中国煤炭分类、特性和利用

中国煤炭分类、特性和利用知识讲座主要内容1煤炭的分类2各类煤的基本特性和主要用途3各种工业用煤的技术要求1煤炭的分类1.1煤炭分类概述为了适用不同用煤部门的要求，根据煤的属性和成因条件，将煤分成多种类别。煤的分类是按照同一类别煤,其基本性质相近的科学原则进行的。煤炭分类的作用：地质勘探部门对资源的评价、储量计算；采煤部门确定开采、选煤加工方案；供销部门制定供煤体系、煤价；用煤部门如焦化、动力工业指导配煤和采用洁净煤技术。因此煤炭分类是合理、洁净利用煤炭、优化资源配置的一项系统工程。对煤炭进行分类时，根据分类的目的不同，分为实用分类（技术分类和商业编码）和科学/成因分类两大类。1.2分类研究的历史沿革1800年以前的研究工作，只是按煤外观不同把煤分为亮煤、暗煤和褐煤。19世纪工业革命以来，煤成为主要的能源和原料，其用途日益广泛，产生了对煤分类的客观要求。1820年，英国开始按煤性质对煤进行简单的分类，出现了瘦煤、肥煤、硬煤、烟煤等名词。1826年德国卡斯滕用煤热解后残渣特性，对煤进行分类。1837年法国勒尼奥参照煤田的地质年代和构造，按照相对密度和元素分析结果，对世界一些地区不同级别的煤进行分类。1857年德国舍恩多夫用挥发分和焦渣特征进行煤炭分类，可以看作现代煤分类的雏形。1899年英国的塞勒，提出了著名的煤科学分类，以煤的元素分析为基础，用碳、氢做分类指标。塞勒在1931年和1938年又做修订，用煤中的碳、氢、氧、氮之和及挥发分，作为分类指标，同时用各种煤的黏结特性、焦炭质量和煤的工业用途等作为分类方案的注解。1946年英国科学和工业研究部建议采用挥发分和格金焦型为分类指标；20世纪以来，各国大多倾向于以炼焦煤为主的分类，这些分类主要以表征煤化程度的挥发分为主要分类指标，其中比较典型的是美国分类。同时还采用煤的黏结性作为另一个分类指标，如英国采用格金焦型，美国和法国采用坩埚膨胀数序，中国的黏结指数，前苏联的最大胶质层厚度，波兰的罗加指数等。随着煤岩学在煤炭勘探和利用领域的推广使用，20世纪70年代后期，许多国家逐渐引人煤岩指标，如镜质组反射率和惰性组分含量等作为分类指标，把新的煤岩成果引入煤分类体系。近几十年来，煤田地质学家有根据成煤的原始植物和聚集环境，制订了煤的成因分类，将煤分为腐殖煤、腐泥煤、腐殖腐泥煤等。煤岩工作者提出煤的显微组分分类等，丰富了煤分类的科学内容。第二次世界大战后，煤炭国际贸易量大幅度增加，迫切需要一个统一的国际煤分类，1949年联合国欧洲经济委员会曾组织欧洲和美国等10个国家研究制定国际统一的煤的分类方法，1956年提出“硬煤国际分类”；1959年提出“褐煤国际分类”，但这些分类方法都未能在世界各国取得统一，各国仍然以本国的煤炭分类方法为主。1980年后，欧洲经济委员会又提出“硬煤分类编码系统”和“煤层煤分类”，都因体系太繁复，得不到国际标准化组织（ISO）的认可,未能在国际间推广应用。90年代后，ISO应煤炭的发展需求，重新组织各国煤分类专家，制订新的国际煤分类标准（ISO11760:2005），目的是按照标准规范评价煤质资源和储量，指导煤炭勘探、开采和利用。国际煤炭分类已趋向采用表征煤化程度、煤岩特征和煤的工艺性质的多种指标的编码分类，使每一类煤都有表示其性质的编码，根据煤的编码，即可较全面的了解煤的性质。我国最早的煤炭分类方法是1936年由翁文灏和金凯英提出的“翁-金氏分类法”。新中国成立后，在学习前苏联经验的基础上，1954年开始制定了中国东北区和华北区的两个地区性煤炭分类方案。1956年由煤炭部、冶金部和中国科学院等单位共同研究，提出了统一的“中国煤（以炼焦煤为主）分类方案”，1958年在全国试行。从1975年起，由煤炭部和冶金部的生产使用和科研单位，经过10年共同研究，于1985年提出“中国煤炭分类”国家标准(GB/T5751-86)，1986年由原国家标准局批准发布，1991年正式实施。最新的中国煤炭分类标准是2009年6月1日发布，2010年1月1日实施的GB/T5751-2009代替GB/T5751-86。1.3我国煤炭分类原则适应我国当前技术发展水平；符合我国煤炭资源特点，有利于开采、有效洁净和合理利用煤炭；有利于煤炭用户提高产品质量和产量；是一系列有科学根据并有实用价值的分类，包括从褐煤到无烟煤的分类；煤类的划分要简明可行，切合实际应用，分类指标要反映煤化程度和主要工艺性质，测定方法简易可行，便于推广。分类方案简洁、明了，便于储量和生产调运统计，有利于国际上的相互对比与交流。1.4中国煤炭分类参数中国煤炭分类是按照煤化程度及工艺性能进行分类。采用煤化程度参数来区分无烟煤、烟煤和褐煤。无烟煤煤化程度参数用干燥无灰基挥发份和干燥无灰基氢含量两个指标，以此区分无烟煤的亚类。烟煤类别的确定：用烟煤煤化程度和烟煤粘结性两个参数来确定。煤化程度的参数用干燥无灰基挥发分，粘结性用粘结指数、胶质层最大厚度（或奥亚膨胀度）为指标，区分烟煤中的类别.褐煤类别的确定：煤化程度用透光率为指标，区分褐煤和烟煤及褐煤划分小类，并用恒湿无灰基高位发热量为辅来区分烟煤和褐煤。参数符号及含义：Vdaf—干燥无灰基挥发分；定义：煤样在规定条件下隔绝空气加热，并进行水分校正后的质量损失。GR.I.—粘结指数，定义：在规定条件下以烟煤在加热后粘结专用无烟煤的能力。Y—胶质层最大厚度，定义：烟煤胶质层指数测定中利用探针测出的胶质体上、下层面差的最大值。b—奥亚膨胀度，定义：在奥阿膨胀计试验中，以膨胀杆上升的最大距离占煤笔原始长度的百分数作为煤的膨胀度。PM—透光率。定义：专指褐煤、长焰煤在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后所得溶液的透光百分率。Hdaf—干燥无灰基氢定义：煤中氢的含量。1.5煤炭分类表1.5.1无烟煤、烟煤及褐煤分类表类别符号数码分类指标Vdaf%PM%无烟煤WY01，02，03≤10.0－烟煤YM11，12，13，14，15，1610-20－21，22，23，24，25，2620-2831，32，33，34，35，3628-3741，42，43，44，45，4637褐煤HM51，5237.0a≤50ba凡是Vdaf37.0%、G≤5，再用透光率PM来区分烟煤和褐煤（在地质勘探中，在不压饼的条件下，测定的焦渣特征为1-2号的煤，再用PM来区分烟煤和褐煤）。b凡是Vdaf37.0%、PM50%者，为烟煤。30%PM≤50%的煤，如恒湿无灰基高位发热量Qgr,m,af24MJ/kg,则划分为长焰煤,否则为褐煤。1.5.2无烟煤亚类的划分类别符号编码分类指标Vdaf%Hdaf%a无烟煤一号WY101≤3.5≤2.0无烟煤二号WY2023.5－6.52.0－3.0无烟煤三号WY3036.5－10.03.0a在已确定了无烟煤亚类的生产矿、厂的日常工作中，可以只按Vdaf分类；在地质勘探中，为新区确定亚类，或生产矿、厂和其他单位需要重新核定亚类时，应同时测定Vdaf和Hdaf，按上表分亚类。如两种结果有矛盾，以按Hdaf划分亚类的结果为准。烟煤部分，挥发分分4个阶段：低级10%-20%，中级20%-28%,中高级28%-37%，高级37%;黏结指数分6个阶段：不黏结或微黏结0-5，弱黏结5-20；中等偏弱黏结20-50;中等偏强黏结50-65;强黏结65；特强黏结85。1.5.3烟煤的分类类别符号编码分类指标Vdaf,%GR.IY,mmb,%b贫煤PM1110-20≤5贫瘦煤PS1210-205-20瘦煤SM131410-2010-2020-5050-65焦煤JM15242510-2020-2820-2865a50-6565a≤25≤25≤150≤150烟煤的分类(续上表)类别符号编码分类指标Vdaf%GR.IY,mmb,%b肥煤FM16263610-2020-2828-3785a85a85a2525251501502201/3焦煤1/3M3528-3765a≤25≤220气肥煤QF463785a25220烟煤的分类(续上表)类别符号编码分类指标Vdaf%GR.IY,mmb,%b气煤QM3443444528-3737373750-6535-5050-6565a≤25≤220½中粘煤½ZN233320-2820-3730-5030-50烟煤的分类(续上表)类别符号编码分类指标Vdaf%GR.IY,mmb,%b弱粘煤RN223220-2828-375–305–30不粘煤BN213120-2828-37≤5≤5长焰煤CY41423737≤55–35a当烟煤黏结指数G≤85时，用干燥无灰基挥发分Vdaf和黏结指数G来划分煤类。当烟煤黏结指数G85时，用干燥无灰基挥发分Vdaf和胶质层最大厚度Y，或用干燥无灰基挥发分Vdaf和奥亚膨胀度b来划分煤类。对G85，再用Y或b并列作为分类指标。当Vdaf≤28.0%，暂定b为150%；Vdaf28.0%，暂定b为220%。如按b和Y划分有矛盾时，以Y值划分的类别为准。分类用的煤样，如原煤灰分≤10%，不需减灰。灰分10%的煤样，需按GB474的煤样制备方法，用氯化锌重液减灰后再分类。1.5.4褐煤亚类的划分类别符号编码分类指标PM%Qgr,mafMJ/kga褐煤一号HM151≤30－褐煤二号HM25230－50≤24*a凡Vdaf37.0%、PM30%-50%的煤，如恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf大于24MJ/kg,则划为长焰煤。黏结指数G16肥煤b150%26肥煤b150%36肥煤b220%46气肥煤b220%Y=25MM8515焦煤25焦煤351/3焦煤45气煤655014瘦煤24焦煤34气煤44气煤3513瘦煤231/2中粘煤331/2中粘煤43气煤3042长焰煤2022弱粘煤32弱粘煤Hdaf%512贫瘦煤023011贫煤21不粘煤31不粘煤41长焰煤Qgr,maf24MJ/kg01无烟煤一号02无烟煤二号03无烟煤三号52褐煤二号5051褐煤一号30Pm%03.56.510202837挥发分Vdaf%中国煤炭分类图2各类煤的基本特性和主要用途2.1无烟煤(WY)特点：——挥发分低Vdaf≤10.0%，固定碳高；——有较强光泽，硬度高，无黏结性；——相对密度高（纯煤1.35－1.90）；——燃点高（一般350－420℃左右），——燃烧时不冒烟；典型产地：——北京（01，年老无烟煤）——山西晋城（02，典型无烟煤）——山西阳泉（03，年轻无烟煤）主要用途：——无烟煤一号，Vdaf3.5%，多数用作碳素材料等高碳材料。——无烟煤二号，Vdaf大于3.5%~6.5%，合成氨造气主要原料。——无烟煤三号，Vdaf大于6.5%，高炉喷吹燃料；此外，民用燃料（如做蜂窝煤）；制造活性碳、炉料的原料；制造航空用型煤的原料。2.2烟煤（YM）——煤化程度高于褐煤而低于无烟煤。——黑色，不含腐植酸。从沥青光泽、玻璃光泽到金刚光泽。条带状结构明显，可明显区别煤岩成分。——挥发分范围宽，Vdaf大于10%；恒湿无灰基高位发热量大于24MJ/kg。——单独炼焦从不结焦到强结焦均有，燃烧有烟。——烟煤分有：不黏煤、弱黏煤、长焰煤、1/2中黏煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤和贫煤。2.2贫煤(PM)（国外也称半无烟）特点：——烟煤中变质程度最高，挥发分最低且接近无烟煤。Vdaf大于10%~20%；G≤5。——无黏结性，加热后不产生胶质体，不结焦。——发热量比无烟煤高；——燃烧时火焰短，耐烧；——燃点较高（350－360℃左右）典型产地：——山西潞安主要用途：——电厂燃料与高挥发分煤配烧，可发挥热值高且耐烧的优点——民用及工业锅炉燃