杭庸だ玫挠绊?1 煤中硫?qū)γ杭庸だ玫奈：υ谌紵蜌饣瘯r(shí) 煤中的硫轉(zhuǎn)變成的二氧化硫 硫化氫既腐蝕設(shè)備又污染環(huán)境 還使催化劑中毒 影響生產(chǎn)正常進(jìn)行和產(chǎn)品質(zhì)量 用于煉焦時(shí) 其中70 80 的硫轉(zhuǎn)入焦炭 焦炭用于冶金 使煉出的生鐵含硫較多而具有熱脆性 不僅使生鐵的質(zhì)量差 而且還使高爐的生產(chǎn)能力下降并嚴(yán)重腐蝕設(shè)備 因此 要求煉焦用煤的硫分應(yīng)小于l 0 在煤的儲(chǔ)存時(shí) 煤中的FeS2能促進(jìn)煤的氧化和自燃等 煤中的硫含量越多 煤的質(zhì)量越差 對(duì)煤加工利用帶來(lái)的危害也越大 2 煤中硫的利用硫是一種寶貴的資源 可用來(lái)生產(chǎn)硫酸和殺蟲(chóng)劑等 在橡膠 制藥等工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用 故在選煤時(shí)回收煤中的黃鐵礦 從燃燒的煙道中和煤氣中回收各種含硫化合物 在燃煤中加脫硫劑以及從焦?fàn)t氣中回收硫等都是有效利用途經(jīng) 六 煤中的磷元素 Pd 煤中的磷主要是無(wú)機(jī)磷 如磷灰石 Ca3 PO4 2 CaF2 和磷酸鋁 Al6P014 18H20 等 此外 還有微量的有機(jī)磷 我國(guó)原煤中的含磷量普遍較低 一般為0 01 0 1 最高不超過(guò)1 磷是煤中的有害成分 對(duì)煤的利用產(chǎn)生不利影響 故煤中磷含量也是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的主要指標(biāo)之一 根據(jù)煤的干燥基磷含量 Pd 對(duì)煤進(jìn)行分級(jí) MT T562 1996 煤中磷分分級(jí) 七 煤中的砷元素 As 煤中的砷多以有機(jī)物的形式存在 有時(shí)也以硫化砷 雄黃或雌黃 或砷黃鐵礦 FeS2 FeAs2 形式混雜于煤中 我國(guó)煤中砷的含量極低 一般只有0 1 50g t 個(gè)別的可達(dá)283g t 砷在煤燃燒時(shí)生成的三氧化二砷 俗稱 砒霜 是一種劇毒物 煤中砷含量分級(jí) MT T803 1999 如下表 煤中砷含量分級(jí) 國(guó)外規(guī)定 在釀造和食品工業(yè)中 燃煤的砷含量不得超過(guò)8g t 八 煤中的氯元素 Cl 煤中的氯多以氯化鈉 氯化鉀的形式存在 其含量一般為0 01 0 20 個(gè)別可達(dá)1 00 但氯的危害極大 含氯煤用于煉焦對(duì)焦?fàn)t內(nèi)壁的耐火磚有腐蝕 用于氣化要腐蝕各種管道 用作動(dòng)力燃料將使鍋爐遭到強(qiáng)烈腐蝕 煤中氯含量分級(jí) MT T597 1996 如下表 煤中氯含量分級(jí) 煤中還有鍺 鎵 鈾 釩 金 銀等元素 煤的工藝性質(zhì)是指在一定的條件下 煤加工轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物及其轉(zhuǎn)化過(guò)程所呈現(xiàn)的特征 煤的工藝性質(zhì)是選擇煤的最佳加工利用途徑 正確評(píng)價(jià)煤質(zhì)及合理利用煤炭資源的依據(jù) 煤的工藝性質(zhì)很多 主要有以下幾類 1 燃燒和氣化用煤的工藝性質(zhì) 煤的發(fā)熱量 煤的熱穩(wěn)定性 煤的化學(xué)反應(yīng)性 煤的燃點(diǎn) 煤灰熔融性 煤的機(jī)械強(qiáng)度等 2 煉焦用煤的工藝性質(zhì) 煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性等 3 其它用煤的工藝性質(zhì) 煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率 腐植酸產(chǎn)率 苯萃取物產(chǎn)率 煤的粒度組成 煤的密度組成 煤的可選性 煤的透光率等 下面介紹煤質(zhì)評(píng)價(jià)中及與煤的工業(yè)分類有關(guān)常用的工藝性質(zhì) 第四節(jié)煤的工藝性質(zhì) 重點(diǎn) 難點(diǎn)內(nèi)容注意 發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時(shí)放出的熱量 發(fā)熱量的單位是J g或者KJ kg或MJ kg 常用MJ kg 1000KJ kg 表示 過(guò)去我國(guó)慣用的熱量單位為20 卡 克 cal g 或大卡 千卡 千克 kcal kg 二者的關(guān)系是 1cal 4 1816J 一 煤的發(fā)熱量 Q 一 煤發(fā)熱量的含義及單位 二 煤發(fā)熱量的測(cè)定 我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)熱量測(cè)定方法是氧彈量熱法 其測(cè)定結(jié)果是煤的空氣干燥基彈筒發(fā)熱量 Qb ad 在規(guī)定條件下測(cè)定Qb ad時(shí) 由于煤樣是在高壓過(guò)氧狀態(tài)下燃燒 因此發(fā)生了煤在空氣中燃燒時(shí)所不能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng) 如 煤中的S N轉(zhuǎn)化成硫酸 硝酸而放熱 煤中的水由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)而放熱等 使Qb ad中包含了酸生成熱和水的液化熱等 則Qb ad大于煤在空氣中燃燒時(shí)的發(fā)熱量 故必須對(duì)Qb ad進(jìn)行修正或換算 使其能表示煤在空氣中燃燒時(shí)的發(fā)熱量 我國(guó) 煤的發(fā)熱量測(cè)定方法 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 測(cè)定的煤發(fā)熱量 空氣干燥基彈筒發(fā)熱量 Qb ad 只作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 報(bào)出結(jié)果必須采用空氣干燥基高位發(fā)熱量 Qgr v ad 和空氣干燥基低位發(fā)熱量 Qnet v ad 1 煤的恒容高位發(fā)熱量 Qgr v ad 簡(jiǎn)寫為 Qgr ad 煤的恒容高位發(fā)熱量是煤樣在氧彈內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量減去硫酸和硝酸生成熱后的熱量 計(jì)算公式如下 三 煤發(fā)熱量的表示方法 式中 95 硫酸生成熱校正系數(shù) 它是煤中每l 0 Olg 的硫生成硫酸的生成熱和硫酸溶于水的溶解熱之和 J Sb ad 彈筒洗液中測(cè)得的硫 當(dāng)煤中St d 4 和Qb ad 14 60MJ kg時(shí) 可用St ad代替Sb ad 硝酸生成熱校正系數(shù) 當(dāng)Qb ad 16 70MJ kg時(shí) 取值為0 0010 當(dāng)16 70MJ kg Qb ad 25 10MJ kg時(shí) 取值為0 0012 當(dāng)Qb ad 25 10MJ kg時(shí) 取值為0 0016 4 11 2 煤的恒容低位發(fā)熱量 Qnet v ad 簡(jiǎn)寫為 Qnet ad 煤的恒容低位發(fā)熱量是煤的恒容高位發(fā)熱量減去煤樣中內(nèi)在水分和氫燃燒時(shí)生成水的液化熱后的熱值 1 若不考慮水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)體積膨脹做功 其計(jì)算公式為 4 12 式中 25 常數(shù) 即每1 0 01g 水的蒸發(fā)熱為25J 9 把氫折算為水的系數(shù) 2 若考慮水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)體積膨脹做功 其計(jì)算公式為 4 13 例4 5 某煤樣的分析數(shù)據(jù)如下表所示 單位 求 Qgr ad Qgr d Qnet ar 解 1 計(jì)算Qgr ad且Qb ad 21 00MJ kg 14 60MJ kg 故可用St ad代替Sb ad 又 16 70MJ kg Qb ad 21 00MJ kg 25 10MJ kg 故 0 0012 4 0 按式 4 11 2 計(jì)算Qgr d按式 4 1 J g 20 78MJ kg MJ kg 3 計(jì)算Qnet ar按式 4 12 J g 19 55MJ kg 若不考慮水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)體積膨脹做功 按式 4 5 MJ kg 若考慮水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)體積膨脹做功 按式 4 13 答 該煤的Qgr ad Qgr d Qnet ar分別為20 78MJ kg 21 23MJ kg和19 27或19 34MJ kg J g 19 34MJ kg 四 煤發(fā)熱量的常用指標(biāo)及其使用意義和換算 1 煤的干燥無(wú)灰基高位發(fā)熱量 Qgr daf 用于評(píng)定煤炭質(zhì)量和煤質(zhì)研究 式中 若碳酸鹽二氧化碳的含量小于2 時(shí) 可略去不計(jì) 2 煤的收到基低位發(fā)熱量 Qnet ar 其最接近工業(yè)鍋爐燃燒煤產(chǎn)生的實(shí)際熱量 用于動(dòng)力用煤的有關(guān)計(jì)算 工業(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)和煤炭運(yùn)銷計(jì)價(jià) 3 煤的干燥基高位發(fā)熱量 Qgr v d 4 煤的恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量 Qgr maf 用于不同化驗(yàn)室之間發(fā)熱量測(cè)定值的對(duì)比和煤的發(fā)熱量分級(jí) 用于我國(guó)煤的分類 作為區(qū)分煙煤和褐煤的輔助指標(biāo) 煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)特性的綜合指標(biāo) 受到多種因素的影響 在煤化程度相同時(shí) 腐泥煤和殘植煤的發(fā)熱量比腐植煤低 在腐植煤中 發(fā)熱量和煤化程度之間呈現(xiàn)規(guī)律性的變化關(guān)系 從褐煤 焦煤階段 煤的發(fā)熱量逐漸增加 在焦煤階段達(dá)到了最大值 此后 從瘦煤 無(wú)煙煤 煤的發(fā)熱量略有下降 五 煤發(fā)熱量與煤類的關(guān)系 各種煤的發(fā)熱量范圍單位 MJ kg 六 根據(jù)煤的干燥基高位發(fā)熱量 Qgr d 對(duì)煤分級(jí) 煤炭發(fā)熱量分級(jí) GB T15224 3 2004 1 無(wú)煙煤和煙煤的發(fā)熱量分級(jí)按表1進(jìn)行 表1無(wú)煙煤和煙煤發(fā)熱量的分級(jí) 2 褐煤的發(fā)熱量的分級(jí)按表2進(jìn)行 表2褐煤發(fā)熱量的分級(jí) 煤在隔絕空氣的條件下加熱時(shí) 在不同溫度下發(fā)生一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過(guò)程稱為煤的熱解 熱分解或干餾 煤的粘結(jié)性是指煤在干餾時(shí)粘結(jié)本身或外加惰性物質(zhì)的能力 煤的結(jié)焦性是指煤經(jīng)干餾結(jié)成焦炭的性能 煤的粘結(jié)性與結(jié)焦性關(guān)系密切 粘結(jié)性是結(jié)焦性的前提和必要條件 結(jié)焦性包括保證結(jié)焦過(guò)程能夠順利進(jìn)行的所有性質(zhì) 但粘結(jié)性好的煤 結(jié)焦性不一定就好 如肥煤 結(jié)焦性好的煤 粘結(jié)性一定好 煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性是煉焦用煤的重要工藝性質(zhì) 煉焦用煤必須具有較好的粘結(jié)性和結(jié)焦性 才能煉出優(yōu)質(zhì)的冶金焦炭 二 煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性 一 煤粘結(jié)性和結(jié)焦性的含義及關(guān)系 二 衡量煤粘結(jié)性和結(jié)焦性的主要指標(biāo) 既表示煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性 又與煤工業(yè)分類有關(guān)的指標(biāo) 1 膠質(zhì)層最大厚度 Y mm 煤杯中煤樣結(jié)焦過(guò)程示意圖1 測(cè)膠質(zhì)層厚度的探針 2 壓力盤 3 煤樣 4 膠質(zhì)層上層面 5 膠質(zhì)層 6 膠質(zhì)層下層面 7 半焦 膠質(zhì)層最大厚度的測(cè)定是在模擬工業(yè)煉焦的條件下進(jìn)行 把煤樣放在一個(gè)特制的煤杯中 在煤樣上加一個(gè)壓力盤 當(dāng)煤杯中的煤樣自底部單側(cè)加熱時(shí) 煤樣就處在一系列的等溫層中 各層溫度自上而下升高 溫度相當(dāng)于軟化點(diǎn)的層面以上的煤樣尚未有明顯的變化 而該層面以下的煤樣都熱解軟化 形成具有塑性的膠質(zhì)體 溫度相當(dāng)于固化點(diǎn)的層面以下的煤樣則已熱解 固化后形成半焦 這樣 在加熱過(guò)程中的某一段時(shí)間內(nèi) 在煤杯內(nèi)就形成了半焦層 膠質(zhì)層和未軟化的煤層三部分 如圖所示 在測(cè)定過(guò)程中 煤杯底部由于受熱最早 所以先形成一層膠質(zhì)體 隨著溫度的不斷升高 膠質(zhì)層的厚度也在逐漸增加 當(dāng)溫度上升到固化溫度時(shí) 底部的膠質(zhì)體就開(kāi)始固化 在煤杯的中部 膠質(zhì)層的厚度比較大 再往上時(shí)膠質(zhì)層的厚度在不斷地變化 以測(cè)定的膠質(zhì)層最大厚度 Y mm 作為報(bào)出結(jié)果 按膠質(zhì)層最大厚度 Y mm 對(duì)煤的粘結(jié)性分級(jí) 膠質(zhì)層最大厚度與煤化程度的關(guān)系 實(shí)踐證明 膠質(zhì)層最大厚度值具有加和性 即幾種煤配合后熱解 配合煤的Y值等于各種煤?jiǎn)为?dú)熱解時(shí)Y值的加權(quán)平均值 這一性質(zhì)可用于指導(dǎo)配煤煉焦 以膠質(zhì)層最大厚度作為粘結(jié)性的指標(biāo) 測(cè)定方法簡(jiǎn)單 重現(xiàn)性好 對(duì)中等粘結(jié)性煤的區(qū)分能力強(qiáng) 多種煤的Y值具有加和性 這是其它粘結(jié)性指標(biāo)所不具備的 缺點(diǎn)是Y值只能反映膠質(zhì)體的數(shù)量而不能反映膠質(zhì)體的質(zhì)量 2 粘結(jié)指數(shù) GR I 1 羅加指數(shù) R I 羅加指數(shù)法是波蘭煤化學(xué)家羅加提出的一種測(cè)定煙煤粘結(jié)無(wú)煙煤能力的方法 羅加指數(shù)測(cè)定的方法要點(diǎn) 把1g粒度小于0 2mm的空氣干燥煤樣和5g標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤混合放入坩堝中并給予適當(dāng)?shù)募訅汉芍?是指Ad 4 Vdaf在4 5 粒度在0 3 0 4mm的無(wú)煙煤 我國(guó)現(xiàn)在都用寧夏汝箕溝煤礦的無(wú)煙煤并經(jīng)1 7g cm3重液洗選 在850 的溫度下焦化15min后取出稱量 得出焦炭總質(zhì)量m 篩去粒度小于lmm的粒焦 再稱得焦炭的質(zhì)量m 把焦炭放在特定轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)磨5min 再篩去粒度小于lmm的粉焦 稱得焦炭質(zhì)量m1 將所得的焦炭第二次 第三次重復(fù)上述操作 并分別得焦炭質(zhì)量m2和m3 最后按下面公式計(jì)算羅加指數(shù) 羅加指數(shù)法的不足 不論煤的粘結(jié)能力的大小 都以1 5的比例將煤樣和標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤混合 而且標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤的粒度較大 0 3 0 4mm 容易對(duì)粒度小于0 2mm的煤樣離析 對(duì)于強(qiáng)粘結(jié)性的煤來(lái)說(shuō) 無(wú)法顯示它們的強(qiáng)粘結(jié)性 所以難于分辨粘結(jié)能力的大小 此外 羅加指數(shù)的測(cè)定值往往偏高 對(duì)弱粘結(jié)煤測(cè)定時(shí)重復(fù)性差 而且各國(guó)所采用的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤不同 在國(guó)際間無(wú)可比性 2 粘結(jié)指數(shù) GR I 我國(guó)煤炭科學(xué)院在分析了羅加指數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以后 提出用粘結(jié)指數(shù)作為表征煙煤粘結(jié)性的指標(biāo) 用GR I 表示 可簡(jiǎn)寫為G 測(cè)定方法的要點(diǎn)是 將空氣干燥基煤樣和標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤先按1 5的比例混合在坩堝內(nèi) 然后放在850 的馬弗爐中焦化15min 稱出焦粒重m 將稱重后的焦粒放入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行第一次轉(zhuǎn)磨 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速50r min 轉(zhuǎn)磨5min 轉(zhuǎn)磨后用lmm的圓孔篩篩分 其篩上物稱重m1 再將篩上物進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)磨 并稱出大于lmm的焦炭重m2 粘結(jié)指數(shù)用下列公式進(jìn)行計(jì)算 粘結(jié)指數(shù) G 的測(cè)定原理和羅加指數(shù)法相同 但將標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤的粒度改為0 1 0 2mm 與空氣干燥基煤樣的比例作了靈活的變動(dòng) 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)由三次改為兩次 當(dāng)測(cè)得的G 18時(shí) 需作補(bǔ)充試驗(yàn) 此時(shí)試驗(yàn)煤樣和專用無(wú)煙煤的比例改為3 3 即稱取3g試驗(yàn)用煤樣與3g專用無(wú)煙煤混合 其余操作同上 結(jié)果按下式計(jì)算 按粘結(jié)性指數(shù) GR I 對(duì)煤的分級(jí) 粘結(jié)指數(shù)對(duì)于強(qiáng)粘結(jié)性和弱粘結(jié)性的煤的區(qū)分能力都有所提高 此外 粘結(jié)指數(shù)的測(cè)定結(jié)果重現(xiàn)性好 3 奧亞膨脹度 b 此法由法國(guó)的奧蒂伯爾特于1926年首先創(chuàng)立 后經(jīng)亞紐改進(jìn) 在西歐被廣泛地應(yīng)用 測(cè)定方法要點(diǎn) 稱取小于0 15mm的煤樣10g 加lcm3水混合 按規(guī)定方法制成煤筆 長(zhǎng)60mm 放入一根標(biāo)準(zhǔn)口徑的膨脹管內(nèi) 其上放置一根能在管內(nèi)自由滑動(dòng)的鋼桿 膨脹桿 將上述裝置放在專用的電爐內(nèi) 以3 min的升溫速度加熱到550 以膨脹桿上升的最大距離占煤筆原始長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)作為煤的膨脹度 b 以膨脹桿下降的最大距離占煤筆原始長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)作為最大收縮度 a 下圖 典型的體積膨脹曲線示意圖T1 軟化溫度 即膨脹桿下降0 5mm時(shí)的溫度 T2 始膨溫度 膨脹桿下降到最低點(diǎn)后開(kāi)始上升時(shí)的溫度 T3 固化溫度 膨脹桿停止移動(dòng)時(shí)的溫度 a 最大收縮度 b 煤的膨脹度 奧亞膨脹度測(cè)定法的偶然誤差小 重現(xiàn)性好 對(duì)強(qiáng)粘結(jié)煤的粘結(jié)性有較好的區(qū)別能力 但設(shè)備加工比較困難 對(duì)弱粘結(jié)煤區(qū)別能差 三 煤的活性 我國(guó)采用的是煤對(duì)二氧化碳的反應(yīng)性 以二氧化碳的還原率來(lái)表示煤的活性 煤對(duì)二氧化碳還原率越高 煤的反應(yīng)性越強(qiáng) 在同一反應(yīng)溫度下 褐煤的反應(yīng)性最強(qiáng) 煙煤次之 無(wú)煙煤最弱 煤的反應(yīng)性是評(píng)價(jià)氣化和燃燒用煤一項(xiàng)重要指標(biāo) 煤的熱穩(wěn)定性是指煤在高溫下保持原來(lái)粒度的性質(zhì) 測(cè)定煤的熱穩(wěn)定性方法要點(diǎn) 是稱取一定量的6 13mm的空氣干燥煤樣 裝入5個(gè)100cm3的帶蓋瓷坩堝中 放入已預(yù)熱到850土15 的馬弗爐內(nèi)加熱30min 取出冷卻后 稱出殘焦質(zhì)量 過(guò)篩 分別算出 6mm 3 6mm 3mm級(jí)殘焦質(zhì)量百分比 以TS 6 TS3 6 TS 3表示煤的熱穩(wěn)定性 其中以TS 6作為主要指標(biāo) 其他為輔助指標(biāo) TS 6值越高 煤的熱穩(wěn)定性越好 按TS 6煤的對(duì)煤的熱穩(wěn)定性分級(jí) MT T560 1996 四 煤的熱穩(wěn)定性 TS 煤的熱穩(wěn)定性分級(jí) 在燃燒或氣化過(guò)程中 熱穩(wěn)定性好的煤 能保持其原來(lái)的粒度 或者只碎裂成少量的小塊 而熱穩(wěn)定性差的煤 在燃燒或氣化過(guò)程中會(huì)爆裂成碎塊 降低氣化和燃燒效率 煤灰熔融性是指煤灰在一定溫度條件下熔融的溫度范圍 煤灰是混合物 所以不可能有固定的熔點(diǎn) 五 煤灰熔融性 ST 煤灰熔融示意圖DT 變形溫度 即錐尖開(kāi)始彎曲或變圓的溫度 ST 軟化溫度 即錐體彎曲到錐尖觸及托板或錐體變成球形時(shí)的溫度 FT 流動(dòng)溫度 即灰錐完全熔化成薄層 其厚度不超過(guò)1 5mm時(shí)的溫度 測(cè)定煤灰熔融性常用角錐法 此法是把煤灰制成一定大小的灰錐 然后放在托板上移入灰熔融性測(cè)定爐內(nèi)加熱 觀察灰錐的變化情況 并記錄三個(gè)溫度 DT ST FT 如圖所示 工業(yè)上常以ST FT來(lái)衡量煤灰的熔融性 并根據(jù)ST FT對(duì)煤灰的熔融性分級(jí) 煤灰熔融性軟化溫度 ST 分級(jí) MT T583 1 2000 見(jiàn)下表1 煤灰熔融性流動(dòng)溫度 FT 分級(jí) MT T583 2 2000 表2 煤灰熔融性是評(píng)價(jià)動(dòng)力用煤和氣化用煤不可缺少的重要指標(biāo) 應(yīng)根據(jù)燃燒和氣化爐的排渣方式來(lái)選擇灰熔融性不同的煤 采用固態(tài)排渣爐要選用灰熔融溫度高的煤 而采用液態(tài)排渣爐則必須用灰熔融溫度低的煤 表2煤灰熔融性流動(dòng)溫度分級(jí) 表1煤灰熔融性軟化溫度分級(jí) 煤的低溫干餾是指煤在隔絕空氣的條件下加熱 最終溫度不超過(guò)600 時(shí) 獲得低溫焦油 半焦和煤氣的過(guò)程 測(cè)定時(shí)將20g粒度小于0 2mm的空氣干燥基煤樣放在鋁甑中 先在15 20min內(nèi)加熱到250 260 然后以每分鐘升溫5 的速度加熱到510 并在此溫度下保持20min 從液態(tài)產(chǎn)物中減去水分即可求出焦油產(chǎn)率 以干燥基為基準(zhǔn)表示出試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)原料煤低溫干餾焦油產(chǎn)率 Tar d 對(duì)煤分級(jí) 六 煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率 Tar d 煤低溫干餾焦油產(chǎn)率 Tar d 分級(jí) 腐植煤中褐煤和低 中變質(zhì)程度的煙煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率一般在10 左右 并隨著揮發(fā)分產(chǎn)率和氫含量的增加而增加 隨氧含量的增加而降低 腐泥煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率比腐植煤高 有時(shí)可達(dá)70 七 煤的透光率 PM 煤的透光率是指煤樣在規(guī)定條件下 用硝酸和磷酸的混合液處理后所得溶液對(duì)可見(jiàn)光透過(guò)的百分率 隨著煤化程度增高 經(jīng)硝酸和磷酸處理后所得溶液的顏色逐漸變淺以至消失 因而煤的透光率逐漸增大 見(jiàn)下表 透光率與煤化程度的關(guān)系 煤的透光率是我國(guó)煤工業(yè)分類的指標(biāo) 用于區(qū)分褐煤和長(zhǎng)焰煤并劃分褐煤 此法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度大 分辨力強(qiáng) 結(jié)果重現(xiàn)性好 操作簡(jiǎn)便 易于掌握 測(cè)值不受煤樣輕度氧化干擾等一系列優(yōu)點(diǎn) 煤的工業(yè)分類是按煤的不同工藝性質(zhì)和利用途徑進(jìn)行的分類 煤工業(yè)分類主要目的是有利于煤炭資源的合理開(kāi)發(fā) 利用和滿足用戶的生產(chǎn)要求 其意義是指導(dǎo)煤炭資源合理開(kāi)發(fā)利用的基本法規(guī) 是統(tǒng)計(jì)資源儲(chǔ)量和評(píng)價(jià)煤炭資源利用合理性的根本依據(jù) 也是反映國(guó)家在煤炭加工利用方面的科學(xué)技術(shù)水平的指南 我國(guó)現(xiàn)行的煤的工業(yè)分類方案是 中國(guó)煤炭分類 GB5751 86 它是按下列原則制定的 1 中國(guó)煤炭分類要求是一個(gè)包括褐煤 煙煤和無(wú)煙煤的全面工業(yè)技術(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn) 2 能充分反映我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平 3 符合我國(guó)煤炭資源特點(diǎn) 有利于煤炭資源的開(kāi)發(fā) 使煤炭資源能充分合理地利用 4 有利于提高焦化和其它工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量 5 類別的劃分要求簡(jiǎn)單明了 切合實(shí)際應(yīng)用 6 分類指標(biāo)應(yīng)當(dāng)選擇能反映煤化程度 變質(zhì)程度 煤的熱加工特征 煤的粘結(jié)性 的指標(biāo) 同時(shí)這些指標(biāo)的測(cè)定方法應(yīng)該簡(jiǎn)單易行 結(jié)果可靠 使用煤量少和便于推廣 第五節(jié)煤的工業(yè)分類 中國(guó)煤炭分類 一 煤的分類指標(biāo)及使用意義 無(wú)煙煤 Vdaf Hdaf 表示無(wú)煙煤的煤化程度 煙煤 Vdaf Y mm GR I b 表示煙煤的煤化程度 表示煙煤的粘結(jié)性 褐煤 PM Qgr maf 表示褐煤的煤化程度 作為區(qū)分褐煤和煙煤的輔助指標(biāo) 中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)煤的煤化程度 將煤分為褐煤 煙煤和無(wú)煙煤 對(duì)褐煤 煙煤和無(wú)煙煤采用不同的分類指標(biāo)分別進(jìn)行分類 劃分為三個(gè)小類 即無(wú)煙煤一號(hào) 01 無(wú)煙煤二號(hào) 02 無(wú)煙煤三號(hào) 03 劃分為十二類 即貧煤 貧瘦煤 瘦煤 焦煤 1 3焦煤 肥煤 氣肥煤 氣煤 1 2中粘煤 弱粘煤 不粘煤和長(zhǎng)焰煤 劃分為二個(gè)小類 褐煤一號(hào) 51 褐煤二號(hào) 52 二 煤類及符號(hào) 每一煤類用兩個(gè)漢語(yǔ)拼音中的第一個(gè)字母大寫表示 中國(guó)煤炭分類方案中采用數(shù)碼編號(hào)來(lái)表示煤類 各類煤用兩位阿拉伯?dāng)?shù)碼表示 三 煤類的編碼 十位數(shù) 按Vdaf 分組 WY為0 表示Vdaf 10 0 YM為1 4 1 表示10 0 Vdaf 20 0 2 表示20 0 Vdaf 28 0 3 表示28 0 Vdaf 37 0 4 表示Vdaf 37 0 個(gè)位數(shù) WY為1 2 3 YM為1 2 3 4 5 6 HM為1 2 HM為5 表示Vdaf 37 0 表示W(wǎng)Y的煤化程度 逐漸降低 表示YM的粘結(jié)性 逐漸增加 表示HM的煤化程度 逐漸增加 中國(guó)煤炭分類總表 凡Vdaf 37 和GR I 5的煤 再用PM 來(lái)區(qū)分褐煤和煙煤 凡Vdaf 37 PM 50 時(shí)劃為煙煤 PM 30 50 的煤 如恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量 Qgr maf 24MJ kg 則為長(zhǎng)焰煤 需要指出的是 1 對(duì)褐煤和無(wú)煙煤來(lái)說(shuō) 每一個(gè)數(shù)碼編號(hào)代表一個(gè)小類別 如01 02 03分別代表無(wú)煙煤一號(hào) 二號(hào) 三號(hào) 51 52各代表褐煤一號(hào) 二號(hào) 2 對(duì)煙煤的24個(gè)數(shù)碼 每一個(gè)數(shù)碼并不代表一個(gè)小類 只是表明同類別中煤質(zhì)的差別 如瘦煤中的13號(hào)煤的粘結(jié)性就明顯地低于14號(hào)煤 故將煙煤的這24個(gè)數(shù)碼 按同類煤性質(zhì)基本相似 不同類煤性質(zhì)有較大差異 的原則 將部分?jǐn)?shù)碼合并而成為12個(gè)類別 原因是同類別中煤質(zhì)的差別對(duì)煤礦來(lái)說(shuō)是沒(méi)必要按數(shù)碼編號(hào)來(lái)細(xì)分的 因?yàn)橥活惷菏菍?shí)行同一比價(jià)的 只要按中國(guó)煤炭分類大類來(lái)劃分煤類即可 但對(duì)于煤炭用戶來(lái)說(shuō) 在焦化 燃燒或氣化生產(chǎn)中 煙煤的數(shù)碼編號(hào)就有一定的指導(dǎo)意義 四 中國(guó)煤炭分類 中國(guó)煤炭分類表 GB5751 86 單位是 MJ kg 注 當(dāng)GR I 85時(shí) 再用Y值 或b值 來(lái)劃分肥煤 氣肥煤與其它煤類的界線 當(dāng)Y 25 0mm時(shí) 如Vdaf 37 0 則劃分為肥煤 如Y 25 0mm 則根據(jù)其Vdaf的大小而劃分為相應(yīng)的其它煤類 當(dāng)用b值來(lái)劃分肥煤 氣肥煤與其它煤類的界線時(shí) 如果Y 28 0 暫定b 150 的為肥煤 如Y 28 0 則暫定b 220 的肥煤或氣肥煤 Vdaf 37 0 時(shí) 當(dāng)按b值劃分的類別與值劃分的類別有矛盾時(shí) 以Y值劃分為準(zhǔn) 如用Vdaf 和Hdaf 劃分的小類有矛盾時(shí) 則以Hdaf 劃分的小類為準(zhǔn) 在已確定了無(wú)煙煤小類的生產(chǎn)廠 礦的日常檢測(cè)中 可以只按Vdaf 來(lái)分類 在煤田地質(zhì)勘查中 對(duì)新區(qū)確定小類或生產(chǎn)礦 廠需要重新核定小類時(shí) 應(yīng)同時(shí)測(cè)定Vdaf 和Hdaf 值 按規(guī)定確定出小類 對(duì)Vdaf 37 0 GR I 5的煤 再以來(lái)確定其為長(zhǎng)焰煤或褐煤 如PM 30 50 再測(cè)Qgr maf 如Qgr maf 24MJ kg 則應(yīng)劃分為長(zhǎng)焰煤 地質(zhì)勘查煤樣 對(duì)Vdaf 37 焦渣特征為1 2號(hào)的煤在不壓餅的條件下測(cè)定 再用PM 來(lái)區(qū)分煙煤和褐煤 GR I 85 指標(biāo)轉(zhuǎn)換線 中國(guó)煤炭分類圖 1 無(wú)煙煤 WY 揮發(fā)分低 固定碳高 密度大 純煤真相對(duì)密度最高可達(dá)1 90g cm3 燃點(diǎn)高 燃燒時(shí)不冒煙 這類煤又分為無(wú)煙煤一號(hào) 年老無(wú)煙煤 無(wú)煙煤二號(hào) 典型無(wú)煙煤 和無(wú)煙煤三號(hào) 年輕無(wú)煙煤 無(wú)煙煤主要是民用和制造合成氨的造氣原料 低灰 低硫和可磨性好的無(wú)煙煤不僅可以做高爐噴吹及燒結(jié)鐵礦石用的燃料 還可以制造各種碳素材料 如碳電極 陽(yáng)極糊和活性碳的原料 某些優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤制成的航空用型煤可作為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛馬達(dá)的保溫材料 2 貧煤 PM 貧煤是煤化程度高的煙煤 不粘結(jié)或弱粘結(jié) 在層狀煉焦?fàn)t中不結(jié)焦 燃燒時(shí)火焰短 耐燒 主要作為發(fā)電廠的燃料 也作民用和工業(yè)鍋爐的摻燒煤 3 貧瘦煤 PS 貧瘦煤粘結(jié)性較弱 是揮發(fā)分低的煙煤 結(jié)焦性比典型瘦煤差 單獨(dú)煉焦時(shí) 生成的焦粉甚少 在配煤煉焦中也能起到瘦化作用 這種煤也可作發(fā)電 民用及鍋爐燃料 4 瘦煤 SM 瘦煤是低揮發(fā)分的中等粘結(jié)性煉焦用煤 焦化過(guò)程中能產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的膠質(zhì)體 單獨(dú)煉焦時(shí)能得到塊度大 裂紋少 抗碎強(qiáng)度高的焦炭 這種焦炭的耐磨強(qiáng)度也很高 但單獨(dú)煉焦時(shí) 由于膨脹壓力大 推焦困難 一般作為煉焦配煤用 效果較好 五 各類煤的特征及用途 5 焦煤 JM 是中等及低揮發(fā)分的中等粘結(jié)及強(qiáng)粘結(jié)性的中變質(zhì)程度煙煤 單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性很高的膠質(zhì)體 所得焦炭塊度大 裂縫少 摔碎強(qiáng)度高 耐磨強(qiáng)度也很高 但單獨(dú)煉焦時(shí) 膨脹壓力大 出焦困難 這種煤是配煤煉焦的重要成分 6 1 3焦煤 1 3JM l 3焦煤是中高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煤 是介于焦煤 肥煤 氣煤之間的過(guò)渡煤種 單獨(dú)煉焦時(shí)能生成熔融性良好 強(qiáng)度較高的焦炭 煉焦時(shí)這種煤的配入量可在較寬范圍內(nèi)波動(dòng) 都能獲得強(qiáng)度較高的焦炭 1 3焦煤也可作為煉焦配煤 7 肥煤 FM 肥煤是中等及中高揮發(fā)分的強(qiáng)粘結(jié)性煙煤 隔絕空氣加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體 肥煤?jiǎn)为?dú)煉焦時(shí) 能生成熔融性好 強(qiáng)度高的焦炭 因而是煉焦配煤中的基礎(chǔ)煤 但單獨(dú)煉焦時(shí) 焦炭上有較多的橫向裂紋 而且焦根部分常有蜂焦 8 氣肥煤 QF 氣肥煤是一種揮發(fā)分和膠質(zhì)層最大厚度都很高的強(qiáng)粘結(jié)性肥煤 這種煤的結(jié)焦性介于肥煤和氣肥煤之間 單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量氣體和液體化