煤化學(xué)必備知識

1、煤化學(xué)煤化學(xué) Coal Chemistry 造氣人必備部分造氣人必備部分一、煤的種類、特征與生成一、煤的種類、特征與生成 概概 述述 煤是由遠(yuǎn)古植物殘骸沒入水中經(jīng)煤是由遠(yuǎn)古植物殘骸沒入水中經(jīng)過生物化學(xué)作用，被地層覆蓋并經(jīng)過過生物化學(xué)作用，被地層覆蓋并經(jīng)過物理化學(xué)與化學(xué)作用而形成的有機(jī)生物理化學(xué)與化學(xué)作用而形成的有機(jī)生物巖。物巖。 煤生成過程中的成煤植物來源與煤生成過程中的成煤植物來源與成煤條件的差異造成了煤種類的多樣成煤條件的差異造成了煤種類的多樣性與煤基本性質(zhì)的復(fù)雜性。性與煤基本性質(zhì)的復(fù)雜性。 1.1 1.1 煤的種類和特征煤的種類和特征 煤煤腐泥煤腐泥煤腐殖煤腐殖煤低等植物低等植物和少量浮

2、和少量浮游生物游生物高等植高等植物形成物形成泥炭泥炭褐煤褐煤煙煤煙煤無煙煤無煙煤煤化程度不同煤化程度不同分類依據(jù)分類依據(jù)1.2 腐殖煤的主要特征腐殖煤的主要特征 1.2.1 泥炭泥炭: 在沼澤中形成，是植物向煤轉(zhuǎn)變的過渡在沼澤中形成，是植物向煤轉(zhuǎn)變的過渡產(chǎn)物，外觀呈不均勻的棕褐色或黑褐色。產(chǎn)物，外觀呈不均勻的棕褐色或黑褐色。 主要組成：主要組成： 泥炭的有機(jī)質(zhì)主要包括：腐殖酸、瀝青泥炭的有機(jī)質(zhì)主要包括：腐殖酸、瀝青質(zhì)、未分解或尚未完全分解的植物族組成、質(zhì)、未分解或尚未完全分解的植物族組成、變化不大的植物穩(wěn)定組分等。變化不大的植物穩(wěn)定組分等。 1.2.2 褐煤：褐煤： 是泥炭沉積后經(jīng)脫水、壓實(shí)轉(zhuǎn)

3、變?yōu)橛袡C(jī)生物巖是泥炭沉積后經(jīng)脫水、壓實(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)生物巖的初期產(chǎn)物，外表呈褐色或暗褐色。的初期產(chǎn)物，外表呈褐色或暗褐色。 組成：組成： 褐煤中腐植酸的芳香核縮合程度有所增加，褐煤中腐植酸的芳香核縮合程度有所增加，含氧官能團(tuán)有所減少含氧官能團(tuán)有所減少, ,側(cè)鏈較短側(cè)鏈較短, ,側(cè)鏈的數(shù)量也減側(cè)鏈的數(shù)量也減少。少。 外觀：外觀： 大多無光澤，真密度大多無光澤，真密度1.101.101.401.40，含水達(dá)，含水達(dá)303060%60%，空干后仍有，空干后仍有101030%30%，易風(fēng)化破裂。已不含未分，易風(fēng)化破裂。已不含未分解的植物組織殘骸，呈成層分布狀態(tài)。解的植物組織殘骸，呈成層分布狀態(tài)。 分類：分

4、類： 褐煤褐煤 土狀褐煤土狀褐煤：褐煤最初產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)疏松，易成粉末：褐煤最初產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)疏松，易成粉末暗褐煤暗褐煤：典型褐煤，破碎后成塊狀而不成粉末典型褐煤，破碎后成塊狀而不成粉末亮褐煤：亮褐煤：有絲狀光澤，或稱次煙煤有絲狀光澤，或稱次煙煤木褐煤：木褐煤：亦稱柴煤，未充分腐敗的特殊性態(tài)褐煤亦稱柴煤，未充分腐敗的特殊性態(tài)褐煤 1.2.3 1.2.3 煙煤：煙煤： 煙煤的煤化程度低于無煙煤而高于褐煤，因燃煙煤的煤化程度低于無煙煤而高于褐煤，因燃燒時(shí)煙多而得名。燒時(shí)煙多而得名。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 不含游離的腐殖酸，已全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹行愿迟|(zhì)；不含游離的腐殖酸，已全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹行愿迟|(zhì)； 具不同程度的光澤，呈明暗

5、交替條帶狀；具不同程度的光澤，呈明暗交替條帶狀； 至密，真密度高至密，真密度高:1.2:1.21.451.45; ; 有黏結(jié)性，煉焦煤主要原料；有黏結(jié)性，煉焦煤主要原料； 分布廣分布廣, ,品種多品種多, ,按煤化程度不同分按煤化程度不同分: :長焰煤、不黏長焰煤、不黏 煤、弱黏煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤和貧煤等。煤、弱黏煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤和貧煤等。 1.2.4 無煙煤無煙煤 煤化程度最高，燃燒時(shí)無煙。煤化程度最高，燃燒時(shí)無煙。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 外觀呈灰黑色外觀呈灰黑色, ,有金屬光澤有金屬光澤, ,無明顯條帶；無明顯條帶； 硬度高，真密度最大，硬度高，真密度最大，1.351.351.9

6、0;1.90; 揮發(fā)份低，燃點(diǎn)高達(dá)揮發(fā)份低，燃點(diǎn)高達(dá)360 360 410410以上。以上。 1.2.5 腐殖煤的主要特征與區(qū)分標(biāo)志腐殖煤的主要特征與區(qū)分標(biāo)志特征與標(biāo)志特征與標(biāo)志泥炭泥炭褐煤褐煤煙煤煙煤無煙煤無煙煤顏色顏色棕褐色棕褐色褐色、暗褐色褐色、暗褐色黑色黑色灰黑色灰黑色光澤光澤無無大多無光澤大多無光澤有一定光澤有一定光澤金屬光澤金屬光澤外觀外觀有原始植物殘有原始植物殘?bào)w體, ,土狀土狀無原始植物殘無原始植物殘?bào)w體, ,無明顯條帶無明顯條帶呈條帶狀呈條帶狀無明顯條帶無明顯條帶在沸騰在沸騰KOHKOH中中棕紅棕紅棕黑棕黑褐色褐色無色無色無色無色在稀在稀HNOHNO3 3中中棕紅棕紅紅色紅色

7、無色無色無色無色自然水份自然水份多多較多較多較少較少少少密度密度1.101.101.401.401.201.201.451.451.351.351.901.90硬度硬度很低很低低低較高較高高高燃燒現(xiàn)象燃燒現(xiàn)象有煙有煙有煙有煙多煙多煙無煙無煙1.3 煤的生成（簡）煤的生成（簡） 1.3.1 1.3.1 煤是由植物形成的煤是由植物形成的 煤是由植物遺體煤是由植物遺體 經(jīng)過生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成經(jīng)過生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成的沉積有機(jī)巖。的沉積有機(jī)巖。 1.3.2 1.3.2 低等植物和高等植物的特點(diǎn)低等植物和高等植物的特點(diǎn) 低等植物：包括菌類和藻類，是由單細(xì)胞和多細(xì)胞構(gòu)成低等植

8、物：包括菌類和藻類，是由單細(xì)胞和多細(xì)胞構(gòu)成的絲狀體或葉狀體植物，沒有根、莖、葉等器官的分化。的絲狀體或葉狀體植物，沒有根、莖、葉等器官的分化。 高等植物：包括苔蘚、蕨類、裸子植物和被子植物高等植物：包括苔蘚、蕨類、裸子植物和被子植物 。進(jìn)化論認(rèn)為，高等植物由低等植物長期進(jìn)化而來，構(gòu)造復(fù)進(jìn)化論認(rèn)為，高等植物由低等植物長期進(jìn)化而來，構(gòu)造復(fù)雜，有根、莖、葉的區(qū)別。雜，有根、莖、葉的區(qū)別。低等植物：蘑菇低等植物：蘑菇高等植物：松樹高等植物：松樹1.3.3、植物的主要化學(xué)組成植物的主要化學(xué)組成 1.3.4、煤炭的成因類型 根據(jù)形成煤炭的物質(zhì)基礎(chǔ)劃分煤炭的類型稱為成因類型。主根據(jù)形成煤炭的物質(zhì)基礎(chǔ)劃分煤炭

9、的類型稱為成因類型。主要是：腐植煤、腐泥煤、要是：腐植煤、腐泥煤、殘植煤和腐植腐泥煤殘植煤和腐植腐泥煤。 （1 1）腐植煤）腐植煤 ：由高等植物經(jīng)過成煤過程中復(fù)雜的生化和地質(zhì)變化：由高等植物經(jīng)過成煤過程中復(fù)雜的生化和地質(zhì)變化作用生成。作用生成。 （2 2） 腐泥煤：主要由湖沼或淺水海灣中藻類等低等植物形成。儲腐泥煤：主要由湖沼或淺水海灣中藻類等低等植物形成。儲量大大低于腐植煤，工業(yè)意義不大。量大大低于腐植煤，工業(yè)意義不大。 （3 3） 殘植煤：殘植煤： 由高等植物殘骸中對生物化學(xué)作用最穩(wěn)定的組分由高等植物殘骸中對生物化學(xué)作用最穩(wěn)定的組分( (孢子、角質(zhì)層、樹皮、樹脂孢子、角質(zhì)層、樹皮、樹脂)

10、)富集而成。富集而成。 （4 4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。1.3.5、成煤的環(huán)境和條件 煤炭的生成，必須有氣候、生物、地理、煤炭的生成，必須有氣候、生物、地理、地質(zhì)等條件的相互配合，才能生成具有工業(yè)利地質(zhì)等條件的相互配合，才能生成具有工業(yè)利用價(jià)值的煤炭礦藏。這些條件包括：用價(jià)值的煤炭礦藏。這些條件包括： （1 1） 大量植物的持續(xù)繁殖大量植物的持續(xù)繁殖 ( (生物、氣候的生物、氣候的影響影響) )； （2 2）植物遺體不能完全腐爛適合的堆）植物遺體不能完全腐爛適合的堆積場所積場所 ( (沼澤、湖泊等沼澤、湖泊等) )； （3

11、 3）地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運(yùn)動(dòng)）地質(zhì)作用的配合（地殼的沉降運(yùn)動(dòng)形成上覆巖層和頂?shù)装宥嗝簩樱?。形成上覆巖層和頂?shù)装宥嗝簩樱?.3.6 成煤作用過程 由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長的過由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長的過程，一般需要幾千萬年到幾億年的時(shí)間。整個(gè)成煤作程，一般需要幾千萬年到幾億年的時(shí)間。整個(gè)成煤作用可劃分為兩個(gè)階段：用可劃分為兩個(gè)階段：泥炭化作用泥炭化作用 過程和過程和煤化作用煤化作用。 煤化作用又分為兩個(gè)連續(xù)的過程，即成巖作用和煤化作用又分為兩個(gè)連續(xù)的過程，即成巖作用和變質(zhì)作用。變質(zhì)作用。 圖示：圖示： 植物植物泥炭化泥炭化泥炭泥炭成巖作用成巖作用褐煤褐煤變質(zhì)

12、作用變質(zhì)作用煙煤無煙煤煙煤無煙煤煤化作用煤化作用煤化程度的概念煤化程度的概念： 在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進(jìn)程在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進(jìn)程中中 ，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段。煤的這種轉(zhuǎn)使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段。煤的這種轉(zhuǎn)化階段稱為煤化程度，有時(shí)稱為變質(zhì)程化階段稱為煤化程度，有時(shí)稱為變質(zhì)程度，或煤級。度，或煤級。 按煤化程度由低到高依次是：按煤化程度由低到高依次是： 褐煤褐煤煙煤煙煤（長焰煤、氣煤、（長焰煤、氣煤、 肥煤、焦煤、瘦肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤）煤、貧煤）無煙煤無煙煤1.3.6.1 1.3.6.1 泥炭化作用泥炭化作用 泥炭化作用的

13、概念：泥炭化作用的概念： 高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，變成高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，變成泥炭的過程稱為泥炭化作用。泥炭的過程稱為泥炭化作用。 在這一階段，植物首先在微生物作用下，分在這一階段，植物首先在微生物作用下，分解和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后解和水解為分子量較小的性質(zhì)活潑的化合物，然后小分子化合物之間相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)小分子化合物之間相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)定的有機(jī)化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。定的有機(jī)化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。 植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化：大變化： （1 1）組織器官）

14、組織器官 （如皮、葉、莖、根等）基本消失，細(xì)（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細(xì)小、含水量胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細(xì)小、含水量極大、呈膠泥狀的膏狀體泥炭極大、呈膠泥狀的膏狀體泥炭; ;（2 2）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐植酸卻大量增加，并成為泥炭的而植物中不存在的腐植酸卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達(dá)到最主要的成分之一，通常達(dá)到40%40%以上。以上。1.3.6.2

15、1.3.6.2 煤化作用煤化作用 煤化作用包括煤化作用包括成巖作用成巖作用和和變質(zhì)作用變質(zhì)作用兩個(gè)連續(xù)兩個(gè)連續(xù)的過程。的過程。 (1) (1) 成巖作用成巖作用 泥炭在沼澤中層層堆積，越積越厚，當(dāng)?shù)貧は履嗵吭谡訚芍袑訉佣逊e，越積越厚，當(dāng)?shù)貧は陆邓俣容^大時(shí)，泥炭將被泥沙等沉積物覆蓋。在上降速度較大時(shí)，泥炭將被泥沙等沉積物覆蓋。在上覆沉積物的壓力作用下，泥炭發(fā)生了壓緊、失水、覆沉積物的壓力作用下，泥炭發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列變化，微生物的作用逐漸膠體老化、固結(jié)等一系列變化，微生物的作用逐漸消失，取而代之的是緩慢的物理化學(xué)作用。這樣，消失，取而代之的是緩慢的物理化學(xué)作用。這樣，泥炭逐

16、漸變成了較為致密的巖石狀的褐煤。泥炭逐漸變成了較為致密的巖石狀的褐煤。（2 2）變質(zhì)作用）變質(zhì)作用 當(dāng)褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時(shí)，上覆巖層壓當(dāng)褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時(shí)，上覆巖層壓力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生了較大的變化。速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生了較大的變化。碳含量明顯增加，氧含量迅速減少，腐植酸也迅速減碳含量明顯增加，氧含量迅速減少，腐植酸也迅速減少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為煙煤。隨著煤層沉少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為煙煤。隨著煤層沉降深度的加大，壓力和溫度提高，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)降

17、深度的加大，壓力和溫度提高，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，最終變成無煙煤變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，最終變成無煙煤 促成煤變質(zhì)作用的主要因素是溫度。溫度過低（促成煤變質(zhì)作用的主要因素是溫度。溫度過低（50506060），褐煤的變質(zhì)就不明顯了。通常認(rèn)為，煤），褐煤的變質(zhì)就不明顯了。通常認(rèn)為，煤化程度是煤受熱溫度和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。因?yàn)樽冑|(zhì)作化程度是煤受熱溫度和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。因?yàn)樽冑|(zhì)作用的實(shí)質(zhì)是煤分子的化學(xué)變化。用的實(shí)質(zhì)是煤分子的化學(xué)變化。 二、煤的常用分析二、煤的常用分析 工業(yè)分析（判斷煤的性質(zhì)、種類和工業(yè)用工業(yè)分析（判斷煤的性質(zhì)、種類和工業(yè)用途）、元素分析（了解煤的元素組

18、成）與煤途）、元素分析（了解煤的元素組成）與煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的基本內(nèi)容。的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的基本內(nèi)容。 2.1 2.1 工業(yè)分析工業(yè)分析 內(nèi)容內(nèi)容: :煤中水分、灰分、揮發(fā)分的測定和固定炭的煤中水分、灰分、揮發(fā)分的測定和固定炭的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。 水分和灰分反映煤中無機(jī)質(zhì)的數(shù)量，而揮發(fā)分水分和灰分反映煤中無機(jī)質(zhì)的數(shù)量，而揮發(fā)分和固定炭則初步表明煤中有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)。和固定炭則初步表明煤中有機(jī)質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)。 2.1.1 煤中的水分 2.1.1.1 分類:按存在狀態(tài)分為外在水分、內(nèi)在水分和化合水三種。 外在水分（Mf f）： 指煤在開采、運(yùn)輸、儲存和洗選過程中，指煤在開采、運(yùn)輸、

19、儲存和洗選過程中，附著在煤的顆粒表面及直徑大于附著在煤的顆粒表面及直徑大于1010-5-5cmcm的毛細(xì)的毛細(xì)孔中的水分?？字械乃?。 含外在水分的煤稱收到基，僅失去外在含外在水分的煤稱收到基，僅失去外在水分的煤稱空氣干燥基。水分的煤稱空氣干燥基。 內(nèi)在水分（內(nèi)在水分（Minh）：）： 指煤在一定條件下達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時(shí)所指煤在一定條件下達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時(shí)所保持的水分，以物理化學(xué)方式與煤相結(jié)合。保持的水分，以物理化學(xué)方式與煤相結(jié)合。 一般指將空氣干燥煤樣加熱至一般指將空氣干燥煤樣加熱至105105110110時(shí)所失去的水分。時(shí)所失去的水分。 通常，煤質(zhì)分析化驗(yàn)采用的煤樣均是粒度通常，煤質(zhì)分析化

20、驗(yàn)采用的煤樣均是粒度小于小于0.2mm0.2mm的空氣干燥煤樣。的空氣干燥煤樣。 全水分（全水分（M Mt t或或MarMar） 外在水分與內(nèi)在水分的總和。外在水分與內(nèi)在水分的總和?；纤夯纤?指以化學(xué)方式與礦物質(zhì)結(jié)合的、指以化學(xué)方式與礦物質(zhì)結(jié)合的、在全水分測定后仍保留的水分，即在全水分測定后仍保留的水分，即通常的結(jié)晶水和結(jié)合水。通常的結(jié)晶水和結(jié)合水。 在煤的工業(yè)分析中，一般不考慮在煤的工業(yè)分析中，一般不考慮化合水和煤的有機(jī)質(zhì)中的氫與氧在化合水和煤的有機(jī)質(zhì)中的氫與氧在干餾或燃燒時(shí)生成的熱解水。干餾或燃燒時(shí)生成的熱解水。2.1.1.2 煤中水分與煤化程度的關(guān)系 MHC%MHC% 年輕褐煤的

21、最高內(nèi)年輕褐煤的最高內(nèi)在水分多在在水分多在25%25%以上。以上。最高內(nèi)在水分小于最高內(nèi)在水分小于2%2%的的煙煤，幾乎都是強(qiáng)粘結(jié)煙煤，幾乎都是強(qiáng)粘結(jié)性和高發(fā)熱量的肥煤和性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的最高主焦煤。無煙煤的最高內(nèi)在水分比煙煤有所提內(nèi)在水分比煙煤有所提高。高。 內(nèi)在水分與煤化程度的關(guān)系內(nèi)在水分與煤化程度的關(guān)系 2.1.1.3 2.1.1.3 水分對煤利用的影響水分對煤利用的影響 無利有害的無機(jī)物質(zhì)：無利有害的無機(jī)物質(zhì)： 增加運(yùn)輸負(fù)荷；增加運(yùn)輸負(fù)荷； 在寒冷地帶易凍結(jié)；在寒冷地帶易凍結(jié)； 隨空氣濕度而變化，使煤易破裂，篩分困隨空氣濕度而變化，使煤易破裂，篩分困難；加速氧化；難；

22、加速氧化； 氣化與燃燒時(shí)降低煤的有效發(fā)熱量。氣化與燃燒時(shí)降低煤的有效發(fā)熱量。 2.1.1.4 2.1.1.4 煤中水分的表示方法煤中水分的表示方法 煤中全水分煤中全水分M Mt t（GB211-84GB211-84） 國標(biāo)中方法國標(biāo)中方法A A適用于煙煤和無煙煤，且為仲適用于煙煤和無煙煤，且為仲裁方法；方法裁方法；方法B B、C C適用于煙煤、無煙煤、褐煤，適用于煙煤、無煙煤、褐煤，方法方法B B是褐煤水分測定的仲裁方法。是褐煤水分測定的仲裁方法。 空氣干燥基水分空氣干燥基水分M Madad（GB212-91GB212-91） 方法方法A A、B B適用于所有煤種，方法適用于所有煤種，方法C

23、C適用于煙煤適用于煙煤和無煙煤。和無煙煤。 最高內(nèi)在水分最高內(nèi)在水分MHCMHC（GB4632-84GB4632-84） 2.1.2 2.1.2 煤中礦物質(zhì)和煤的灰分產(chǎn)率煤中礦物質(zhì)和煤的灰分產(chǎn)率2.1.2.1 2.1.2.1 煤中礦物質(zhì)煤中礦物質(zhì) 符號符號:MM:MM，除水分外所有無機(jī)質(zhì)的總稱。主要成分，除水分外所有無機(jī)質(zhì)的總稱。主要成分有黏土、高嶺石、黃鐵礦和方解石等。有黏土、高嶺石、黃鐵礦和方解石等。來源來源 原地生礦物質(zhì)原地生礦物質(zhì): :存在于成煤植物中。主要是堿金屬和堿存在于成煤植物中。主要是堿金屬和堿土金屬，參與煤的分子結(jié)構(gòu)土金屬，參與煤的分子結(jié)構(gòu); ; 次生礦物質(zhì)次生礦物質(zhì): :成

24、煤過程中成煤過程中, ,由外界混入煤層。主要是成由外界混入煤層。主要是成煤中伴隨生成，如高嶺石、黃鐵礦和方解石等；煤中伴隨生成，如高嶺石、黃鐵礦和方解石等； 外來礦物質(zhì)：外來礦物質(zhì)：采煤過程中混入的頂、底板巖石和夾層采煤過程中混入的頂、底板巖石和夾層中的矸石。中的矸石。與灰分的關(guān)系與灰分的關(guān)系 有一些經(jīng)驗(yàn)公式，如派爾公式：有一些經(jīng)驗(yàn)公式，如派爾公式： MM=1.08A+0.55StMM=1.08A+0.55St 2.1.2.2 2.1.2.2 煤的灰分產(chǎn)率煤的灰分產(chǎn)率 俗稱灰分，符號俗稱灰分，符號A A。空氣干燥基灰分表示?？諝飧稍锘曳直硎綼dad。煤高溫燃燒時(shí)，大部分礦物質(zhì)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)

25、，與未發(fā)生變煤高溫燃燒時(shí)，大部分礦物質(zhì)發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，與未發(fā)生變化的礦物質(zhì)一起轉(zhuǎn)化為灰分?；牡V物質(zhì)一起轉(zhuǎn)化為灰分。 來源來源 黏土、石膏等失去化合水：黏土、石膏等失去化合水： SiOSiO2 2Al2O3，CaSO4 碳酸鹽礦物質(zhì)受熱分解：碳酸鹽礦物質(zhì)受熱分解：CaOCaO，F(xiàn)eOFeO 硫化物礦物或熱分解產(chǎn)物發(fā)生氧化反應(yīng)：硫化物礦物或熱分解產(chǎn)物發(fā)生氧化反應(yīng)：FeFe2 2O O3 3，CaSO4 堿金屬氧化物和氯化物在堿金屬氧化物和氯化物在700700以上時(shí)部分揮發(fā)以上時(shí)部分揮發(fā) 煤灰分的組成煤灰分的組成 在鍋爐燃燒或氣化時(shí)依形態(tài)不同可分為：在鍋爐燃燒或氣化時(shí)依形態(tài)不同可分為： 粉煤灰：

26、粉煤灰：隨煙道氣或煤氣一起帶出的粒徑小于隨煙道氣或煤氣一起帶出的粒徑小于90m90m的灰塵；的灰塵； 爐渣：爐渣：呈熔融狀態(tài)或以較大顆粒的不同狀態(tài)從爐底排出的底灰。呈熔融狀態(tài)或以較大顆粒的不同狀態(tài)從爐底排出的底灰。 其主要成分其主要成分：SiOSiO2 2、Al2O3、 CaOCaO、MgOMgO，約占，約占95%95%以上，還有少以上，還有少 量量K K2 2O O、NaNa2 2O O、SOSO3 3、P P2 2O O5 5及微量稀有元素的化合物。及微量稀有元素的化合物。 2.1.2.3 2.1.2.3 礦物質(zhì)和灰分對煤利用的影響礦物質(zhì)和灰分對煤利用的影響不利影響：不利影響：增加運(yùn)輸負(fù)荷

27、；增加運(yùn)輸負(fù)荷；增加煤炭消耗：如帶走顯熱、機(jī)械性燃料損失；增加煤炭消耗：如帶走顯熱、機(jī)械性燃料損失；影響操作條件和產(chǎn)品質(zhì)量：如氣化時(shí)低熔點(diǎn)灰分易結(jié)渣；煉鋼時(shí)硫影響操作條件和產(chǎn)品質(zhì)量：如氣化時(shí)低熔點(diǎn)灰分易結(jié)渣；煉鋼時(shí)硫、磷會(huì)造成鋼脆；、磷會(huì)造成鋼脆；腐蝕設(shè)備和裝置，如硫、磷燃燒后的化合物；腐蝕設(shè)備和裝置，如硫、磷燃燒后的化合物；造成環(huán)境污染：如造成環(huán)境污染：如SoxSox污染大氣。污染大氣。利用途徑：利用途徑：煤轉(zhuǎn)化過程中的催化劑：部分金屬及鹽類有催化作用；煤轉(zhuǎn)化過程中的催化劑：部分金屬及鹽類有催化作用；生產(chǎn)建筑材料；回收稀有金屬或其它成分等等。生產(chǎn)建筑材料；回收稀有金屬或其它成分等等。脫除煤中

28、礦物質(zhì)的途徑：脫除煤中礦物質(zhì)的途徑： 主要有物理洗選法和化學(xué)凈化法兩大類。主要有物理洗選法和化學(xué)凈化法兩大類。2.1.3 2.1.3 煤的揮發(fā)分煤的揮發(fā)分概念概念 煤在規(guī)定條件下（煤在規(guī)定條件下（9009001010、7min.7min.）隔絕空氣加熱后揮）隔絕空氣加熱后揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)率發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)率, ,符號符號V V。 空氣干燥基煤樣揮發(fā)分的表示符號：空氣干燥基煤樣揮發(fā)分的表示符號：V Vadad 作為煤的第一分類指標(biāo)，表征煤的煤化程度。作為煤的第一分類指標(biāo)，表征煤的煤化程度。焦渣特征焦渣特征 測定揮發(fā)分時(shí)，坩堝中殘留下的固體物稱焦渣。從其形狀、測定揮發(fā)分時(shí)，坩堝中殘留下的固體物稱

29、焦渣。從其形狀、強(qiáng)度和光澤等特征可判斷煤的黏結(jié)性、熔融性和膨脹性。強(qiáng)度和光澤等特征可判斷煤的黏結(jié)性、熔融性和膨脹性。 一般分為八類：一般分為八類：1 1粉狀、粉狀、2 2黏著、黏著、3 3弱黏結(jié)、弱黏結(jié)、4 4不熔融黏結(jié)、不熔融黏結(jié)、5 5不膨脹熔融黏結(jié)、不膨脹熔融黏結(jié)、6 6微膨脹熔融黏結(jié)、微膨脹熔融黏結(jié)、7 7膨脹熔融黏結(jié)、膨脹熔融黏結(jié)、8 8強(qiáng)膨脹強(qiáng)膨脹熔融黏結(jié)。熔融黏結(jié)。應(yīng)用應(yīng)用 根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣特征根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣特征, ,可初步評價(jià)煤的加工工藝適宜性?？沙醪皆u價(jià)煤的加工工藝適宜性。 2.1.4 2.1.4 煤的固定炭煤的固定炭概念概念 從測定煤樣揮發(fā)分后的焦渣中減去灰分后的

30、殘留物，從測定煤樣揮發(fā)分后的焦渣中減去灰分后的殘留物，符號符號FCFC?？諝飧稍锘簶拥墓潭ㄌ亢恳??？諝飧稍锘簶拥墓潭ㄌ亢恳訤CFCadad表示。表示。固定炭的計(jì)算 從概念可知，固定炭產(chǎn)率是用減量法計(jì)算得出的：從概念可知，固定炭產(chǎn)率是用減量法計(jì)算得出的： FC FCadad=100=100（M Madad+A+Aadad+V+Vadad） 燃料比燃料比 固定炭與揮發(fā)分之比。可用來評價(jià)煤的燃燒性質(zhì)。固定炭與揮發(fā)分之比?？捎脕碓u價(jià)煤的燃燒性質(zhì)。 褐煤褐煤0.60.61.5;1.5;煙煤煙煤1.0 1.0 9.0;9.0;無煙煤無煙煤9.0 9.0 29.029.0。 2.2 2.2 元素分析

31、元素分析（簡）（簡） 煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體, ,其工藝用途主要由這些有機(jī)質(zhì)的其工藝用途主要由這些有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)決定。由于煤組成的復(fù)雜性，一般通過元素分析了解煤中有性質(zhì)決定。由于煤組成的復(fù)雜性，一般通過元素分析了解煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成。機(jī)質(zhì)的元素組成。 煤的元素組成：煤的元素組成： 碳：煤中有機(jī)質(zhì)的主要組成元素，煤結(jié)構(gòu)單元稠環(huán)芳烴的骨架碳：煤中有機(jī)質(zhì)的主要組成元素，煤結(jié)構(gòu)單元稠環(huán)芳烴的骨架，發(fā)熱量的主要來源。隨煤化程度增加，干燥無灰基碳含量：褐，發(fā)熱量的主要來源。隨煤化程度增加，干燥無灰基碳含量：褐煤煤606077%77%；煙煤；煙煤777793%93%；無煙煤；無煙煤88

32、8898%98%。 氫：重要性僅次于碳，隨煤化程度而降低，占腐殖煤有機(jī)質(zhì)質(zhì)氫：重要性僅次于碳，隨煤化程度而降低，占腐殖煤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量一般小于量一般小于7%7%。是煤分子骨架和側(cè)鏈的重要元素，與煤的反應(yīng)能。是煤分子骨架和側(cè)鏈的重要元素，與煤的反應(yīng)能力相關(guān)。力相關(guān)。 氧：煤中第三重要元素，以羧基、羥基等形式存在。其總量和氧：煤中第三重要元素，以羧基、羥基等形式存在。其總量和形態(tài)直接影響煤的性質(zhì)。形態(tài)直接影響煤的性質(zhì)。 氮：含量較低，一般在氮：含量較低，一般在0.50.53%3%，完全以有機(jī)狀態(tài)存在。，完全以有機(jī)狀態(tài)存在。 硫：通常以有機(jī)硫和無機(jī)硫的狀態(tài)存在。硫：通常以有機(jī)硫和無機(jī)硫的狀態(tài)存在。 元素

33、之間的數(shù)量關(guān)系元素之間的數(shù)量關(guān)系 Mad + Aad +Sad +Cad +Had + Oad +Nad = 100% Ad +Sd+Cd +Hd + Od +Nd = 100% Sdaf+Cdaf+Hdaf + Odaf +Ndaf = 100% 對煤的有機(jī)質(zhì)元素組成的測定，通常是測定對煤的有機(jī)質(zhì)元素組成的測定，通常是測定C C、H H、N N、S S，而，而O O則是通過上述公式由差減法獲則是通過上述公式由差減法獲得的。得的。 煤中的有害元素和伴生元素煤中的有害元素和伴生元素 煤中的有害元素煤中的有害元素 主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它們的危害主要主要有硫、磷、氯、砷、氟等，它們的危害主要

34、表現(xiàn)在煤炭應(yīng)用過程中產(chǎn)生有害的物質(zhì)，對人體造成表現(xiàn)在煤炭應(yīng)用過程中產(chǎn)生有害的物質(zhì)，對人體造成損害、對環(huán)境造成污染、對設(shè)備形成危害，或是對產(chǎn)損害、對環(huán)境造成污染、對設(shè)備形成危害，或是對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。品質(zhì)量產(chǎn)生影響。 煤中的伴生元素煤中的伴生元素 煤中常見的伴生元素包括鈾、鍺、鎵、釩、釷、煤中常見的伴生元素包括鈾、鍺、鎵、釩、釷、錸、鈦、鈹、鍶、鋰等。錸、鈦、鈹、鍶、鋰等。 2.32.3、煤質(zhì)分析指標(biāo)的基準(zhǔn)換算、煤質(zhì)分析指標(biāo)的基準(zhǔn)換算基準(zhǔn)的概念：基準(zhǔn)的概念： 計(jì)算某指標(biāo)的百分比時(shí)，有一個(gè)計(jì)算的基準(zhǔn)，也就計(jì)算某指標(biāo)的百分比時(shí)，有一個(gè)計(jì)算的基準(zhǔn)，也就是說是說“說到某指標(biāo)的百分?jǐn)?shù)時(shí)，是指它占某個(gè)具體

35、的對說到某指標(biāo)的百分?jǐn)?shù)時(shí)，是指它占某個(gè)具體的對象的百分?jǐn)?shù)，這個(gè)對象就是基準(zhǔn)象的百分?jǐn)?shù)，這個(gè)對象就是基準(zhǔn)”。 基準(zhǔn)的劃分方法基準(zhǔn)的劃分方法 煤質(zhì)分析時(shí)煤炭組成有兩種劃分法：煤質(zhì)分析時(shí)煤炭組成有兩種劃分法： 有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)；有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)； 可燃質(zhì)（可燃質(zhì)（ V V、FC FC ）和不可燃質(zhì)（）和不可燃質(zhì)（M M、A A） 基準(zhǔn)的種類基準(zhǔn)的種類 煤質(zhì)分析測定時(shí)，煤樣通常都是處于空氣煤質(zhì)分析測定時(shí)，煤樣通常都是處于空氣干燥狀態(tài)的，以此煤樣測得的結(jié)果，就是以空干燥狀態(tài)的，以此煤樣測得的結(jié)果，就是以空氣干燥煤樣的重量為基準(zhǔn)的。但空氣干燥基的氣干燥煤樣的重量為基準(zhǔn)的。但空氣干燥基的數(shù)據(jù)往往不能正確反映指標(biāo)

36、的本質(zhì)，需要換算數(shù)據(jù)往往不能正確反映指標(biāo)的本質(zhì)，需要換算到其他基準(zhǔn)表示的數(shù)據(jù)。到其他基準(zhǔn)表示的數(shù)據(jù)。 新舊標(biāo)準(zhǔn)對照表新舊標(biāo)準(zhǔn)對照表新標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)名稱名稱符號符號名稱名稱符號符號收到基收到基ar應(yīng)用基應(yīng)用基y空氣干燥基空氣干燥基ad分析基分析基f干燥基干燥基d干燥基干燥基g干燥無灰基干燥無灰基daf可燃基可燃基r干燥無礦物質(zhì)基干燥無礦物質(zhì)基dmmf有機(jī)基有機(jī)基j 空氣干燥基空氣干燥基（空氣干燥狀態(tài)）（空氣干燥狀態(tài)）： M Madad+A+Aadad+V+Vadad+FC+FCadad100% 100% 或者或者 M Madad+A+Aadad+C+Cadad+H+Hadad+O+Oad

37、ad+N+Nadad+S+Sad ad 100% 100% 干燥基干燥基（假想的無水狀態(tài)）（假想的無水狀態(tài)）： A Ad d+V+Vd d+FC+FCd d 100% 100% 或者或者 A Ad d+C+Cd d+H+Hd d+O+Od d+N+Nd d+S+Sd d 100% 100% 干燥無礦物質(zhì)基干燥無礦物質(zhì)基（假想的無水、無礦物質(zhì)狀態(tài)）（假想的無水、無礦物質(zhì)狀態(tài)）： V Vdmmfdmmf+FC+FCdmmf dmmf 100% 100% 或者或者 C Cdmmfdmmf+H+Hdmmfdmmf+O+Odmmfdmmf+N+Ndmmfdmmf+S+Sdmmf dmmf 100%100

38、% 常用的基準(zhǔn)有：常用的基準(zhǔn)有： 干燥無灰基干燥無灰基（假想無水、無灰狀態(tài)）（假想無水、無灰狀態(tài)）： Vdaf+FCdaf100% 或者或者 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf 100% 收到基收到基（收到狀態(tài)的煤）（收到狀態(tài)的煤）： Mar+Aar+Var+FCar 100% 或者或者 Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar 100% 基準(zhǔn)的關(guān)系基準(zhǔn)的關(guān)系A(chǔ)SsSoSpMfMinhCHON收到基收到基 ar空氣干燥基空氣干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥無灰基干燥無灰基 daf干燥無礦物基干燥無礦物基 dmmf灰分灰分可燃質(zhì)可燃質(zhì)礦物質(zhì)礦物質(zhì)有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)全全 硫，

39、硫， St各基準(zhǔn)指標(biāo)間的換算系數(shù)各基準(zhǔn)指標(biāo)間的換算系數(shù)換算換算因子因子所所 求求 基基 準(zhǔn)準(zhǔn)收到基收到基 ar空氣干燥基空氣干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥無灰基干燥無灰基daf已已知知基基準(zhǔn)準(zhǔn)收到收到基基ar1空氣干燥空氣干燥基基ad1干燥基干燥基d1干燥無灰基干燥無灰基daf1aradMM100100arM100100ararAM100100adarMM100100adM100100adadAM 100100100100arM100100adMdA100100100100ararAM 100100adadAM 100100dA2.4 煤的發(fā)熱量煤的發(fā)熱量 綜述：綜述：單位質(zhì)量的煤完全燃燒后

40、所產(chǎn)生的熱量，符號單位質(zhì)量的煤完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量，符號Q。是對燃燒和氣化過程計(jì)算和評價(jià)的基本數(shù)據(jù)，也是煤分類是對燃燒和氣化過程計(jì)算和評價(jià)的基本數(shù)據(jù)，也是煤分類的重要指標(biāo)。的重要指標(biāo)。 常用單位：常用單位：國際國際J/g；國內(nèi)習(xí)慣；國內(nèi)習(xí)慣Cal/g；英制；英制Btu/Lb。 1.0J/g =0.239 Cal/g =0.43 Btu/Lb 獲知：獲知：一般有測定法（一般有測定法（GB213-96）和計(jì)算法。）和計(jì)算法。 高位發(fā)熱量：高位發(fā)熱量：生成廢氣中的水全部凝結(jié)成生成廢氣中的水全部凝結(jié)成0液態(tài)水時(shí)所液態(tài)水時(shí)所 產(chǎn)生的熱量。產(chǎn)生的熱量。 低位發(fā)熱量：低位發(fā)熱量：完全燃燒后生成的水仍以氣態(tài)

41、存在于廢氣中完全燃燒后生成的水仍以氣態(tài)存在于廢氣中時(shí)所產(chǎn)生的熱量。時(shí)所產(chǎn)生的熱量。 三、煤炭氣化的工藝性質(zhì)三、煤炭氣化的工藝性質(zhì) 綜述：綜述： 不同氣化工藝、不同氣化爐對煤質(zhì)要求不同，通常需測定的質(zhì)不同氣化工藝、不同氣化爐對煤質(zhì)要求不同，通常需測定的質(zhì)量指標(biāo)有：煤的反應(yīng)性、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、結(jié)渣性、灰熔點(diǎn)和量指標(biāo)有：煤的反應(yīng)性、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、結(jié)渣性、灰熔點(diǎn)和灰黏度等指標(biāo)。灰黏度等指標(biāo)。 煤的機(jī)械強(qiáng)度煤的機(jī)械強(qiáng)度 指煤對外力作用時(shí)的抵抗能力，包括抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度、和指煤對外力作用時(shí)的抵抗能力，包括抗碎強(qiáng)度、耐磨強(qiáng)度、和抗壓強(qiáng)度等物理性質(zhì)。機(jī)械強(qiáng)度低的煤在氣化過程中易碎，從而影抗壓強(qiáng)度等

42、物理性質(zhì)。機(jī)械強(qiáng)度低的煤在氣化過程中易碎，從而影響床層的透氣性，引起壓差升高。響床層的透氣性，引起壓差升高。 級別級別強(qiáng)度強(qiáng)度25mm粒度比例，粒度比例，%一級一級高強(qiáng)度煤高強(qiáng)度煤65二級二級中強(qiáng)度煤中強(qiáng)度煤5065三級三級低強(qiáng)度煤低強(qiáng)度煤3050四級四級特低強(qiáng)度煤特低強(qiáng)度煤 30 煤在一定條件煤在一定條件下與不同氣體介質(zhì)下與不同氣體介質(zhì)（二氧化碳、氧氣（二氧化碳、氧氣、水蒸汽）發(fā)生化、水蒸汽）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。是學(xué)反應(yīng)的能力。是煤氣化和燃燒的重煤氣化和燃燒的重要特性指標(biāo)。要特性指標(biāo)。 GB220GB220規(guī)定以在規(guī)定以在900900高溫下干餾后高溫下干餾后的焦渣還原二氧化的焦渣還原二氧化碳的能力。碳的能力。煤的反應(yīng)性（化學(xué)活性）煤的反應(yīng)性（化學(xué)活性）煤的反應(yīng)性曲線煤的反應(yīng)性曲線 概念：概念：指塊煤在高溫氣化或燃燒過程中對熱的穩(wěn)定程度，亦即塊煤在高指塊煤在高溫氣化或燃燒過程中對熱的穩(wěn)定程度，亦即塊煤在高溫作用下保持其原有粒度的能力。溫作用下保持其原有粒度的能力。 意義：意義：熱穩(wěn)定