2019年煤质分类与特性指标

1、煤质分类与特性指标摘要：我国煤炭资源丰富， 煤种齐全。煤质分类是煤炭加工利用及煤炭资源合理利用的依据， 理想的分类方法既有充分的科学依据，又有实用意义。 本文从国际国内煤质分类方法、 角度、特性指标、测定煤质及提高煤质技术的方面进行了论述，目前在各特性指标间的定量关系以及在煤岩学方面的特性指标对工业应用的指导上也比较欠缺，有待进一步研究探讨。关键词： 煤质，特性指标，检测，提质1. 绪论我国煤炭资源十分丰富而且煤种齐全， 煤炭资源占能源储量的 92%，这就决定了我国能源在相当长的一段时间内仍以煤炭为主， 占 70%左右，为了对煤炭资源进行合理的开发和利用， 需要有一个科学的、 适合本国资源特点

2、和生产实际情况的煤炭分类方案。 煤炭分类是指导煤炭资源合理利用的基本法规， 是统计资源储量，计划、分配供应和评价煤炭资源的利用合理性的根本依据， 也是反映各国在煤炭加工利用方面的科学技术水平的指南。 理想的分类方法应当既有充分的科学依据，又有实用意义。本文从国际国内煤质分类方法、角度、特性指标、测定煤质及提高煤质技术的方面进行了论述， 我国煤质分类在工业分类上已相对成熟，通过了解煤质分类的特性指标，各种特性指标间的关系、测定方法等，我们可以科学合理的指导工业生产用煤的需求， 研究出提高煤质更高效节能的可行性方法。2煤质分类2.1 煤的分类方法由于煤的性质很复杂， 研究煤的手段也很多， 所以进行

3、煤炭分类时， 从不同的角度就有不同的分类方法。其中主要的有三种：（1）科学分类法 。按煤的元素组成、各种基本工艺性质和现代工业用途对全部煤炭进行系统分类的分类称为科学分类。以 1924 年英国煤化学家 C.A.赛勒提出的分类法比较著名。（2）成因分类法 。根据煤的原始物质和堆积环境分类生成条件提出的成因分类法，将煤分为腐殖煤、腐泥煤和残殖煤，这种分类法在地质上用的较多。（3）工业分类法 。按照不同工艺性质和利用途径进行分类，将煤的成因与工业利用结合起来的分类方法， 以技术 商业为目的。工业分类是为了合理地使用煤炭资源以及统一使用规格。 本文主要介绍煤的工业分类， 对煤炭的勘探、 生产、分配、合

4、理利用和国际学术交流与贸易等都有重要的作用。2.2 煤的国际分类（1）由于国际间煤炭贸易和信息交流的需要，1955 年由联合国欧洲经济委员会（ ECE）提出了“国际硬煤分类”方案，该方案在1956 年由联合国发布。硬煤是指恒湿无灰基高位发热量>2MJ/kg(5700cal/g)的烟煤和无烟煤。其分类方法是以挥发分为划分类别的指标，将硬煤（烟煤和无烟煤）分成10 个级别；以粘结性指标（自由膨胀序数或罗加指数） 将硬煤分成 4 个类别；又以结焦性指标（奥亚膨胀度或葛金焦型） 将硬煤分成 6 个亚类型，表中每个煤种均以 3 位阿拉伯数字表示， 将硬煤分为 62 个煤类。为便于贸易上的交往， 又

5、将 62 个煤类归为共 11 个统计组。对于褐煤， 1974 年国际标准化组织 (ISO)第 27 技术委员会 (TC27)以 ISO2950 号标准颁布实施 ,该标准以水分和焦油产率为指标，将褐煤分为 30 个小类，每一小类用两位阿拉伯数字表示。但这两个分类方案并未在国际上得到全面推广。（2）1974 年国际标准化组织（ISO）组织制定了国际褐煤分类编码系统（ ISO2950 1974），该系统以焦油产率Tdaf，%和无水基总水分（ %）为分类指标，将褐煤分为五个组和六个类别，划分为以两位阿拉伯数字为代号的30 个小类。（3）1988 年 ECE 提出了中高阶煤分类编码系统，拟以此代替195

6、6 年的硬煤国际分类方案。该编码系统选定八个参数，依次为：镜质体随机反射率、镜质体反射率分布特征图、 显微组分指数、坩埚膨胀序数。挥发分、灰分含量（干基）、全硫含量（干基）、高位发热量。最终以上述八个指标、14 位数进行编码分类。在所采用的八个指标中有三个煤岩参数。ECE 制定该编码系统的目的是期望该分类方案能被ISO 却认为国际标准，成为一个既具科学性、又具商业性的分类编码系统，但在1989 年悉尼召开的 ISO/TC27 煤炭委员会遭到否决。（4）1985 年 2 月 ,联合国欧洲经济委员会的国际煤分类会议上确定,以高位发热量小于 24×106 焦耳 /千克、镜质组平均随机反射率

7、小于 0.6%作为区分褐煤和硬煤的分界线。对中等煤化程度和高煤化程度的硬煤则选用镜质组随机反射率、自由膨胀序数、挥发分产率、惰性组含量、高位发热量和反射率分布特征等6个指标和 8 位阿拉伯数字编号， 将所有硬煤进行编码分类。 但因划分太细， 不便于使用，难以推广。（5）1997 年 9 月在北京召开了WG18 国际煤炭分类工作组会议在南非开普敦召开，经过长时间讨论， 会议最终认为国际煤炭分类标准主要为了便于国际间对煤炭资源有一个统一的尺度，便于统一评价与统计。会议修订了 ISO/TC27 的有关名词术语标准， 并在界定煤的范畴后提出了主要的煤分类指标有煤阶、 煤岩组成和煤的品位。 选用的分类指

8、标依次为镜质组随机反射率， 镜质组含量， 及干基灰分，并对具体的界限提出了设想。2.3 中国煤炭分类沿革：（1）解放以前，我国的煤分类工作十分落后，仅在本世纪三十午代有一个翁 金氏分类法。该分类系采用煤的加水燃率作为分类指标把我国煤划分为八类。褐煤，褐性烟煤，低级烟煤，中级烟煤，高级烟煤，无烟性煤，低级无烟性煤，中、高级无烟煤。它大致可以划分出不同煤化程度的类别，但对褐煤和烟煤划分不清，由于分类指标不能反映出煤的炼焦等工艺特性 也就很难正确地反映出煤的结焦性或粘结性。（2）20 世纪 50 年代以来，中国工业迅速发展，煤炭产量和消耗增加很快，为了合理利用我国煤炭资源，保持钢铁和其它工业的迅速发

9、展，在 19521953 年提出了东北区和华北区两个炼焦煤分类万案， 这两个分类方案所成的分类指标都是挥发分和胶质层最大厚度 y 值，煤种名称也一样，但区分的界限却不一致，存在不少交叉区，在实践中遇到不少困难。（3）1954 年开始，由中国科学院、煤炭部和冶金部等有关单位共同进行了研究， 1956 年又制订了统一的中国煤（以炼焦煤为主）分类方案，以大致代表煤的变质程度的挥发分 （ V）和表征煤的结焦性的胶质层最大厚度Y(mm) 两个指标为参数，将中国煤分为10 大类 24 小类。该方案于1958 年经国家技术委员会向全国推荐试行，起了统一中国煤分类的作用。（4）1989 年 10 月国家标准局

10、发布了中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86)，将中国煤分为 14 类（见表 1）。表 1. 中国煤炭分类国家标准表类别缩写分类指标V daf %GY mmb %PM%Qgr,maf无烟煤WY<=10-贫煤PM>10.0-20.0<=5-贫瘦煤PS>10.O-20.0>5-20-瘦煤SM>10.0-20.0>20-65-焦煤JM>20.0-28.0>50-60<=25.0(<=150)->10.0-20.0>65a肥煤FM>10.0-37.0(>85a)>25a-1/3 焦煤1/3JM>2

11、8.0-37.0>65a<25.0(<220)-气肥煤QF>37.0(>85)>25.0>220-气煤QM>28.0-37.0>50-65<=25.0(<=220)->37.0>351/2 中粘煤1/2ZN>20.0-37.0>30-50-弱粘煤RN>20.0-37.0>5-30-不粘煤BN>20.0-37.0<=5-长焰煤CY>37.0<=35->50-褐煤HM>37.0-<=30<=24>37.0>30-50注： a、G>8

12、5, 再用 Y 值或 b 值来区分肥煤、气肥煤与其它煤炭，当Y>25.0mm 时，应划分为肥煤或气肥煤，如Y<=25mm, 则根据其 Vdaf 的大小而划分为相应的其它煤类。按b 值分类时， Vdaf<=28%, 暂定b>150%的为肥煤， Vdaf>28%, 暂定b>220% 的为肥煤或气肥煤，如按 b 值和 Y 值划分的类别有矛盾时，以Y 值划分的为准。b、 Vdaf>37%,G<=5的煤，再以透光率PM 来区分其为长焰煤或褐煤。c、 Vdaf>37% ， PM>30%-50% 的煤，再测Qgr,maf ，如其值 >24MJ

13、/kg(5739cal/g) ，应划分为长焰煤 。2.3 我国煤炭分类概况我国煤炭资源品种齐全， 煤的种类很多， 划分方法不一， 主要有以下几种不同的分类方法。（1）按现行的中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86)划分 。依据干燥无灰基挥发分 V daf、粘结指数 G、胶质层最大厚度 Y、奥亚膨胀度 b、煤样透光性 P、煤的恒湿无灰基高位发热量 Qgr， maf 等 6 项分类指标，将煤分为 14 类。即褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、 1/2 中粘煤、气煤、气肥煤、 1/3 焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。（2）按其成因划分 。可以分为腐植煤、腐泥煤和腐植腐泥煤。腐植煤由高等

14、植物所形成， 其中以稳定组分为主的称残植煤。 腐泥煤主要由藻类和浮游生物等形成，如藻煤、胶泥煤等。腐植腐泥煤，成煤原始物质，既有高等植物又有低等植物，如烛煤和煤精。（3）按其用途划分 。按其用途划分，可分为动力用煤、冶金用煤和化工用煤三大类，再细分则有炼焦用煤、高炉喷吹粉用煤、气化用煤、低温干馏用煤、加氢液化用煤、 动力用煤、 机车用煤、工业锅炉用煤以及合成氨气化和燃气站气化用煤等。（4）按其加工方法和质量规格划分 。可以分为精煤、粒级煤、洗选煤、原煤、低质煤五大类， 28 个品种。（5）按其岩石结构的不同划分 。可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有 95%以上镜质体的为镜煤， 煤表面光

15、亮、结构坚实；含有镜质体和亮质体的为亮煤；含粗粒体的为暗煤； 含丝质体的为丝炭； 由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。（ 6）按其炭化程度划分 。可以分为泥煤（草煤、泥炭）、褐煤、烟煤以及无烟煤（白煤）。其中烟煤（见表：烟煤的分类）又分为炼焦烟煤（贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、 1/3 焦煤、气肥煤）和一般烟煤（贫煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、 1/2 中粘煤）。（ 7）按其变质程度划分 。可以分为褐煤、低变质烟煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤）、中变质烟煤（气煤、肥煤、焦煤、瘦煤）、贫煤和无烟煤。2.4 煤岩学对煤质分类的指导煤是十分复杂的非均一物质。 根据目前煤岩学发展程度， 已能在以下四方面

16、应用，但在目前还不能替代传统的经验配煤。（1）煤岩学的所有指标，如煤岩显微组份组成，镜质组反射率和其分布，以及焦炭显微组织组成等均可在传统煤质指标基础上对煤质和焦炭获得进一步理解。（2）煤岩学在生产中最直接有用的是生产中经验配煤在焦炭质量出现问题时，用经验配煤难以找出符合实际的真实原因， 但用于煤岩学的概念和方法往往能找出真实原因， 并由此得出改进的方法。 这是当前煤岩学在生产中最具实用意义的作用。（3）煤岩学在煤焦领域中具有优势的任务是能定量地预测焦炭质量。 对此，国内外均已作了大量的研究工作， 有的已在生产中应用， 效果较佳。这一技术对合理利用炼焦煤资源和稳定焦炭质量， 以及提高企业的经济

17、效益均无疑有可靠的作用。（4）煤岩学中，没有如经验配煤中所规定的气，肥，焦，瘦，的煤质概念。煤岩学在煤焦领域中， 首要的是镜质组含量和其变质程度； 其次，丝质组的含量。因此，有的煤，不属于在现行炼焦煤分类范畴中，如有的长焰煤。但已发现其所含镜质组反射率与许多气煤是相似的， 其在配煤中应用， 效果也相当不错。 这样就扩大了炼焦煤资源范畴。3. 特性指标3.1 煤的分类指标煤的工业使用分类对于煤炭的勘探、 生产、分配、合理利用和国际学术交流与贸易等都有重要的作用。 由于煤的成因、 产地、种类、组成和性质等的多样性，以及分类角度与目的的不同，因此煤分类的指标繁多，归纳起来可有如下四类：（1）煤化度指

18、标 。主要有镜质组反射率Rran（或 Rmax）， %；Vdaf， %；Hdaf，%；发热量 Q，kJ/kg；最高内在水分含量 MHC ，%；透光率 PM，%；显微硬度 HM ，kg/mm2； x 射线衍射等。（2）煤岩显微组分指标 。采取镜质组分含量或采用惰性组分含量和稳定组分含量。（3）粘结性、结焦性指标 。采用较多的有罗加指数，黏结指数，奥亚膨胀度，自由膨胀序数，胶质层最大厚度，葛金焦型和基氏流动度等。（4）其他煤质指标 。有镜质组反射率分布图特性；灰分；硫分；氧化程度及可选性等。鉴于煤分类指标应能反映煤的生成、 组成、结构以及重要的工艺性质等特点，而当前要准确地确立各自的独立参数已经这

19、些独立参数之间的定量关系尚有困难。因此，目前煤分类的指标选择趋向于多指标的系统编码系统， 以便从不同角度反映煤炭之间的特点与差别。此外，编码系统也便于计算机的统计与储存。3.2 煤质检验的分析方法（1）筛分试验 。测定煤样中各粒级的产率和质量。通过筛分试验，可以了解各生产煤层的产块率，大于 50 毫米级煤的含矸率以及各粒度级煤的灰分、硫分和胶质层等质量特征，为炼焦用煤的选择和洗选加工提供可靠的资料。（2）沉浮试验 。根据各级浮煤 (及沉煤 )的产串及质量特征，可以了解原煤的可选性。目的就是确定煤的可选比从而为新建洗媒厂确定合理的分选比重提供技术依据。洗煤厂在日常生产中， 借快速浮沉试验控制和指

20、导洗煤机的操作。 根据入洗原煤浮沉试验所得的精煤理论回收串和洗煤厂生产时的实际回收串可以考查各洗煤厂的洗选效率和作为编制年度洗选计划的主要技术依据。（3）工业分析 。是评价煤质的基本依据。它包括煤的水分，灰分，挥发分产率和固定碳等四个项目的测定。通常，水九灰分，挥发分产率都是直接测定；固定碳不作直接测定， 而是用差减法进行测定。 为了全面评价煤质和合理利用有综合利用煤炭， 除应进行煤的工业分析外， 还必须进行其他各项有关的煤质分析和试验。（4）元素分析 。煤的元素分析包括碳、氢、氧、氮、硫五种元素含量的测定。通常仅对碳、氢、氧三个元素进行测定。氧含量可用差减法求得，硫含量通常用全硫结果代替，不

21、单独进行测定。采用上述方法对大多数煤都不致造成差错，但无机硫含量高的煤在应用全硫数据时，应将全硫结果减去无机硫含量 (硫化铁硫和硫酸盐硫 )。因此，在全硫分析结果大于 2时，应进行成份硫的测定。（5）煤的发热量的测定 。目前，国际国内均采用氧弹法测定发热量。它是把一定量的分析煤样置入氧弹中， 在氧弹中充入氧气。 然后使煤在氧弹中完全燃烧。氧弹预先放在一个盛满水的容器中， 根据煤燃烧后水温的升高， 进行各种校正计算试样的发热量。（6）煤的粘结性和结焦性指数 。胶质层指数的测定是测定煤的胶质层最大厚度 (以 y 表示，简称 y 值)、最终体积收缩度 (以 x 表元简称 x 值)和体积曲线类型等三个

22、主要参数和描述焦炭的特性等。常用方法有坩埚膨胀序数，罗加指数，黏结指数，基氏流动度，胶纸层指数，奥亚膨胀度和和葛金焦型等七种，这些测定方法中大部分是在一定条件下测定煤黏结性或塑性的指标，而在硬煤国际分类中，将慢速加热条件下测定的奥亚膨胀度和葛金焦型作为煤的结焦性指标。4. 煤质学的应用4.1 各类用煤对煤质的要求煤的不同用途对煤质的要求， 不仅需要熟练地掌握各种煤质分析方法， 而且也要知道每一分析试验项目的用途以及煤炭的不同用途对煤质的不同要求。目前，煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也有一些作为化工原料。从长远来看，以煤为原料制造人造液体燃料是发展方向。 除了作为动力燃料时可以使用任何煤种

23、以外，炼焦、气化、液化，作化工原料等对煤质都要有一定的要求。（1）炼焦用煤对煤质的要求 。在炼焦时往往采用几种甚至十几种以上的煤配合使用。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对炼焦用煤有四个要求。有较强的结焦性或粘结性。炼焦时一般只用 50 60的肥煤和焦煤，气煤和瘦煤的用量可用 4050，有时也可用一部分弱粘结煤来代替气煤配合炼焦。总之以配煤后 y 值为 16 20mm 为宜。煤的灰分要低。炼焦煤的灰分每增高 0.8，焦炭的灰分就增高 1左右，焦炭的强度约降低 2，焦比增高 22.5，生铁产量下降 2.53，高炉排渣量增多 2.7 2.9。在条件允许时， 炼焦用煤的灰分越低越好。 但

24、在生产实践中，由于要保证一定数量的精煤回收率，配合煤的灰分以不超过 10为宜，其中对强粘结性的肥煤和焦煤的灰分可放宽到 12左右，气煤的灰分以小于 9为宜。煤的硫分要低。炼焦用煤配煤后的硫分最高不应超过1.2，硫分是越低越好。特别是在冶炼磁钒钛铁矿时， 为了降低炉渣的粘度， 要求炼焦煤的硫分降到 0.5以下。配合煤的挥发分要合适配合。配合煤的挥发分Vdaf 在 28 32左右为合适。若作为铸造焦使用时，可取挥发分的下限为28左右，以便得到较多的大块焦。若炼制化工用焦， 其配合煤的结焦性可稍有降低， 灰分和硫分也可适当增高，挥发分 Vdaf 也可增大。（2）气化用煤对煤质的要求。煤的气化是指把固

25、体的煤转化为煤气的工艺过程。由于气体燃料的热效率高，输送方便，清洁干净，对空气的污染小，因此许多工业发达国家都十分重视煤气化的生产和研究。 随着气化用炉型的不同， 对用煤质量的要求也有所不同。 目前，常用的气化炉型有固定床、 沸腾床和悬浮床等几种。固定床气化炉。一般密使用块煤生产，极度以 1375mm 为合适，其中以 2550mm 为最理想。气化炉内压力为 2030 个大气压、温度为 750900的鲁奇加压气化炉的用煤粒度以 650mm 为合适，用煤煤种最好用不粘结的褐煤和不粘煤，也可用罗加指数小于 13 的弱黏煤和长焰煤类。 固定床气化炉 (固态排渣时 ) 用煤的灰熔点软化湿度 T2 以在

26、1200以上为宜，液态排渣的固定床高压气化炉，则要求灰熔点 T2 低于 1300。所有固定床气化炉都要求块煤热稳定性好、 活性大、机极强度高，其灰分以低于 25为宜，硫分最好低于 2，使用硫分高的煤气化时，需脱除煤气中的硫分。沸腾床气化炉。常使用褐煤或不粘煤为原料。对煤样的粒度要求是小于8mm，其中 01mm 的粉煤越少越好，否则大量的炭会被飞灰带出，形响煤的有效利用。煤的全水分以不超过12为宜，灰分应不超过25，灰熔点T2 要求在 1200以上，全硫含量应小于2%。同时，在煤的活性试验中， 在 950时 CO2的分解率应 60。悬浮床气化炉。需要把煤研磨成很细的粉煤，一般要求小于200 网目

27、的含量占 90左右 (如果是褐煤 200 网目的含量可降到 80%左右 )，煤的水分以 15左右为宜 (褐煤的水分可故兜到 510%左右 )。煤的灰熔点越低越好。灰分太高，则经济效果不好，所以灰分不超过 35为宜。（3）直接液化方法用煤要求。 根据越是年轻的煤，越容易液化的原理，通常对液化用煤的要求是：挥发分要高，一般使用V daf>35的气煤、长焰煤和褐煤较为合适。碳氢比要小，一般以 C/H 小于 16 的年轻煤为好。氧含量不宜太高，因为在液化过程中，氧会消耗大量的氢气生成水而析出。丝炭和半丝炭化物质的含量要低，丝质组类含量应不超过 10，最高也不应超过 15，否则会使煤的液化率太低。

28、煤的灰分越低， 液化率越高。但是矿物质中的某些组分如黄铁矿和其它的无机和有机的含硫化合物， 都对煤的液化反应具有一定的助催化作用， 所以一般采用灰分较低的原煤进行液化。在煤灰成分中， SiO2 和 Al 2O3 的含量不宜太高， 否则会由于形成较多的粘土矿物而使其粘度太大， 不利于固液分离。 对间接液化用煤要求是最好采用廉价的褐煤为原料进行气化，但灰熔点要高一些，要求软化温度ST>1200oC。（4）其他工业用煤对煤质的工业要求高炉吹喷用煤对煤质的要求：对喷吹用的无烟煤，首先要求可磨性性好，即 HGI 数值越大越好，其次是灰分和硫分要他一般 A d 应小于 12，硫分 St,d1。挥发分

29、 V daf 在 10左右的无烟煤。煤灰成分中的 SiO2/CaO 之比要小于 1。而矾和钛的含量越少越好。对制造活性炭质用煤煤质的要求： 制造活性炭的原料煤， 既可采用空隙度高的褐煤、也可利用含碳量高的无烟煤， 其它如弱粘结煤等也可使用。 无沦采用那一种煤都要求灰分越低越好，最高不宜超过 10。硫分也是越低越好。若制造颗粒状的活性炭，所用的无烟煤的热稳性要好。对制造电石用煤对煤质的要求： 制造电石要采用固定炭含量琐高的无烟煤来作原料，一般其灰分应低于67，挥发分应小于 10，磷含量要小于 0.04，全硫不超过 1.5，密度以小于 1.6 的为佳，粒度最好是340mm。建材工业用煤对煤质的要求：通常要求灰分低， 煤灰成分稳定。 用煤的发热量则不低于 21MJ/kg(5000kcal/kg)，回转窑水泥用煤的硫分应低于 3%。从煤种来判断，一般以焦煤、 1/3 焦煤、不黏煤、弱黏煤、 1/2 中黏煤和气煤较合适。5. 提高煤质的基本方法5.1 褐煤提质方法（1）非蒸发脱水提质 。通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构，使之成为洁净、高效的烟煤燃料的提质方法。（2）成型提质技术 。褐煤在成型过程中，经过高压或剪切等物理作用，使凝胶结构及孔隙系统受到了不可逆的破坏，因而从本质