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本微信由洛阳罗伊机械有限公司提供赞助 煤是一种固体可燃有机岩，是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而成的。从植物死亡、堆积到转变为煤经过了一系列的演化过程，这个过程称为成煤作用。 成煤作用大致可分为两个阶段。第一阶段是植物在泥炭沼泽中不断繁衍，其遗体在微生物参加下不断分解、化合、聚集的过程。在这个过程中起主导作用的是生物地球化学作用，在这个作用下低等生物形成腐泥，高等植物形成泥炭。因此可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。当泥炭和腐泥由于地壳下沉等原因被上覆沉积物掩埋时，就转入第二阶段—煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力起主导作用下转变为煤的过程。这个阶段包括成岩作用和变质作用，起主导作用的是物理化学作用。煤化作用的顺序依次形成为：泥炭煤岩类型和工艺→褐煤→烟煤→无烟煤。 煤的分类煤的种类多种多样，不同的性质决定了不同的用途。煤的分类指标一般应反映煤的煤化程度(或变质程度)、性质。我国烟煤分类可见表1。 表1 我国烟煤的分类
煤的化学组成1 、煤的工业分析根据国家标准GB3715-83的定义，煤的工业分析是煤的水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)和固定碳(FC)四个分析项目的总称。煤的工业分析是了解煤质特征的基础指标也是评价煤质的基本依据，根据工业分析的各项测试结果可以初步判断煤的性质、种类及工业利用途径。 (1) 水分 根据水在煤中的存在状态，人们把煤中水分分为：外在水、内在水、结晶水。外在水是在煤的开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表面以及大的毛细孔而形成的。内在水分是吸附或凝聚在煤内部较小的毛细孔中的水分。结晶水在煤中是以硫酸钙（CaSO4·2H2O）、高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）等形式存在，通常大于200℃以上才能析出。 (2) 灰分 煤中所有的可燃物质完全燃烧后以及煤中的矿物质在高温下产生分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。这些残渣几乎全部来自于煤中的矿物质。它的含量也是煤气化的主要控制指标之一。灰分含量越高，相对碳的含量就低，灰水处理的负担加大。 (3) 挥发分 煤有机质在高温下热解析出的气态产物，包括煤气和焦油蒸汽。煤的挥发分产率与煤的变质程度有密切的关系。随着变质程度的提高，煤的挥发分逐渐降低。对同一种煤样，热解时气态产物析出量多少与热解条件有关，所以挥发分不是煤种的固定成分，绝对不能称含量，只能称产率。 (4) 固定碳 煤样在900℃左右的温度下隔绝空气加热7分钟后，残余物扣除灰分后所得的百分率即为煤的固定碳含量。与挥发分一样，固定碳也不是煤种的固有成分，而是煤有机质热解后留下的固态产物。它的元素组成以碳为主，但不全是碳，还有少量氢、氧、氮、硫等元素。 (5) 灰分及灰熔点 ①灰分的化学组成及性质 煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在高温下产生分解、化合等复杂反应后剩下来的残渣。是金属和非金属的氧化物和盐类，最常见的是钙、镁、铁等的碳酸盐，钾、镁等的硅铝酸盐，钙、铝、镁、钠、钾等的硅酸盐，硫酸盐(石膏)，硫化物(黄铁矿等)，食盐及氧化亚铁等。根据煤中矿物质的不同来源，可分为三类；原生矿物质是指成煤植物本身所含的矿物质，在煤中含量不高；次生矿物质，指在成煤过程中，由外界逐渐进入到煤中的矿物质，在煤中含量一般也不高；外来矿物质，指原来并不存在于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶底板和夹石层的矿石所形成，这种矿物质用洗选方式较易除去。 ②灰熔点 煤灰在高温下达到熔融状态时相对应的温度，习惯上被称作灰熔点。灰熔点与灰分的矿物质成份有关。煤灰中的Al2O3含量高，其灰熔点就高。因为灰分是一个多组分混合物，所以它没有一个固定的温度点，只有一个温度范围。煤的灰分在受热情况下，一般经历三个过程：开始变形，习惯上称开始变形温度，用T1来表示；灰软化，相应的温度称软化温度，用T2来表示；灰分开始流动，相应的温度称为流动温度，用T3来表示。灰锥的熔融特性见图1所示。对煤气化而言，一般用流动温度T3作为原料灰熔融性的主要指标。随着温度的不断上升，煤灰伴随有以下物理特性：变形→软化→半球→流动。通常用这四个物理状态对应的温度范围来表征煤灰的熔融性。 图1 灰锥的熔融特性 ③灰的粘温特性： 煤灰的粘度大小主要取决于煤灰的组成及各种成分的相互作用，不同的煤灰其流动性是不一样的。此外，煤灰的粘度大小还和温度有着密切的关系。为了进一步分析液态排渣的工业锅炉和气化炉煤种和操作要求，人们又提出了粘温特性的概念。对于液态排渣的工业锅炉和气化炉来说，正常的排渣粘度一般控制为50～100pa·s，最高不超过250pa·s。为了控制煤的灰熔点，工业上一般采用配煤或添加助溶剂的方法。但是，当助溶剂添加过量后它会生成难熔的硅盐，还会加大灰水处理的负荷。 2、煤的元素组成和元素分析煤的组成以有机质为主体，煤的工艺用途主要是由煤中有机质的性质决定的，因此了解煤种有机质的组成很重要。根据现有的分析方法，还不能够直接测定煤中有机质的基本结构单元的组成和性质，而是通过元素分析、有机化合物分离以及官能团测定等方法研究煤中的有机质。生产中主要是利用元素分析配合其他工艺性质试验来了解煤中有机质的组成和性质。 煤的元素组成，是指组成煤的有机质的一些主要元素，即碳、氢、氧、氮、硫等5个元素。如磷、氯、绅等含量极微的其他元素，一般不得列入元素组成之内。煤的元素分析，就是确定煤中有机物的碳、氢、氧、氮、硫等含量的百分比，作为煤的有机质特性。 (1) 碳是其中的主要元素。煤中的碳含量随煤化程度增加而增加。年轻的褐煤含碳量低，烟煤次之，无烟煤最高。 (2) 氢是煤中的第二大元素，其燃烧时可以放出大量的热量。煤中的氢含量随煤化程度加深而减少；褐煤最高，无烟煤最低，烟煤居中。 (3) 氧也是组成煤有机质的一个重要元素。氧元素在煤的燃烧过程中并不产生热量，但能与氢生成水，吸收燃烧热。是动力用煤的不利元素。它在煤中的含量随煤化程度的加深而降低。 (4) 氮在煤中的含量比较少，随煤化程度变化不大。主要与成煤的植物品种有关。 (5) 硫是煤中的最有害杂质。燃烧时会生成二氧化硫，它不仅腐蚀金属设备，而且对环境有污染。硫随成煤植物的品种和成煤条件不同而有较大的变化，与煤化程度关系不大。 煤的主要物理和物理化学性质煤的物理和物理化学性质涉及很多方面，如空间结构性质(表面性质、孔隙度和孔径分布)、热性质、光学性质和电性质等。 1、煤的润湿性煤的润湿性是煤吸附液体的一种能力。当煤粒表面与液体接触时，如煤分子对液体分子的作用力大于液体分子之间的作用力，则固体煤可以被润湿，煤表面能黏附该液体，反之则不能润湿。煤总体来说其表面大多是亲油憎水的，易被油润湿。只有褐煤因含氧高，存在较多的极性含氧官能团，故具有明显的亲水性，易被水润湿。煤的润湿性和孔体积对成浆性好坏影响很大。褐煤和部分低阶烟煤由于亲水性明显和孔体积大，故不能制成符合工艺要求的高浓度水煤浆。 2、煤的可磨性在许多工艺中煤都要先经粉碎和研磨制成很细的煤粉，故煤的可磨性是一个十分重要的实用指标，它指的是煤被磨碎成煤粉的难易程度。 通常以某一矿区所产易碎煤作为标准煤样，将其可磨性指数定为100。待测煤样按规定方法与之比较，测得一个相对指数。该指数越大，表示越易粉碎，反之则越难粉碎。煤的可磨性主要与煤阶有关，另外煤岩组成、矿物质含量与种类等也有影响。 3、煤的比表面积煤是多孔物质其比表面包括外表面积和内表面积两部分。所谓煤的比表面积是指单位质量煤的总表面积。煤的比表面积主要是内表面积，外表面积占的比例较小。煤的表面大小不仅对了解煤的生成过程和煤的微观结构是重要的，而且与煤的吸附、高真空热分解、气相氧化等性质密切相关，因此，它是重要的物理性质之一。随着煤化程度的变化，煤的比表面积具有一定的变化规律。即煤化程度低的煤和煤化程度高的煤比表面积大，而中等程度的煤比表面积要小。 4、脆度煤的脆度又叫脆性，它表征煤的抗碎强度。脆度大的煤，其块煤的破碎概率大，会产生较多的粉煤。煤的脆度测定方法有抗碎强度法和抗压强度法。煤的脆度与煤的煤岩成分和煤化程度有关。通常以肥煤和焦煤的脆度最大，煤化程度往瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤方向增高时，煤的脆度就以上述顺序降低。当煤化程度向气煤、弱粘煤、长焰煤方向降低时，其脆性也逐渐降低。 5、煤的密度由于煤是具有裂缝的疏松结构的固体，因此煤的密度应考虑裂缝、孔隙等所占体积的影响，这使密度的概念多样化，有真密度、视密度和散密度之分。 (1) 煤的真密度又叫煤的相对密度，是计算煤平均质量与研究煤炭性质的一项重要指标。煤的真密度，是指在20℃时单位体积（不包括煤的内部孔隙、裂隙）煤的质量和同温度、同体积水的质量之比。煤的真密度是煤的主要物理性质之一。在研究煤的煤化程度、确定煤的类别、选定煤在减灰时的重液分选密度等都涉及到煤的真密度指标。 (2) 煤的视密度又叫煤的相对密度，通常也叫容重或假密度。煤的视密度是，在20℃时煤(包括煤的内外表面孔隙和裂隙)的质量与同温度、同体积水的质量之比。煤的视密度是计算煤层储量的重要参数之一。储煤仓的设计，洗精煤在运输、磨细、燃烧过程中的计算问题都要用煤的视密度。 (3) 煤的散密度 煤的散密度又叫煤的堆积密度和堆密度，它是单位容积所装载的散装煤炭的质量。由于各种散煤的粒度组成不同，因而即使是同一煤层开采出来的煤，其散密度也会有很大的差异。散密度的测定容积的大小应视煤炭粒度的大小而定。 |
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