煤炭基础知识

煤炭基础知识
一．煤的组成
煤包含有很多元素，由可燃物和不可燃物组成。

可燃物主要包括有机质和少量的矿物质，不可燃物包括水和大部分矿物质，如碱金属，碱土金属，铁，铝等的盐类。

煤的元素组分，即碳，氢，氧，氮，硫五个元素。

碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。

随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可达97%。

氢是煤中第二个重要组成元素，它占煤的质量分数为1-6%，越是年青的煤，其含量也越高。

氧元素是组成煤有机质的十分重要的元素，越是年青的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素的增高而降低，其含量从1-30%均有。

氮元素在煤中的比例较少，一般为0.5-3%。

硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低没有明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。

煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。

如碳含量低氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤；只有碳含量在84-85%，氢含量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。

二．煤的分类
煤的种类很多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。

如结焦性好或粘结性好的煤是优质的炼焦用煤；热稳定性好的无烟块煤是合成氨厂的主要原料；挥发分和发热量都高的煤是较好的动力用煤；一些低灰，低硫的年轻煤则是加压气化制造煤气和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料。

2-1. 煤的国际分类（简单分类）
black coal/hard coal (黑煤或硬煤)：包括烟煤(bituminous，主要用于钢铁制造工业)和无烟煤(anthracite).
brown coal(褐煤)，包括低热值的lignite（褐煤，大部分用于电厂）和peat(泥煤，用于电厂，水泥等工业制造行业)。

2-2. 中国的分类法是以炼焦用煤为主的工业分类法
就煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无烟煤之间共划分为14个大类和17个小类：
常见的三类：无烟煤，褐煤，烟煤。

无烟煤分为三个小类，即年老无烟煤，典型无烟煤和年轻无烟煤，主要按各小类工艺利用特性不同而划分。

褐煤分为两类，即年老褐煤和年轻褐煤，根据其性质和利用特征不同而划分。

烟煤共12个煤类，即贫煤，贫廋煤，廋煤，焦煤，肥煤，气肥煤，气煤，1/3焦煤，1/2中
粘煤，弱粘煤，不粘煤，长焰煤。

按挥发分烟煤分为四类：
低挥发分烟煤（挥发分大于10-20%）；
中挥发分烟煤（挥发分大于20-28%）；
中高挥发分烟煤（挥发分大于28-37%）；
高挥发分烟煤（挥发分大于37%）。

按粘结性（G值）烟煤分类：
0-5为不粘结性和微粘结煤；
大于5-20为弱粘性煤；
大于20—50为中等偏弱粘结煤；
大于50-65为中等偏强粘结煤；
大于65为强粘结煤。

对于强粘结煤，又把其中胶质层最大厚度y大于25mm或奥亚膨胀度b大于150%（对于Vdaf大于28%的烟煤，b大于220%）的煤分为特强粘结煤。

关于焦，肥，气，廋煤的命名
对G大于85的煤需要再测定胶质层最大厚度y值或奥亚膨胀度B值来区分肥煤，气肥煤与其它烟煤的界限。

当y值大于25mm时，如Vdaf大于37%，则划分为气肥煤；如Vdaf小于37%，则划分为肥煤。

当y值小于25mm时，则按其Vdaf值的大小而划分为相应的其它煤类。

如Vdaf大于37%，则应划分为气煤类；如Vdaf大于28-37%，则应划分为1/3焦煤；如Vdaf小于8%，则应划分为焦煤类。

国外焦煤分类（美，澳，加）
硬焦煤（hard coking coal, 灰分小于10，挥发分小于27，CSN/FSI大于6）
软焦煤(soft coking coal，挥发分大于27，CSN/FSI小于6)
弱/半软焦煤(weak/semi coking coal，挥发分大于27，CSN/FSI小于6)
喷吹煤（PCI coal）
三．炼焦工业用煤的要求及相应指标：
煤炭的主要用途是燃烧，炼焦和造气等，也可以作化工原料。

为了得到强度高，灰分硫分低的优质冶金用焦，对炼焦用煤有以下要求：
有较强的结焦或粘结性；
煤的灰分要低；
煤的硫分要低；
配合煤的挥发分要合适。

炼焦煤与非炼焦煤基本区别指标在于粘结性与结焦性：
煤的粘结性反应烟煤在干馏过程中能够软化熔融形成胶质体并固化粘结的能力。

煤的粘结性是煤形成焦炭的前提和必要条件，炼焦煤中肥煤的粘结性最好。

煤的结焦性反映烟煤在干馏过程中软化熔融粘结成半焦以及半焦进一步热解收缩最终形成
焦炭全过程的难能力。

在炼焦煤中焦煤的结焦性最好。

炼焦煤粘结性与结焦性的测定方法：
常用方法有七种：
坩埚膨胀序数(CSN)或自由膨胀序数(FSI)：是表征煤的膨胀性和粘结性的指标之一，序数越大表示煤的粘结性越强；主焦煤CSN一般都在6以上。

罗加指数(RI/LR)：是通过测定烟煤对惰性添加物（无烟煤）的粘结性能力来确定煤粘结性的一种方法。

罗加指数LR越高，煤的粘结性越强。

一般而言，LR小于5，煤不具有粘结性；LR大于5小于20，煤粘结性很差或不具有粘结性；LR大于20小于45，煤粘结性比较差；LR大于45小于80，良好；LR大于80小于90，很强。

粘结指数(G值)：粘结指数的测定原理与罗加指数测定原理相似，不单能较好地表征煤的粘结性，还可用作指导焦煤配煤，预测焦炭强度以及作为煤分类等的较好指标。

一般主焦煤的G值在80以上。

基氏流动度
胶质层指数(y值)：表征煤粘结性的好坏。

一般煤的y值越大粘结性越好，而且，当煤的Vdaf为30%左右时，y值出现最大值，Vdaf小于13%和大于50%的煤y值都几乎为零；y 值对中等粘结性和较强粘结性烟煤都有较好的区分能力。

奥亚膨胀度(最大膨胀度b值)：为国际上最通用的一种测定煤膨胀性和结焦性的方法，b值是专门用来区分肥煤和其它类型的一个重要指标，与胶质层最大厚度y值并列。

Vdaf小于28%的煤，b值大于150%的为肥煤；对Vdaf大于28%的煤，b值小于220%的为肥煤（当Vdaf小于37%时）或气肥煤（当Vdaf大于37%时）。

当按b值划分的煤类与按y值划分的煤类有矛盾时，则以y值确定的煤为准）
葛金焦型
煤的工业分析法：
煤的分析检验，根据目的不同，一般可分为工业分析法和元素分析法。

煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤的基本依据，它包括煤的水分，灰分，挥发分产率和固定碳四个指标的测定。

通常，水分，灰分，挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。

有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和煤中全硫的测定，称为全工业分析。

煤的工业分析法：
煤的工业分析师了解煤的性质和用途的重要指标。

如水分和灰分高的煤，它的有机质含量就少，经济价值就小。

根据煤的灰分，水分，挥发分及其焦渣特征等指标，就可以比较可靠地算出煤的高位发热量和低位发热量。

煤中全硫分是确定炼焦用烟煤的重要指标。

对于合成氨工业，空气干燥基的固定碳含量（Fcad）是评价无烟煤用于制造合成气（半水煤气）是经济价值的一个重要指标。

煤的外在水分和全水分，不仅影响动力用煤的低位发热量，而且还与煤的运输与储存等都有十分密切的关系。

煤工业分析常用符号：
AD air dried 空干基
AR As received 收到基
DAF dry ash free 干燥无灰基
CSN crucible swell number
CV calorific value
DDPM dial divisions per minute
FC fixed carbon
HGI hardgrove grindability index
IM inherent moisture
Kcal/kg kilocalories per kilogram
M40 percentage of sample remaining over 40mm after a rotating drum test M10 percentage of sample under 10mm in size after a rotating drum test Max maximum
Mm millimeters
P phosphorus
PCI (coal for) pulverized coal injection
TM total moisture
TS total sulphur
VM volatile matter
A ash。