煤质技术指标-发热量常见问题

1.什么是煤的发热量?

答:煤的发热量,又称为煤的热值,即单位质量的煤完全燃烧所发出的热量。 煤的发热量是煤按热值计价的基础指标。煤作为动力燃料,主要是利用煤的发热量,发热量愈高,其经济价值愈大。同时发热量也是计算热平衡、热效率和煤耗的依据,以及锅炉设计的参数。

煤的发热量表征了煤的变质程度(煤化度),这里所说的煤的发热量,是指用 1.4 比重液分选后的浮煤的发热量(或灰分不超过 10% 的原煤的发热 量)。成煤时代最晚煤化程度最低的泥炭发热量最低,一般为 20.9 ~ 25.1MJ/Kg ,成煤早于泥炭的褐煤发热量增高到 25 ~ 31MJ/Kg ,烟煤发热 量继续增高,到焦煤和瘦煤时,碳含量虽然增加了,但由于挥发分的减少,特别是其中氢含量比烟煤低的多,有的低于 1% ,相当于烟煤的 1/6 ,所以发热量最高 的煤还是烟煤中的某些煤种。 鉴于低煤化度煤的发热量,随煤化度的变化较大,所以,一些国家常用煤的恒湿无灰基高位发热量作为区分低煤化度煤类别的指标。我国采用煤的恒湿无灰基高位发 热量来划分褐煤和长焰煤。

2.什么叫弹筒发热量?( Qb )

答:单位质量燃料(气态除外)在充有氧气的氧弹内( 25 ~ 35 个大气压左右)完全燃烧这是所释放的热量为弹桶发热量(燃烧产物的最终温度规定为 25℃ )。   

由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的,因此发生了煤在空气中燃烧时不能进行的热化学反应。如:煤中氮以及充氧气前弹筒内空气中的氮,在空气中燃烧时,一般呈气态氮逸出,而在弹筒中燃烧时却生成 N2O5 或 NO2 等氮氧化合物。这些氮氧化合物溶于弹筒税种生成硝酸,这一化学反应是放热反应。另外,煤中可燃硫在空气中燃烧时生成 SO2 气体逸出,而在弹筒中燃烧时却氧化成 SO3 , SO3 溶于弹筒水中生成硫酸。 SO2 、 SO3, 以及 H2SO4 溶于水生成硫酸水化物都是放热反应。所以,煤的弹筒发热量要高于煤在空气中、工业锅炉中燃烧是实际产生的热量。为此,实际中要把弹筒发热量折算成符合煤在空气中燃烧的发热量。

弹筒发热量 4 种表示方式:

Qb,ad—— 分析基弹筒发热量; Qb,d—— 干燥基弹筒发热量; Qb,ar—— 收到基弹筒发热量; Qb,daf—— 干燥无灰基弹筒发热量。

3. 什么叫高位发热量? ( Qgr )

答:煤在空气中大气压条件下燃烧后所产生的热量。实际上是由实验室中测得的煤的弹筒发热量减去硫酸和硝酸生成热后得到的热量。

   应该指出的是,煤的弹筒发热量是在恒容(弹筒内煤样燃烧室容积不变)条件下测得的,所以又叫恒容弹筒发热量。由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量。而煤在空气中大气压下燃烧的条件湿恒压的(大气压不变),其高位发热量湿恒压高位发热量。恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的。一般恒容高位发热量比恒压高位发热量低 8.4 ~ 20.9J/g, 实际中当要求精度不高时,一般不予校正。

高位发热量 4 种表示形式:

Qgr,ad—— 分析基高位发热量;

Qgr,d—— 干燥基高位发热量;

Qgr,ar—— 收到基高位发热量;

Qgr,daf—— 干燥无灰基高位发热量。

4.什么叫低位发热量?( Qnet )

答: 煤在空气中大气压条件下燃烧后产生的热量,扣除煤中水分(煤中有机质中的氢燃烧后生成的氧化水,以及煤中的游离水和化合水)的汽化热(蒸发热),剩下的实际可以使用的热量(高位发热量减去水)。

我国电厂锅炉技术中常采用低位发热量。  

同样,实际上由恒容高位发热量算出的低位发热量,也叫恒容低位发热量,它与在空气中大气压条件下燃烧时的恒压低位热量之间也有较小的差别。

低位发热量 4 种表示形式:

Qnet,ad—— 分析基低位发热量;

Qnet,ar—— 收到基低位发热量;

Qnet,daf—— 干燥无灰基低位发热量

5.什么叫煤的恒湿无灰基高位发热量( Qmaf )

答: 恒湿,是指温度 30C ,相对湿度 96% 时,测得的煤样的水分(或叫最高内在水分)。煤的恒湿无灰基高位发热量,实际中是不存在的,是指煤在恒湿条件下测得的恒容高位发热量,除去灰分影响后算出来的发热量。

恒湿无灰基高位发热量是低煤化度煤分类的一个指标。

6.煤的各种基准的发热量间的换算公式是什么?

答:煤的各种基准的发热量间的换算公式和煤质分析中各基准的换算公式相似。如:

Qgr,ad=Qgr,ad× ( 100-Mar ) /(100-Mad)

Qgr,d=Qgr,ad×100/(100-Mad)

Qgr,daf=Qgr,ad×100/(100-Mad-Aad-CO2,d)   

式中:

CO2,d—— 分析煤样中碳酸盐矿物质中 CO2 的含量( % ),当 CO2 含 ≤2% 时,此项可略去不计

Qgr , maf=Qgr,ad× ( 100-M ) /(100-Mad-Aad-Aad×M/100)   

式中:

Qgr , maf—— 恒温无灰基高位发热量;

M—— 恒湿条件下测得的水分含量, % 。

7.发热量换算公式是什么?

Qgr.daf(MJ/kg)=31.45+1.09Hdaf

无烟煤及Vdaf小于24%的烟煤:

Hdaf=Vdaf/(0.1462Vdaf+1.1124)

烟煤 :

Hdaf=2.888+0.392 (√Vdaf)-0.0023Ad

褐煤:

褐煤: Hdaf=0.835Vdaf+1.206

式中 :

Hdaf=H a d×{100/(100-Mad-Aad)} 干燥无灰基氢含量%

Vdaf=Va d×{100/(100-Mad-Aad)} 干燥无灰基挥发分产量%

Aad=(m 1 /m) ×100

其中: m 1---- 残留物的质量,g;

m—空气干燥煤样的质量,g;

Vad=(m 1 /m) ×100 空气干燥基煤样挥发分产率%

Mad=(m 1 /m) ×100 空气干燥基煤样水分产率%

其中: m 1---- 煤样干燥后失去的质量,g;

m—空气干燥煤样的质量,g;

Ad=Aad×100/(100-Mad) 干燥基煤样灰分产率%;

煤的高位发热量计算公式为:

Qgr,ad=Qb,ad-95Sb,ad-aQb,ad   

式中:

Qgr,ad—— 分析煤样的高位发热量, J/g;

Qb,ad—— 分析煤样的弹筒发热量, J/g;

Sb,ad—— 由弹筒洗液测得的煤的硫含量, % ;

95—— 煤中每 1% ( 0.01g ) 硫的校正值, J/g;

a—— 硝酸校正系数。 Qb,ad≤16700J/g,a=0.001

16700J/g<QB,AD Qb,ad>25100J/g ,a=0.0016   

当 Qb,ad 〉 16700J/g ,   

或者 12500J/g<QB,AD< SPAN> ,同时, Sb , ad≤2% 时,   

可用 St,ad 代替 Sb,ad 。   

( 5 )煤的低位发热量的计算

Qnet,ad=Qgr,ad-0.206Had-0.023Mad   

式中:

Qnet,ad—— 分析煤样的低位发热量, J/g;

Qgr,ad—— 分析煤样的高位发热量, J/g ;

Had—— 分析煤样氢含量, % ;

Mad—— 分析煤样水分, % 。

8.几种常用的点火(引火)物在点火时放出的热量是多少?

铁丝:6700J/K

镍络丝:1400J/g

铜丝:2500J/g

棉线:17500J/g

9.测定发热量对电力生产的意义?

答:1、它在煤质计价、编制消耗定额和供应计划、核算发电成本和计算能源利用效率等方面都以发热量为依据;
2、在设计锅炉上,对设计炉膛负荷、选则磨煤机容量、计算物料平衡的重要参数
3、是锅炉热平衡、配煤燃烧及负荷调节的主要依据,同时又是计算煤耗的依据之一。

10.燃料煤发热量的含义是什么?

答:燃料的发热量是指单位重量的燃料完全燃烧时所释放出来的热量,其单位是J/g或MJ/kg。

煤的热量值曾经用“卡( cal )”表示,但已为废弃单位,现在用“焦耳( J )”表示热量基本单位。鉴于目前许多用煤企业仍用卡来表示热值单位。因而下面仍对“卡”的含义做一下介绍。 1cal 热量是 1g 纯水温度升高 1℃所需要的热量。水的比热容随水温的不同而稍有差异,所以在热量单位中使用的卡还常分为不同温度下的卡,如 20 ℃卡、 15 ℃卡或 25 ℃卡等。通常所说的 20 ℃卡(或 15 ℃等)是指 1g 纯水从 19.5 ℃(或 14.5 ℃)加热到 20.5 ℃(或 15.5 ℃)所需要的热量。我国的热量单位采用 20 ℃卡,德国等某些西欧国家则采用 15 ℃卡。而在国际蒸汽表热量单位低于 15 ℃卡。在低温卡(如 15 ℃卡),每卡所含的热能比高温度卡( 20 ℃卡)稍高。

11.对煤炭发热量测定室有何要求?

答:(1)热量室应作为发热量测定专用室,室内不得进行其它试验工作;

(2)室内应配备窗帘,避免阳光直射;

(3)每次测定温度变化不超过1℃为宜;冬夏室温差以不超过15~30℃为宜。因此,有条件者应配制空调设备;

(4)测定发热量时,室内应避免强力通风及热源辐射,总之,为了减少环境条件对发热量测定结果的影响,发热量测定室应尽可能地保持室温的相对恒定。在室温尚未恒定的时候不得进行发热量的测定。

12.影响煤发热量的各项指标和作用的因素有哪些?

从成分上说:
1.碳:主要可燃成分,占50-95%,含碳越高,燃点越高,越容易着火。
2.氢:占2-4%,H的发热量很高。会占煤的一部分发热量,越大越好。
3.氧:起到助燃的作用。
4.硫:是煤中的有害成分,要避免。
5.氮:燃烧时,随着烟气一同排出,损失热量。
6.灰分:含的越少越好,是垃圾。
7.水分:对煤的燃烧有影响。含适量的水分,可以放出H,但含水太多了,着火难,烟气含水大。
8.磷:是占很少的,有的煤种基本不含,磷也可以燃烧放出热量。

灰分:灰分含量会使火焰传播速度下降,着火时间推迟,燃烧不稳定,炉温下降。
水分:水分是燃烧过程中的有害物质之一,它在燃烧过程中吸收大量的热,对燃烧的影响比灰分大得多。
发热量:为的发热量是锅炉设计的一个重要依据。由于电厂煤粉对煤种适应性较强,因此只要煤的发热量与锅炉设计要求大体相符即可。
灰熔点:由于煤粉炉炉膛火焰中心温度多在 1500℃以上,在这样高温下,煤灰大多呈软化或流体状态。
煤的硫分硫是煤中有害杂质,虽对燃烧本身没有影响,但它的含量太高,对设备的腐蚀和环境的 污染都相当严重。因此,电厂燃用煤的硫分不能太高,一般要求最高不能超过2.5%。

挥发分:是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高,着火越容易。根据锅炉设计要求,供煤挥发分的值变化不宜太大,否则会影响锅炉的正常运行。如原 设计燃用低挥发分的煤而改烧高挥发分的煤后,因火焰中心逼近喷燃器出口,可能因烧坏喷燃器而停炉;若原设计燃用高挥发分的煤种而改烧低挥发分的煤,则会因 着火过迟使燃烧不完全,甚至造成熄火事故。因此供煤时要尽量按原设计的挥发分煤种或相近的煤种供应。
从工业分析:
1.挥发分:占15-20%,越高越好,越高发热量越高。
2.固定碳:燃烧C和CO都可提供热量。
3.灰分及溶渣:占2-5%,灰分高的煤,易熔渣和结焦。
4.水分:如上所述。

13.燃料发热量的大小取决于什么?

答:发热量的大小取决于燃料中碳、氢、硫元素含量的多少。

14.何谓标准煤?

答:收到基低位发热量为29309kJ/kg的煤称为标准煤。标准煤实际是不存在的,只是人为规定的。提出“标准煤”的主要目的是把不同的燃料划归统一的标准,便于分析、比较热力设备的经济性。

15.何谓燃料?

答:燃料是指用来燃烧以取得热量的物质。

16.燃料按其物理形态可分为哪几种?

答:燃料按其物理形态可分为固体燃烧(煤、木柴、页岩等)、液体燃料(石油等)和气体燃料(天然气、煤气等)。

17.煤中发热量最高的元素是什么?

答:煤中发热量最高的元素是氢。

18.煤的发热量分级

煤炭发热量分级:

序号 级别名称 代号 发热量( Qnet,ar )范围, MJ/kg
1 低热值煤 LQ 8.50 ~ 12.50
2 中低热值煤 MLQ 12.51 ~ 17.00
3 中热值煤 MQ 17.01 ~ 21.00
4 中高热值煤 MHQ 21.01 ~ 24.00
5 高热值煤 HQ 24.01 ~ 27.00
6 特高热值煤 SHQ >27.00

注:煤田地质勘探系统在按发热量分级时,可采用全水分( Mt )进行计算。

发热量( Qnet,ar )等级划分:

编   号 发热量( Qnet,ar ), MJ/kg 编   号 发热量( Qnet,ar ), MJ/kg
295 >29.00 200 19.51 ~ 20.00
290 28.51 ~ 29.00 195 19.01 ~ 19.50
285 28.01 ~ 28.50 190 18.51 ~ 19.00
280 27.51 ~ 28.00 185 18.01 ~ 18.50
275 27.01 ~ 27.50 180 17.51 ~ 18.00
270 26.51 ~ 27.00 175 17.01 ~ 17.50
265 26.01 ~ 26.50 170 16.51 ~ 17.00
260 25.51 ~ 26.00 165 16.01 ~ 16.50
255 25.01 ~ 25.50 160 15.51 ~ 16.00
250 24.51 ~ 25.00 155 15.01 ~ 15.50
245 24.01 ~ 24.50 150 14.51 ~ 15.001)
240 23.15 ~ 24.00 145 14.01 ~ 14.50
235 23.01 ~ 23.50 140 13.51 ~ 14.00
230 22.51 ~ 23.00 135 13.01 ~ 13.50
225 22.01 ~ 22.50 130 12.01 ~ 13.00
220 21.51 ~ 22.00 125 12.01 ~ 12.50
215 21.01 ~ 21.50 120 11.51 ~ 12.00
210 20.51 ~ 21.00 115 11.01 ~ 11.50
205 20.01 ~ 20.50    

19.煤炭产品的类别、品种和技术要求

产品类别 品种名称 技术要求
粒度 /mm 发热量 (Qnet,ar)MJ/kg 灰分 (Ad)% 最大粒度( 1) 上限, %
1  精煤 冶炼用炼焦精煤 <50,<100   ≤ 12.50 不大于 5
其他用炼焦精煤 <50,<100   12.51 ~ 16.00
2  粒级煤 洗特大块 >100 无烟煤、烟煤;≥ 14.50

褐煤:≥ 11.00
 
特大块 >100
洗大块 50 ~ 100,>50
大块 50 ~ 100,>50
洗中块 25 ~ 50,20 ~ 60
中块 25 ~ 50
洗混中块 15 ~ 50 , 13 ~ 80
混中块 13 ~ 50,13 ~ 80
洗混块 >13,>25
混块 >13,>25
洗小块 13 ~ 20,13 ~ 25
小块 13 ~ 25
洗混小块 6 ~ 20
混小块 6 ~ 13
洗粒煤 6 ~ 13
粒煤 6 ~ 13
3. 洗选煤 洗原煤 ≤ 300      
洗混煤 <50,<80 或 <100
混煤 0 ~ 50
洗末煤 0 ~ 13,0 ~ 20,0 ~ 25
末煤 0 ~ 13,0 ~ 20,0 ~ 25
洗粉煤 0 ~ 6
粉煤 0 ~ 6
4  原煤 原煤、水采原煤  
5  低质煤( 2) 原煤   无烟煤、烟煤: <14.50
褐煤: <11.00
>40  ( 3)  
  煤泥,水采煤泥 0 ~ 1.0 , 0 ~ 0.5   16.50 ~ 49  

注: (1) 取筛上物累计产率最接近、但不大于 5% 的那个筛孔尺寸,作为最大粒度。

(2) 如用户需要,必须采取有效的环保措施,不违反环保法规的情况下供需双方协商解决。

(3) 当发热量数据和灰分数据不能同时达到规定时,以灰分为准。

20.煤的弹筒发热量、高位发热量和低位发热量之间有什么区别

煤的弹筒发热量是指单位质量的煤样在热量计的弹筒中经过量的高压氧气燃烧后产生的热量。在这种条件下燃烧时,煤中原有的水和氢元素燃烧后生成的水冷凝在弹筒中。而氮在空气中燃烧时仍以游离态逸出,不产生热量,但在弹筒中燃烧时却成为二氧化氮或者五氧化二氮的高价氧化物,这些氮化物溶解于弹筒内的水后生成硝酸而产生热量。煤中的可燃硫化合物在空气中燃烧时只声场二氧化硫气体,但在弹筒中燃烧时却氧化成三氧化硫,它溶于弹筒内的水后成为硝酸而产生为硫酸。从二氧化硫氧化成三氧化硫,以及硫酸溶于水生成硫酸水化物等都是放热反应。这就清楚地表明,煤在弹筒中燃烧时产生的热量要比空气中燃烧时产生的热量多。因此,在实用上常常以弹筒发热量中减去硝酸和硫酸的生成热后的热值,成为“高位发热量”。
计算煤的高位发热量时水以液态存在,而煤在工业锅炉中燃烧时水呈气态蒸发,而水由液体变成蒸汽需要吸收部分热量。因此在实际燃烧时可以利用的热量比煤的高位发热量要低,也就是说必须从高位发热量中减去水的汽化热,才是煤的有效热量。这种热量称为煤的低位发热量。

21.煤的水分、煤的灰分、煤的挥发分和煤的发热量对燃烧性能的影响

人们通常把开发煤炭资源的企业称作煤矿,把开采出来的煤矿产品称为煤炭。我国古代曾称煤炭为石涅,或称石炭。它是植物遗体埋藏在地下经过漫长复杂的生物化学、地球化学和物理化学作用转化而成的一种固体可燃矿产。它不仅是工农业和人民生活不可缺少的主要燃料,而且还是冶金、化工、医药等部门的重要原料。
一、矿物原料特点
(一) 煤的物理性质
煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等。其中,除了比重和导电性需要在实验室测定外,其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题。
1.颜色
是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深。
2.光泽
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高,光泽越强;矿物质含量越多,光泽越暗;风、氧化程度越深,光泽越暗,直到完全消失。
3.粉色
指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色。呈浅棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.05~1.2,烟煤为1.2~1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35~1.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2~2.5;无烟煤的硬度最大,接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小。
7.断口
是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异。
8.导电性
是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增。烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性。
(二) 煤的化学组成
煤的化学组成很复杂,但归纳起来可分为有机质和无机质两大类,以有机质为主体。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外,还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成,随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。唯硫的含量则与煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素,氧是助燃元素,三者构成了有机质的主体。煤炭燃烧时,氮不产生热量,常以游离状态析出,但在高温条件下,一部分氮转变成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体,不仅腐蚀金属设备,与空气中的水反应形成酸雨,污染环境,危害植物生产,而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时,煤中的硫和磷大部分转入焦炭中,冶炼时又转入钢铁中,严重影响焦炭和钢铁质量,不利于钢铁的铸造和机械加工。用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时,各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料,砷含量过高,会增加产品毒性,危及人民身体健康。
煤中的无机质主要是水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值,其中绝大多数是煤中的有害成分。
另外,还有一些稀有、分散和放射性元素,例如,锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等,它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量,一旦达到工业品位或可综合利用时,就是重要的矿产资源。
通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量,通过工业分析可以初步了解煤的性质,大致判断煤的种类和用途。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。
1.水分
指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中,它能加速风化、破裂,甚至自燃;在运输时,会增加运量,浪费运力,增加运费;炼焦时,消耗热量,降低炉温,延长炼焦时间,降低生产效率;燃烧时,降低有效发热量;在高寒地区的冬季,还会使煤冻结,造成装卸困难。只有在压制煤砖和煤球时,需要适量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高,热效率越低;燃烧时,熔化的灰分还会在炉内结成炉渣,影响煤的气化和燃烧,同时造成排渣困难;炼焦时,全部转入焦炭,降低了焦炭的强度,严重影响焦炭质量。煤灰成分十分复杂,成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤,燃烧和气化时,会给生产操作带来许多困难。为此,在评价煤的工业用途时,必须分析灰成分,测定灰熔点。
3.挥发分
指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进行分类的主要指标,并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系,煤化程度越低,挥发分越高,随着煤化程度加深,挥发分逐渐降低。
4.固定碳
测定煤的挥发分时,剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物,可以用计算方法算出。焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系,因此,根据焦渣的外观特征,可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。
(三)煤的工艺性质
为了提高煤的综合利用价值,必须了解、研究煤的工艺性质,以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括:粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
1.粘结性和结焦性
粘结性是指煤在干馏过程中,由于煤中有机质分解,熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。煤的粘结性是结焦性的必要条件,结焦性好的煤必须具有良好的粘结性,但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。粘结性是进行煤的工业分类的主要指标,一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示,常称胶质层厚度。胶质层越厚,粘结性越好。测定粘结性和结焦性的方法很多,除胶质层测定法外,还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤,一般都没有粘结性,胶质层厚度也很小。
2.发热量
是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量,亦称热值,常用106J/kg表示。它是评价煤炭质量,尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起,改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比较耗煤量,在工业生产中,常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。
3.化学反应性
又称活性。是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
4.热稳定性
又称耐热性。是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。热稳定性的好坏,直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等),在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后,所得溶液对光的透过率称为透光率。随着煤化程度加深,透光率逐渐加大。因此,它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标。
6.机械强度
是指块煤受外力作用而破碎的难易程度。机械强度低的煤投入气化炉时,容易碎成小块和粉末,影响气化炉正常操作。因此,气化用煤必须具备较高的机械强度。
7.可选性
是指煤通过洗选,除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的选煤方法,详见第四节。
二、用途与技术经济指标
(一) 煤的工业分类
1958年,国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案,为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件,但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上,为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点,达到更加合理地利用煤炭资源的目的,1986年,国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准,将自然界中的煤划分为14大类,其中,褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类(表2.2.1)。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。
中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86)
(1) 分类指标及其符号Vr为干燥无灰基挥发分(%);Hr为干燥无灰基氢含量(%);GR.I(简记G)为烟煤的粘结指数;Y为烟煤的胶质层最大厚度;PM为煤样的透光率(%);b为烟煤的奥亚膨胀度(%);Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg)。
(2) 煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码表示。10位表示煤的挥发分,个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度,在烟煤表示结粘性。
(二) 各煤类的主要特征和用途
1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低,含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、气化或低温干馏的原料,也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸,制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。
2.长焰煤
它的挥发分含量很高,没有或只有很小的粘结性,胶质层厚度不超过5mm,易燃烧,燃烧时有很长的火焰,故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料,也可作民用和动力燃料。
3.不粘煤
它水分大,没有粘结性,加热时基本上不产生胶质体,燃烧时发热量较小,含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。
4.弱粘煤
水分大,粘结性较弱,挥发分较高,加热时能产生较少的胶质体,能单独结焦,但结成的焦块小而易碎,粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料,也可以作为气化用煤和动力燃料。
6.气煤
挥发分高,胶质层较厚,热稳定性差。能单独结焦,但炼出的焦炭细长易碎,收缩率大,且纵裂纹多,抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦,还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。
7.气肥煤
它的挥发分和粘结性都很高,结焦性介于气煤和肥煤之间,单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气,更是配煤炼焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分,加热时能产生大量的胶质体,形成大于25mm的胶质层,结焦性最强。用这种煤来炼焦,可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭,但这种焦炭横裂纹多,且焦根部分常有蜂焦,易碎成小块。由于粘结性强,因此,它是配煤炼焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤,具有很强的粘结性和中高等挥发分,单独用来炼焦时,可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此,它是良好的配煤炼焦的基础煤。
10.焦煤
具有中低等挥发分和中高等粘结性,加热时可形成稳定性很好的胶质体,单独用来炼焦,能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭。但因其膨胀压力大,易造成推焦困难,损坏炉体,故一般都作为炼焦配煤使用。
11.瘦煤
具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时,能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好,但耐磨性较差的焦炭。因此,用它加入配煤炼焦,可以增加焦炭的块度和强度。
12.贫瘦煤
挥发分低,粘结性较弱,结焦性较差。单独炼焦时,生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用,同时,也是民用和动力的好燃料。
13.贫煤
具有一定的挥发分,加热时不产生胶质体,没有粘结性或只有微弱的粘结性,燃烧火焰短,炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区,也可充当配煤炼焦的瘦化剂。
14.无烟煤
它是煤化程度最高的煤。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料,以及制造电石、电极和炭素材料等。

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