chap8煤的工艺性质
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三、粘结性烟煤热解过程
（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）drying and desorption
● ～120℃：煤炭脱水、干燥 ● 120～200℃：解吸，脱除吸附的CH4、CO、CO2等气 体。 ● 300℃：低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO等， 生成放出热解水和微量的焦油。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第一节 煤的发热量
（一）对N、S特殊热效应的校正––恒容高位发热量
从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容
高位发热量，简称高位发热量，用符号Qgr,
v,
表示：
ad
Q gr, v, ad＝ Q b, ad－（ 94.1S b, ad + Q b, ad ）
式中：Sb,
－由弹筒洗液测得的硫含量，％，满足下列条件之
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
四、非粘结性煤noncaking coal热解过程 ●煤化程度低的非粘结性煤
Low rank noncaking coals 如褐煤、长焰煤等，其热解过程与烟煤大体类似，同 样有分解、裂解和缩聚等反应发生，生成大量气体和焦油， 只是在热解过程中没有胶质体生成，不会产生熔融、膨胀 等现象，热解前后煤粒仍然呈分离状态，不会粘结成块。
206－0.01g氢生成的水的汽化热，J；
23－0.01g吸附水的汽化热，J。
第一节 煤的发热量
五、恒湿无灰基高位发热量the gross calorific value on the moist ash-free basis
恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分 的一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水 分。煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气 干燥基的高位发热量进行换算，公式如下：
低温干馏Low-temperature carbonization (500-600℃)－以液体产物为目 标
中温干馏medium-temperature carbonization (700-800℃)－制取燃料煤气 高温干馏high-temperature carbonization (950-1050℃)－炼焦
表5-1 各种煤的发热量
煤种 泥炭
Qgr, v, daf, kJ/g 20～24
年青褐煤
24～28
年老褐煤
28～30.6
长焰煤
30～33.5
气煤
32.2～35.6
肥煤
34.3～36.8
焦煤
35.2～37.1
瘦煤
35～36.6
贫煤
34.8～36.4
年青无烟煤
34.8～36.2
典型无烟煤
34.3～35.2
第一节 煤的发热量
（二）对水不同状态热效应的校正––恒容低位发热量
从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成
的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用
符号Qnet,
v,
表示，计算公式如下：
ad
Qnet, v, ad = Qgr, v, ad－206Had－23Mad
式中：
Qnet, v, ad–空气干燥基的恒容低位发热量，J/g； Mad－煤样的空气干燥基水分，%；
Qgr, v,ad
100 100 M ad
Qgr, v, daf
Qgr, v,ad
100 100 M ad
Aad
Qgr, v, ar
Qgr,
v,ad
100 M t 100 M ad
第一节 煤的发热量
（2）低位发热量的基准换算公式
Qnet, v, ar
(Qgr, v, ad
206H
ad
ad
一时，即可用全硫代替：
Qb, ad >14.60kJ/g，或St, ad < 4.00%。
－硝酸生成热校正系数。试验证明，与Qb, ad 有关，取值如 下： Qb, ad 16.7kJ/g时，=0.0010
16.7kJ/g < Qb, ad 25.10 kJ/g时， =0.0012 Qb, ad > 25.10 kJ/g时，=0.0016
第四节 煤的机械加工性质 mechanical processing properties of coal
第一节 煤的发热量
一、煤的发热量的定义 单位质量的煤完全燃烧后释放出的热量。
单位：kJ/g或MJ/kg。 二、煤发热量的测定
（1） 称量 1g煤样置于氧弹oxygen bomb中，并将氧弹
充入纯氧2.6～3.0MPa，然后放入有水的内桶中；
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
●一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions
♣加氢反应hydrogenation ，如
♣缩合反应 ，如
OH
+ H2
C H3
+ H2
+ H 2O + C H4
+ + N H 2 C4 H H 62
+ +
N2H H 3 2
+ C4 H6
第八章 煤的工艺性质technological properties
第一节 煤的发热量 heat value/ calorific value of coห้องสมุดไป่ตู้l
第二节 煤的热解和粘结成焦性质 pyrolysis and caking properties of coal
第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质 gasification and combustion properties of coal
年老无烟煤
32.2～34.3
Qnet,daf
Vdaf , %
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
一 、煤的热解pyrolysis/thermal decomposition
★概念－煤在隔绝空气的条件下in the absence of air进行加热，发生一系列 的物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭) 的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或炭化(carbonization)。 ★热解分类 按热解终温final pyrolysis temperature
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
二 、煤热解过程主要的反应类型reaction type
● 煤的热解中的裂解反应 cracking reactions ● 一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions ● 煤热解中的缩聚反应condensation reactions
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
三、烟煤热解过程 （3）半焦转化为焦炭的阶段 （550 ～1000 ℃）
该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。 ●550～750℃，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少 量的CH4，称为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气 体后，体积收缩shrinkage产生裂纹fissure。在此阶段基本 上不产生焦油。 ● 750～1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体， 主要是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结 构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
二 、煤热解过程主要的反应类型reaction type ● 煤的热解中的裂解反应cracking reactions
(1) 结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片radical fragments； (2) 脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃gaseous
hydrocarbons，如：CH4(methane)﹑C2H6 (ethane)等；
（2）点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；
（3）测定内桶水温，校正热损失heat loss，即可计算弹
筒发热量，用Qb,
表示。测定装置示意图。
ad
Outer jacket
A oxygen bomb
The isothermal-Jacket calo'rimeter
第一节 煤的发热量
三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别 （1）燃烧条件的区别：温度、气氛、压力、恒容at constant volume 、恒压at constant pressure （2）燃烧结果的区别：反应、产物 （3）对发热量的影响：弹筒发热量大于煤的真实热值
三、粘结性烟煤热解过程 （2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）
Formation and resolidification of metaplast
● 300～480℃：煤分解、解聚Depolymerization ，析出大量焦 油和气体
其中：在450℃左右的温度区间，焦油的析出量最大。在 该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液（胶质 体）、固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体metaplast 。 ● 450～550℃(600℃)胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速， 开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。
Aad
Qgr, v, daf 206H daf
第一节 煤的发热量
七、影响煤发热量的因素 煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的
发热量有不同程度的影响。 成因类型的影响 ：腐泥煤和腐植煤 煤岩组成的影响 ：镜质组、壳质组、惰质组 矿 物 质 的影 响：矿物质分解吸热、矿物质不发热 风 化 的 影 响 ：氧含量增加、灰分增加 煤化程度的影响：元素组成的变化
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
●一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions
♣ 裂解反应cracking reactions ，如
C2H6 →C2H4＋H2
+ ♣脱氢反应C 6 Hd1 e2 hydrogenation ，如3 H 2
C H2 C H2
+ H2
)
100 M t 100 M ad
23M t
Qgr, v, ar 206Har 23M t
Qnet, v, d
(Qgr, v, ad
206H
ad
)
100 100 M
ad
Qgr, v, d 206H d
Qnet, v, daf
(Qgr, v, ad
206H
ad
)
100
100 M ad
三、粘结性烟煤热解过程 （1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）
drying and desorption （2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）
Formation and resolidification of metaplast （3）半焦转化为焦炭的阶段
Semicoke to coke
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
四、非粘结性煤noncaking coal热解过程 ●煤化程度高的非粘结性煤 High rank noncaking coals
如贫煤、无烟煤，其热解过程较为简单，以裂解为主， 释放出少量的热解气体，其中热值高的烃类如甲烷含量较 低，氢含量则较高，煤气热值相对较低。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第一节 煤的发热量
四、发热量的校正correction （1）弹筒发热量the bomb calorific value ：弹筒直接测得 的发热量。 （2）高位发热量the gross calorific value ：由弹筒发热量 扣除deduct 氮、硫特殊反应热。 （3）低位发热量the net calorific value ：由高位发热量扣 除水的蒸发潜热。
Qgr, maf
Qgr,
v,
ad
100(100
100(100 MHC) M ad ) Aad (100
MHC)
第一节 煤的发热量
六、发热量基准换算 ◆发热量基准换算的目的 ◆换算公式 （1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式
第一节 煤的发热量
（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式
Qgr, v, d
+2H 2
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
●煤热解中的缩聚反应
♣ 胶质体metaplast固化过程的缩聚反应，主要是在热解 生成的自由基之间的缩聚，其结果生成半焦 semicoke/char。 ♣ 半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭coke。缩聚反 应是芳香结构脱氢dehydrogenation。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
二 、煤热解过程主要的反应类型 ● 煤的热解中的裂解反应cracking reactions
(3) 含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序 order为：
－OH > >C=O > —COOH > －OCH3。 (4) 煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的
低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。
五、煤热解产生胶质体的性质
●胶质体的概念 ●胶质体的热稳定性（温度间隔 ） ●胶质体的透气性 ●胶质体的流动性 ●胶质体的膨胀性
（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）drying and desorption
● ～120℃：煤炭脱水、干燥 ● 120～200℃：解吸，脱除吸附的CH4、CO、CO2等气 体。 ● 300℃：低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO等， 生成放出热解水和微量的焦油。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第一节 煤的发热量
（一）对N、S特殊热效应的校正––恒容高位发热量
从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容
高位发热量，简称高位发热量，用符号Qgr,
v,
表示：
ad
Q gr, v, ad＝ Q b, ad－（ 94.1S b, ad + Q b, ad ）
式中：Sb,
－由弹筒洗液测得的硫含量，％，满足下列条件之
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
四、非粘结性煤noncaking coal热解过程 ●煤化程度低的非粘结性煤
Low rank noncaking coals 如褐煤、长焰煤等，其热解过程与烟煤大体类似，同 样有分解、裂解和缩聚等反应发生，生成大量气体和焦油， 只是在热解过程中没有胶质体生成，不会产生熔融、膨胀 等现象，热解前后煤粒仍然呈分离状态，不会粘结成块。
206－0.01g氢生成的水的汽化热，J；
23－0.01g吸附水的汽化热，J。
第一节 煤的发热量
五、恒湿无灰基高位发热量the gross calorific value on the moist ash-free basis
恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分 的一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水 分。煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气 干燥基的高位发热量进行换算，公式如下：
低温干馏Low-temperature carbonization (500-600℃)－以液体产物为目 标
中温干馏medium-temperature carbonization (700-800℃)－制取燃料煤气 高温干馏high-temperature carbonization (950-1050℃)－炼焦
表5-1 各种煤的发热量
煤种 泥炭
Qgr, v, daf, kJ/g 20～24
年青褐煤
24～28
年老褐煤
28～30.6
长焰煤
30～33.5
气煤
32.2～35.6
肥煤
34.3～36.8
焦煤
35.2～37.1
瘦煤
35～36.6
贫煤
34.8～36.4
年青无烟煤
34.8～36.2
典型无烟煤
34.3～35.2
第一节 煤的发热量
（二）对水不同状态热效应的校正––恒容低位发热量
从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成
的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用
符号Qnet,
v,
表示，计算公式如下：
ad
Qnet, v, ad = Qgr, v, ad－206Had－23Mad
式中：
Qnet, v, ad–空气干燥基的恒容低位发热量，J/g； Mad－煤样的空气干燥基水分，%；
Qgr, v,ad
100 100 M ad
Qgr, v, daf
Qgr, v,ad
100 100 M ad
Aad
Qgr, v, ar
Qgr,
v,ad
100 M t 100 M ad
第一节 煤的发热量
（2）低位发热量的基准换算公式
Qnet, v, ar
(Qgr, v, ad
206H
ad
ad
一时，即可用全硫代替：
Qb, ad >14.60kJ/g，或St, ad < 4.00%。
－硝酸生成热校正系数。试验证明，与Qb, ad 有关，取值如 下： Qb, ad 16.7kJ/g时，=0.0010
16.7kJ/g < Qb, ad 25.10 kJ/g时， =0.0012 Qb, ad > 25.10 kJ/g时，=0.0016
第四节 煤的机械加工性质 mechanical processing properties of coal
第一节 煤的发热量
一、煤的发热量的定义 单位质量的煤完全燃烧后释放出的热量。
单位：kJ/g或MJ/kg。 二、煤发热量的测定
（1） 称量 1g煤样置于氧弹oxygen bomb中，并将氧弹
充入纯氧2.6～3.0MPa，然后放入有水的内桶中；
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
●一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions
♣加氢反应hydrogenation ，如
♣缩合反应 ，如
OH
+ H2
C H3
+ H2
+ H 2O + C H4
+ + N H 2 C4 H H 62
+ +
N2H H 3 2
+ C4 H6
第八章 煤的工艺性质technological properties
第一节 煤的发热量 heat value/ calorific value of coห้องสมุดไป่ตู้l
第二节 煤的热解和粘结成焦性质 pyrolysis and caking properties of coal
第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质 gasification and combustion properties of coal
年老无烟煤
32.2～34.3
Qnet,daf
Vdaf , %
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
一 、煤的热解pyrolysis/thermal decomposition
★概念－煤在隔绝空气的条件下in the absence of air进行加热，发生一系列 的物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭) 的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或炭化(carbonization)。 ★热解分类 按热解终温final pyrolysis temperature
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
二 、煤热解过程主要的反应类型reaction type
● 煤的热解中的裂解反应 cracking reactions ● 一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions ● 煤热解中的缩聚反应condensation reactions
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
三、烟煤热解过程 （3）半焦转化为焦炭的阶段 （550 ～1000 ℃）
该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。 ●550～750℃，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少 量的CH4，称为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气 体后，体积收缩shrinkage产生裂纹fissure。在此阶段基本 上不产生焦油。 ● 750～1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体， 主要是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结 构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
二 、煤热解过程主要的反应类型reaction type ● 煤的热解中的裂解反应cracking reactions
(1) 结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片radical fragments； (2) 脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃gaseous
hydrocarbons，如：CH4(methane)﹑C2H6 (ethane)等；
（2）点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；
（3）测定内桶水温，校正热损失heat loss，即可计算弹
筒发热量，用Qb,
表示。测定装置示意图。
ad
Outer jacket
A oxygen bomb
The isothermal-Jacket calo'rimeter
第一节 煤的发热量
三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别 （1）燃烧条件的区别：温度、气氛、压力、恒容at constant volume 、恒压at constant pressure （2）燃烧结果的区别：反应、产物 （3）对发热量的影响：弹筒发热量大于煤的真实热值
三、粘结性烟煤热解过程 （2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）
Formation and resolidification of metaplast
● 300～480℃：煤分解、解聚Depolymerization ，析出大量焦 油和气体
其中：在450℃左右的温度区间，焦油的析出量最大。在 该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液（胶质 体）、固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体metaplast 。 ● 450～550℃(600℃)胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速， 开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。
Aad
Qgr, v, daf 206H daf
第一节 煤的发热量
七、影响煤发热量的因素 煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的
发热量有不同程度的影响。 成因类型的影响 ：腐泥煤和腐植煤 煤岩组成的影响 ：镜质组、壳质组、惰质组 矿 物 质 的影 响：矿物质分解吸热、矿物质不发热 风 化 的 影 响 ：氧含量增加、灰分增加 煤化程度的影响：元素组成的变化
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
●一次热解产物的二次热解反应secondary pyrolysis reactions
♣ 裂解反应cracking reactions ，如
C2H6 →C2H4＋H2
+ ♣脱氢反应C 6 Hd1 e2 hydrogenation ，如3 H 2
C H2 C H2
+ H2
)
100 M t 100 M ad
23M t
Qgr, v, ar 206Har 23M t
Qnet, v, d
(Qgr, v, ad
206H
ad
)
100 100 M
ad
Qgr, v, d 206H d
Qnet, v, daf
(Qgr, v, ad
206H
ad
)
100
100 M ad
三、粘结性烟煤热解过程 （1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）
drying and desorption （2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）
Formation and resolidification of metaplast （3）半焦转化为焦炭的阶段
Semicoke to coke
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
四、非粘结性煤noncaking coal热解过程 ●煤化程度高的非粘结性煤 High rank noncaking coals
如贫煤、无烟煤，其热解过程较为简单，以裂解为主， 释放出少量的热解气体，其中热值高的烃类如甲烷含量较 低，氢含量则较高，煤气热值相对较低。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第一节 煤的发热量
四、发热量的校正correction （1）弹筒发热量the bomb calorific value ：弹筒直接测得 的发热量。 （2）高位发热量the gross calorific value ：由弹筒发热量 扣除deduct 氮、硫特殊反应热。 （3）低位发热量the net calorific value ：由高位发热量扣 除水的蒸发潜热。
Qgr, maf
Qgr,
v,
ad
100(100
100(100 MHC) M ad ) Aad (100
MHC)
第一节 煤的发热量
六、发热量基准换算 ◆发热量基准换算的目的 ◆换算公式 （1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式
第一节 煤的发热量
（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式
Qgr, v, d
+2H 2
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
●煤热解中的缩聚反应
♣ 胶质体metaplast固化过程的缩聚反应，主要是在热解 生成的自由基之间的缩聚，其结果生成半焦 semicoke/char。 ♣ 半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭coke。缩聚反 应是芳香结构脱氢dehydrogenation。
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
第二节 煤的热解和粘结成焦性质
二 、煤热解过程主要的反应类型 ● 煤的热解中的裂解反应cracking reactions
(3) 含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序 order为：
－OH > >C=O > —COOH > －OCH3。 (4) 煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的
低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。
五、煤热解产生胶质体的性质
●胶质体的概念 ●胶质体的热稳定性（温度间隔 ） ●胶质体的透气性 ●胶质体的流动性 ●胶质体的膨胀性