第七章

煤田地质学 第七章煤炭分类与煤的工业利用

第七章煤炭分类与煤的工业利用 §1 煤化指标与煤质分析

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 一、煤级分析中的有关概念煤的工业分类即煤的分类主要是依据煤级，而煤级的划分的依据是煤质指标，特别是一些关键的煤质指标。（一）煤质分析中的“基” “基”是表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的，煤质分析中常用的“基”有空气干燥基、干燥基、收到基、干燥无灰基、干燥无矿物质基。在新旧标准中，“基”采用的符号不同。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 空气干燥基ad；干燥基d；收到基ar；干燥无灰基daf；干燥无矿物质基dmmf 空气干燥基是指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）干燥基是指以假想无水状态的煤为基准，表示符号为d（dry basis）；收到基是指以收到状态的煤为基准，表示符号为ar（as received）；干燥无灰基是指以假想无水、无灰状态的煤为基准，表示符号为daf（dry ash free）；

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 干燥无矿物质基是指以假想无水、无矿物质状态的煤为基准，表示符号为dmmf（dry mineral matter free）。可以看出，新的“基”是用各英文名词的开头字母，以前“基”是用汉语拼音的字头来表示。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 二、主要的煤化指标煤化指标是通过煤的工业分析获得的。工业分析也叫技术分析或实用分析。包括煤中水分、灰分和挥发分的测定及固定碳的计算。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 1．水分水分是一项重要的煤质指标，它在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要的作用。根据煤中水分随煤的变质程度加深而呈规律性变化：从泥炭→褐煤→烟煤→年轻无烟煤，水分逐渐减少，而从年轻无烟煤→年老无烟煤，水分又增加。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 因此可以由煤的水分含量来大致推断煤的变质程度。许多国家还将它和发热量相结合，利用一项叫做“含水无灰基发热量”的指标等进行年轻煤的细分类。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 煤中水分与煤的变质程度的关系 9

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 （1）煤中水分的存在方式按结合状态分为游离水和化合水（即结晶水）两大类。游离水是以物理吸附或吸着方式与煤结合的水分。化合水是以化合的方式同煤中的矿物质结合的水，它是矿物晶格的一部分。如硫酸钙（CaSO4٠2H20）和高岭土（Al2O3٠2SiO2٠2H2O）中的结合水。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 （2）煤中水的作用煤的水分对其加工利用、贸易和储存运输都有很大影响。一般来说水分高不是一件好事。在锅炉燃烧中,水分高会影响燃烧稳定性和热传导；在炼焦工业中，水分高会降低焦炭产率，而且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期；在煤炭贸易上，煤的水分是一个重要的计质和计量指标。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 2．灰分煤的矿物质是赋存于煤中的无机物质。煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤在规定条件下完全燃烧后的残留物。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 它是煤中矿物质在一定条件下经一系列分解、化合等复杂反应而形成的，是煤中矿物质的衍生物。它在组成和质量上都不同于矿物质，但煤的灰分产率与矿物质含量间有一定的相关关系，可以用灰分来估算煤中矿物质含量。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 煤中矿物质来源一是“原生矿物质”即成煤植物中所含的无机元素；二是“次生矿物质”即煤形成过程中混入或与煤伴生的矿物质；三是“外来矿物质”即煤炭开采和加工处理中混入的矿物质。　

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 矿物质的主要成分煤中存在的矿物质主要包括粘土或页岩，方解石（碳酸钙）黄铁矿或白铁矿以及其他微量成分，如无机硫酸盐、氯化物和氟化物等。灰分是另—项在煤质特性和利用研究中起重要作用的指标。

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 煤中灰分的用途 1）在煤质研究中由于灰分与其他特性，如含碳量、发热量、结渣性、活性及可磨性等有程度不同的依赖关系，因此可以通过它来研究上述特性。 2）由于煤灰是煤中矿物质的衍生物，因此可以用它来算煤中矿物质含量。 16

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 3）在煤的燃烧和气化中，根据煤灰含量以及它的诸如熔点、粘度、导电性和化学组成等特性来预测燃烧和气化中可能出现的腐蚀，沾污、结渣问题，并据此进行炉型选择和煤灰渣利用研究。 4）在炼焦工业中，要用煤的灰分量来预计焦炭中的灰分。 5）在同一煤层的煤灰成分变化往往较小，而不同成煤时代的煤灰成分变化往往较大。 17

3．挥发分 煤样在规定的条件下，隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率即为挥发分。　　煤的挥发分主要是由水分、碳氢的氧化物和碳氢化合物（以CH4为主）组成，但煤中物理吸附水（包括外在水和内在水）和矿物质二氧化碳不属挥发分之列。　第七章 §1 煤化指标与煤质分析 18

　　工业分析中测定的挥发分不是煤中原来固有的挥发性物质，而是煤在严格规定条件下加热时的热分解产物，改变任何试验条件都会给测定结果带来不同程序的影响。第七章 §1 煤化指标与煤质分析 19

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 影响挥发分测定结果的主要因素是加热温度、加热时间、加热速度，此外试验设备的型式和大小，试样容器的材质、形状和尺寸以及容器的支架都会影响测定结果，即测定结果取决于所规定的试验条件，因此说它是一个规范性很强的试验项目。 20

煤的挥发分产率与煤的变质程度的关系 　　比较密切的关系—随着变质程度的加深，挥发分逐渐降低，因此根据煤的挥发分产率可以估计煤的种类。在我国及前苏联、美国、英同、法国、波兰和国际煤炭分类方案中，都以挥发分作为第一分类指标。第七章 §1 煤化指标与煤质分析 21

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 煤的挥发分与煤的变质程度的关系 22

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 挥发分的作用 1）根据挥发分产率和测定挥发分后的焦块特性可以初步决定煤的加工利用途径。 2）在配煤炼焦中，用挥发分来确定配煤比，以将混煤的挥发分控制到适宜范围为25％～31％。 23

第七章 §1 煤化指标与煤质分析 挥发分的作用 3）根据煤的挥发分，可以估算炼焦时焦炭、煤气、焦油和粗苯等产率。 4）在燃煤中，可根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定设备的煤源。 5）挥发分与其他煤质特性指标，如发热量、碳和氢含量都有较好的相关关系。利用挥发分可以计算煤的发热量和碳氢含量。 24

4．煤的镜质体反射率 煤的镜质体反射率测定方法:反射率是指垂直反射时，反射光强度和入射光强度的百分比值，—般用R表示。测定煤的镜质体反射率是将已知反射率的标准片和煤样(镜质体）放在显微镜下，在一定强度的入射光中，它们反射出的微弱光流，通过光电倍增管转变为电流并被放大成较强的电信号，然后将电信号输出并馈入到记录装置。第七章 §1 煤化指标与煤质分析 25

4．煤的镜质体反射率 煤的镜质体反射率测定方法:反射率是指垂直反射时，反射光强度和入射光强度的百分比值，—般用R表示。测定煤的镜质体反射率是将已知反射率的标准片和煤样(镜质体）放在显微镜下，在一定强度的入射光中，它们反射出的微弱光流，通过光电倍增管转变为电流并被放大成较强的电信号，然后将电信号输出并馈入到记录装置。第七章 §1 煤化指标与煤质分析 26

第七章煤炭分类与煤的工业利用 §2 煤的工业分类

二、煤的工业分类 煤的分类由于内容和目的不同，分类方法也有多种。早期的煤炭分类方法是根据煤的元素组成中的碳、氢、氧等元素含量进行区分；以后又有根据形成煤的原始物质和生成条件的不同而提出的成因分类法，将煤分为腐植煤、腐泥煤和残植煤等，这种分类方法仅适用于煤质研究和地质工作中。第七章 §2 煤的工业分类 28

三、煤的分类 既有科学依据，又有实用意义的煤炭分类方法是近70年来以煤化程度和煤在热加工过程中所表现的特性为依据的技术分类法。煤化程度以镜质体平均反射率或挥发分产率为分类指标，煤在热加工过程中所表现的工艺性质则以煤在受热情况下的粘结性（或结焦性）和煤的发热量为另一个分类指标。第七章 §2 煤的工业分类

中国煤的分类 从1975年起，煤炭部和冶金部的生产、使用和科研单位经过近10年的共同研究，于1985年提出了“中国煤炭分类”国家标准，1986年由当时的国家标准局批准并发布。 1.无烟煤煤化程度最高的一类煤，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，燃烧时无烟，是较好的民用燃料。第七章 §2 煤的工业分类 30

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，国外也有称之为半无烟煤。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。第七章 §2 煤的工业分类 31

3.贫瘦媒 在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间，大部分作为动力或民用燃料，少量用于制造煤气。 4.瘦煤是烟煤中煤化程度较高、挥发分较低的一种，受热后能产生一定数量胶质体；单种煤炼焦时能炼成熔融不好、耐磨强度差、块度较大的焦炭，可作为炼焦配煤的原料，也可作为民用和动力燃料。第七章 §2 煤的工业分类 32

5.焦煤 烟煤中煤化程度中等或偏高的一类煤，受热后能产生热稳定性较好的胶质体，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。 6.1/3焦煤中高挥发分，强粘结性烟煤，良好的炼焦配煤。第七章 §2 煤的工业分类 33

第七章 §2 煤的工业分类 7.肥煤是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；用肥煤单独炼焦时，能产生熔融良好的焦炭，但焦炭有较多的横裂纹，焦根部分有蜂焦，因而其强度和耐磨性比焦煤稍差，是炼焦配煤中的重要组分，但不宜单独使用。

第七章 §2 煤的工业分类 8.气肥煤高挥发性，粘结性烟煤，单独炼焦产生大量气体及液体产物。适于高温干馏制煤气，用于炼焦配煤可增加化工产品的产率。

9.气煤 是煤化程度较低、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；单种煤炼焦时产生出的焦炭细长、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、焦油和其他化学产品，多做为配煤炼焦使用，也是生产干馏煤气的好原料。第七章 §2 煤的工业分类 36

第七章 §2 煤的工业分类 10.1/2中粘煤中、高挥发性，中等粘结性烟煤，部分可炼出一定强度的焦炭，粉焦率高。用于炼焦配煤可配入适量，可作为气化用煤火动力用煤。 11.弱粘结煤粘结性差的低、中煤级烟煤，加热时产生的胶体少，单独炼焦时焦炭块度小，粉焦率很高。可作为气化用煤、电厂、机车和锅炉用煤。

第七章 §2 煤的工业分类 12.不粘煤　　成煤时受一定程度氧化的低、中煤级烟煤，加热时不产生胶质体，无粘接性，煤的水分高，氧含量高，有次生腐殖酸。 13.长焰煤高挥发分低煤级烟煤，无至弱粘接性。

第七章 §2 煤的工业分类 14.褐煤　　水分多、密度小、不粘结、含腐植酸、氧含量高，化学反应强，热稳定性差。

第七章煤炭分类与煤的工业利用 §3 煤的工业利用

我国能源以煤为主，约占70％，煤炭的消费构成大体如下：我国能源以煤为主，约占70％，煤炭的消费构成大体如下：火力发电31%，各种工业锅炉31%，民用20%，炼焦8%，蒸汽机车4%，化工 3%，出口3%。不同部门对煤质的要求不同。第七章 §3 煤的工业利用 41

1．炼焦用煤 焦炭用于炼铁、铸造、生产电石、气化以及金属的冶炼等。炼焦是在炼焦炉的炭化室内进行的。有较强的结焦性和粘结性；煤的灰分要低；煤的硫分要低；配煤的挥发分要合适；其他指标要求：如要求配煤总水分Mt在7%～10%之间。第七章 §3煤的工业利用 42

2．气化用煤 煤直接燃烧效率低，热能利用率仅15%～18%，且污染大气。我国每年燃烧煤炭，排入大气的烟尘量达1 200万t，S02达1 800万t，占排入大气污染物总量的60%～80%。煤的气化是使煤与氧气、空气、水蒸气等反应，生成含有CO、H2等可燃气体的工艺过程，即把固态的煤变成可燃气体的过程。第七章 §3煤的工业利用 43

3．液化用煤 煤的液化就是将煤中的有机质转化成液态产物的加工过程。液化方法：即煤直接加氢液化；煤间接液化；煤的部分液化。 1）直接加氢液化　　实质就是煤在溶剂、催化剂和高压氢存在的条件下，切断煤的化学键，在键的断裂处用氢来补充，使煤变成低分子量，含氢高的油和气。第七章 §3煤的工业利用 44

2）煤间接液化 　　原理是先将煤气化得原料气(CO+H2)，然后在一定温度和压力下经催化合成，得到液态烃和液化石油气。　　对煤质的要求与气化炉有关。如移动床加压气化炉，要求用块状无烟煤或焦炭，粒度均匀，灰分低，灰熔点要高，抗碎强度高，热稳定性好，硫分低，水分低，挥发分要低。第七章 §3煤的工业利用 45

3）煤的部分液化 即低温干馏法。要用含油率高的褐煤或高挥发分烟煤，如长焰煤、气煤等。煤炭液化的主要产物获得液体燃料，如汽油、柴油、煤油等，也可将液态产物加工成无灰焦炭，用以制造电极、炭纤维、粘结剂、生产有机化工产品，煤液化的副产品煤气可作为气体燃料。第七章 §3煤的工业利用 46

4．火力发电用煤 　　我国约有30%的煤用于火力发电，年耗煤约4亿多吨，是用煤大户。　　影响电厂用煤指标主要有挥发分(Vdaf)、灰分(Ad)、水分(Mar)、硫分(St,d)、发热量(Qnet,ar)、灰熔点(DT，ST，FT)等。第七章 §3煤的工业利用 47

5.其他 铁路机车用煤；船舶用煤；高炉喷吹用煤；烧结矿用煤；制活性炭用煤；制造电石用煤；制腐植酸用煤；提取褐煤蜡用煤；水泥工业用煤；陶瓷工业窑炉用煤；工业锅炉的用途煤；生活用煤。第七章 §3煤的工业利用 48

第七章煤炭分类与煤的工业利用 §4 煤的洗选

1．选煤 煤层形成时混入了各种矿物杂质，煤层开采时混入顶底板及夹矸，运输装卸时又混入其他杂质，如水、木材、金属、泥沙等杂物，这不符合用户的要求。选煤就是利用煤与矿物杂质物理化学性质的不同，设法除去或减少煤中的矿物杂质，把煤分成不同质量和规格的产品，以适应不同用户的要求。第七章 §4 煤的洗选 50

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