煤质基础知识.docx

1、煤质基础知识 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】煤质基础知识部分煤质基础知识简介一、煤的物理性质颜色和粉色光泽比重和容重透明度折光性反光性煤的物理性质 发光性硬度脆度断口裂隙导电性磁性和耐热性等煤的颜色是指新鲜煤块表面的自然色彩，是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜色。在普通白光照射下，煤的表面反射光线所显示的颜色称为表色。腐植煤的表色随着变质程度的增高而变化，见下表：变质程度鉴定标志褐 煤烟 煤无 烟 煤低 变 质中 变 质高 变 质颜 色褐黑黑黑带灰灰黑、钢灰、略带金黄色彩粉 色棕深棕

2、到棕黑深棕到棕黑黑微带棕深黑、深灰光 泽无光泽或暗沥青光泽沥青到玻璃光泽玻璃到强玻璃光泽强玻璃金刚、似金属光泽内生裂隙几乎无不发育到较发育很发育较发育不发育腐泥煤的表色有时呈深灰色，有时为浅黄、棕褐，有时为灰绿以至黑色，变化不定。煤中水分能使煤的颜色加深，矿物质所起的作用往往相反。煤研成粉末的颜色称为粉色。一般都用钢针刻划煤的表面或者用镜煤在脱釉的素烧瓷板上刻划的条痕而得，所以也被称为条痕色。煤的粉色往往略浅于表色，但是煤的粉色变化又较表色固定，因而常常可以收到更好的效果。在普通透射光下煤的切面（薄片）所显的颜色称为体色。在垂直反射光下煤的表面（光片）所显示的颜色称为反射色。长焰煤常见光泽为沥

3、青状光泽，颜色黑色，有时带有褐黑色色彩，条痕褐色、褐黑色。比重是指煤在一定温度下（20）条件下，煤的重量与相同体积（不包括煤孔隙中的）水的重量之比。体重（容重），指在一定的温度（20）条件下，煤的重量与同体积（包括煤孔隙中的）水的重量之比。比重容重孔隙率= 100%比重煤的比重与煤岩类型、变质程度以及煤中所含矿物的成分和含量有密切关系。通常所指煤的比重都是包括矿物质在内的比重。因此，煤的比重很大程度上受到所含矿物质的影响，比重随矿物质含量的增大而增大。变质程度相同的煤，其煤岩类型不同，比重也有差异，一般暗淡煤的比重较光亮煤为大。煤的比重随着变质程度的增高而加大。褐煤一般5mm）条带状结构 中条

4、带状（35mm）细条带状（13 mm）条带结构在烟煤中表现最明显，尤以半亮煤和半暗煤中最常见，年轻的褐煤和高变质的无烟煤中条带状结构不明显。（2）线理状结构往往伴随条带状结构同时出现，其宽度小于1mm。根据线理之间交替的间距又可分为密集线理状和稀疏线理状两种。组成线理的物质成分往往是镜煤、丝炭和粘土矿物等，它们断续出现在煤层各部分。以半暗煤中常见。（3）凸镜状结构镜煤、丝炭、粘土矿物和黄铁矿常以大小不等的凸镜体形式，连续或不连续散布于煤层中，构成凸镜状结构。和线理状结构一样，凸镜状结构也常常同条带状结构伴生，并可作为条带状结构的一种特殊的变型。以半暗煤和暗淡煤中常见。（4）均一状结构组成成分较

5、单纯，均匀，镜煤具较典型的均一状结构，若干腐泥煤、腐植腐泥煤和某些无烟煤也具有均一状结构。（5）木质状结构是植物原生结构在煤中的反映。煤在外观上清楚地保存了植物基部的木质组织的痕迹。有时还可见到已被煤化的保存完整的树干和树桩，一般认为在泥炭化阶段由于凝胶化作用中断而保存。木质状结构多见于褐煤。（6）纤维状结构在一定程度上反映了植物原生结构，其最大特点是具有沿着一个方向延伸的性质。是植物茎部组织丝炭化作用的产物，具疏松多孔的特点。丝炭常以明显的纤维状结构为重要鉴定特征。因此，丝炭又常称为纤维煤。（7）粒状结构肉眼可见清楚的颗粒状。常常是由煤中散布着大量稳定组分或矿物所造成。常为某些暗煤或暗淡煤所

6、特有的。它的变型有时呈鲕状或豆状结构等。（8）叶片状结构具有纤细的页理，能被分成极薄的薄片，外观呈纸片状、叶片状。主要由于煤中顺层分布着大量角质体或木栓体所致。2、煤的构造煤的构造是组成成分之间的空间排列和分布特点以及它们之间的相互关系。它与煤组成成分的自身特征（如形态、大小）无关，而与植物遗体的聚积条件和变化过程有关。由此可见，结构和构造之间最主要的差别在于鉴定结构时必须考虑组成成分，而构造仅说明煤中各组成成分和煤岩类型在空间中的分布、排列，它的最重要的构造标志是层理。沉积岩和煤中的层理形成原因对比沉 积 岩 中 层 理 形 成 的 原 因煤 中 层 理 形 成 的 原 因1、颗粒大小的变化

7、1、作为丝炭、木煤、木质镜煤的植物茎部碎片大小的变化2、各种成分分层的互层2、不同煤分层的互层a、腐植煤分层与腐泥煤分层的互层b、光亮煤分层与暗淡煤分层等的互层3、组成部分的水平定向3、煤岩组分的水平定向4、某种包裹体在一个层面上的分布4、丝炭透镜体、泥质透镜体及其它包裹体在一个层面上的分布5、薄的顺层散布的植物碎屑和云母碎片5、顺层分布的镜煤化和丝炭化植物残屑6、沿层面的泥质薄膜6、沿层面分布的泥质薄膜7、岩石的不同颜色7、颜色的意义不大煤的构造按层理特征分为层状构造和块状构造。（1）层状构造连续状水平层理不连续状（按煤层中层理的形态） 不连续状层状构造 波状层理 凸镜状水平波状斜层理 斜波

8、状水平层理表明泥炭沼泽内原始质料在平静的环境中，几乎没有水流动的条件下沉积形成，波状层理和斜层理表明泥炭沼泽内原始质料沉积的不均匀和水流动荡等条件下形成。因此，根据层理形态及厚度，可以判断泥炭沼泽中介质的运动性质、介质运动的方向和物质的搬运强度等等。见下表，层 理 形 态 类 型层 理 的 亚 型所反映的介质运动性质水平层理连续状极为微弱的，不明显的不连续状同上波状层理不连续状不大凸镜状运动强度有变化的水平波状微弱波动的斜层理斜层理定向流动的煤中最常见的是水平层理，多数为连续水平层理，也有断续水平层理。此外煤中见到一种细水平层理，经X光检验，所得煤的X射线图象表明这种情况是由纯煤物质（具白色色

9、调的浅灰色）和矿物质薄层、薄膜（具暗色色调的浅灰色）相互交替造成的，说明泥炭沼泽内原始质料和矿物杂质具明显的分异和重新分布的特点。（2）块状层理无层理，煤的外观均一致密，就一块标本来说，甚至难以分出垂直方向和水平方向，说明成煤物质的相对均匀。多见于腐泥煤、腐植腐泥煤和某些暗淡型的腐植煤。还原样燃点（）原样燃点（） 煤的氧化程度= 100%还原样燃点（）氧化样燃点（） 确定各种煤类本性的两个非常重要的术语是煤的类型（Type）和煤的煤化程度（Rank）煤的类型是由煤岩组分（有机显微组分和无机显微组分的含量）和煤的物理性质（煤岩组分的形态和大小）表现的特性所决定的，而煤的煤化程度主要是煤的变质作用

10、所达到的程度。因此反映各种不同的有机的和无机的显微组分的比例、分布和组成的煤的类型决定煤的本性。同样反映与地球化学因素所引起的变质作用有关的煤化程度也决定煤的本性。一般认为在泥炭阶段，由于煤岩组分还未形成，而且并没有经受变质作用，泥炭的性质并不受到这两个参数的影响。而各类泥炭的性质是由原始植物组成和分解度（无定形腐植物质占泥炭总有机物质的百分数）所决定的。但从褐煤开始，特别是烟煤阶段开始这两个因素对形成煤的性质起很大的影响。 从化学的观点来看，在煤的成熟（煤化）过程中原始物料有机质官能团上的氧（开始）和氢（其次）从环状碳的“骨架”上脱去，并以气体分子的形式（H2O、COx、CH4）从煤层中逸去

11、，其结果是经受变质作用过的煤中的碳含量随煤化程度的增高而增高，因而碳含量时常用作确定煤化程度的指标。但是化学组成不相似的原始物料中的各种显微组分在煤化阶段所起的变化是完全不同的。因此，原始物料不同的两种类型的煤经相同的变质作用的程度，它们的碳含量有显着的差异（甚至以无灰基作为基准，排除碳酸盐中碳的干扰时），在同一个煤层中可以观察到有明显区别的两类煤。同样地，含有相同煤岩显微组分的煤由于经受的变质作用的程度不同而使它们的碳含量有明显的区别。所以只有煤的类型和煤化程度两个参数的紧密组合确定了煤的化学结构和各种性质。由于镜煤和镜质组是各种煤岩类型中最纯净、最易辨认而又较易剥离的成分，它在煤化过程中的

12、变化介于壳质组和丝质组之间，比较均匀、适中和有代表性。所以在确定煤的变质程度时，要用油浸物镜下测得的镜质组的最大反射率（RoMax）作为主要鉴定指标（见煤化学P33-36页）。丝质组的反射率在变质过程中变化幅度很小，稳定组的反射率变化虽大，但稳定组分本身在高变质煤中已很少见，都不宜作为鉴定标准。根据肉眼观察可将腐植煤划分为未变质的、低变质的、中变质的和高变质的等四个阶段。根据在显微镜下或油浸中测定镜质组最大反射率的数值，可将低、中、高变质的煤进一步划分为八个地质阶段，即0阶段，与按化学工艺性质划分的八个工业牌号（褐煤 无烟煤）大致相当，见下表：不同变质阶段煤的若干显微镜研究的指标一览表变质程度

13、变质阶段工业牌号反射率R最大（%）显微镜透射光下的单偏光显微镜透射光下的正交偏光凝胶化的颜色稳定组分的颜色凝胶化组分的透明度凝胶化基质稳定组分干涉色各向异性干涉色未变质煤0褐煤褐黄稻草黄好浅褐无-极微弱浅灰低变质 煤长焰煤褐红浅黄好褐红较弱黄灰气煤橙红黄-金黄好橙红、微褐较强黄中变质煤肥煤鲜红橙黄-橙红较好鲜橙红强橙红焦煤棕红红-暗红较好橙红强红瘦煤红棕半透明棕红-橙红很强高变质煤贫煤棕半透明棕红-橙红很强无烟煤深棕-黑微透明-不透明 煤中的水分赋存状态分为外在水分、内在水分和结晶水，外在水分和内在水分是以附着和吸附方式与煤机械结合的游离水，比较容易脱除，结晶水用物理机械方式不易除去，但是结晶

14、水分与游离水分比较要少得多，煤的工业分析中只测定游离水而不测定结晶水。煤中水分含量过高时将增加不必要的运输量，还会引起装卸过筛的困难，破碎时要消耗较多的功；燃烧时蒸发水分需消耗大量的热，炼焦时延长结焦时间，贮存时易于风化自燃。对输煤系统的设计、运行有着直接的影响。最高内在水分（MHC）是指在一定条件下吸附和凝聚在煤的毛细孔中的饱和水分。全水分（Mt）是指煤的外在水分和内在水分的总和。分析基水分（Mad）是指在空气干燥状态下的内在水分。 反映煤的厚度、煤质的稳定性的统计数：（XiX）标准差S= 1/2n-1S变异系数V= 100%X 煤层灰分：按采样规程要求，厚度的夹矸与上下煤层合并采样测试。计

15、量灰分（资源量/储量采用厚度的灰分）：按勘探规范条规定，煤层灰分加单层厚度为的夹矸灰分的加权平均灰分。煤层开采灰分：即在采煤时按规定应采的各个煤分层及夹矸层，包括的夹矸灰分的平均灰分。煤中的灰分低，不仅对煤的运输、加工、利用有利外，而且对锅炉的设计、运行，电厂基建投资乃至市场前景，都有极大的经济效益及利益。 挥发分产率是评价煤工艺性能和煤分类的重要指标，它能大致地代表煤的变质程度，同时又能根据挥发分产率和焦渣形状初步判断煤的加工利用性质。我国煤炭分类方案以煤的挥发分产率作为第一分类指标。挥发分产率=100M（有机质分解出来的液体和气体的总重量中的水分） 固定炭=100MAV或从测定煤炭挥发分后

16、的残渣重量中减去煤的灰分重量。煤的可燃基固定炭含量与挥发分一样，也是表征煤炭变质程度的一个参数，即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高。煤的燃料比是指煤的固定碳含量与挥发分产率之比，也是表征煤炭变质程度的一个指标，即煤的燃料比随煤的煤化程度增高而增高，长焰煤的燃料比为1。 动力用煤分为民用、锅炉、工业锅（窑）炉、蒸汽机车、船舶等用煤。 元素分析是指测定煤中有机质的组成元素，即碳、氢、氧、氮、硫的含量。五种元素中以碳、氢、氧为主，它们的总和占有机质的95%以上，氮的含量变化不大，硫的含量则随原始物质和成煤时的沉积条件不同有高有低。从煤的元素分析可判断煤的变质程度，计算煤的发热量，推测焦油产率

17、和腐煤蜡的产率，探索煤的结构，计算理论燃烧温度和燃烧产物的组成，煤的燃烧热。煤的元素组成资料也可以作为煤的工艺性质、煤的分类等辅助指标.当煤作为动力燃料使用时,也常需要原煤的元素组分数据,以便为锅炉设计和燃料煤的理论烟气量、空气消耗量和热平衡使用。碳的含量是评定煤变质程度的指标，也是计算物料及平衡的依据。氢含量随变质程度的增高而降低。相同变质程度的煤，氢含量与煤岩组分有关，氢可作为煤变质程度的指标和计算物料及热平衡的依据，还可作用氢含量推测成煤环境的还原程度和作为考虑成因类型划分的参数。氧含量随煤的变质程度的增高而减少，是区分低变质煤的一个主要指标。煤中的氧含量的多少对煤的加工和利用有着很大的

18、影响，对炼焦用煤，氧含量过高往往使煤的粘结性和结焦性大大降低或失去，当煤用作动力燃料时，氧含量过量时它不但不参与燃烧，反而约束着一部分对燃烧有利的元素（如C、H）从而使发热量减少，所以说煤中的氧的存在一般是不利的，但含氧量高的煤是制取芳香羧酸和腐植酸类物质的良好原料，这时氧的存在又是有利的。氮含量在煤中很少，随煤的变质程度的增高而降低，但不显着，煤中的氮在干馏、气化时大部分均以氨的形态逸出，可收回作为氨肥用，亦是煤中有用元素，氮在煤燃烧气化时生成NOX而使环境污染，又使煤液化时需消耗一部分氢，这是有害的。煤中的硫可分为无机硫和有机硫两大类，无机硫又分为硫化物硫（SP）、硫酸盐硫（SS）两种，同

19、时还含有少量的元素硫。根据硫在燃烧过程及干馏过程中的状态可分为可燃硫、不可燃硫、挥发硫、固定硫。其中：可燃硫=全硫碳酸盐硫；不可燃硫=碳酸盐硫氧化硫气体被煤灰中碱性物质吸收的部分硫；全硫=可燃硫不可燃硫。硫是煤中的有害元素，其危害性主要表现在以下几方面：（1）贮存煤时，特别是黄铁矿多的煤易于自燃；（2）作为动力燃料时硫燃烧生成SO2，不仅腐蚀金属设备，而且污染空气造成公害；（3）煤气化制合成煤气时所产生的SO2气体不仅腐蚀设备，而且使催化剂中毒，影响操作和产品质量。（4）炼焦时，大部分硫（60%）转入焦炭中，影响炼焦操作、产品质量和产量，而且对设备严重腐蚀，一般配煤硫应1%。 煤的发热量是指单

20、位重量的煤完全燃烧后所产生的热量，又叫热值（1卡=焦耳）。它是评定动力用煤质量的主要指标，又是计算耗煤量、热平衡及热效率等的依据，还是改进用煤方法，提高热能利用的基础资料。可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征（如粘结性、结渣性等）。煤的发热量与煤质的关系：随着煤的煤化程度增加，发热量不断增加，到焦煤达到最高值，此后随煤化程度进一步增加又有所下降，这可从煤的元素组成的变化来解释，从褐煤、长焰煤过渡到焦煤时煤中的氢含量减少得不多，而碳含量的增加和氧含量的减少的幅度有所降低，而氢含量则明显地降低，氢的发热量为碳的发热量的倍，因此煤的发热量的变化又随着煤化程度的进一步增加而下降了。收到基低位发热量

21、是指以收到状态的煤为基准的从高位发热量中减去煤燃烧后全部水的汽化热的发热量，这种发热量较接近工业实际情况。是评价动力用煤的重要指标，也是国际煤炭贸易中计价指标，是设计电厂锅炉、燃烧方式的重要参数。 煤灰成分的分类表：煤的灰成分中约有95%以上是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其余5%是Mg、Na、K、Ti的氧化物和Cl、S、P等所组成。成类 分型Al2O3SiO2Fe2O3CaO硅质灰分83040702020粘土质灰分304540552020铁质灰分107030552020钙质灰分52015405202040多数煤灰以硅酸盐为主，也有以碳酸盐或两者为主的。煤灰成分分析主要测定SiO2

22、、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5、TiO2、Mn3O4等。并应用光谱半定量分析普查其它有价值的伴生元素和稀散元素等。灰成分和灰熔点有关，目前按灰熔点（ST软化温度）分为四类：难熔灰分1500；高熔灰分12501500；低熔灰分11001250；易熔灰分1100。一般含SiO2和Al2O3高的煤其灰熔点高，含Fe2O3、CaO、MgO、K2O、SiO2 Al2O3Na2O高的煤灰熔点低，通常用工业元素比值（简称酸度）Fe2O3 CaO MgO来反映灰熔点的高低，通常比值接近1称为低熔灰分，当比值5时，灰分熔点可高达1350以上。 煤灰熔融性和灰粘度是动

23、力用煤和气化用煤的重要指标。煤灰熔融性习惯上称作为煤灰熔点；煤灰粘度是说明灰渣在熔化状态时的动态的重要指标。煤灰的粘度是指煤灰的内磨擦系数。它表明灰渣在熔化状态时的动态，对确定液态排渣锅炉和气化熔渣的出口温度有十分重要的意义，液态排渣炉不仅要求原料煤的煤灰熔融温度低，而且还需了解煤灰成分及煤灰的粘度温度特性（温度-粘度曲线）。固定床的煤气炉中，煤灰粘度应50泊；粉煤气化过程中，其粘度应250泊；液态排渣锅炉中，粘度50100泊，最高不能超过250泊。一般固态排渣的锅炉和固定床气化炉中，以采用煤灰熔温度较高的煤合适；液态排渣的锅炉和气化炉要求烧用煤灰熔融温度低的煤。炉内结渣情况并不完全决定于煤灰

24、熔融温度，还与煤的灰分含量有很大关系，即煤灰熔融温度相同，灰分含量高的煤比灰分含量低的煤容易结渣。在工业锅炉和气化炉中，成渣部位的气体介质大都呈弱还原性，为了适应燃烧和气化等工艺条件，煤灰熔融温度的测定须在弱还原气体介质中进行，在弱还原气体介质中，Fe2O3将变成二价铁（FeO），加上FeO能与煤灰里的SiO2生成熔点更低的硅酸盐，所以煤灰在弱还原气体中熔点最低。煤灰成分中的Al2O3和Fe2O3的含量，将直接影响煤灰熔融温度，前者始终与煤灰熔融温度成正比，而后者与煤灰熔融温度成反比。CaO 、MgO 、K2O和Na2O等碱性氧化物也都起降低煤灰熔融温度的作用。SiO2的含量与煤灰熔融温度的关

25、系一般不明显，但当SiO2的含量为4560%时，煤灰熔融温度随SiO2含量的增高而降低。当CaO含量特高时，则与熔融温度的关系就不符合上述规律，反而起提高煤灰熔融温度的作用。在工业上一般用ST（软化温度）作为评价煤灰熔点的主要指标。 络伦兹曲线见地质勘探时的煤质评价P8889洛伦兹曲线是一种直接进行比较的图示方法，可用来比较不同对象数据点的集中和分散的程度，也是一种相对的比较方法，由于这种方法简单并且较直观地可比较不同对象数据点的离散性，因而在各个专业上应用很广。在表中分别列出秩（即频数多少的次序），然后按秩的大小顺序排列。并分别计算其频率和累积频率，最后按累积频率绘制曲线，这种曲线称为洛伦兹曲线。曲线越平直（线性）表示数据点越分散，反之曲线越陡，表示数据点越集中。 煤的粘结性及结焦性