煤的水分灰分挥发分和发热量对燃烧性能的影响Word下载.docx

1、煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.051.2,烟煤为1.21.4,无烟煤变化范围较大,可由1.351.8。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22.5;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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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。

7、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

8、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

9、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2.930368107J/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（

10、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。我国现行的选煤方法,详见第四节。二、用途与技术经济指标 （一） 煤的工业分类 1958年,国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案,为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件,但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸

11、收国外先进分类方法的基础上,为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点,达到更加合理地利用煤炭资源的目的,1986年,国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准,将自然界中的煤划分为14大类,其中,褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类（表2.2.1）。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。表 2.2.1中国煤炭分类国家标准 （GB5751-86） （1） 分类指标及其符号Vr为干燥无灰基挥发分（%）;Hr为干燥无灰基氢含量（%）;GR.I（简记G）为烟煤的粘结指数;Y为烟煤的胶质层最大厚度;PM为煤样的透光率（%）;b为烟煤的奥亚膨胀度（%）;Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量

12、（MJ/kg）。（2） 煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码表示。10位表示煤的挥发分,个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度,在烟煤表示结粘性。（二） 各煤类的主要特征和用途 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、不粘结、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。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,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

13、粘煤 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 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碎,粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。5. 1/2中粘煤 它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料,也可以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。能单独结焦,但炼出的焦炭细长易碎,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 它的挥发分和粘结性都很高

14、,结焦性介于气煤和肥煤之间,单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气,更是配煤炼焦的好原料。8.肥煤 具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分,加热时能产生大量的胶质体,形成大于25mm的胶质层,结焦性最强。用这种煤来炼焦,可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭,但这种焦炭横裂纹多,且焦根部分常有蜂焦,易碎成小块。由于粘结性强,因此,它是配煤炼焦中的主要成分。9. 1/3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,它是良好的配煤炼焦的基础煤。10.焦煤 具有中低等挥发分和中高等粘结性,加热

15、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。11.瘦煤 具有较低挥发分和中等粘结性。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。因此,用它加入配煤炼焦,可以增加焦炭的块度和强度。12.贫瘦煤 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。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用,同时,也是民用和动力的好燃料。13.贫煤 具有一定的挥发分,加热时不产生胶质体,没有粘结性或只有微弱的粘结性,燃烧火焰短,炼焦时不结焦。主要用于

16、动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区,也可充当配煤炼焦的瘦化剂。14.无烟煤 它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料,以及制造电石、电极和炭素材料等。（三） 工业用煤的质量要求 煤的工业用途非常广泛,归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面。同时,在炼油、医药、精密铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景。各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准。简要介绍如下:1.炼焦用煤 炼焦是将煤放在干馏炉中加热,随着温度的升高（最终达到1 000左右）,煤中有机质逐渐分解,其中,挥发性物质

17、呈气态或蒸汽状态逸出,成为煤气和煤焦油,残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石,提供热能和支撑炉料,保持炉料透气性能良好的作用。因此,炼焦用煤的质量要求,是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。国家对冶金焦用煤有专门的质量标准,见表2.2.2。表 2.2.2冶金焦用煤质量标准 （GB397-65）见上图 2气化用煤 煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质,经过热化学处理过程,把煤转变为各种用途的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。常用的制气方法有两种:固定床气化法。目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料,制造合成氨原

18、料气。要求作为原料煤的固定碳80%,灰分（Ag） 65%,热稳定性S+1360%,灰熔点（T2）1 250,挥发分不高于9%,化学反应性愈强愈好。沸腾层气化法。对原料煤的质量要求是:化学反应性要大于60%,不粘结或弱粘结,灰分（Ag）25%,硫分（SgQ）2%,水分（WQ） 1 200,粒度7%,胶质层厚度40%,粒度613mm,最好为2080mm 。加氢液化法,是将煤、催化剂和重油混合在一起,在高温高压下使煤中有机质破坏,与氢作用转化成低分子液态或气态产物,进一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的碳氢化（C/H）35%,灰分（Ag）5%,煤岩的丝炭含量30%

19、的劣质煤,少数大型锅炉可用灰分（Ag）20%左右的煤。为了将优质煤用于发展冶金和化学工业,近年来,我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展,不少发热量仅有8 372.5J/ kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂,有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。煤的其他用途还很多。如,褐煤和氧化煤可以生产腐殖酸类肥料;从褐煤中可以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等部门使用;用优质无烟煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料;用煤沥青制成的碳素纤维,其抗拉强度比钢材大千倍,且重量轻、耐高温,是发展太空技术的重要材料;用煤沥青还可以制成针状焦,生产新型的电炉电极

20、,可提高电炉炼钢的生产效率等等。总之,随着现代科学技术的不断进步,煤炭的综合利用技术也在迅速发展,煤炭的综合利用领域必将继续扩大。三、矿业简史 （一） 古代煤矿业简史 我国是世界上发现、利用煤炭最早的国家。1973年,在辽宁省沈阳市北陵附近新石器时代的新乐遗址下层发现了为数不少的精煤制品。其中有:圆泡形饰25件,耳（王当）形饰6件,圆珠15件,和这些煤制品同时出土的还有碎煤精、精煤半成品和煤块97块。这些煤制品,经过前辽宁省煤田地质勘探公司科研所鉴定,“呈弱油脂光泽,均一状结构,硬度、韧性均很大为其特点”,很容易用火柴点燃,燃烧时发出明亮而带黑烟的火焰,并发出一种烧橡皮的气味。经过工业分析和元

21、素分析证明,其原料就是烛煤。这是世界上用煤最早的确凿证据,也是说明我国早在六七千年前就已发现并开始利用煤炭的历史见证。50年代中期和70年代中期,考古工作者先后在陕西省4处西周墓中出土了煤雕制品,其中,宝鸡市茹家 庄一处就出土了200余枚之多。据此可以判断,早在西周时期,作为当时全国政治、经济中心的陕西地区,煤炭已经被开采利用。战国时期,除继续利用煤炭雕刻生活用品外,还在当时的著作中出现了关于煤的记载。先秦时期的地理著作山海经就有3处有关石涅的记载:一处见于该书的西山经,“女床之山,其阳多赤铜,其阴多石涅”;另二处见于中山经,“岷山之首,曰女几之山,其上多石涅”,“又东一百五十里,曰风雨之山,

22、其上多白金,其下多石涅”。据有关专家考证,女床之山,女几之山,风雨之山,分别位于今陕西凤翔、四川双流、什邡和通江、南江、巴中一带。古今对照,以上各地均有煤炭产出,证明山海经的记载基本是对的,同时,说明当时这些地方的煤炭已被发现,而且已积累了一些找煤的初步地质知识。西汉至魏晋南北朝,出现了一定规模的煤井和相应的采煤技术,煤的用途,不仅用作生产燃料,而且还用于冶铁;不仅能够利用原煤,而且还把粉煤进行成型加工成煤饼,从而提高了煤炭的使用价值。煤的产地不仅在北方,而且在南方,甚至新疆也都有了产煤的记载。同时,煤雕工艺在这时已初步普及。隋、唐至元代,煤炭开发更为普遍,用途更加广泛,冶金、陶瓷等行业均以煤

23、作燃料,煤炭成了市场上的主要商品,地位日益重要,人们对煤的认识更加深化。特别应该指出的是,唐代用煤炼焦开始萌芽,到宋代,炼焦技术已臻成熟。1978年秋和1979年冬,山西考古研究所曾在山西省稷山县马村金代砖墓中发掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月,河北省文化局文物工作队在河北峰峰矿区的砚台镇发掘出3座宋、元时期的炼焦炉遗址。焦炭的出现和炼焦技术的发明,标志着煤炭的加工利用已进入了一个崭新的阶段。从明朝到清道光20年（1840年）的时间里,当时的封建统治者比较重视煤炭的开发,对发展煤炭生产采取了一些措施,矿业管理政策也发生了某些利于煤业的变化,煤炭行业的各个环节,比以前都有较大的进步。

24、煤炭开发技术得到了发展,形成了丰富多彩的中国古代煤炭科学技术。尽管当时都是手工作业煤窑,但因其开采利用早于其他国家,因此,17世纪以前,中国煤炭技术和管理许多方面都处于世界领先地位,这是值得我们自豪的。但是,日益衰败腐朽的封建制度终于阻碍了古代煤业的继续前进,这就导致了中国近代煤矿的诞生。（二） 近代煤矿业简史 1840年鸦片战争以后,中国的门户被迫开放,进入了半封建半殖民地社会,开始出现近代航运业和机器工业,需要大量煤炭,而旧式手工煤窑生产已远远不能适应需要,因此,清廷洋务派积极酝酿引进西方先进的采煤技术和设备,于是近代煤矿开始出现。近代煤矿的主要标志,一是资本主义经营方式;二是在提升、通风

25、、排水三个生产环节上使用以蒸汽为动力的提升机、通风机和排水机,其他生产环节仍然靠人力和畜力。这种技术状况差不多一直延续到1949年,其中即或有所变化,也只是局部的、微小的。这是近代煤矿区别于古代手工煤窑和现代机械化矿井的主要技术特征。我国最早的近代煤矿是台湾的基隆煤矿和河北的开平煤矿。基隆煤矿是清政府两江总督沈葆祯雇用英国煤师开办的,1876年兴建,1878年出煤,年产量约35万t,因经营管理不善,投产不久产量就日渐下降, 1884年中法战争时,矿井被炸,停止生产。开平煤矿是直隶总督李鸿章1876年命唐廷枢等筹建的,1877年筹办,1881年建成唐山矿,以后又建成林西、西山等矿,到1894年,

26、平均日产达到1 500t,最高日产达2 000t。这期间还先后开办了规模大小不同、寿命长短不一的近代煤矿14个,或官办,或官商合办,或官督商办,都有官僚资本主义性质。因管理不善、资金不足、规模很小,大多数都归于失败。1894年中日甲午战争之后,中国国势益衰,列强乘势接踵而来,外国资本大量侵入中国煤矿。1898年4月,中德签订的胶澳租借条约规定:“德国在山东境内自胶州湾修筑南北两条铁路,铁路沿线两旁各三十华里（15km）以内的矿产,德商有开采权。”此后,英、俄、法、日相继攫得了类似的权利。据不完全统计,从18951912年间,帝国主义攫取中国煤矿权的条约、协定和合同共42项（包括其他矿藏）,涉及

27、辽、吉、黑、滇、桂、川、皖、闽、黔、鲁、浙、晋、冀、热、豫、鄂、藏、新等19省。开办了开平、滦州、焦作、孟县、平定州（现平定县）、潞安、泽州、平阳府属煤矿、本溪湖、临城等规模较大的煤矿。外资煤矿的产量占中国当时近代煤矿总产量的83.2%,基本上控制了中国的煤炭工业。帝国主义的侵略激起了中国人民的反抗,从1903年起,掀起了收回矿权运动,1911年达到高潮。中国的爱国绅商,不满利源外流,在人民开展收回矿权的斗争的运动中,集资开办了一批煤矿。官僚买办见开煤矿有利可图,不愿坐失良机,亦 想方设法开办煤矿。于是,从18951936年中国近代煤矿呈现出发展的趋势。1937年“七七”事变后,日本帝国主义侵占了我国的绝大多数煤矿,包括外资经营的,都陆续被其霸占,开采方式完全是掠夺性的。从19311945年,日本共霸占我国大小煤矿200多处,掠夺煤炭4.2亿t,被其破坏的煤炭资源不计其数。抗日战争时期,国民政府资源委员会直辖煤矿29处,还采取资助经费等办法,鼓励私人开办煤矿,共59处,年总产量约为600多万t。在解放区,也办了一些小煤窑,供当地军民作燃料。据战后统计,晋、察、冀边区共有小煤窑473个,日产煤炭共计2 739t。1945年抗日战争胜利后,日本霸占的煤矿小部分由解放区人民政府接管,大部分被国民党政权接管。解放战争初期,受政治、军