第3章 煤炭的性质

1、碳硫联测分析仪煤的质量和性质第三讲第三讲 煤炭的性质煤炭的性质123主要知识点：主要知识点：煤的化学性质煤的化学性质煤的物理性质煤的物理性质煤的质量指标煤的质量指标煤的工艺性质煤的工艺性质4煤的质量指标煤的质量指标1 煤的质量指标一般指煤的工业质量指标，包括煤的质量指标一般指煤的工业质量指标，包括水分水分、灰灰分分、挥发分挥发分和和固定碳固定碳四项指标。四项指标。 煤中的水分来源于成煤过程中、煤中的水分来源于成煤过程中、煤形成后及在开采、洗选和运输过程煤形成后及在开采、洗选和运输过程中等中等 煤的灰分煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤不是煤中固有的成分，而是煤中的矿物质在煤燃烧时经过中的矿物质

2、在煤燃烧时经过失水、分解、氧失水、分解、氧化、化合化、化合等变化而产生的固态混合物等变化而产生的固态混合物 煤的挥发分煤的挥发分是煤样在一定条件下是煤样在一定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物在特定隔绝空气加热，煤中的有机物在特定条件下热分解条件下热分解“挥发挥发”出来的产物。出来的产物。 煤的固定碳煤的固定碳是指从煤中除去是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物。水分、灰分和挥发分后的残留物。煤的质量指标煤的质量指标11.1 煤中的水分煤中的水分水分水分按存在状态分按存在状态分按操作条件分按操作条件分游离水游离水化合水化合水自由水分自由水分湿存水分湿存水分外在水分外在水分内在水分内在水分吸附

3、在煤表面和存吸附在煤表面和存在于煤内部毛细管在于煤内部毛细管中的水分中的水分指煤中矿物质的指煤中矿物质的结晶水结晶水一定条件下，煤与一定条件下，煤与周围空气达到湿度周围空气达到湿度平衡时失去的水分平衡时失去的水分 一定条件下，煤样一定条件下，煤样达到干燥状态时所达到干燥状态时所保持的水分保持的水分 附着在附着在煤表面煤表面和内部和内部大毛细大毛细管中的管中的水分水分 附着在附着在煤内部煤内部小毛细小毛细管中的管中的水分水分 煤的质量指标煤的质量指标1 水分在泥炭中可达水分在泥炭中可达40% 90%；褐煤约为；褐煤约为10% 40%；烟煤；烟煤一般为一般为1% 8%；无烟煤则又有增加的趋势，这是

4、因为无烟煤中；无烟煤则又有增加的趋势，这是因为无烟煤中孔隙增加的原因。一般，孔隙增加的原因。一般，煤化程度越低，煤的内部表面积越大，煤化程度越低，煤的内部表面积越大，水分含量越高。水分含量越高。 1.1 煤中的水分煤中的水分煤的质量指标煤的质量指标1水分对煤工业利用的危害水分对煤工业利用的危害 （1）燃烧时，降低了煤的发热量；）燃烧时，降低了煤的发热量； （2）贮存时，使煤易碎裂、加速煤的氧化和自燃，在冬季使）贮存时，使煤易碎裂、加速煤的氧化和自燃，在冬季使煤装卸困难；煤装卸困难；FeS2+H2O+O2 FeSO4+H2SO4+Q （3）炼焦时，延长炼焦时间，并使焦炉的使用寿命缩短；）炼焦时，

5、延长炼焦时间，并使焦炉的使用寿命缩短；煤中水分对煤利用的影响煤中水分对煤利用的影响煤的质量指标煤的质量指标11.2 煤中的灰分煤中的灰分矿物质矿物质原生矿物质原生矿物质次生矿物质次生矿物质外来矿物质外来矿物质来源于来源于成煤植物本身所含的矿物质，一成煤植物本身所含的矿物质，一般为般为12 。不能用机械方。不能用机械方法除去法除去 。在成煤过程中，从外界进入成煤在成煤过程中，从外界进入成煤沼泽中以后保留于煤中的的矿物沼泽中以后保留于煤中的的矿物质，含量不高。较难与煤分离。质，含量不高。较难与煤分离。 在采煤过程中，煤层的顶板、底在采煤过程中，煤层的顶板、底板、夹矸等混入煤中的矿物质。板、夹矸等混

6、入煤中的矿物质。可用一般的选煤方法除去。可用一般的选煤方法除去。 来源于来源于来源于来源于煤的质量指标煤的质量指标1 煤中矿物质的含量变化很大，一般为煤中矿物质的含量变化很大，一般为2% 40%；其化学组；其化学组成又极为复杂，主要有成又极为复杂，主要有氧化物、硫化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸氧化物、硫化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐盐类等。类等。 1.2 煤中的灰分煤中的灰分煤的质量指标煤的质量指标1 煤的灰分煤的灰分是煤完全燃烧后，煤中矿物质发生失水、分解、氧是煤完全燃烧后，煤中矿物质发生失水、分解、氧化、化合等反应形成的混合物。化、化合等反应形成的混合物。 Al2O3-2SiO2-2H2O 4S

7、iO2+2Al2O3+4H2O CaCO3 CaO+CO2 FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2 CaO+SiO2 CaSiO3煤燃烧时矿物质的反应煤燃烧时矿物质的反应(高岭土高岭土)失水失水 分解分解 氧化氧化 化合化合 煤的质量指标煤的质量指标1 一般来说，矿物质或灰分是煤的有害成分，一般来说，矿物质或灰分是煤的有害成分，灰分越高，煤质灰分越高，煤质越差越差。灰分可。灰分可降低煤的发热量、增加运输成本、增多出渣量、降降低煤的发热量、增加运输成本、增多出渣量、降低焦炭的质量和焦炉的生产效率、加速煤的风化和自燃低焦炭的质量和焦炉的生产效率、加速煤的风化和自燃等。等。 煤灰渣也可用作为一种

8、资源开发利用，如用作煤灰渣也可用作为一种资源开发利用，如用作建材原料建材原料和从和从煤灰中提取煤灰中提取聚合铝、氯化铝、稀有分散元素聚合铝、氯化铝、稀有分散元素等。等。 煤的灰分对煤利用的影响煤的灰分对煤利用的影响煤的质量指标煤的质量指标1 煤的挥发分是由各类煤的挥发分是由各类CnHm化合物、化合物、H2、CO等化合物构成的等化合物构成的混合气体。如燃烧条件不恰当，挥发分高的煤燃烧时易产生黑烟、混合气体。如燃烧条件不恰当，挥发分高的煤燃烧时易产生黑烟、一氧化碳、多环芳烃、醛类等污染物，热效率降低。因而，要依一氧化碳、多环芳烃、醛类等污染物，热效率降低。因而，要依据煤的挥发分选择恰当的燃烧条件和

9、设备。据煤的挥发分选择恰当的燃烧条件和设备。 1.3 煤中的挥发分煤中的挥发分煤的质量指标煤的质量指标1 煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系，煤化程度越低，挥发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。测定挥发分的发分越高，随着煤化程度加深，挥发分逐渐降低。测定挥发分的意义如下：意义如下： （1）我国煤炭分类的重要指标之一；我国煤炭分类的重要指标之一； （2）工业上在选择气化、液化、动力和炼焦用煤时，都要首工业上在选择气化、液化、动力和炼焦用煤时，都要首先考虑挥发分是否符合要求。先考虑挥发分是否符合要求。1.3 煤中的挥发分煤中的挥发分煤的质

10、量指标煤的质量指标1 测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物。分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物。 1.4 煤中的固定碳煤中的固定碳 煤煤隔绝空气隔绝空气热解热解固定碳固定碳 + 灰分灰分挥发分挥发分水分水分干燥基煤干燥基煤 焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。 煤的质量指标煤的质量指标1 煤的固定碳与煤有机质中的碳含

11、量是煤的固定碳与煤有机质中的碳含量是两个不同的概念两个不同的概念。固定固定碳碳实际上是煤的实际上是煤的有机质有机质在隔绝空气条件下热解后的残留物。就数在隔绝空气条件下热解后的残留物。就数量上讲，煤的固定碳含量小于煤中有机质的碳含量。量上讲，煤的固定碳含量小于煤中有机质的碳含量。 根据固定碳含量可以判断煤的煤化程度，进行煤的分类。根据固定碳含量可以判断煤的煤化程度，进行煤的分类。固固定碳含量越高，挥发分越低，煤化程度越高。固定碳含量高，煤定碳含量越高，挥发分越低，煤化程度越高。固定碳含量高，煤的发热量也越高。的发热量也越高。 1.4 煤中的固定碳煤中的固定碳煤的物理性质煤的物理性质22.1 煤的

12、颜色煤的颜色褐煤褐煤长焰煤长焰煤气煤气煤肥煤肥煤焦煤焦煤瘦煤瘦煤贫煤贫煤无烟煤无烟煤棕褐色棕褐色黑褐色黑褐色深黑色深黑色黑褐色黑褐色黑褐色黑褐色黑褐色黑褐色黑褐色黑褐色灰黑色灰黑色煤的物理性质煤的物理性质22.1 煤的颜色煤的颜色1234煤在显微镜下的颜色煤在显微镜下的颜色煤的物理性质煤的物理性质22.1.1 煤的表色煤的表色 煤在普通白光的照射下，其表面的反射光所显的煤在普通白光的照射下，其表面的反射光所显的颜色称为表色。颜色称为表色。 煤化程度的影响煤化程度的影响 煤化程度越高，颜色越深。由褐煤、烟煤到无煤化程度越高，颜色越深。由褐煤、烟煤到无烟煤，其颜色由棕褐色、黑褐色、深黑色，最后变为

13、灰黑色。烟煤，其颜色由棕褐色、黑褐色、深黑色，最后变为灰黑色。煤挥发分的影响煤挥发分的影响 挥发分越低，颜色越深。如高挥发分的长焰煤挥发分越低，颜色越深。如高挥发分的长焰煤呈浅黑色或黑褐色；低挥发分的贫煤呈深黑色。呈浅黑色或黑褐色；低挥发分的贫煤呈深黑色。成煤物质的影响成煤物质的影响 由低等植物形成的腐泥煤，颜色较浅，如有的由低等植物形成的腐泥煤，颜色较浅，如有的呈深灰色，棕褐色，浅黄色或灰绿色等。呈深灰色，棕褐色，浅黄色或灰绿色等。水分灰分的影响水分灰分的影响 水分使颜色加深；灰分使颜色变浅。水分使颜色加深；灰分使颜色变浅。2.1 煤的颜色煤的颜色煤的物理性质煤的物理性质22.1.2 条痕色

14、条痕色 将煤在磁板上划出的条痕的颜色，它反映了煤的真将煤在磁板上划出的条痕的颜色，它反映了煤的真实颜色。实颜色。 褐煤褐煤：浅棕色；：浅棕色；长焰煤长焰煤：深棕色；：深棕色；气煤气煤：棕黑色；：棕黑色；肥煤、焦肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤煤、瘦煤、贫煤：黑色；：黑色；无烟煤无烟煤：黑灰色。：黑灰色。2.1 煤的颜色煤的颜色煤的物理性质煤的物理性质2腐泥煤的光泽多较暗淡；腐殖煤光泽可分为：沥青光泽、玻璃腐泥煤的光泽多较暗淡；腐殖煤光泽可分为：沥青光泽、玻璃光泽、金刚石光泽和似金属光泽等。光泽、金刚石光泽和似金属光泽等。煤的光泽除与煤的光泽除与煤化程度煤化程度有关，同时也受煤中有关，同时也受煤中矿物质、

15、煤岩成矿物质、煤岩成分、煤的表面性质、风化氧化分、煤的表面性质、风化氧化等的影响。等的影响。2.2 煤的光泽煤的光泽沥青光泽沥青光泽金属光泽金属光泽金刚光泽金刚光泽玻璃光泽玻璃光泽煤的物理性质煤的物理性质2煤受外力打击，断开后呈现出的凹凸不平的表面成为断口。煤受外力打击，断开后呈现出的凹凸不平的表面成为断口。2.3 煤的断口煤的断口贝壳状断口贝壳状断口参差状断口参差状断口煤的物理性质煤的物理性质2煤受到自然界各种应力的作用而造成的裂开现象。包括内生裂煤受到自然界各种应力的作用而造成的裂开现象。包括内生裂隙（垂直）和外生裂隙（平行）。隙（垂直）和外生裂隙（平行）。2.4 煤的裂隙煤的裂隙煤的物理

16、性质煤的物理性质22.4.1 真相对密度真相对密度(真比重真比重) True Relative Density, TRD真密度的概念：真密度的概念：20时煤的质量与同体积时煤的质量与同体积(不包括煤的所有孔隙不包括煤的所有孔隙)水的质量之比。水的质量之比。真密度的用途：真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的真密度的用途：真密度是煤的主要物理性质之一，在研究煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的分子结构、确定煤化程度、制定煤的分选密度时，都会用到煤的真密度。真密度。2.4 煤的密度煤的密度( (重点重点) )煤的物理性质煤的物理性质2 影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组

17、成、矿物质、煤化影响煤真密度的因素有成因类型、煤岩组成、矿物质、煤化程程度等。度等。成因类型的影响成因类型的影响 腐植煤的真密度一般不低于腐植煤的真密度一般不低于1.25g/cm3，而腐，而腐 煤岩组成的影响煤岩组成的影响 惰质组的密度最大，镜质组次之，壳质组最惰质组的密度最大，镜质组次之，壳质组最低，随煤化程度的提高这种差别减小，到无烟煤阶段趋于一致；低，随煤化程度的提高这种差别减小，到无烟煤阶段趋于一致；矿物质的影响矿物质的影响 矿物质的密度较煤的有机质高，因而，煤中矿物矿物质的密度较煤的有机质高，因而，煤中矿物质含量高则真密度大；质含量高则真密度大；影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素

18、泥煤仅为泥煤仅为1.00g/cm3左右。左右。煤的物理性质煤的物理性质2煤化程度的影响煤化程度的影响 对煤的真密度影响最大的是煤化程度。对煤的真密度影响最大的是煤化程度。 影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素 从低煤化度开始，随煤从低煤化度开始，随煤化程度的提高，煤的真密度缓化程度的提高，煤的真密度缓慢减小，到碳含量为慢减小，到碳含量为86% 89%之间的中等煤化程度时，之间的中等煤化程度时，煤 的 真 密 度 最 低 ， 约 为煤 的 真 密 度 最 低 ， 约 为1.30g/cm3左右，此后，随着煤左右，此后，随着煤化程度的提高，煤的真密度急化程度的提高，煤的真密度急剧提高到剧提高到1.9

19、0g/cm3左右。左右。煤的物理性质煤的物理性质2煤化程度的影响煤化程度的影响 煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化煤真密度随煤化程度的变化是煤分子结构变化的宏观表现。从化学结构的角度看，煤的真密度反映了煤分子结的宏观表现。从化学结构的角度看，煤的真密度反映了煤分子结构的紧密程度和化学组成的特点。构的紧密程度和化学组成的特点。其中分子结构的紧密程度是影其中分子结构的紧密程度是影响煤真密度的关键因素。响煤真密度的关键因素。影响煤真密度的因素影响煤真密度的因素 煤的物理性质煤的物理性质22.4.2 煤的视煤的视(相对相对)密度密度 apparent relative density, ARD

20、视密度的概念：视密度的概念：20时煤的质量与同体积（仅包括煤粒的内部时煤的质量与同体积（仅包括煤粒的内部孔隙）水的质量之比。孔隙）水的质量之比。视密度的用途：视密度的用途： 煤的视密度可用于计算煤的埋藏量煤的视密度可用于计算煤的埋藏量 计算煤的孔隙率计算煤的孔隙率2.4 煤的密度煤的密度100， TRDARDTRD孔孔隙隙率率-=煤的物理性质煤的物理性质22.4.3 煤的堆积密度煤的堆积密度bulk relative density，BRD 堆积密度的概念：堆积密度的概念： 煤的堆积密度是指煤的堆积密度是指20下煤的质量与同体积下煤的质量与同体积(包括煤的内外孔隙和煤粒间的空隙）包括煤的内外孔

21、隙和煤粒间的空隙） 水的质量之比。堆积密度的水的质量之比。堆积密度的大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积大小除了与煤的真密度有关外，主要决定于煤的粒度组成和堆积的密实度。的密实度。堆积密度的用途：堆积密度对煤炭生产和加工利用部门在设计堆积密度的用途：堆积密度对煤炭生产和加工利用部门在设计矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量等矿车、煤仓、估算煤堆重量、炼焦炉炭化室和气化炉的装煤量等都有很大的实用意义。都有很大的实用意义。 2.4 煤的密度煤的密度煤的物理性质煤的物理性质2煤的润湿性煤的润湿性 通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越通常采用接触角表示煤的

22、润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边(三相接触点三相接触点的连线的连线)的任何一点，经气液界面作切线的任何一点，经气液界面作切线 (即气液界面张力即气液界面张力)，构成液体与固体表面的夹角，即为接触角构成液体与固体表面的夹角，即为接触角。2.5 煤的润湿性煤的润湿性 g-s g-s l-s煤的物理性质煤的物理性质2煤的润湿性煤的润湿性 通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越通常采用接触角表示煤的润湿性的大小，接触角越大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边大，煤的润湿性越差。接触角是指通过三相接触周边(三

23、相接触点三相接触点的连线的连线)的任何一点，经气液界面作切线的任何一点，经气液界面作切线 (即气液界面张力即气液界面张力)，构成液体与固体表面的夹角，即为接触角构成液体与固体表面的夹角，即为接触角。2.5 煤的润湿性煤的润湿性气气气气气气水水水水水水石蜡煤矸石玻璃图1-1矿物表面对水及空气的润湿性示意煤的物理性质煤的物理性质2对水而言：随煤化程度加深，接触角增大，润湿性降低；对水而言：随煤化程度加深，接触角增大，润湿性降低；对苯而言：随煤化程度加深，接触角减小，润湿性提高。对苯而言：随煤化程度加深，接触角减小，润湿性提高。 通常，随着煤化程度的增加，煤对水介质的亲和性减弱；矿通常，随着煤化程度

24、的增加，煤对水介质的亲和性减弱；矿物质表现为亲水性，而煤一般表现为疏水性。物质表现为亲水性，而煤一般表现为疏水性。高浓度高浓度水煤浆水煤浆（年轻煤不宜制备）（年轻煤不宜制备）煤的煤的浮选脱灰浮选脱灰（年轻煤不宜浮选）（年轻煤不宜浮选） 煤的润湿性的随煤化程度变化规律煤的润湿性的随煤化程度变化规律煤的浮选示意图煤的浮选示意图凡与水亲和力大，凡与水亲和力大，易被水润湿的矿易被水润湿的矿物，难于附着在物，难于附着在气泡上，难浮选；气泡上，难浮选；而与水亲和力小，而与水亲和力小，难被水润湿的矿难被水润湿的矿物，易浮选。物，易浮选。煤的物理性质煤的物理性质2润湿热的概念：煤被液体润湿时会释放出热量，通常

25、用润湿热的概念：煤被液体润湿时会释放出热量，通常用1g煤煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。 润湿热通常用量热计直接测量：用甲醇作为润湿剂，因为甲醇润湿热通常用量热计直接测量：用甲醇作为润湿剂，因为甲醇对煤的润湿能力强，能迅速释放出全部润湿热。对煤的润湿能力强，能迅速释放出全部润湿热。润湿热与煤化程度的关系：年轻煤的润湿热较高，但随着煤化润湿热与煤化程度的关系：年轻煤的润湿热较高，但随着煤化程度的提高而急剧下降，在碳含量为程度的提高而急剧下降，在碳含量为90%左右达到最低值，以后左右达到最低值，以后又有所上升。又有所上升。 润湿热的本质：润湿热的产生实际上

26、是液体在煤的润湿热的本质：润湿热的产生实际上是液体在煤的孔隙内表面孔隙内表面上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热上发生吸附作用的结果。吸附作用越强，比表面积越大，润湿热就越高。就越高。 2.6 煤的润湿热煤的润湿热用于确定煤中空隙的内表面积用于确定煤中空隙的内表面积煤的物理性质煤的物理性质2内表面积：煤的内表面积是指煤内部孔隙结构的全部表面积内表面积：煤的内表面积是指煤内部孔隙结构的全部表面积(孔孔壁面积壁面积)，以，以m2/g表示。煤的内表面积的大小与煤的微观结构和化表示。煤的内表面积的大小与煤的微观结构和化学反应性有密切关系，是煤的重要物理指标之一。学反应性有密切关系，

27、是煤的重要物理指标之一。2.6 煤的表面积煤的表面积煤的物理性质煤的物理性质2 低变质程度煤的内表面积大，随煤低变质程度煤的内表面积大，随煤化度的加深，内表面积迅速减小，在煤化度的加深，内表面积迅速减小，在煤的碳含量为的碳含量为90%左右时达到最低值，之左右时达到最低值，之后，随着煤化度的再加深又迅速增加。后，随着煤化度的再加深又迅速增加。2.6 煤的表面积煤的表面积1润湿热法；润湿热法；2氖吸附法；氖吸附法；3CO2吸附法吸附法煤的物理性质煤的物理性质2 煤的孔隙率是煤粒中毛细管和孔隙的体积占整个煤粒外观体煤的孔隙率是煤粒中毛细管和孔隙的体积占整个煤粒外观体积的百分数。又称煤的孔隙度。通常用

28、置换法测定或用煤的真密积的百分数。又称煤的孔隙度。通常用置换法测定或用煤的真密度和煤的视密度按下式计算：度和煤的视密度按下式计算：2.6 煤的孔隙率煤的孔隙率100， TRDARDTRD孔孔隙隙率率-=煤的物理性质煤的物理性质2 年轻烟煤的孔隙率高，在年轻烟煤的孔隙率高，在10%以上。随着煤化度的加深，以上。随着煤化度的加深，孔隙率降低，煤的碳含量为孔隙率降低，煤的碳含量为90%左右时，孔隙率最低，约为左右时，孔隙率最低，约为3%，之之后，随煤化度加深又有所增加。后，随煤化度加深又有所增加。2.6 煤的孔隙率煤的孔隙率煤的物理性质煤的物理性质2 煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将其划分

29、为大煤中孔隙的孔径并不均匀，通常根据孔径大小将其划分为大孔、中孔和微孔孔径孔、中孔和微孔孔径 的划分如下表所示：的划分如下表所示： 2.6 煤的孔径分布煤的孔径分布煤的物理性质煤的物理性质2 随着煤化程度的提高，煤的孔径逐渐缩小。含碳量小于随着煤化程度的提高，煤的孔径逐渐缩小。含碳量小于75%的褐煤大孔占优势，几乎没有过渡孔；含碳量的褐煤大孔占优势，几乎没有过渡孔；含碳量75% 82%的煤过的煤过渡渡孔特别发达；含碳量孔特别发达；含碳量88% 91%的煤微孔占优势。的煤微孔占优势。 2.6 煤的孔径分布煤的孔径分布煤的物理性质煤的物理性质22.7.1 划痕硬度（莫氏硬度）划痕硬度（莫氏硬度）

30、采用一套具有采用一套具有标准硬度标准硬度的矿物刻划煤，的矿物刻划煤，得到粗略的相对硬度，称为刻划硬度，又叫莫氏硬度。根据得到粗略的相对硬度，称为刻划硬度，又叫莫氏硬度。根据莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为1 4。2.7 煤的硬度煤的硬度表表 标准矿物的莫氏硬度标准矿物的莫氏硬度矿矿 物物硬度级别硬度级别矿矿 物物硬度级别硬度级别滑滑 石石1长长 石石6石石 膏膏2石石 英英7方解石方解石3黄黄 晶晶8氟氟 石石4刚刚 玉玉9磷灰石磷灰石5金刚石金刚石10煤的物理性质煤的物理性质2煤的物理性质煤的物理性质22.7.1 划痕硬度（莫氏硬度）划痕硬度（莫氏硬度） 采用一套

31、具有采用一套具有标准硬度标准硬度的矿物刻划煤，的矿物刻划煤，得到粗略的相对硬度，称为刻划硬度，又叫莫氏硬度。根据得到粗略的相对硬度，称为刻划硬度，又叫莫氏硬度。根据莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为莫氏硬度的划分，煤的硬度一般为1 4。 煤的硬度与煤化程度有关，中等煤化程度的焦煤，硬度较小，煤的硬度与煤化程度有关，中等煤化程度的焦煤，硬度较小，约为约为2 2.5，随着煤化程度的提高，硬度增加，无烟煤的硬，随着煤化程度的提高，硬度增加，无烟煤的硬度最大，约为度最大，约为4左右。左右。2.7 煤的硬度煤的硬度准确性较差准确性较差煤的物理性质煤的物理性质22.7.2 显微硬度显微硬度 显微硬度属于压入硬

32、度的一种。一般采用特殊形状显微硬度属于压入硬度的一种。一般采用特殊形状（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压（如角锥形、圆锥形等）而又非常坚硬的压入器，施加一定的压力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜力，使压入器压入到样品表面，形成压痕，卸除压力后用显微镜测量压痕的尺寸，如用方形棱锥形金刚石压入器时，测量压痕对测量压痕的尺寸，如用方形棱锥形金刚石压入器时，测量压痕对角线的长度，即可计算出显微硬度值：角线的长度，即可计算出显微硬度值： 2.7 煤的硬度煤的硬度式中式中 H显微硬度，显微硬度，MPa；P加在压入器上的负荷，加在压入器上的负荷，N；d压痕对角线长

33、度，压痕对角线长度，mm； 方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136 。 222sindPHP 煤煤煤的物理性质煤的物理性质2 从褐煤开始，显微硬度随煤从褐煤开始，显微硬度随煤化程度提高而上升，在碳含量为化程度提高而上升，在碳含量为75 % 80 % (长焰煤、气煤长焰煤、气煤) 之间有之间有一个极大值；此后，显微硬度随煤一个极大值；此后，显微硬度随煤化程度提高而下降，在碳含量达到化程度提高而下降，在碳含量达到90%左右最低；煤化程度再提高，左右最低；煤化程度再提高，显微硬度又开始上升，到无烟煤阶显微硬度又开始上升，到无烟煤阶段，显微硬度几乎随煤化程度提高段，

34、显微硬度几乎随煤化程度提高而直线增加。而直线增加。 显微硬度随煤化程度的变化显微硬度随煤化程度的变化煤的物理性质煤的物理性质2 煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易程度。目前，国际上普遍煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易程度。目前，国际上普遍采用采用哈特葛罗夫法哈特葛罗夫法评定煤的可磨性评定煤的可磨性(Hardgrove grindability index , HGI )。其基本依据是研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正。其基本依据是研磨煤粉所消耗的功与新产生的表面积成正比。比。2.8 煤的可磨性煤的可磨性HGI越大，表示煤的可磨性越好，煤越容易被磨碎。越大，表示煤的可磨性越好，煤越容易被磨碎。 煤

35、的物理性质煤的物理性质2 在低煤化阶段，随在低煤化阶段，随煤化程度的增加，煤的煤化程度的增加，煤的可磨性缓慢增加，在碳可磨性缓慢增加，在碳含量为含量为87%90%时，时，可磨性迅速增大，在碳可磨性迅速增大，在碳含量为含量为90%左右达到最左右达到最大值，此后随煤化程度大值，此后随煤化程度的进一步提高而迅速下的进一步提高而迅速下降。降。2.8 煤的可磨性煤的可磨性HGI,%87%90%煤的物理性质煤的物理性质2含义含义 指在一定温度范围内，单位质量的煤温度升高指在一定温度范围内，单位质量的煤温度升高 1 所需所需要的热量。也叫煤的热容量。要的热量。也叫煤的热容量。影响比热容的因素影响比热容的因素

36、 煤的比热容随水分增大而提高；煤的比热容随水分增大而提高； 煤的比热容随灰分增多而减小；煤的比热容随灰分增多而减小； 煤的比热容随煤化程度提高而减小；煤的比热容随煤化程度提高而减小； 煤的比热容随温度的升高而呈抛物线变化。煤的比热容随温度的升高而呈抛物线变化。2.9 煤的比热容煤的比热容煤的物理性质煤的物理性质2煤的比热容随煤化程度的变化煤的比热容随煤化程度的变化煤的物理性质煤的物理性质2煤的比热容随温度的变化煤的比热容随温度的变化350煤的物理性质煤的物理性质2煤的热稳定性的概念：煤的热稳定性的概念： 煤的热稳定性是块煤在高温下保持原来煤的热稳定性是块煤在高温下保持原来粒度的能力，用粒度的能

37、力，用TS（Thermal Stability）表示。）表示。热稳定性的用途：固定床燃烧或气化用燃煤的重要指标。热稳定性的用途：固定床燃烧或气化用燃煤的重要指标。2.10 煤的热稳定性煤的热稳定性煤的物理性质煤的物理性质2 热稳定性差的煤，则迅速裂成小块或煤粉，轻则热稳定性差的煤，则迅速裂成小块或煤粉，轻则炉内结渣炉内结渣, ,增增加加炉内阻力和带出物炉内阻力和带出物，降低燃烧或气化，降低燃烧或气化效率效率，重则，重则破坏气化过破坏气化过程程，甚至，甚至造成停产造成停产。因此，要求煤有足够的热稳定性。因此，要求煤有足够的热稳定性。2.10 煤的热稳定性煤的热稳定性煤的物理性质煤的物理性质2 煤

38、的热稳定性和成煤过程中的地质条件、煤中矿物质成分等煤的热稳定性和成煤过程中的地质条件、煤中矿物质成分等有关。如含有关。如含碳酸盐碳酸盐多的煤或含多的煤或含水分水分多的煤热稳定性差。多的煤热稳定性差。2.10 煤的热稳定性煤的热稳定性CaCO3 CaO+CO2H2O H2O (蒸汽蒸汽)产生气体，热稳定性差产生气体，热稳定性差煤的物理性质煤的物理性质2 煤的导热系数与其水分、灰分、温度及煤种有关。水的导热煤的导热系数与其水分、灰分、温度及煤种有关。水的导热系数远大于空气，约为后者的系数远大于空气，约为后者的25倍，所以倍，所以煤中水分增高，煤的导煤中水分增高，煤的导热系数将变大热系数将变大；矿物

39、质的导热系数远高于有机物，因而煤的；矿物质的导热系数远高于有机物，因而煤的灰分灰分增加，导热系数将随之增大增加，导热系数将随之增大；煤的；煤的导热系数与温度呈正比关系，导热系数与温度呈正比关系，随温度的上升而增大随温度的上升而增大；腐植煤中泥炭的导热系数最低，烟煤的导；腐植煤中泥炭的导热系数最低，烟煤的导热系数明显高于泥炭，烟煤中热系数明显高于泥炭，烟煤中焦煤和肥煤的导热系数最小焦煤和肥煤的导热系数最小，无烟无烟煤具有更高的导热系数煤具有更高的导热系数。2.11 煤的导热性煤的导热性煤的化学性质煤的化学性质3 煤的热解也称为煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条煤的热解也称为煤的干馏或热分解，

40、是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学件下进行加热，煤在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。煤热解的结果是生成气体（反应的复杂过程。煤热解的结果是生成气体（煤气煤气）、液体）、液体 （焦焦油油）、固体）、固体 （半焦或焦炭半焦或焦炭） 等产品。等产品。3.1 煤的热解煤的热解焦油经加氢可制取汽油、柴油和喷气燃料。焦油经加氢可制取汽油、柴油和喷气燃料。煤气是使用方便的燃料，可成为天然气煤气是使用方便的燃料，可成为天然气的代用品，另外还可用于化工合成。的代用品，另外还可用于化工合成。半焦既是优质的无烟燃料，也是优质的半焦既是优质的无烟燃料，也

41、是优质的铁合金用焦、气化原料、吸附材料。铁合金用焦、气化原料、吸附材料。煤的化学性质煤的化学性质3第一阶段第一阶段 (Ti:350 400)，此阶段为干燥脱气阶段。，此阶段为干燥脱气阶段。120前主要前主要为干燥脱水；为干燥脱水；200左右脱掉吸附在空隙中的左右脱掉吸附在空隙中的CH4、CO2和和N2等。等。第二阶段第二阶段 (Ti 550左右左右)，煤热解生成半焦、焦油、热解水、烃，煤热解生成半焦、焦油、热解水、烃类气体和碳氧化合物。类气体和碳氧化合物。第三阶段第三阶段 (550 1000)，焦炭成熟阶段或二次脱气阶段。焦油发，焦炭成熟阶段或二次脱气阶段。焦油发生二次反应，生成新的气态烃。主

42、要是生二次反应，生成新的气态烃。主要是C2H4和和C3H6。在。在700，烷烷基芳烃裂解生成基芳烃裂解生成CH4和芳烃，酚类裂解生成和芳烃，酚类裂解生成CO和气态烃。和气态烃。煤的热解的基本过程煤的热解的基本过程煤的化学性质煤的化学性质3 煤的氧化是煤与各种氧化剂在不同条件下发生的化学反应。煤的氧化是煤与各种氧化剂在不同条件下发生的化学反应。煤的氧化阶段（五个阶段）煤的氧化阶段（五个阶段）阶段阶段I：表面氧化，生成不稳定的碳氧配合物，易分解为：表面氧化，生成不稳定的碳氧配合物，易分解为CO、CO2 和和H2O，形成新表面；，形成新表面；阶段阶段II：生成可溶于碱再生腐殖酸；：生成可溶于碱再生腐

43、殖酸；阶段阶段III：生成可溶于水次生腐殖酸；：生成可溶于水次生腐殖酸；阶段阶段IV：生成可溶于水有机酸；：生成可溶于水有机酸；阶段阶段V：是程度最深的氧化，一旦反应启动，氧化深度难以控制。：是程度最深的氧化，一旦反应启动，氧化深度难以控制。轻度氧化；深度氧化轻度氧化；深度氧化3.2 煤的氧化煤的氧化煤的化学性质煤的化学性质3 煤的风化煤的风化 靠近地表的煤层受到大气和雨水中氧长时间的渗透、靠近地表的煤层受到大气和雨水中氧长时间的渗透、氧化和水解，性质发生很大变化，这个过程成为风化。经氧化和水解，性质发生很大变化，这个过程成为风化。经过风化的煤叫过风化的煤叫风化煤风化煤。风化煤一般质地较软，易

44、捻碎，碎后呈黑风化煤一般质地较软，易捻碎，碎后呈黑褐色。褐色。 3.3 煤的风化煤的风化煤的化学性质煤的化学性质3化学组成化学组成 风化后风化后C、H质量分数下降，质量分数下降，O质量分数上升。质量分数上升。物理性质物理性质 风化煤的强度和硬度降低，吸湿性增加。风化煤的强度和硬度降低，吸湿性增加。化学性质化学性质 风化煤含有再生腐植酸，发热量减少，着风化煤含有再生腐植酸，发热量减少，着火点降低火点降低。工艺性质工艺性质 风化煤粘结性下降；干馏时焦油产率下降，气体风化煤粘结性下降；干馏时焦油产率下降，气体中中 CO和和CO2增加，氢气和烃类减少。增加，氢气和烃类减少。风化煤性质的变化风化煤性质的

45、变化煤的化学性质煤的化学性质3 煤的解聚煤的解聚 若通过若通过温和条件温和条件下的化学反应，将煤的大分子结构下的化学反应，将煤的大分子结构中的不同桥键断开，就叫煤的降解或解聚。中的不同桥键断开，就叫煤的降解或解聚。3.4 煤的解聚煤的解聚 Wiser模型模型 煤的工艺性质煤的工艺性质4粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而粘结性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好煤的粘结性是结焦

46、性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行就是为什么要进行配煤炼焦配煤炼焦的道理。的道理。4.1 煤的粘结性和结焦性煤的粘结性和结焦性煤的工艺性质煤的工艺性质4粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度热分解、软化形成的胶质体的厚度Y来表示，常称胶质层厚度。来表示，常称胶质层厚度。胶胶质层越厚，粘结性越好。质层越厚，粘结性越好。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等

47、多种粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小质层厚度也很小 4.1 煤的粘结性和结焦性煤的粘结性和结焦性 煤的工艺性质煤的工艺性质4煤的发热量也就是煤的热值。煤的发热量是表征煤炭特性的综煤的发热量也就是煤的热值。煤的发热量是表征煤炭特性的综合指标：是低煤化程度的煤（褐煤与长焰煤）的分类指标之一；合指标：是低煤化程度的煤（褐煤与长焰煤）的分类指标之一；在煤的燃烧或转化过程中，常用发热量来计算热平衡、热效率及在煤的燃烧或转化过程中，常用发热量来计算热平衡、热效

48、率及耗煤等；是锅炉设计、燃烧设备选型的重要依据；是评价动力用耗煤等；是锅炉设计、燃烧设备选型的重要依据；是评价动力用煤质量好坏的一个重要参数；也是动力用煤计价的重要依据。煤质量好坏的一个重要参数；也是动力用煤计价的重要依据。 4.2 煤的发热量煤的发热量 煤的工艺性质煤的工艺性质4高位发热量。煤的高位发热量。煤的高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量，此时煤中的硫只生成量，此时煤中的硫只生成SO2，氮是游离状态，氮是游离状态N2，水呈液态冷凝，水呈液态冷凝（常温约（常温约25）。）。 低位发热量。低位发热量。低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的低位

49、发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热量。煤在工业窑炉中燃烧时，煤中水分和氢生成的水蒸汽随烟热量。煤在工业窑炉中燃烧时，煤中水分和氢生成的水蒸汽随烟道气进入大气中，此时燃料燃烧放出的热量一部分被水气化所吸道气进入大气中，此时燃料燃烧放出的热量一部分被水气化所吸收，故热值降低。收，故热值降低。 4.2 煤的发热量煤的发热量 煤的工艺性质煤的工艺性质4 在腐殖煤中，煤的发热量随煤化程度增高的变化规律是由小在腐殖煤中，煤的发热量随煤化程度增高的变化规律是由小到大再到小：到大再到小：褐煤到焦煤阶段褐煤到焦煤阶段 发热量随煤化程度增高而增大，焦煤最高达发热量随煤化程度增高而增大，焦煤最高达37.05（MJ/kg）。）。 原因：褐煤到焦煤，原因：褐煤到焦煤，H元素含量变化不大，但元素含量变化不大，但C元素含量明显元素含量明显增加，而增加，而O元素含量大幅减少，导致煤的发热量逐渐增大。元素含量大幅减