煤炭基本知识Word格式文档下载.docx
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煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1.颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果。
呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。
一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。
煤化程度越高,光泽越强;
矿物质含量越多,光泽越暗;
风、氧化程度越深,光泽越暗,直到完全消失。
3.粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色。
呈浅棕色—黑色。
一般是煤化程度越高,粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。
煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。
煤的容重是计算煤层储量的重要指标。
褐煤的容重一般为1.05~1.2,烟煤为1.2~1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35~1.8。
煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。
在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。
根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。
煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2~2.5;
无烟煤的硬度最大,接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。
成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。
在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小。
7.断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。
在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。
煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异。
8.导电性
是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示。
褐煤电阻率低。
褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增。
烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性。
(二)煤的化学组成
煤的化学组成很复杂,但归纳起来可分为有机质和无机质两大类,以有机质为主体。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。
其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上。
此外,还有极少量的磷和其他元素。
煤中有机质的元素组成,随煤化程度的变化而有规律地变化。
一般来讲,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。
唯硫的含量则与煤的成因类型有关。
碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素,氧是助燃元素,三者构成了有机质的主体。
煤炭燃烧时,氮不产生热量,常以游离状态析出,但在高温条件下,一部分氮转变成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。
硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。
含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体,不仅腐蚀金属设备,与空气中的水反应形成酸雨,污染环境,危害植物生产,而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时,煤中的硫和磷大部分转入焦炭中,冶炼时又转入钢铁中,严重影响焦炭和钢铁质量,不利于钢铁的铸造和机械加工。
用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时,各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。
将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料,砷含量过高,会增加产品毒性,危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值,其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外,还有一些稀有、分散和放射性元素,例如,锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等,它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。
其中某些元素的含量,一旦达到工业品位或可综合利用时,就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量,通过工业分析可以初步了解煤的性质,大致判断煤的种类和用途。
煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。
1.水分
指单位重量的煤中水的含量。
煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。
一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。
煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高。
水分对煤的加工利用是有害物质。
在煤的贮存过程中,它能加速风化、破裂,甚至自燃;
在运输时,会增加运量,浪费运力,增加运费;
炼焦时,消耗热量,降低炉温,延长炼焦时间,降低生产效率;
燃烧时,降低有效发热量;
在高寒地区的冬季,还会使煤冻结,造成装卸困难。
只有在压制煤砖和煤球时,需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。
它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。
灰分对煤的加工利用极为不利。
灰分越高,热效率越低;
燃烧时,熔化的灰分还会在炉内结成炉渣,影响煤的气化和燃烧,同时造成排渣困难;
炼焦时,全部转入焦炭,降低了焦炭的强度,严重影响焦炭质量。
煤灰成分十分复杂,成分不同直接影响到灰分的熔点。
灰熔点低的煤,燃烧和气化时,会给生产操作带来许多困难。
为此,在评价煤的工业用途时,必须分析灰成分,测定灰熔点。
3.挥发分
指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。
它是对煤进行分类的主要指标,并被用来初步确定煤的加工利用性质。
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。
4.固定碳
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,可以用计算方法算出。
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。
(三)煤的工艺性质
为了提高煤的综合利用价值,必须了解、研究煤的工艺性质,以满足各方面对煤质的要求。
煤的工艺性质主要包括:
粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
1.粘结性和结焦性
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。
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配煤炼焦的道理。
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来表示,常称胶质层厚度。
胶质层越厚,粘结性越好。
测定粘结性和结焦性的方法很多,除胶质层测定法外,还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。
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,胶质层厚度也很小。
2.发热量
是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量,亦称热值,常用106J/kg表示。
它是评价煤炭质量,尤其是评价动力用煤的重要指标。
国际市场上动力用煤以热值计价。
我国自1985年6月起,改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。
发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。
为便于比较耗煤量,在工业生产中,常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×
107J/kg的标准煤来进行计算。
3.化学反应性
又称活性。
是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。
它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。
反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。
煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
4.热稳定性
又称耐热性。
是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。
它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。
热稳定性的好坏,直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等),在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后,所得溶液对光的透过率称为透光率。
随着煤化程度加深,透光率逐渐加大。
因此,它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。
6.机械强度
是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。
机械强度低的煤投入气化炉时,容易碎成小块和粉末,影响气化炉正常操作。
因此,气化用煤必须具备较高的机械强度。
7.可选性
是指煤通过洗选,除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。
我国现行的主要选煤方法有跳汰、重介、浮选。
二、中国煤炭资源分布
据中国第二次煤田预测资料,埋深在1000m以浅的煤炭总资源量为2.6万亿t。
其中大别山-秦岭-昆仑山一线以北地区资源量约2.45万亿t,占全国总资源量的94%;
以南的广大地区仅占6%左右。
中国煤炭资源的种类较多,在现有探明储量中,烟煤占75%、无烟煤占12%、褐煤占13%。
其中,原料煤占27%,动力煤占73%。
动力煤储量主要分布在华北和西北,分别占全国的46%和38%,炼焦煤主要集中在华北,无烟煤主要集中在山西和贵州两省。
中国煤炭质量,总的来看较好。
已探明的储量中,灰分小于10%的特低灰煤占20%以上;
硫分小于1%的低硫煤约占65%-70%;
硫分1%-2%的约占15%-20%。
高硫煤主要集中在西南、中南地区。
华东和华北地区上部煤层多低硫煤,下部多高硫煤。
中国煤炭资源北多南少,西多东少,煤炭资源的分布与消费区分布极不协调。
从各大行政区内部看,煤炭资源分布也不平衡,如华东地区的煤炭资源储量的87%集中在安徽、山东,而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区;
中南地区煤炭资源的72%集中在河南,而工业主要在武汉和珠江三角洲地区;
西南煤炭资源的67%集中在贵州,而工业主要在四川;
东北地区相对好一些,但也有52%的煤炭资源集中在北部黑龙江,而工业集中在辽宁。
各地区煤炭品种和质量变化较大,分布也不理想。
中国炼焦煤在地区上分布不平衡,四种主要炼焦煤种中,瘦煤、焦煤、肥煤有一半左右集中在山西,而拥有大型钢铁企业的华东、中南、东北地区,炼焦煤很少。
在东北地区,钢铁工业在辽宁,炼焦煤大多在黑龙江;
西南地区,钢铁工业在四川,而炼焦煤主要集中在贵州。
中国在地质历史上的成煤期共有14个,其中有4个最主要的成煤期,即广泛分布在华北一带的晚炭纪——早二叠纪,广泛分布在南方各省的晚二叠纪,分布在华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗纪以及分布在东北地区、内蒙东部的晚侏罗纪—早白垩纪等四个时期。
它们所赋存的煤炭资源量分别占中国煤炭资源总量的26%、5%、60%和7%,合计占总资源量的98%。
上述四个最主要的成煤期中,晚二叠纪主要在中国南方形成了有工业价值的煤炭资源,其他三个成煤期分别在中国华北、西北和东北地区形