煤化工概论by第4章煤性质

第四煤的岩相学与煤的岩相学特煤的物理性质和物理化学性煤的工业分析与煤的元素组煤的工艺性煤岩学概煤岩学是一门用肉眼或运用光学仪器研究可燃岩石的学科，即从岩石学的角度来研究煤的组成、类型性质。意义：运用煤岩学确定煤的岩石组成和煤化程度，是正确评价煤质、确定煤的合理应用途径的重要依据，也是研究煤的成因和变质程度的基础。煤岩学研究方法是在不破坏煤的原生结构、表面性质的情况下，采用以物理方法为主，直接对煤的各方面性质进行研究。研究方法分为宏观研究法和微观研究法微观研究法是采用显微镜来研究煤，有两种研究方法，一种是在透射光下研究煤的薄片，鉴定标志主构外，还根据突起、反光性等进行鉴定。煤的显微组显微组分（Maceral是煤在显微镜下能够区别和辨 我国（GB/T1558-199），将煤的显微组分划分为、半镜质组、壳质组和惰质组四个组分，目前与国际分类方案接轨 根据各种成因标志在显微组分中进一步细分为亚组显微组分（有机）分类和命国际硬煤显微组分分类（Stosen系统）国际褐煤显微组分分中国烟煤显微组分分类（GB/T15588-蒂逊-矿务局分 分类方国际硬煤的显微组分分类方显微组分 显微组 显微亚组 显微组分镜质壳质组惰性

结构无结构孢子角藻类荧光沥半丝微粒惰屑

结构 结构 均质 胶质基质 团块火焚 氧化

科达树结构 真菌结构木质结构 鳞木结构薄壁孢子 厚壁孢子小孢子 大孢子皮拉藻类体、密丝组织 团块菌类体假团块菌类显微组分显微组显微亚组显微组分1-镜质结构结构镜结构镜封印木结构基质团块镜屑2-惰性半丝火焚氧化粗粒菌类真菌菌类密丝组织体团块菌类假团块菌类微粒惰屑国际硬煤的显微组分分类方显微组分显微组显微亚组显微组分3-壳质孢子大孢子角树脂镜质树脂木藻类结构藻类皮拉藻类轮奇藻类层状藻类荧光沥渗出沥青壳屑中国烟煤显微组分分类方组代组分代亚组分代号V结构T结构镜 结构镜 无结构C 基质镜团块镜胶 碎屑结构半无结构半均质半镜基质半镜团块半 碎屑半I半丝F微粒粗粒粗粒体 粗粒体 菌类菌类体 菌类体 碎屑E孢子大孢子 小孢子 角树脂木树皮沥渗出沥青荧光藻类结构藻类 层状藻类 碎屑中国烟煤显微组分分以前的版本中将过渡组分命名为半镜质组单独划出 7404-1:1994）煤的有机显微组分的差组别名镜质惰质稳定英文成凝胶化作丝炭化作稳定部透光橙红—红黑黄—橙薄片透光透明—半透不透明或微透透明—半透反光深灰—浅白—亮黑灰—浅无高略细胞腔从无到细胞腔从无到较完整、特镜质组是由植物的木质纤维组织受凝胶化作用转化形成的，是煤中最常见和最重要的显微组分，我国多数煤田的镜质组含量约为6080。在低煤化烟煤中，橙红色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。反射率介于壳质组和惰质组之间。随煤化程度增加，反射力增大，反射色变浅，可由深灰色变为白色；透光色变深，可由橙红色变为棕色，直至不透明；随煤级与其它两组分相比，之间结构 在油浸反射光下呈深灰至浅灰色，无突结构 在 射光下，呈橙红色至棕红色组 惰在反射光下呈白色至亮白色，具有较高突起和 （ 的一种）在油浸反射光下呈白色至亮白色，有较高突起和较高反射 组壳质组是成煤植物中，泥炭化和成岩阶段保存在煤中的组分几乎没有发生质的变化。壳质组包括孢子体、角、树脂体、木栓、藻壳质组在在油 射光下呈柠檬黄色—黄色—桔黄色—红色，大多轮廓清楚。上图为小孢子体在油 射光下呈桔黄色蠕虫状、细短的线条状或似三角形状。外缘一般平整光滑三大显微组分之间的区别代号物形成过物质特一般量镜下特透射反射荧V木质纤维素腐殖化作凝胶化作煤级指橙红灰深灰E树脂体产出较黄橙红黑灰黑I纤维素火焚化作富深灰亮白煤中的矿物煤是由有机成分和无机成分组成。煤的有机成分是指煤的显微组分。煤的，以及与有机质相结合的各种金属、非金属元素和化合物（无机质按成因划分煤中矿物质可分为三类：①植物成因的原生矿物质：来自原始植物的无机成分。②陆源碎屑成因的矿物质：煤化作用第一阶段或煤矿床形成时由水或风带入其中的无机成分。③化学和生物化学成因的矿物质：煤化作用第一阶段的同生—成岩矿物和煤化作用第二阶段形成的次生、后生矿物。煤中矿物质分按矿物成分和性质将煤中矿物质分为煤中矿物质分 我国煤灰成分的一般范煤灰成褐煤硬煤最低最高最低最高584153546＜5＜我国部分产地煤的煤灰成煤产碱酸*-*碱酸比煤岩显微组分的反射R=Ir/煤岩组分的定量结构进行定量分析，一般镜放大倍数为倍个点，按显微组分组计数，再计算百分比。宏观煤煤的显微组宏观煤岩成分根据颜色、光泽、断口、裂隙、硬度等性质的不同，用肉眼可将煤层中的煤分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种宏观煤岩成分。其中镜煤和丝炭是简单的宏观煤岩成分，亮煤和暗煤是复杂的宏观煤岩成分,它们是煤中宏观可见的基本单位。四种宏观煤岩成镜亮暗丝颜黑黑灰灰光光亮、光亮、暗丝断贝壳贝壳粗裂发次不发结构均匀均次非均胞腔结构、镜赋存状条带状分层分层不连续薄组单复复单粘结强较弱无--丝炭丝炭有丝绢光泽、纤维状结构、性脆在成煤过程中，丝炭是由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用而成。氧化作用的产物)丝炭外观像木炭，灰黑色，质疏松多孔，性脆、易碎，故在煤粉中含量较多。丝炭含氢量低，含碳量高，没有粘结性丝炭孔隙度大，吸氧性强，容易发生氧化自燃。丝炭含量高的煤可选性也差。--镜煤色泽光亮、结构均一，常具有内生裂隙的宏观煤岩成分。2---镜煤随煤化程度加深，镜煤的颜色由深变浅，光泽变强，内生裂隙增多。镜煤具有强粘结性和膨胀性，挥发分和氢含量高，矿物质含量一般较少。在煤层中镜煤呈透镜状或条带状，厚度不超过。镜煤的裂隙常垂直于层理。3---亮煤在中等变质阶段，亮煤具有较强粘结性和膨胀性在煤层中亮煤常组成较厚的分层，甚至整个煤层4---暗煤暗煤是光泽暗淡、坚硬、表面粗糙暗煤呈灰黑色、内生裂隙不发育、密度大、坚暗煤的层理不清晰，呈粒状结构，断口粗糙。暗煤在显微镜下观察是一种复杂的、非均一的宏观煤岩成分。暗煤由于组成不同，其性质差异很大，如挥发分低，粘结性弱；富含树皮的暗煤，挥发分和氢含量较高，粘结性较好。偏氧化作用的产物)腐殖煤的煤岩成分和显微组分之间的关通过显微镜的观察可知：腐植煤的四种宏观煤岩成（镜煤、亮煤、暗煤和丝炭）是由三种显微煤岩组腐殖煤的煤岩成分和显微组分之间的关丝丝半镜结构凝胶镜 无结构凝胶树脂亮壳暗 不透基腐泥煤的煤岩成腐泥煤：在显微镜下。腐泥煤呈均一状结构，以缺乏层理区别于腐植煤，强度和韧性很大低级腐泥煤的化学特征是氢含量和挥发分馏时气体和焦油产率高。也归为腐泥煤的一种。藻煤光泽暗淡，均一块状，韧性较大，贝壳状断口，灰分低时密度小，易燃，有沥青味。宏观上藻煤可以根据其淡褐色和褐色条痕而区别于烛煤。显微镜下藻煤，显微组分以密集的藻类体为主，显微层理不明显。藻煤挥发分、氢含量和焦油产率高，有时灰分也高。山西源、山东肥城、兖州均有藻煤烛煤宏观上，为黑色（藻煤宏观上有淡褐色和褐色条痕）；色泽暗淡有时具有弱油脂光泽。均一致密，贝壳状断口，韧性大，镜下烛煤一般显示规则的显微层理。烛煤易燃，燃烧时发出明亮的火焰，像蜡烛一样，故名烛煤残植煤概念：是一种特殊类型的煤，主要由高等植物中壳质组分富集而成，残植煤常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。产率高。煤的光泽岩石类型（宏观煤岩类型（镜煤+亮煤光光亮型亮半亮型次半暗型较暗淡型暗光亮煤主要由镜煤和亮煤组成，占7以上。光泽很强。内生裂隙发育，脆度较大，机械强度较小，易破碎壳状断口。半亮煤中镜煤和亮煤含量在5075之间，光泽也较强，最阶梯状断口，是煤中常见的煤岩类型。半暗煤中镜煤和亮煤占组成的250，是由暗煤和亮煤组成，丝炭含量也较多。光泽较弱，硬度和韧性大，条带状、线理状或透镜状结构。内生裂隙不发育，断口参差不齐，矿物质含量较高，煤质较差。 煤的类型和煤岩煤的类煤岩类肉眼可识别的特腐植丝暗淡、黑色或灰黑色，坚硬、表面粗丝绢光泽、黑色，纤维状，软，极易腐泥烛藻暗淡或弱油脂光泽，黑色，均一状，非状，很坚硬，贝壳状断口，黑色条像烛煤，但外观略带褐色，褐色条显微煤岩类显微煤岩类型是指在显微镜下所能见到的各组显微组分的典型共生组合国外在评价煤的工艺性质时，大多数采用国际煤岩学会委 显微煤岩类型分类显微煤岩类型还与煤的炼焦工艺特性有很好的相关性煤的一般物理性质和结构、构煤的一般物理性质指：光泽、颜色、断口、硬度等灰彩。不同煤化程度煤的光泽、颜色和粉色（条痕色煤化程光泽颜条痕褐无光泽或暗淡的沥青光褐色、深褐色、黑褐浅棕长焰沥青光黑色带褐深棕气强沥青光泽、玻璃光黑棕黑肥玻璃光黑色焦强玻璃光黑棕瘦黑贫光黑色带灰黑无烟似金属光灰黑色带有古铜灰黑断口包括沿层面或裂隙面断开的表面。裂隙：是指成煤过程中，煤受到自然界各种应力的影响所造内生裂隙常见于镜煤和亮煤中，垂直于层理面；外生裂隙以各种角度与煤层层理相交。煤的结构：是指宏观或显微镜下所见各种煤岩类型或显微分单体的形态、大小所表现的特征常见的煤的宏观结构有：条带状、线理状结构、透镜状结构、均一状结构、粒状结构、木质结构、纤维状结构、叶片状结构、碎屑结构。褐煤显微组分分中国尚未建立自己的褐煤显微组分分类方国际褐煤显微组分分类方案中，将显微组分划分为腐植组相当于烟煤的镜质组、稳定组（相当于壳质组）、惰质组三组年老褐煤显微组分划分实际上可按照烟煤显微组分分类进行。年轻褐煤显微组分，尤其是腐植组组分识别，其中植物残余较多煤岩组分的成因和性镜质组腐植化作用＋凝胶化作用；相对富氧、变化均匀、对氧敏惰质组丝炭化作用、缓慢氧化作用；富碳贫氢、变化缓壳质组植 、组织的残植化作用；富氢贫碳、对热敏感、对氧化不敏过渡组分凝胶化作用或丝炭化作用进行不彻底、或者交替进行性质复杂，实际上其分类位置不明确煤化作用过程中煤岩组分性质的变不同组分、不同煤化阶段的变化；对煤化学工艺性质的影显微煤岩类型的分类与命显微煤岩类型实质上是描述显微组分间结合特征的指标。显微煤岩类型主要取决于泥炭沼泽条件国际煤岩 ）分类中国地 矿床所分类（1966） 煤岩学的应煤的成因及煤质特煤岩学与煤的分选煤：矿物赋存特焦化：混煤鉴定、煤岩配煤、焦炭显微结燃烧：煤自燃、难燃组分、飞灰残气化：难转化组液化：煤岩组分液化性能、残渣显微组煤岩学在煤分类中的应煤岩学指标相对更精确，工艺指标相对更直观煤岩学在选煤中的作煤的可选性不在于灰分高低，而在于煤中矿物赋存状态。 工业选煤可部分改变煤的岩相组成评价煤可选性的煤岩学方法煤岩学在焦化工业中的应混煤鉴 煤岩配 用煤岩学方法和原理来理解煤质，指导配煤煤岩学在煤燃烧中的应煤自燃:目前对显微组分自燃特性观点不一煤的发热量取决于煤变质程度和煤岩组飞灰中未燃炭与煤岩组成的关按燃烧特性可将煤岩组分分为活性组分、惰性组分和过渡组分三类。煤中矿物组成对煤灰成分和熔融性的影响煤岩学在煤气化中的应不同显微组分气化活性存在差异煤岩学在煤直接液化中的应各种显微组分的液化性能有明显差异煤岩组分的组合（显微煤岩类型）对煤的液化性能有影响；煤中硫铁矿及微量元素对煤液化的催化作用煤液化转化率、油收率的煤岩学预测方法液化残渣的成分、性质和岩石学分类煤的岩相学特煤的物理性质和物理化学性煤的工业分析与煤的元素组煤的工艺性概论（物理性质和物化性质煤的物理性质主要包括：煤的机械性质（密度和硬度，煤的光学性质，煤的电磁性质，煤的热性质等。煤的物理化学性质主要指煤的润湿性、润湿热和孔隙率等。研究煤的物理性质和物理化学性质与煤的各种用途有密切相关。煤的物理性所有孔隙）煤的质量，用TRD(truereletivedensity)表示。 煤的视密度：是指20℃时单位体积（仅包括煤的堆积密度：是指2℃时单位体积（包括煤的内外孔隙和煤粒之间的空隙煤的质量BRD煤的粒度组成和堆积的密实度。堆积密度对煤炭生产和加工利用都有很大实用意义。Bulk煤的孔隙根据煤的真密度和视密度即可算出孔隙率孔隙率=——————影响煤真密度的成因类型的影响：不同成因的煤其密度是不同的，腐植煤的真密度比腐泥煤大，除去矿物质的纯腐植煤的真密度在m以上，而纯腐泥煤的真密度一般小于3。影响煤真密度的程度时，煤的真密度最低，约1.30g/cm3左右，1.90g/cm3。各类型煤的真密度范围大致如下：煤岩组成的影响：腐植煤中的丝炭密度最大1.37-1.52g/cm3，显微组分的影响： 、微粒体的真密度最高，镜质组次之壳质组最低；当含量大于90后，三者的真密度逐渐趋于一致，并且急剧上升。矿物质的影响：煤中矿物质密度比煤的密度大得多，例如粘土的密度为2.42.6/cm，石英的密度为.65g/m,黄铁矿密度为5.0g/c。因此煤中矿物质的含量和组成对煤的真密度影响很大。灰分每增加1%，则煤的密度增加煤的机械性煤的机械性质是指煤在机械力作用下表现出来的各种特性，如硬度、脆度、可磨性等。煤的硬度：是指在外来机械力作用下煤抵抗变形或破坏的能力。煤硬度表示方法有：刻划硬度（莫氏硬度）、弹性回跳硬度（肖氏硬度）、压痕硬度（硬度、显微硬度）和耐磨硬度（凸起）等常用和较重要的是刻划硬度和显微硬度。表6-2标准矿物的莫氏矿硬度级矿硬度级12345长石刚石6789显微硬显微硬度特殊形状（如角锥形、等）又非常坚硬的压入器，施加一定压力，在样品表面形。用方形棱锥形石压入器时，测量压痕对角线的长H2sin d煤的可磨测定要点：将 某矿区烟煤作为标准煤，其可磨性指数定为。测定时先将四个一组可磨性指数各不相同的标准煤样（峰峰煤矿烟煤），在哈氏可磨仪上研磨，以标准煤的200网目筛下物质量为纵坐标，相应的可磨性指数为横坐标得一直线，此直线称哈氏可磨仪的校准图。被测煤样在哈氏可磨仪上研磨后，根据200目筛下物的质量在校准图上即可查出相应的可磨性指数。用I表示，越大，表示煤的可磨性越好，煤越容易被磨碎。煤的脆煤的脆度是表征煤被 的难易程度。煤的脆度有两种方法表示：抗压强度和抗碎强度抗碎强度是与脆度相反一种性质。煤岩类型的脆变按下列次序排列：丝炭最脆，镜煤、亮煤居中，而暗煤最硬。煤的热特煤的热特性包括：煤的比热容、煤的导热性和煤的热稳定性等。煤的比热容是指在一定温度范围内，单位质量的煤，温度升高℃所需要的热量，用c表示。煤的比热容与煤化程度、水分含量、灰分和温度变化等因素有关。煤的比热容随煤化程度提高而降低；随水分增大而提高；煤的灰分增加时比热容则减小，因为灰分的比热容一般小于0.72J/(g.℃)；当<350℃时比热容随温度提高而增加；在350℃-1000℃时比热容随温度增加而下煤的导热α=c—煤的比热容，J/(kg•K);γ—煤的密度，kg/m3与热容c•γ成反比λ可表示煤的散热能力，热容c•γ煤的热稳定煤的热稳定性(TS)是指块煤在高温下保持原来粒度的能力。煤的热稳定性(TS)测定方法：取6-13mm的 煤的透光煤的透光率是指煤样在℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的测定有分光光度计法和目视比色法两种。我国国标采用目视比色法测定透光率（PM煤的润湿用水和苯作为液体介质测定煤的接触角，来反映煤的亲水性和亲油性。煤的润湿煤被液体润湿时会放出热量，通常用1煤被润湿时释放出的热量作为煤的润湿热。润湿热大小主要与煤的表面性质和液体种类有关。常用润湿剂是甲醇。润湿热产生实际上是液体在煤的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就越高。试验表明煤的润湿热大致为0.30.42J/,利用润湿热可估算煤的比表面积，但确。碳含量氮—水系氮—苯系煤的孔隙度和比表面煤的孔隙度：孔隙体积占煤总体积的百分数孔容用Vt。随煤化程度加深，总孔容积呈下降趋势，到碳含量>88以后，煤的总孔容积又有所提高碳含量<75%的褐煤，大孔占优势；碳含75%~82%之间煤中孔占优势；碳含量88%~91%的煤，微孔占优势表6-6煤中孔容积分布与煤化程度的孔容积/mL·g-00000煤炭和焦炭的孔隙率对其反应性有重大影响一般泥炭和褐煤孔隙率很大，而中等变质程度的煤孔隙率为45，无烟煤块为24。一般型煤（煤球）的孔隙率为147，焦炭的孔隙率为455，型焦的孔隙率为0，木炭的孔隙率为0。%煤的比表面煤的比表面积是煤 孔隙的表面积的反映。目前采用吸附法测定煤的比表面积，常用的吸附剂是氮、氦、氪和二氧化碳。吸附介质不同，测定结果差别较大。多数人认为78℃下用二氧化碳测定得结果较可靠煤的比表面积随煤化程度的变化而变化一般呈抛物线形，最小值出现在碳含量90%左右处。用不同吸附介质在不同温度下测得的煤比表面(-78(-78(25℃)(0℃)000煤的岩相学特煤的物理性质和物理化学性煤的工业分析与煤的元素组煤的工艺性（一）煤的工业工业分析是在规定条件下，将煤的组成近似看成水、灰分、挥发分和固定碳四种组分的化学测定方法煤中水分包括游离水分和化合水分煤中的水的外表面和孔隙中。煤的颗粒越细，孔隙越煤中游离水分可分为两种：外在水分Mf和内在水Minh，二者之和称为煤的全水分Mt或Mar外在水分Mf（freemoisture)是指煤在开采内在水分Minh（inherentmoisture是指以物理化 分（moistureholdingcapacity,MHC)，MHC能较好煤的全水分Mt（totalmoisture)=外在水分+内在水分。代煤的化合水（waterofconstitution)包括结晶水和煤样的概去的水分是收到基外在水分，用Mf,ar表示。为了应用方便将收到基外在水分和空气干燥基内在水分简称为外在水分和内在水分为Mf和Mi。在煤的工业分析中，水分一般指的是空气干基水分。而外在水分、内在水分、最高内在水分和收到基全水分不属于工业分析范围。煤的全水分（即收到基水分）、外在水分和内在水分三者关系：100 f

ar

煤中水分测定的基本原法、微波加热法等。煤中水分概念不同，测定方法也不同，但测定的原理相同。加热干燥法：分为干燥失和直接重量干燥失通常是将煤加热到105℃~110℃并保持恒直接重量法：是在105℃~110℃干燥的氮气流煤样中的水分被氮气流带走，流经装有吸水剂的吸收管，根据吸收管的增重计算水分含量。共沸蒸馏法：将煤样悬浮在一种与水不互溶的（通常是甲苯或二甲苯），放入水浴中加热，煤中的水分受热形成蒸气，与蒸气一同经冷凝冷却，油水分离从而测定煤样含水量。微波加热法：煤在微波摩擦热，使水分蒸发，根据煤样的失重计算水分的含量。微波加热速度快、均匀，能防止煤样因加热时间过长而氧化。但因无烟煤和焦炭的导电性强，不适合用该法测定水分。煤中水分与煤化程度的关MHC测定条件30℃，相对湿度为煤的最高内在水分与煤化程度呈规律性的变化。随煤化程度提高，煤的内在水分逐渐降低，到中等煤化程度的提高内在水分又有所上升。煤的最高内在水分与煤化程度的关煤1-40.5-1-煤的水分测煤中全水分的测定方法：GB/T211-煤的工业分析方法：GB/T212-煤的最高内在水分测定方法：GB4632-煤中灰分的测灰分来源：煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。测定意义是煤炭贸易计价的主要指标在煤炭洗选工艺中作为洗选效率指标在炼焦工业中，是评价焦炭质量的重要指标锅炉燃烧中，根据灰分计算热效率，考虑排渣工作量在煤质研究中，根据灰分可以估算煤的发热量和矿物质等煤灰分的测定原据，一般还需换算为干燥基的灰分产率Ad换算公式如下

M M

adad煤中矿物质≠灰按矿物质的成因或来源可分为以下几种原生矿物质指存在于成煤植物中，与有机密结合，约占灰分总量的1%~2% 在次生矿物质主要指植物遗体在沼泽中堆积时，外来水流和风带来的细粘土、沙粒或水中钙、物镁离子及硫铁矿的沉淀。次生矿物质的存在形质（松散共生（紧密共生物煤灰成分≠煤灰是煤中矿物质在煤燃烧后形成的残渣，其化学成分非常复杂，很难测定其中的化合物，煤灰中的元素有几十种，一般用主要元素的氧化物形式表示，最主要的是Si、l、、Mg、几种，一般占5以上。我国煤中的矿物组分大多以硅酸盐类为主，因此，煤中Si含量最大，其次是l。表5-3我国煤灰成分的一般范煤灰成褐煤硬煤最低最高最低最高584153546＜5＜表5- 我国部分产地煤的煤灰成碱度比-**碱度比煤灰熔融性和煤灰粘测定方法：通常采用角锥法进定，即将煤灰中煤灰熔融性的特征温变形温度（deformingtemperature,DT)：煤软化温度（teingteperaure,ST：煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形或半球形时的温度。流动温度（flwingteperaure,T：煤灰锥体完全熔化展开成高度小于薄层时的温度。一般以煤灰软化温度S作为衡量煤灰熔融性的指标，即灰 。灰成分中SiO2、Al2O3含量高，灰也高；而碱性成氧化、弱还原和强还原气氛下，Fe元素分别以Fe2O3FeO、Fe的形式存在导致 也不同，分别为、1535和1420℃；在弱还原气氛下FeO能与SiO2FeO•SiO2等的熔融范围在1138-1180℃之间。典型的德士古炉炉底排渣方式：液体排渣方式（高温的原因煤灰中不同化学成分对煤灰熔融性的影响SiO2的影响：SiO2含量>40%时煤灰熔融温度约提 CaO的影响：煤灰中CaO10%-30%。CaO很容易与SiO2形成易熔的硅酸盐，通常煤灰中SiO2含量远远超过CaO的含，有足够的SiO2与CaO形成复合硅酸盐。因CaO一般起降低灰的作用MgO与CaO作用类似，也会降低灰K2O、Na2O的影响：均能显著降低灰。煤灰中Na2O每增加1%，软化温度降低17.7℃，流动温度降低15.6℃。煤灰按照熔融温度的分易熔灰分中等熔融灰分：ST11001250难熔灰分ST12501500耐熔灰分(很难熔灰分)：ST＞1500煤灰粘煤灰粘度：即煤灰在熔融状态下的内摩擦系，是煤灰高温熔融状 动时的物理特性根据牛顿摩擦定律，两个相对移动的液体层面之间的摩擦力与垂直于流动方向的速度梯度v/和接触液面的面积S成正比。 S位：Pa•s可以在较低温度下操作，延长设备的使用，降低炉中，顺利排渣的粘度范围是5.0~10.0Pa•s。煤中灰分测定相关标煤灰熔融性测定标准：GB/T219-煤的工业分析(灰分测定）：GB/T212-煤的结渣性测定方法：GB/T1572-煤灰成分分析方法：GB/T1574-煤灰中钾、钠、铁、钙、镁、锰的测定方煤中锗的测定方法：GB/T-煤中镓的测定方法：GB/T-煤中硒的测定方法：GB/T-煤中矿物质及灰分对煤利用的矿物质多造成运力浪费作为气化原料或动力时，灰分大则热效率低，煤中的微量元一般来说，煤中的铀含量>300g/t，钍含量>900g/t，锗含量达到20g/t以上，镓含量>30g/t，铼含量>2g/t，就有工业提取的价值已发现与煤伴生的微量元素有几十种：常见元素有煤中的有害元煤中有害元素指：在煤的利用过程中，对工艺、设、产品 、环境等会产生危害的元素主要 、氯、砷、氟、、铍、镉、铅等硫是煤中最有害的物质，燃烧时形成，硫主要转化为H2S、COS等，作 燃烧时形有害元素 、氯、砷、氟、、铍、镉、铅煤中磷含量通常在~0.1，最多不超过%。在炼焦过程中，磷几乎全部进入焦炭，高磷焦炼铁，使铁中磷含量增加，致使钢中磷增加发生冷脆，因而要求炼焦用煤的磷含量必须小于1%。煤中的砷：主要以砷黄铁矿(S•Fes的形式存在。其含量极小，一般为(3~5)x1-，煤燃烧时以三氧化砷s的形式随烟气排出。煤中的：是污染环境的有害元 一，含一般<1.0-。煤燃烧时以蒸气形式排入大气，当空气中浓度达到3050g/时将对 产生危害。蒸气吸附在粉尘颗粒上，随风飘散，进入水体后通过微生物作用转化为毒性更大的有机，通过食物链危害人类。煤中有害元素测定标煤中全硫的测定方法：GB/T214-煤中各种形态硫的测定方法：GB/T215-煤中磷的测定方法：GB/T216-煤中砷的测定方法：GB/T3058-煤中氯的测定方法：GB/T3558-煤中氟的测定方法：GB/T4633-煤中的测定方法：GB/TXX59-煤的挥发分和固挥发分的测定和 m

100 ad式中Vad—空气干燥基的挥发分，%m—煤样的质量，g;m1—残渣的质Mad气干燥基的空气干燥基的固定碳计算空气干燥基的固定碳计算式

100

Ma d干燥无灰基挥发分的换挥发分的测定结果用空气干燥基表示时，由于水分和灰分的影响，既不能正确反映煤中有机质的特性，也不能准确表达挥发分的大小。因此采用无水无灰基的基准表示干燥无灰基的挥发分指的是有机质挥发物的质量占煤中干燥无灰物质质量的百分数，用Vf表示，由空气干燥基挥发分换算而得：Vdaf

100

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Vad干燥无灰基的固定干燥无灰基的固定碳的计算公式FCdaf

Vdaf挥发分的校碳酸盐CO2含量校正如下：当碳酸盐CO2含量≥2%时Vad校正=Vad-式中(CO2)ad—空气干燥基碳酸盐CO2焦渣特1号粉状：全部是粉末，没有相互粘着的颗2号粘着：颗粒粘着，但用手轻压即碎成粉3号弱粘结：已经成块，但用手指轻压即碎成小块4号不熔融粘结：用手指用力压才裂成小块8号强膨胀熔融粘结：同7号，但高度超过影响挥发分的因测定条件的影响因素：有加热温度、加热时间、加热速度。此外，加热炉的小试容的质形和寸以容器的支架都会影响测定结果，应严格按照国标（GB/212-1991）进 定煤化程度的影响：煤的挥发分随煤化程度的提高而下降的挥发分主要来自于煤分子结构尚不稳定的脂肪侧链、含氧时产生的氢气。成因类型和煤岩组成的影响：因为成煤原始植物和结构的差煤岩组分中壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低。可见煤的挥发分将随煤的煤岩组成变化而变化。煤的岩相学特煤的物理性质和物理化学性煤的工业分析与煤的元素组煤的工艺性（二）煤的元素煤中的碳元素：是构成煤分子骨架最重要的 高，碳含量逐渐增加。不同煤岩组分碳含量的顺序：惰质组＞镜质组＞壳质煤中氧含量：O也是组成煤有机质的重要元，主要存在于煤分子的含氧官能团上。随煤化程度提高，煤中氧含量迅速下降，从褐煤的23下降到肥煤的6，到无烟煤时仅有2左右，氧对于煤的利用不利，腐植煤中氧含量的顺序为：镜质组＞惰质组＞壳质组。煤中的氮元素：含量较少，一般为5，与煤化程度无规律可循，在煤中主要以胺基、亚胺基、五员杂环和六员杂环形式存在。煤燃烧时形成O排入大气，造成污染；炼焦时形成、及其它有机氮化合物。煤中有机硫和无机硫之和称为煤的全硫，用St表，即So、Sp、Ss分别表示有机硫、硫铁矿硫和硫酸盐，煤中有机硫和硫铁矿硫统称可燃硫表5-5煤中元素含量随煤化程度的变--煤的元素分根据元素分析的定义，对空气干燥煤样，下式成立式中：Cad、Had、Oad、NadSo,ad分别表示空气干煤质分析中的基准及其相互换各基准的物质划分含义如空气干燥基（分析基干燥基（干基d)；Ad+Vd+FCd=100%，或干燥无灰基（可燃基daf)：Vdaf+FCdaf=100%或收到基（应用基ar):Mar+Aar+Var+FCar=100%或

干燥无矿物质基干燥无矿物质基干燥无灰基干燥基干燥无灰基干燥基空气干燥基收到基煤煤质分析基准间相互关各基准间的换算基准换算的基本原理是物质不灭定律，也即煤中任

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Mar煤的岩相学特煤的物理性质和物理化学性煤的工业分析与煤的元素组煤的工艺性第八章煤的工艺性煤的发热煤的热解和粘结成焦性煤的粘结性和结焦性及其评定方煤炭气化与燃烧工艺性煤的可选1994-2011年我国煤炭消费构成的变(万吨我国煤炭消费构成（以2006和2011年为例 96.6%,英国76.3％等）l我国2006、2011年电煤各占为煤炭总量的49.1%和50.1％，冶金； 取暖用煤（民用煤和工业取暖）分别各占约13％和 约80％的煤炭用于直接燃烧（除化工用煤+冶金煤炭外）一、煤的发热，是锅炉设计的重要依据（1）煤的发热量的测定原）可以计算出煤在氧弹中燃烧放出的热量，即弹桶热量，用Qb,ad表示（2）弹桶发热量的由弹桶测得的发热量与煤在实际条件下燃烧释放的热量有较大的差距，因此需对弹桶发热量进行校正： 对N、S特殊热效应的校正（恒容发热量）：从弹桶发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容发热量，简称发热量。用符Qgr,v,ad=Qb,ad-Qgr,v,ad：空气干燥基的恒容 发热量，J/g;GrosscalorificvalueatconstantvolumeQb,ad：空气干燥基的弹桶发热量Sb,ad：由弹桶洗液测得的硫含量，%；满足下列条件之一时，即可用全代替Qb,ad＞14.6kJ/g或α—硝酸生成热校正系数α=0.00100.0012对水不同状态热效应的校正—恒容低位发热量：从恒容发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用符号Q,,表示，计算公式如下：Qnet,v,ad=Qgr,v,ad-206Had-Qgr,v,ad—空气干燥基的恒容发热量，J/g;Had—煤样的空气干燥基氢含量，%Mad—煤样空气干燥基水分，%；206—0.01g氢生23—0.01g吸附水的汽化热，J 和最高内在水分（环境温度30℃相对湿度为96%条件下，毛细管内在水分达到最高）。煤的恒湿无灰基 下

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式中：Qgr,v,ad—空气干燥基的恒 发热MHC—煤样的最高内在水分 灰灰矿矿物

干燥无矿物质基干燥无矿物质基干燥无灰干燥无灰基干燥基空气干燥基收到基发热量的基准换虽然测定煤的发热量时采用空气干燥基煤样，结果也用空气干燥基表示，但对于不同的应用目的，发热量需要用恰当的基准表示，如干燥基、干燥无灰基和收到基等，这些基准的数值不能直接得到，需由空气干燥基的数据进行换算而来。发热量的不同基准间的换算类似于V，FC以及元素的基准换

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Mad低位发热量不同基准间的换算

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煤炭运销中常用的煤发热量有：空气干燥基发热量、 发热量和收到基低位发热量。我国和 影响煤发热量的因作用转变成的煤）的发热量较腐植煤高，主要原因是氢含影响煤发热量的矿物质的影响：煤在燃烧时，其中绝大部分矿物质将发生化学反应，如碳酸钙的分解、石膏脱水等，这些反应一般是吸热反应，造成煤燃烧时释放热量减少，热值降低。风化煤的影响：煤风化后，产生热量的C、H元素含量下降，不放热的氧含量增加，热值明显降低。元素组成的影响：影响煤发热量的元素主要C、H、O三种元素，其中O不产生热量标准煤的概念！！我国规定每千克标准煤的热值7000千卡（Qnet,ar=29.271MJ/kg）标准煤的概念！！我国规定每千克标准煤的值为0千卡（t,r=21MJ/g）。标准煤亦称煤当量，具有统一的热值标准。将不同品种、不同含量的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为0千卡的标准煤。原油及石油产品的的发热量与不同煤的发热量的差异。石油化学表3-6- 不同烃类的热苯H/C原子比越大的烷烃热值最高，而H/C子比较小的芳烃的热值最低石油化学表3-6-2油对于石油馏分而言，沸程越高（亦即H/C比小），其热值越低计算高热值的经验公式对于轻质油品高热值对于重质油品高热值煤炭销售中的动力煤最常见的5500大卡/公斤以上，也有要求更高或更低，常规火电厂最低的也要4500，循环流化床火电厂要求3500以上一般都按热值定卡价，热值越高卡价越高，但是搞到一定程度后卡价就变了，热值低到一定程度多便宜人家也不要，除非有做配煤的机会5500*0.15=825元/吨），3500以上的0.11元/卡（比如3800大卡的价格3800*0.11=418元/吨）作为电煤，除了对热值有要求外，挥发份也很重要，这个与热值不同，不是越高越好，也不是越低越好。不同的电厂要求不一样，这是由锅炉来定的，要求低挥发份的电厂，高挥发份的煤电厂用不了，反过来也是。还有个指标很重要，就是硫含量，这个是越低越好。还有不太重要的，比如灰和灰分二、煤的热解和粘结成焦性l过去，适合于炼焦煤单一煤种主要指气煤、肥煤、焦l现在，配煤炼焦技术实现了多种资源的合理利用，可 配煤的意义与配煤质量要配煤原则：、配煤质量应与煤料的预处理工艺及炼焦条件相适应，使焦炭的质量达到规定的指标，同煤炭资源的组成，有利于扩大炼焦煤源，同时缩短平均运距。、煤源数量可靠、质量稳定。配煤质量要配合煤的灰分和硫分：A煤=KA焦，S焦=ΔS•S煤配煤的粘结性指标：合适的指标为配煤的膨胀压力：小焦炉试验或单孔焦二、煤的热解和粘结成焦性煤的热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热到较温度时，所发生的一系列物理变化和化学变化的复杂过程 （500℃-600℃）、中温干馏（700℃-800℃）和高温干（950℃-1050℃）对于高温干馏炼焦过程而言，粘结和成焦则是煤在一定条件下热解的结果。： Fe2O3+3CO 3Fe+

铁矿石中未还原的杂（主要为脉石SiO2）灰石等熔剂结合生成炉（主要为CaSiO3等焦化化化学产煤煤二、煤的热解和粘结成焦性（一）粘结性烟煤的热解过大致分为三个阶干燥脱吸阶段（室温- 的生成 阶段（300℃-半焦转化为焦炭的阶段（550℃-干燥脱吸阶段（室温-其中室温-120℃是煤的脱水干燥阶段 的生成 阶段300℃-400℃时煤发生激烈的分解、解聚反应要是在该阶段析出的，大约450℃时焦油的析出量最(plasticmass)。（煤化程度高的非粘结性煤，如贫煤、无450℃-550℃时， 分解加速，开始缩聚，成分子量很大的物质， 为半焦(semicoke)半焦转化为焦炭的阶段（550℃-体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本不产生半焦与焦炭的区好的高热值无烟，主要用作工业或民用，半焦与焦炭的区热到950-1050℃）内经过热解、缩聚、、收缩等复杂由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃冶金焦是高炉焦（用于高炉炼铁）、铸造焦（用于化铁熔铁的主 ）、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统。由于超过90的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。（二）非粘结性非粘结性煤如褐煤、长焰煤等，其热解过程与烟煤大体相，同样有分解、裂解和缩聚等反应发生，生成大量气体和焦油，只是热解过程没有胶生成，不会产生熔融、膨胀等现象，热解后的煤粒或焦粒仍然呈分离状态，不会粘结成块。煤化程度高的非粘结性煤，如贫煤、无烟煤，其热解过程较为简单，以裂解为主，释放出少量热解气体，其中热值高气体中的较少，2则较多，煤气热值相对较低。h?热解过程本挥发热解过程本挥发产阶固态变室

含水分干胶(气、液、固膨半焦（ 半焦收

粘开始析出微量焦脱脱粘开始析出微量焦脱脱H2O（蒸汽CH4、CO2、CO、CO2等（一次气体初生焦油量最缩为缩为焦 析出H2量最大 段

焦粘结性烟煤的热（三）煤的差热分差热分析（DifferentialThermal 在程序控制温度下，记录被测试样和参比物的温度差与温度(或时间)的关系曲线,该曲线称差热分析曲线(DTA曲线)。被测领域热分析。差热曲线反映了煤热解过程中发生的吸热和放 差热分析仪原理1-带有控温装置的加热炉2、3-放置样品和参比物的坩埚测温热电偶差热信号放大器；记录仪煤的差热分析图图上可以看到有三个明显的热效应区，相当于煤热解过程的胶生成和开始阶段；焦收缩阶段（四）煤热解过程中的化学反--裂解和缩聚两类反包括：煤中有机质的裂解，裂解产物中轻质组分的挥发，裂解残留物的缩聚，挥发产物在析出过程中的分解与化合，缩聚产物的进一步分解和再缩聚等过程。总之包括裂解和缩聚两大类反应。煤热解过程中的有机化合物热裂解的一般规律：有机化合物对热的稳定性决定于组成分子中各原子结合能即键能的大小。键能断裂，热稳定性好；反之，键能小，易分解，热稳定性差。表8- 有机化合物化学键的键化学键能化学键C芳CC芳-C脂-C芳CC脂-烃类热稳定性的一般规缩合芳烃＞芳香烃＞环烷烃＞烯烃＞炔烃＞烷烃；芳环上侧链越长，侧链越不稳定，芳环数越多，侧链也越不稳定；缩合多环芳烃的环数越多，其热稳定性越煤的热解过程也遵循上述规煤热解中的裂解（煤一次热解产物及其二次热解反应结构单元之间的桥键断裂生成自由基，其主要是：、CC、H-、-、-S-、-S-S-等，桥键断裂后易形成自由基片脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如、C2H6、C2H4等煤热解中的裂解含氧官能团的裂解。含氧官能团的热稳定性顺序 700℃-800℃以上，有大量氢存在，可生成H2O。氧杂环在500℃以上也可能断开，生成CO煤一次热解产物的二次热解反煤热解的一次产物，在析出过程中受到二次热解。其二次热解反应有：裂解反脱氢反加氢反缩合反键桥分解反煤热解中的缩聚反煤热解前期以裂解反应为主，而后期则以缩聚反应为主。缩聚反应对煤的热解生成固态产品（半焦或焦炭）影响较大。焦化化学产煤煤煤的快速热煤的快速热解---不同于常规的煤焦 ---快速（闪速）煤的快速（闪速）热煤的快速热解是指升温速率远高于常规升温速率＜10℃/min或1-3℃/min）的煤的热解，升温速率闪速热解方温度（530℃-620℃），升温速率约17000。此法可以产油或产气的方式进行食品机械公司的s法：此法是将煤连续通过三个反应器与逆向流动的热气流相遇而进行快速梯级热解。此法较西方石油公司法升温速率慢，处理温度低，焦油产率低，但焦油流动性好得多。鲁奇鲁尔煤气法：该法是将煤与热半焦在搅拌反应器中混合，对高挥发分烟煤可得到wt的焦油产率。该法如与电站或气化装置联合将半焦加以利用，则优越性更加突出。大连理工大学固体热载体快速热解法该法适用于褐煤、油页岩和年轻烟煤，干馏温度为065，焦油产率为14，煤气产率为9/，为中热值煤气，可用作城市煤气。半焦反应性好，是有效的还原剂和碳质吸附剂。煤加氢闪速热煤加氢闪速热实验结果表明:是以煤为原料获得高收率化学原料的有效方法。例如，首先将高挥发分烟煤在15MPa1K/s或5K/s的速率进行加氢热解，然后将得到的蒸气在一个独立的设备中在123K的温度下进行加氢裂化，可以得到12的苯和8%的乙烷（wt,daf，10%的焦油、20的甲烷和少量的萘，氢耗量为7。等离子体热 体内。煤在介于2000℃-15000℃之间热解。主要焦化煤的粘结和成焦机，经过胶质状态到生成半焦的过程称为粘结过程而从粉煤开始分解到最终形成焦炭的整个过程称为结焦过程，大体分为粘结过程和半焦收缩过程阶段。炼焦过程中的粘结性的好坏取决于胶的生成及其性质。（5）煤的粘结和成焦机理--胶的来源和性胶的来源和性质：粘结性烟煤在热解过程中，在面形成含有气泡的液相膜，大量煤粒时，液相相物，即所谓的胶。煤在热解过程中形成胶是煤炭粘结成焦的前提，胶液相的数量和质量是影响焦炭质量的关键。（5）煤的粘结和成焦机理-- 的来胶中液相的来源主要是芳香族化合物热解后，煤分子结构单元之间的桥键断裂，形成自由基碎片，其中分子量不太大的、含氢较多的成为液体产物。脂肪族化合物分解后也会生成少量液体产物。此外，已形成的液相物质可以溶解部分煤，使液相增多。（5）煤的粘结和成焦机理-- 的特 （5-1） 的特性-- 的热稳定 表示煤粒处在塑性状态的时间。肥煤的温度间隔最，约为140℃（320℃-460℃）；其次是气煤，约 （5-2）透气性：指煤热解产生的气体物质从中析出的难易程度。胶中的液体数量多，液体析出容易，透气性好。透气性差时，会在胶内（5-3）流动性：流动性反映了胶 差，焦炭的强度也差。肥煤和焦煤胶的流动性 （5）煤的粘结和成焦机理—研究表明，煤粒之间的粘结主要发生在煤粒的表面。流动性最大的肥煤胶的液相在塑性阶段的平均移动距离只有9µ这与煤粒大小相比是可以忽略的。在煤热解时，煤分子结构上的氢发生了再分配。对于粘结性烟煤，生成富氢的、分子量较小的液相物质和呈气态的焦油蒸气、气态烃类等化合物。煤热解生成的 是逐渐增加的，当液相 胶的是液相分解产生的自由基缩聚的结果，胶的过程是胶中化合物因脱氢、脱烷基和其他热解反应而引起的芳构化和炭化的过程。（5）煤的粘结和成焦机理—粘结性良好的条 应有较好的流动性和较宽的温度间隔 液态产物与固体粒子之间应有较好的附着力粘结性不同的煤粒应在空间均匀分布（5）煤的成焦机理-从半焦到焦胶形成半焦后继续升温，半焦发生裂解，生的，造成半焦产生应力，当应力大于半焦的强度（5）煤的成焦机理-生成焦炭的中间相理 中间相是由聚合的芳香层片的结构组成的，再继续加热，聚合物发生分解、缩聚而，最终形成各（5-1）中间相的特中间相的形成是不可逆的中间相形成过程中，分子量是逐渐增加的中间相在生成过程中C/H比逐渐增大中间相的形成是化学过程，中间相形成以 发生连续的化学变化（5-2）中间相的发展过程-初 （5-3）中间相的发展过程-从小球产生到胶、半焦形成这一阶长大：中间相作为各向异性的新相不断吸收周围各向同性的基质，使每个小球体积不断增大；接触：新球体不断产生，原来的小球体不断长大，使球间距缩小而互相接触；融并：两个接触的单球合并成一个复球；也可能多个单球与融合后的新球融并成为中间相体；重排：中间相体和复球层片分子不断重增粘：中间相进一步吸收周围的流动相而长大，待各向同性基质消耗殆尽时，系统的粘度迅速增加；变形：在胶内析出气体的压力和剪切力作用下，使高度相弯曲，层片变形，排：温度继续升片分子量迅速增，胶成各种尺寸与形态的各向异性（5-4）中间相形成的影响因胶液相的化学缩聚活性：胶中游离基，易于聚合成大分子量的化合物，如果分子量大小和平面度合适，有利于中间相生成。焦油沥青、溶剂精制煤、高芳烃石油沥青等分子量适中，粘度小，因其富含或在热解时能生成环的短侧链芳烃，其化学活性适中，是形成中间相的理想组分。（5-4）中间相形成的影响因流动度：液相的流动性是保证游离基或不饱和化合物顺利迁移，小球吸收周围基质，中间相分子的重排、球的变形、融并及有序化的基础。塑性温度间隔：塑性温度间隔大，中间相发展时间长，有利于中间相的形成和发展；（5-4）中间相形成的质微粒超过5wt，小球就很难长大；煤中惰质组性状态时对中间相影响极大。快速升温可使煤分解对中间相形成有利。如在中间相状态恒温一段时间，可增大中间相生长尺寸（5-4）中间相形成的影响因压力：在塑性状态下，适当增加压力可以增加中间相的尺寸、增大碳网直径和单球尺寸。高压（200~300MPa）可以小球体融此高温下炭化，可以制得“葡萄球”和“球低共熔效应不相同的两种原料，以一定比例混合后小球体的生成温度略低于合成平均温度。。（三）煤的粘结性和结焦性及其评价方煤的粘结性和结焦性：煤的粘结性是烟煤在干馏时产生的胶粘结自身和（或）惰性物料的能力；煤的结焦性是指单种煤或配合煤在工业焦炉中，粘结成块并最终形成具有一定强度和块度的焦炭的能力。炼焦是煤最主要的转化利用方式之一。炼焦就是将配合好的煤到适宜的粒度后，在焦炉中