4煤质指标及煤级划分

4.煤质指标及煤级划分内容提要4.煤质指标及煤级划分1.煤质指标内容提要2.煤级划分2.煤质指标的表达4.1煤质指标—煤的工业分析煤的工业分析是水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目煤质分析的总称。其中，水分（W）、挥发分（V）、灰分（A）可以测定，固定碳（FC）=100-W-V-A。W、A→无机质V、FC→有机质4.1煤质指标—水分水分根据水在煤中的存在状态，可分为游离水和化合水。游离水：外在水分和内在水分外在水分：附着在煤颗粒表面和裂隙中的水分。将煤放在空气中风干，外在水分即不断蒸发，直到与空气的相对湿度达到平衡为止，此时失去的水分，即外在水分影响因素：与煤所处的外界条件有关。水采原煤、洗选后的外在水分大于旱采原煤和洗选前的；矿井地下水越丰富，外在水分也越大。与测试时的空气湿度有关。4.1煤质指标—水分内在水分：吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔内表面的水分。由于孔隙特别是微孔吸附力的作用，内在水分比外在水分难以蒸发，温度达到100˚C以上时，才能把内在水分全蒸发去。当煤样在温度0˚C、相对湿度96%下，煤颗粒吸附的水分达到饱和时，内在水分达到最高值，即最高内在水分。煤的孔隙度同煤化程度之间有一定的规律关系，因而最高内在水分一定程度上反映煤化程度。年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上，少数如云南弥勒褐煤可达31%。最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的比烟煤有所增加，因为无烟煤的孔隙度比烟煤要大些。4.1煤质指标—水分实验室内测得的内在水分与外在水分，属于游离水，两者之和称为全水分。注：全水分是煤炭按灰分计加中的一个辅助指标。实验室测试煤的全水分时得到的外在水分和内在水分，与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是不同的：实验室测得的外在水分是煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分（包括吸附在煤毛细孔中的部分内在水分，大小随空气湿度的降低和温度的升高而增大），而残留在煤中的水分，则为内在水分。因此，测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测试时的空气湿度和温度有关。4.1煤质指标—水分化合水(结晶水)：煤中矿物质内以分子或离子形式参加矿物晶格构造的水分，失水温度较高。如CaSO4·2H2O、Al2O32SiO2·2H2O的失水温度均为163˚C。结晶水和化合水在煤的工业分析中，一般不作测定。水分对煤的工业利用的影响：储存时，水分随空气湿度改变，使煤容易破裂氧化；运输时，高寒地带由于水分的冻结，造成装卸困难；炼焦时，水分消耗能量，延长炼焦时间，降低焦炉生产率。作燃料时，水分的蒸发要消耗部分热量，降低有效发热量。煤中全水分含量的高低是评价煤质的一个重要指标，它对煤的加工利用等均有重要影响。在有关工业用煤质量标准中对煤中全水分含量均有一定的要求。序号级别名称代号全水分Mt/%1特低全水分煤SLM≤6.02低全水分煤LM6.0~8.03中等全水分煤MM8.0—12.04中高全水分煤MHM12.0~20.05高全水分煤HM20.0~40.006特高全水分煤SHM40.04.1煤质指标—水分4.1煤质指标—灰分灰分：指煤完全燃烧后剩下的残渣，几乎全部来自于矿物质。由于残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤中矿物质（除水分外所有的无机质）在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物。因此，可以称为灰分产率。测定方法：将1g分析煤样在815±10˚C条件下完全燃烧，剩下残渣即为试样的灰分。通常水分是以无水干燥基煤样为基准来计算，记作Ad。Af—分析煤样灰分,（%）;Wf—分析煤样水分,（%）ffdW100100AA4.1煤质指标—灰分灰分对煤质的影响：某些地方煤的结焦性较好，但因矿物质含量高，且不易选，因而不能用于炼焦；高灰煤作工业燃料和原料时，因排灰量的增大，增加堆灰场地面积和城市垃圾运量，同时增加三废污染。低灰熔点的煤燃烧时容易结渣，会引起排渣困难和通气不良，强烈结渣会降低煤气产量和质量。煤的灰分越高，其发热量越低，经济价值也越低。另外，矿物质越多，煤的吸附气体能力下降。4.1煤质指标—灰分序号级别名称代号灰分Ad／％1特低灰煤SLA≤5.002低灰分煤LA5.0l~10.003低中灰煤LMA10.01—20.004中灰分煤MA20.01~30.005中高灰煤MHA30.01—40.006高灰分煤HA40.01—50.00灰分分级标准4.1煤质指标—挥发分挥发分：把煤放在与空气隔绝的容器中，在一定高温（900˚C）条件下加热到一定时间（7分钟）以后，从煤中分解出的液体（蒸汽状态）和气体产物，减去煤中所含的水分，即为挥发分。由于挥发分主要是煤中有机质热分解的产物，评价时应排除水分、灰分变化的影响，须将分析煤样的挥发分换算成以可燃基为基准的挥发分，即：Vf—分析煤样挥发分,（%）;Wf—分析煤样水分,（%），Af—分析基灰分fffdafAW100100VV4.1煤质指标—挥发分挥发分含量与煤化程度、煤岩成分、矿物质含量有关：一般来说，随着煤化程度增加，挥发分含量减小；煤化程度相同的煤中，壳质组的挥发分最高，镜质组次之，而丝质组最低，但随着煤化程度增加，挥发分受煤岩组成的影响变小。序号级别名称代号挥发分Vdaf/%1特低挥发分煤SLV≤10.002低挥发分煤LV10.0l~20.003中等挥发分煤MV20.0l~28.004中高挥发分煤MHV28.0l~37.005高挥发分煤HV37.01~50.006特高挥发分煤SHV50.0挥发分分级标准4.1煤质指标—固定碳固定碳：固定碳的高低是评价动力用煤和气化用煤质量的一个重要指标。煤中固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物，即:FCad＝100一(Mad十Aad十Vad)说明：固定碳和挥发分一样不是煤中的固有成分，而是热分解产物。固定碳与煤中碳元素含量是不同的概念，决不可混淆。FCad随煤化程度增加而增加，褐煤≤60％，烟煤50~90％，无烟煤＞90％，因此，可以以FCad作为煤分类指标。4.1煤质指标—固定碳序号级别名称代号固定碳FCd／％1特低固定碳煤SLFC≤45.002低固定碳煤LFC45.00~55.003中等固定碳煤MFC45.00~55.004中高固定碳煤MHFC65.00~75.005高固定碳煤HFC75.00~85.006特高固定碳煤SHFC85.00固定碳分级标准4.1煤质指标—发热量发热量：单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量。煤的发热量不但是煤炭分类及煤质分析的重要指标，也是热工计算的基础。在煤的燃烧或转化过程中，常用发热量来进行热平衡、热效率和耗煤量计算，并以此进行设备的选型或燃烧方式选择。因此，发热量也是确定动力用煤价格的主要依据。常用的表示方式有：弹筒发热量、恒压发热量、恒容发热量、高位发热量、低位发热量。能量单位的表示卡（cal）：由Calorie音译而来，指将1克水在1大气压下提升1℃所需要的热量。国际标准的能量单位是焦耳（joule），1卡=4.185焦。大卡：大卡就是千卡/公斤。用来评价燃料的品质，一公斤燃料能使X千克水升高1摄氏度就是这种燃料的热值是X大卡。中国惯用的热量单位卡20℃，即1克纯水从19.5℃升高到20.5℃所需要的热量。与焦耳的关系为：1卡20℃=4.1816J欧美的国家常用卡15℃。与焦耳的关系为：1卡15℃=4.1855J有些国家使用国际蒸汽表卡IT。与焦耳的关系为：1卡IT=4.1868J4.1煤质指标—发热量煤的发热量的测定：以氧弹量热法为标准，常用的量热计有恒温式和绝热式。两种方式的量热计的基本结构相似，其区别在于热交换的控制方式不同。测定方法：称取1~1.1g分析煤祥放在氧弹中，从氧气钢瓶充氧气至初压2.6—3.0MPa；利用电流加热弹筒内的金属丝使煤样着火。完全燃烧，其产物有C02、H20和灰以及燃烧后被水吸收形成的产物H2SO4、HNO3等。燃烧产生的热量被内套筒的水所吸收。根据水温的上升，并进行一系列的温度校正后．可计算出单位质量的煤燃烧时所产生的热量，即弹筒发热量Qb,ad。4.1煤质指标—发热量煤的发热量的测定：以氧弹量热法为标准，常用的量热计有恒温式和绝热式。氧弹：充有压力为4MPa的纯氧和装有可燃物质的燃烧室体。4.1煤质指标—发热量氧弹工作原理：将一定量的煤样放入充有过量氧气的氧弹内燃烧，放出的热量被一定量的水吸收，根据水温的变化计算得到煤样的发热量。4.1煤质指标—发热量因弹筒发热量是在恒定体积下测定的，所以称其恒容发热量。恒容高位发热量(Qgr,v,ad)：弹筒发热量中扣除由于生成硫酸和硝酸所产生的热量(包括化学生成热和溶解热)后，即得到煤的恒容高位发热量。因为煤在空气中燃烧时，是不会生成硫酸和硝酸的。Qgr,v,ad=Qb,ad-(95Sb,ad+αQb,ad)Qb,ad—分析煤样的高位发热量，J/g;Sb,ad—由弹简洗液测得的硫含量(％)，通常用煤的全硫量代替；95—硫酸生成热校正系数，为0.01g硫生成硫酸的化学生成热和溶解热之和，J;α—硝酸生成热校正系数。恒容低位发热量（Qnet,v,ad）：从高位发热量中扣除空气中燃烧时，水变成水蒸气时所吸收的热量。其大小最接近与煤作燃料时可以利用的发热量。表达式为：Qnet,v,ad=Qgr,v,ad-25(Mad+9Had)25—常数，相当于0.01g水的蒸发热，J。Mad，Had—分析煤样中H、水分的含量，%4.1煤质指标—发热量序号级别名称代号发热量Qnet,ar／(MJ／kg)1低热值煤LQ8.50—12.502中低热值煤MLQ12.51~17.003中热值煤MQ17.01—21.004中高热值煤MHQ21.0l一24.005高热值煤HQ24.01—27.006特高热值煤SHQ27.004.1煤质指标—发热量发热量分级标准注：煤田地质勘探系统在按发热量分级时，可采用全水分（Mt）进行计算。主要煤质指标与煤化程度的关系在煤质分析中得到的煤质指标，根据不同需要，可采用不同的基准来表示。基：表示化验结果是以什么状态下的煤样为基础而得出的。空气干燥基—以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准。符号为ad(airdrybasis)。又称分析基。干燥基—以假想无水状态的煤为基准。符号为d(drybasis)收到基—以收到状态的煤为基准。符号为ar(asreceived)。干燥无灰基—以假想无水、无灰状态的煤为基准。符号为daf(dryashfree)。4.2煤质分析—煤质指标的表达各种基准的换算关系：干燥基的换算：Xd=100Xad/(100-Mad)%Xad—分析基的化验结果；Mad—分析基水分；Xd—换算干燥基的化验结果。收到基的换算：Xar=(100-Mar)/(100-Mad)%Mar—收到基水分；Xar—换算为收到基的化验结果。无水无灰基的换算：Xdaf=100Xad/(100-Mad-Aad)%Aad—分析基灰分；Xdaf—换算为干燥无灰基的化验结果。当煤中碳酸盐含量大于2%时，上式的分母中还要减去碳酸盐中CO2含量。4.2煤质分析—煤质指标的表达4.3煤炭分类煤的分类是指为了科学地研究和合理地利用煤炭资源，根据煤的自然性质和煤在热加工过程中所表现出来的特性差异所进行的煤的类别划分。科学分类法：分类依据是煤的元素组成（碳、氢、氧等）。成因分类法：分类依据是煤的形成条件（分为腐植酸、腐泥煤和残植煤等）。适用于地质和煤质研究工作。技术分类法：分类依据是煤化程度和煤在热加工过程中所表现的特性（煤化程度以挥发分产率或镜质组最大反射率为分类指标，工艺性质则以煤的粘结性为指标）。具有科学和实用意义。中国、美国、前苏联、波兰、英国、法国和德国等国家煤炭分类法和国际煤分类均属这种分类方法。煤炭分类的研究工作已有很长的历史。1599年，黎巴维斯对包括煤炭在内的矿石沉积有机岩进行过系统分类。1763年，柏屈兰特在“Stocker”杂志上，提出了煤炭分类的重要性，为煤的分类研究作了技术准备。1800年之前的分类，只是将煤按外