煤炭的基礎(chǔ)知識課件

煤炭的基礎(chǔ)知識

煤的形成煤是遠古死亡植物殘骸沒入水中經(jīng)過缺氧及厭氧細菌生物化學作用，然后在地表升降運動中被地層覆蓋經(jīng)過溫度和壓力的地質(zhì)化學作用而形成的有機生物巖，是由許多高分子碳氫化合物和少量無機礦物質(zhì)組成的可燃有機礦產(chǎn)煤作為一種主要的能源，在國民經(jīng)濟中起著舉足輕重的作用；作為一種商品和工業(yè)原料，其性質(zhì)，質(zhì)量與煤的價格，煤的利用關(guān)系密切，這就需要對煤進行了解和研究

煤的分類無煙煤，又稱白煤，因燃燒無煙而得名，是礦物化程度最高的煤，也是年齡最老的煤。它的特點是密度大，含碳量高，揮發(fā)分極低，燃點高，組織致密而堅硬，吸水性小，適于長途運輸和長期儲存。無煙煤的主要缺點是受熱時容易破裂成碎片，可燃性差，不易著火，但由于其發(fā)熱量高，灰分少，含硫量低，因此受到重視我國的無煙煤目前已探到的儲量約1044億噸，主要集中在山西省和貴州省煤的分類煙煤，是一種炭化程度較高的煤，與褐煤相比，它的揮發(fā)分較少，密度較大，吸水性較小，含碳量增加，氫和氧的含量減少。煙煤在自然界中分布最廣，儲量最多，品種也最多，是冶金工業(yè)和動力工業(yè)不可缺少的燃料，也是化學工業(yè)的重要原料煙煤最大的特點是具有粘結(jié)性，這是其他固體燃料所沒有的，因此它是煉焦的主要原料，但需要指出的是，不是所有的煙煤都具有同樣的粘結(jié)性，也不是所有的具有粘結(jié)性的煙煤都適合煉焦煤的分類褐煤，是泥煤經(jīng)過進一步變化所生成的，由于它能將熱堿水染成褐色而得名褐煤水分含量較高，容易因風化而破碎，呈褐色或黑褐色煤的分類泥煤，是最年輕的煤，也就是由植物剛剛變來的煤，結(jié)構(gòu)上它尚保留著植物遺體的痕跡，是棕褐色或黑褐色的不均勻物質(zhì)，質(zhì)地疏松，吸水性強。實際上，泥煤屬于植物成煤過程中的過渡產(chǎn)物

中國煤分類（以煉焦煤為主）方案大類別小類別分類指標名稱名稱Vr(%)Y(mm)無煙煤

≤10—貧煤

＞10-200（粉狀）瘦煤1號瘦煤＞14-200（成塊）-82號瘦煤＞14-20＞8-12焦煤瘦焦煤＞14-18＞12-25主焦煤＞18-26＞12-25焦瘦煤＞20-26＞8-121號肥焦煤＞26-30＞9-142號肥焦煤＞26-30＞14-25肥煤1號肥煤＞26-37＞25-302號肥煤＞26-37＞301號焦肥煤≤26＞25-302號焦肥煤≤26＞30汽肥煤＞37＞25中國煤分類（以煉焦煤為主）方案氣煤1號肥氣煤＞30-37＞9-142號肥氣煤＞30-37＞14-251號氣煤＞37＞5-92號氣煤＞37＞9-143號氣煤＞37＞14-25弱粘煤1號弱粘煤＞20-260(成塊)-82號弱粘煤＞26-370(成塊)-9不粘煤—＞20-370（粉狀）長焰煤—＞370-5褐煤—＞40—煤的組成煤主要是由碳、氫、氧3種元素組成，并含有少量的氮、硫、磷和一些稀有元素根據(jù)這些元素分析值，煤的主要可燃元素是碳，其次是氫，并含有少量的氧、氮、硫，它們與碳和氫一起構(gòu)成可燃化合物，成為煤的可燃質(zhì)除此之外，在煤中還含有一些不可燃的礦物質(zhì)灰分和水分，它們稱為煤的惰性質(zhì)煤的分析煤的化學成分，是通過元素分析和工業(yè)分析來測定的元素分析：碳、氫、氧、氮、硫、磷工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、發(fā)熱量、焦渣特征，灰融點煤

的

元

素

分

析

煤是復雜多種高分子物質(zhì)的混合物，元素分析就是測定這些元素的組分，它與煤的工業(yè)分析同是煤質(zhì)的基本分析，通過它們可以對煤的化學成分有個最基本的了解，元素組成可以用來估算煤的發(fā)熱量、理論燃燒溫度及燃燒產(chǎn)品的組成等，一般元素分析采用干燥無灰基（可燃基）為基準。煤

的

工

業(yè)

分

析

煤的工業(yè)分析也叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治觯褐械乃?、灰分、揮發(fā)分的測定及固定碳的計算。此外還單獨列出煤中硫分測定和發(fā)熱量的測定結(jié)果。煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特性的主要指標，也是評價煤質(zhì)的基本依據(jù)，根據(jù)工業(yè)分析的各項測定結(jié)果可以初步判斷煤的性質(zhì)、種類和各種煤的加工利用效果、工業(yè)用途及貿(mào)易定價依據(jù)等等煤的元素分析碳

是煤的主要可燃元素，它在燃燒時放出大量的熱，煤碳化程度越高，含碳量就越多

氫

也是煤的主要可燃元素，它的發(fā)熱量約為碳的3倍，但它的含量比碳少的多

氮

在煤中的含量很少，煤燃燒時大部分氮呈游離N2狀態(tài)而分解逸出

煤的元素分析氧氧不能燃燒，所以是煤中的一種不利元素，因為它和碳、氫等可燃元素構(gòu)成氧化物而使它們失去了進行燃燒的可能性，從而降低煤的發(fā)熱量，但氧高的煤往往揮發(fā)分高，容易燃燒，煤中的氧一般不直接測定，是根據(jù)其他成分的測定值進行差減法求得磷磷在煤中含量也極少，并且對于冶金是有害的物質(zhì)

煤的元素分析硫

在煤中有3種存在形態(tài)：有機硫（S機）來自母體植物，與煤成化合狀態(tài)，均勻分布黃鐵礦硫（S礦）與鐵結(jié)合在一起，形成FeS2，也叫硫化物硫。硫酸鹽硫（S鹽）以各種硫酸鹽的形式（主要是CaSO4·2H2O和FeSO4·7H2O）存在于煤的礦物雜質(zhì)中其中有機硫和黃鐵硫都能參與燃燒反應，因而總稱為可燃硫或揮發(fā)硫；而硫酸鹽硫則不能進行燃燒反應，把黃鐵礦硫和硫酸鹽硫叫做無機硫，即煤中硫分為有機硫和無機硫煤的元素分析硫在煤中是一種極為有害的物質(zhì)，在燃燒、運輸、氣化和煉焦時都會帶來很大的危害；且硫燃燒后生成SO2和SO3能危害人體健康和造成大氣污染，會形成酸雨。在加熱爐中造成金屬的氧化和脫碳，在煉焦過程中硫化物侵蝕設備等等，所以對于煤中硫的控制，一般都比較嚴。但另一方面，硫又是一種重要的化工原料，尋求高效經(jīng)濟的脫硫方法和硫的回收利用途徑，具有重大意義。煤的工業(yè)分析水分煤是多孔性固體，含有一定的水分。水分是煤中的無機成分，其含量和存在狀態(tài)與煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外界條件有關(guān)。按照煤中水分存在的形態(tài)及物理化學性質(zhì)，可分為外在水分、內(nèi)在水分和化合水三種類型。水分是煤的雜質(zhì)，煤的水分不僅是煤在儲運過程中容易碎裂，增加運輸費用，而且水分還會降低煤的發(fā)熱量，這是因為水分在蒸發(fā)時要消耗一定的汽化熱煤的工業(yè)分析（1）外在水分（Mf)，又稱自由水分或表面水分，是在開采、運輸?shù)冗^程中吸附在煤粒表面和煤粒裂隙中及非毛細孔的孔穴中的水分，外在水分以機械方式和煤結(jié)合，可以自然風干，其蒸氣壓與純水蒸汽壓相同，在常溫下較易失去含有外在水分的煤稱為收到煤，僅失去外在水分的煤則稱為空氣干燥基?？諝飧稍锩簶邮敲嘿|(zhì)化驗中通常采用的分析煤樣。實驗室為制取分析煤樣，一般將收到煤在45-50℃下放置數(shù)小時，使外在水分不斷蒸發(fā)，至到煤表面的蒸汽壓與大氣濕度相平衡煤的工業(yè)分析（2）內(nèi)在水分（Minh），是指在一定條件下達到空氣干燥狀態(tài)時所保留的水分，即存在于煤粒內(nèi)部直徑小于0.000005cm的毛細孔中的水分。該水分以物理化學方式與煤結(jié)合，其含量除與煤的表面大小和吸附能力有關(guān)外，還與煤的煤化程度有關(guān)，一般煤化程度在焦煤、肥煤階段的水分最低，年輕的褐煤內(nèi)在水分最高，而年老的無煙煤的內(nèi)水又明顯增高內(nèi)水在室溫下不易失去，將空氣干燥煤樣加熱至105-110℃時失去水分即內(nèi)在水分。失去內(nèi)在水分的煤為干燥煤煤的工業(yè)分析以上兩種水分是以機械方式及物理化學方式與煤結(jié)合，通常稱為游離水，煤中的游離水在常壓下105-110℃時經(jīng)短時間干燥即可全部蒸發(fā)。把煤的外在水分與內(nèi)在水分的總合稱為煤的全水分，簡記符號為Mt煤的工業(yè)分析化合水煤中的化合水是指以化學方式與礦物質(zhì)結(jié)合，有嚴格的分子比，在全水分測定后仍保留下來的水分，即通常所說的結(jié)晶水化合水。由于其含量不大，在煤的工業(yè)分析中一般不考慮化合水煤的工業(yè)分析灰分（A）灰分是煤中不能燃燒的礦物質(zhì)，是煤在規(guī)定的條件下完全燃燒后的殘留物。由于灰分是不可燃燒的物質(zhì)，含灰量多時必然導致可燃成份降低，就會降低煤的發(fā)熱量。同時在燃燒中部分灰分包圍了可燃成份，影響了可燃質(zhì)的正常燃燒，所以灰分是煤的有害成分，灰分大致呈以下方式：二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鈣（CaO）、氧化鎂（MgO）等煤的工業(yè)分析煤中的礦物質(zhì)大部分都不能燃燒，任何一種煤都會含有灰分，按其成因不同分為外在灰分和內(nèi)在灰分兩種外在灰分是在煤炭開采和加工處理中混入的礦物質(zhì)（多為在開采時由于頂板與底板的巖石混入煤中即矸石），經(jīng)過洗選后大部分都能除掉內(nèi)在灰分又分為原生灰分和次生灰分。成煤原始植物（即成煤的原始物質(zhì)）中本身所含的灰分稱為原生灰分；而自成煤過程中由風和水流帶來的礦物質(zhì)雜質(zhì)形成的灰分叫次生灰分。要除掉內(nèi)在灰分是相當難的煤的工業(yè)分析揮發(fā)分煤樣中水分蒸發(fā)后，繼續(xù)升溫，某些物質(zhì)會揮發(fā)成氣體，煤樣由于這種揮發(fā)所失去的重量占原煤樣的百分比，稱為這種煤的揮發(fā)分。揮發(fā)分的組成，除了有少量不可燃氣體如氧氣、二氧化碳和氮氣等外，主要為可燃氣體，如一氧化碳、氫氣、硫化氫及一些碳氫化合物等煤的工業(yè)分析揮發(fā)分不是以現(xiàn)成的狀態(tài)存在于煤中，而是在煤被加熱時才形成的，因此所謂的煤的揮發(fā)分含量，實質(zhì)上并非指煤中含有揮發(fā)物質(zhì)多少，而是指在一定加熱條件下能夠分解生成的揮發(fā)物的數(shù)量煤的揮發(fā)分隨煤的煤化程度的加深而逐漸降低。腐泥煤的揮發(fā)分產(chǎn)率要比腐植煤高。煤化程度低的泥炭揮發(fā)分高達70%；褐煤一般為40-60%；煤化程度稍高的煙煤一般為10-50%；煤化程度高的無煙煤則小于10%。因此根據(jù)煤的揮發(fā)分產(chǎn)率可初步判斷煤的煤化程度，估計煤的種類煤的工業(yè)分析固定碳(FC)煤樣除掉水分和揮發(fā)分后，剩余下來的煤的固體部分，成為焦炭，焦炭是由固定碳和灰分組成的，將焦炭在空氣中加熱到800±25℃的溫度下灼燃，到重量不再變化時（約兩個小時后）取出來冷卻，這時焦炭失去的重量就是固定碳的重量，剩余部分則是灰分的重量，這兩個重量各占煤樣原重量的百分比，就是固定碳和灰分在煤中的成份含量煤的工業(yè)分析發(fā)熱量（Q）是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒時所發(fā)出的熱量。煤炭發(fā)熱量是動力用煤最重要的一項指標，發(fā)熱量的高低，直接影響煤的經(jīng)濟價值。煤的發(fā)熱量種類很多，通常分為彈筒發(fā)熱量、高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量3種煤的工業(yè)分析我們經(jīng)常使用的熱量單位有2種：焦耳（J）和卡(cal)焦耳（J）：是法定計量單位，煤的發(fā)熱量測定方法規(guī)定的用焦耳/克（J/g），千焦/千克（kj/kg）和兆焦/千克（Mj/kg）來表示?？ǎ╟al）:1卡等于將1克純水溫度升高1℃所需要的熱量，一般用換算的等式為:1cal(20℃)=4.1816J煤的工業(yè)分析煤的發(fā)熱量主要取決于煤的水分、灰分和煤化程度，煤的發(fā)熱量隨著碳化程度的提高而不斷增大，在含碳量為87%左右時，發(fā)熱量達到最大值，以后則開始下降，因為純煤的發(fā)熱量主要與煤的元素（碳、氫、氧等）成份有關(guān)。在煙煤向無煙煤過渡時，發(fā)熱量有所降低，而氫含量大大降低，由于氫在燃燒時發(fā)出的熱量約等于碳的3倍，所以某些煙煤（焦煤、肥煤）的發(fā)熱量高于無煙煤就是這個道理煤的工業(yè)分析煤的彈筒發(fā)熱量指在實驗室內(nèi)，把單位質(zhì)量的煤樣在熱量計的彈筒中用過量的高壓氧氣約燃燒后產(chǎn)生的熱量在這種特定條件下燃燒時，煤中原有的水分和氫元素燃燒后生成的水冷凝在彈筒中，氮在空氣中燃燒時多以游離狀態(tài)逸出，幾乎不產(chǎn)生熱量，但在彈筒中燃燒時卻成為NO2或N2O5等氮的高價氧化物，這些氮的氧化物溶于彈筒內(nèi)的水中后生成硝酸而產(chǎn)生熱量煤中可燃硫化物在空氣中燃燒時只生成SO2氣體，但在彈筒中燃燒時卻氧化成SO3，以及SO3遇H2O成H2SO4，硫酸溶于水生成硫酸水化合物（H2SO4·nH2O）等都是發(fā)熱反應。所以煤在彈筒中燃燒時產(chǎn)生的熱量高于在空氣中燃燒時生成的熱量煤的工業(yè)分析高位發(fā)熱量(Qgr，v，ad)：在實用上常把彈筒發(fā)熱量中減去硝酸和硫酸的生成熱后的熱量稱為高位發(fā)熱量煤的工業(yè)分析低位發(fā)熱量(Qnet，v，ar)：由于煤的高位發(fā)熱量仍把水作為液態(tài)存在，而煤在各種爐窯燃燒時呈氣態(tài)蒸發(fā)出去，當由水變成水蒸汽時要吸收一定的熱量，稱為汽化熱或潛熱，因此煤在實際燃燒時可利用的熱量，比煤的高位發(fā)熱量要低得多，也就是必須從煤的高位發(fā)熱量中減去其中的汽化熱后的熱量，才是煤的有效熱量，即低位發(fā)熱量“基”的解釋“基”是表示化驗結(jié)果是以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎(chǔ)而得出的，煤質(zhì)分析中常用的“基”有：收到基、空氣干燥基、干燥基、干燥無灰基、干燥無礦物質(zhì)基“基”的解釋收到基，即是以收到狀態(tài)的煤為基礎(chǔ)。表示符號為ar（asreceived），相應在舊的標準中為應用基。收到基成分為：Car%+Har%+Oar%+Sar%+Aar+Mar%=100%空氣干燥基是以空氣濕度達到平衡狀態(tài)的煤為基準。表示符號為ad（airdrybasis），舊標準中為分析基。計算式表示為：按元素分析：Cad%+Had%+Nad%+Oad%+Sad%+Aad%+Mad%=100%按工業(yè)分析：Mad%+Aad%+Vad%+FCad%=100%“基”的解釋干燥基是以假想無水狀態(tài)為基準，表示符號為d（drybasis），舊標準也為干燥基：Cd%+Hd%+Od%+Nd%+Sd%+Ad%=100%干燥無灰基是以假想無水、無灰狀態(tài)的煤為基準，表示符號為daf（dryashfree），舊標準稱為可燃基：Cdaf%+Hdaf%+Odaf%+Ndaf%+Sdaf%=100%干燥無礦物質(zhì)基是以假想無水、無礦物質(zhì)狀態(tài)的煤為基準，表示符號為dmmf（drymineralmatterfree），舊標準中為有機基“基”的解釋新基的名稱新基符號舊基的名稱舊基符號空氣干燥基ad分析基F干燥基d干燥基G收到基ar應用基Y干燥無灰基daf可燃基r干燥無礦物質(zhì)基