煤种及煤炭相关指标

1、煤种及煤炭相关指标1一、煤的生成1、泥炭化阶段 在古代地球上大部分地区水陆交错，沼泽遍布，地面上气候温暖湿润，大气中CO2充沛，为植物的生长创造了极其有利的条件，当时植物生长迅速且形体庞大。植物不断繁殖、生长、死亡，其残骸堆积在水中之后，由于死亡植物被水浸泡或淹没，它们完全与空气隔绝，氧气停止进入，这时，植物残骸的菌解作用就依靠本身含有的氧发生氧化分解，即产生厌氧分解，发生去羧基、脱水作用，放出CO2、水及甲烷，形成一种凝胶状的物质，这时残骸物的碳含量相对增加，而氧及氢含量则趋于减少，植物残骸经过这些变化后，改变了原来的形体和结构，变成了含水量很高的棕褐色物质，这种物质称为泥炭或泥煤，这个复杂

2、的生物化学变化过程就称为泥炭化阶段。22、煤化阶段 由于地壳下沉、泥炭层被埋复于下层，周围泥沙堆积在泥炭层上，形成了顶板，顶板上面植物继续繁殖、生长、死亡，形成新一层泥炭，泥炭层上面继续形成新一层顶板，这样就形成了一层又一层的泥炭。当在泥炭层上面形成了岩石顶板后，即进入了成煤的第二个阶段煤化阶段。（1）成岩作用阶段：如果地壳的下沉速度与植物生长的速度互相配合，将形成很厚的泥炭层，以后就能形成很厚的煤层。但是，地壳下沉的速度常常超过植物残骸堆积速度，于是，水层覆盖过厚，影响植物的生长，于是泥炭堆积中断，代之以粘土沙石的堆积，因而在泥炭层上形成了岩层，称为顶板，如果此时地壳下沉速度减慢，又造就了植

3、物繁殖、生长、死亡及植物残骸堆积条件，形成新的泥炭层。随着地壳升降速度的不同，就形成了不同厚度的岩层，岩层厚的就形成了顶板，岩层薄的就形成了泥炭内部的矸石夹层，从而形成了不同层次的煤层。3 在漫长的地质年代里，埋复泥炭受得顶板和上覆岩层的压力作用，发生了变紧、失水、胶体老化、硬结等物理和化学变化，于此同时埋复泥炭的岩层的化学组成也发生了相当缓慢的变化，这一变化使得埋复泥炭最后变成了比重较大、较致密的黑褐色的褐煤，而岩层也变成了较硬的顶板，这个过程叫成岩作用阶段。（2）变质作用阶段：当地壳继续下沉和顶板加厚时，由于地热和顶板压力的提高，褐煤受得高温高压的作用，发生一系列物理化学变化，主要是分解和

4、缩聚。一方面褐煤的有机质分解，另一方面分解产物又相互缩聚，生成分子量更大的物质，同时产生一些气态物质如CO2和甲烷等。于是，有机物中碳含量增高，氧和氢含量减低，缩合芳环的个数增加。有机分子结构的变化，必然引起褐煤的质变，因此这一阶段称为变质作用阶段。 随着变质程度的加深（也叫煤化度），褐煤将变成烟煤和无烟煤，在变质过程中，腐植酸逐渐变成中性的腐殖质了，这样在烟煤中已不再含有腐植酸了。45二、煤的种类与特征煤是由植物残骸经生物化学作用和地质变质作用形成的一种有机生物岩，根据成煤物质成煤条件不同，可以把煤划分为三大类：腐泥煤、残植煤及腐植煤。1. 腐泥煤 它是由死亡的低等植物和浮游生物在缺氧的条件

5、下转化而成。其特点是无光泽、硬度及韧性大，真密度一般小1。其特点是灰分、硫分均高，碳含量低，并经常含有品位较高的钒、钼、镍等伴生矿物。 2. 残植煤 这种煤在自然界储量很少，但种类较多。它是由高等植物残体中最稳定部分（如孢子、角质层、树脂、树皮等）所形成。残植煤一般含氢量高，挥发分多，低温焦油产率高。它适于作为低温干馏及加氢液化的原料。 3. 腐植煤 由高等植物残体经过成煤过程中的泥炭化作用、成岩作用及变质作用生成腐植煤。它是自然界分布最广、蕴藏量最大、用途最多的煤。腐植煤根据煤化程度的不同分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。泥炭煤化程度最低，无烟煤煤化程度最高。炼焦用煤都是腐植煤。以下讲的煤

6、都是指腐植煤。6腐殖煤是近代煤炭综合利用的主要物质基础，也是煤化学的重点研究对象。根据煤化度的不同，它可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四大类。各类煤具有不同的外表特征和特性，其典型的品种，一般肉眼就能区分。（1）泥炭泥炭是植物向煤转变的过渡产物，外观呈不均匀的棕褐色或黑褐色。它含有大量末分解的植物组织，如根、茎、叶等残留物，有时肉眼就能看出。泥炭含水量很高，一般可达8595%。开采出的泥炭经自然风干后，水分可降至2535%。干泥炭为棕黑色或黑褐色土状碎块。（2）褐煤褐煤是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名。与泥炭相比，褐煤中腐殖酸的芳香核缩合程度有所增加

7、，含氧官能团有所减少，侧链较短，侧链的数量也较少。由于腐殖酸的相互作用，腐殖酸开始转变为中性腐殖质。褐煤大多数无光泽，真密度1.101.40g/cm3。褐煤含水较多，达3060% ，空气干燥后仍有1030%的水分，易风化破裂。在外观上，褐煤与泥炭的最大区别在于褐煤不含未分解的植物组织残骸，且呈成层分布状态。（3）烟煤烟煤的煤化度低于无烟煤而高于褐煤，因燃烧时烟多而得名。烟煤中已不含有游离腐殖酸，腐殖酸已全部转变为更复杂的中性腐殖质子。因此，烟煤不能使酸、碱溶液染色。一般烟煤具有不同程度的光泽，绝大多数呈明暗交替条带状。所有的烟煤都是比较致密的，真密度较高1.201.45g/cm3，硬度亦较大。

8、7在烟煤中，气煤、肥煤、焦煤和瘦煤都具有不同程度的黏结性。它们被粉碎后高温干馏时，能不同程度地“ 软化” 和“ 熔融” 成为塑性体，然后再固化为块状的焦炭。传统观念认为这四种煤是炼焦的主要原料煤，故称之为炼焦煤；除此以外的其他煤没有或基本没有黏结性，只能用于低温干馏、造气或动力燃料等，故称之为非炼焦用煤。随着煤准备与炼焦工艺的发展，扩大了炼焦用煤的资源。新的炼焦技术已能使用所有的烟煤，甚至无烟煤作为原料成分，不再仅仅局限于气、肥、焦、瘦这四种煤。烟煤是自然界最重要，分布最广，储量最大，品种最多的煤种。根据煤化度的不同，我国将其划分为长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等。（4）

9、 无烟煤无烟煤是煤化度最高的一种腐殖煤，因燃烧时无烟而得名。无烟煤外观呈灰黑色，带有金属光泽，无明显条带。在各种煤中，它的挥发分最低，真密度最大1.351.90g/cm3，硬度最高，燃点高达360410以上。无烟煤主要用作民用、发电燃料；制造合成氨的原料；制造炭电极、电极糊和活性炭等炭素材料的原料；煤气发生炉造气的燃料；低灰低硫、可磨性好的无烟煤还适于作新法炼焦的原料、高炉喷吹和烧结铁矿的燃料；以及生产脱氧剂、增碳剂等。8三、煤的组成与性质 1、煤的元素组成 煤是由有机物和无机物组成，但以有机质为主体。而煤的有机质主要由碳、氢、氧及少量的氮、硫、磷等元素构成。通常所说的元素分析是指煤中碳、氢、

10、氧、氮和硫的测定。这五种元素是组成煤有机质的主体，煤的组成变化与煤的成因类型、煤的岩相组成和煤化度密切相关。煤的元素组成对研究煤的成因、类型、结构、性质和利用等都有十分重要的意义。 （1）碳：碳是煤中最重要的元素。煤的碳含量随煤化度的升高而增加，泥炭的碳含量为 5060%；褐煤 6077%；烟煤为 7489%；无烟煤 9098%。 （2）氢：氢是煤中第二个重要组成元素，在煤的有机结构中，氢结合在碳的链状或环状结构中。煤的氢含量随煤化度的升高而减少。 （3）氮：煤中的氮通常都是以有机氮的形式存在，主要由成煤植物中的蛋白质转化而来。煤的氮含量约为 0.81.8%，氮含量随煤化度的升高而略有下降。在

11、干馏时，煤中的大部分氮转化为氨与吡啶类等。 （4）氧：氧是煤的主要元素之一。在整个煤的变质过程中，氧含量随煤化度的增加而迅速降低。从泥炭到无烟煤，煤的氧含量从 3040%下降为 25%。 （5）硫：硫分是评价煤质的重要指标之一。在炼焦、气化、燃烧等各种用煤工艺中，硫都是一种有害的杂质。焦炭中的硫在高炉冶炼过程中会转入生铁中，而致使铁热脆，对钢铁产品极具危害。硫在焦炉煤气合成甲醇中会使催化剂中毒，影响甲醇的生产。硫在煤中以有机硫和无机硫两种形式存在。无机硫主要存在于矿物质中，在洗选煤的过程中可除去一部分；有机硫存在于煤的有机质结构中，很难清除，用物理洗选的方法不能脱除。 9（6）磷：煤中的磷主要

12、是无机磷，也有微量的有机磷。炼焦时，煤中磷全部进入焦炭，炼铁时，焦炭中的磷几乎全部进入生铁，使钢材冷脆。因此，磷是煤中的有害成分。我国的煤源一般含磷都很低，不会超过炼焦用煤的工业要求（85，再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤与其它煤类，当Y25.0mm时，应划分 为肥煤或气肥煤，如Y25mm，则根据其Vdaf的大小而划分为响应的其它煤类。 按b值分类时，Vdaf28%，暂定b150%的为肥煤，Vdaf28%，暂定b220%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。 2.Vdaf37%，G5的煤，再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。 3.Vdaf37%，PM30%-

13、50%的煤，再测Qgr，maf，如其值24MJ/kg(5739cal/g)，应划分为长焰煤。32八、单种煤的结焦性质1.褐煤它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。没有粘结性，在普通焦炉中不结焦，故不属于炼焦煤种。在炼焦工艺中，可以将褐煤压成型块炼制型焦，也可以少量配入炼焦煤内炼焦，其挥发分高，焦油产率高。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。2.长焰煤它的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm，在普通炼焦炉内不能

14、单独炼焦，所以长焰煤不属于炼焦煤种。在某些长焰煤多的地区，可少量配入使用，但配入量稍多时，会使焦炭强度和耐磨性变坏，尤其是配煤中肥煤较少时更为明显。易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。3.不粘煤是一种在成煤初期已经受到相当程度氧化作用的低变质到中等变质程度的非炼焦用煤，它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量较小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。4.弱粘煤是一种粘结性较弱，从低变质到中等变质程度的非炼焦用煤，水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易

15、碎，粉焦率高。在煤岩组分中有较高的丝质组和半丝质组成分。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。335. 1/2中粘煤相当于原分类中的一部分1号肥气煤和1号肥焦煤及粘结性较好的一些弱粘煤，因而它是一种过渡煤种。但这类煤储量和产量都不多。它具有中等粘结性和中高挥发分，其中有一部分在单煤炼焦时能结成一定强度的焦炭，但粉焦率高，故可以作为配煤炼焦的原料，主要作为气化用煤和动力燃料。6.气煤挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差，易于分解，胶质体粘度小流动度高，在生成半焦时胶质体可分解出大量挥发分，固化的部分较少，生成的焦炭收缩大，因此多用气煤炼焦时，有减少膨胀压力和增加化学产品产率的优点。能单独结焦，但炼出的焦

16、炭细长易碎，收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差，故只能用作配煤炼焦。还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。7.气肥煤是一种挥发分和胶质体厚度都很高的强粘结性炼焦煤，结焦性介于气煤和肥煤之间优于气煤而低于肥煤，胶质体虽多但较稀薄，单独炼焦时能产生大量的煤气和化学产品，最适合高温干馏制造城市煤气，更是配煤炼焦的好原料。8. 1/3焦煤是挥发分中等偏高、粘结性较强的炼焦煤种，相当于原分类中的2号肥气煤和2号肥焦煤，以及少量粘结性较好的1号肥气煤和1号肥焦煤，它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是

17、,配煤炼焦的骨架煤之一。在炼焦时，其配入量可在较宽的范围内波动而能获得较高强度的焦炭。 349.肥煤肥煤是中等变质程度的煤，其煤化度比气煤高，其分子结构中所含的侧链的数量较多，长度适当，含氧量少，热解产物中一部分的分子量较大，在320450呈液态，因此肥煤的胶质体数量多、形成大于25mm的胶质层，流动性好，热稳定性高，这些决定了肥煤的粘结性最强，是我国炼焦煤的基础煤种之一。但是，肥煤的挥发分高，半焦热分解和热缩聚比较剧烈，收缩量和收缩度较大，故单独炼焦时，焦炭的裂纹较多、较深、较宽，易碎成小块。由于其胶质体数量多而且有一定的粘度，故膨胀压力大，单独炼焦时易发生焦饼难推。因其粘结性强，焦炭熔融性

18、好，用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭气孔率高，焦饼中心有海绵焦。10.焦煤焦煤的煤化度比肥煤稍高，具有中低等挥发分和中高等粘结性，大分子侧链比气、肥煤少，含氧量更低，热分解的液态产物比肥煤少，但热稳定性更高，胶质体数量多，粘度大，固化温度较高，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。在配煤中配入焦煤，主要是用来提高焦炭的强度，生产优质冶金焦或铸造焦。11.瘦煤瘦煤变质程度较高，具有较低挥发分和中等粘结性，加热时产生的胶质体少且粘度大。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。从外观上看，有粒状物质存在。因此，用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。另外，有些粘结性好的瘦煤还具有较大的膨胀压力。12.贫瘦煤是炼焦煤中变质程度最高的一种，挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。配煤炼焦时，配入一定比例的贫瘦煤也能起到瘦煤的瘦化作用。对提高焦炭块度起到良好的作用，故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料 3513.贫煤贫煤变质程度比瘦煤高，具有一定的挥发分，属于高变质程度的煤，加热时不产生或只产生极微量的胶质体