煤的水分，灰分，揮發(fā)份和發(fā)熱量對燃燒性能的影響有哪些？

【專家解說】：人們通常把開發(fā)煤炭資源的企業(yè)稱作煤礦，把開采出來的煤礦產(chǎn)品稱為煤炭。我國古代曾稱煤炭為石涅，或稱石炭。它是植物遺體埋藏在地下經(jīng)過漫長復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的一種固體可燃礦產(chǎn)。它不僅是工農(nóng)業(yè)和人民生活不可缺少的主要燃料，而且還是冶金、化工、醫(yī)藥等部門的重要原料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭一直居于主導(dǎo)地位，1995年，生產(chǎn)占75.5%，消費(fèi)占75.0%。在國民經(jīng)濟(jì)中，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展都離不開煤炭。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新工藝、新方法的應(yīng)用，煤炭的用途和綜合利用價(jià)值將會(huì)越來越大?？梢灶A(yù)計(jì)，在未來相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，煤炭在我國國民經(jīng)濟(jì)中都將占有相當(dāng)重要的地位。 一、礦物原料特點(diǎn) (一) 煤的物理性質(zhì)     煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。它是由成煤的原始物質(zhì)及其聚積條件、轉(zhuǎn)化過程、煤化程度和風(fēng)、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。其中，除了比重和導(dǎo)電性需要在實(shí)驗(yàn)室測定外，其他根據(jù)肉眼觀察就可以確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評價(jià)煤質(zhì)的依據(jù)，并用以研究煤的成因、變質(zhì)機(jī)理和解決煤層對比等地質(zhì)問題。     1.顏色     是指新鮮煤表面的自然色彩，是煤對不同波長的光波吸收的結(jié)果。呈褐色—黑色，一般隨煤化程度的提高而逐漸加深。     2.光澤     是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。煤化程度越高，光澤越強(qiáng)；礦物質(zhì)含量越多，光澤越暗；風(fēng)、氧化程度越深，光澤越暗，直到完全消失。     3.粉色     指將煤研成粉末的顏色或煤在抹上釉的瓷板上刻劃時(shí)留下的痕跡，所以又稱為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。     4.比重和容重     煤的比重又稱煤的密度，它是不包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱煤的體重或假比重，它是包括孔隙在內(nèi)的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重是計(jì)算煤層儲(chǔ)量的重要指標(biāo)。褐煤的容重一般為1.05～1.2，煙煤為1.2～1.4，無煙煤變化范圍較大，可由1.35～1.8。煤巖組成、煤化程度、煤中礦物質(zhì)的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質(zhì)含量相同的情況下，煤的比重隨煤化程度的加深而增大。     5.硬度     是指煤抵抗外來機(jī)械作用的能力。根據(jù)外來機(jī)械力作用方式的不同，可進(jìn)一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。煤的硬度與煤化程度有關(guān)，褐煤和焦煤的硬度最小，約2～2.5；無煙煤的硬度最大，接近4。     6.脆度     是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物質(zhì)、煤巖成分、煤化程度等都對煤的脆度有影響。在不同變質(zhì)程度的煤中，長焰煤和氣煤的脆度較小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，無煙煤的脆度最小。     7.斷口     是指煤受外力打擊后形成的斷面的形狀。在煤中常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。煤的原始物質(zhì)組成和煤化程度不同，斷口形狀各異。     8.導(dǎo)電性     是指煤傳導(dǎo)電流的能力，通常用電阻率來表示。褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過渡時(shí)，電阻率劇增。煙煤是不良導(dǎo)體，隨著煤化程度增高，電阻率減小，至無煙煤時(shí)急劇下降，而具良好的導(dǎo)電性。 (二) 煤的化學(xué)組成     煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來可分為有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)兩大類，以有機(jī)質(zhì)為主體。     煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨煤化程度的變化而有規(guī)律地變化。一般來講，煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類型有關(guān)。碳和氫是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。煤炭燃燒時(shí)，氮不產(chǎn)生熱量，常以游離狀態(tài)析出，但在高溫條件下，一部分氮轉(zhuǎn)變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。含硫多的煤在燃燒時(shí)生成硫化物氣體，不僅腐蝕金屬設(shè)備，與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨，污染環(huán)境，危害植物生產(chǎn)，而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時(shí)，煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時(shí)又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機(jī)械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時(shí)，各種管道和爐壁會(huì)遭到強(qiáng)烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過高，會(huì)增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。     煤中的無機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是煤中的有害成分。     另外，還有一些稀有、分散和放射性元素，例如，鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等，它們分別以有機(jī)或無機(jī)化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí)，就是重要的礦產(chǎn)資源。     通過元素分析可以了解煤的化學(xué)組成及其含量，通過工業(yè)分析可以初步了解煤的性質(zhì)，大致判斷煤的種類和用途。煤的工業(yè)分析包括對水分、灰分、揮發(fā)分的測定和固定碳的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。     1.水分     指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以煤的內(nèi)在水分作為評定煤質(zhì)的指標(biāo)。煤化程度越低，煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。水分對煤的加工利用是有害物質(zhì)。在煤的貯存過程中，它能加速風(fēng)化、破裂，甚至自燃；在運(yùn)輸時(shí)，會(huì)增加運(yùn)量，浪費(fèi)運(yùn)力，增加運(yùn)費(fèi)；煉焦時(shí)，消耗熱量，降低爐溫，延長煉焦時(shí)間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時(shí)，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會(huì)使煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時(shí)，需要適量的水分才能成型。     2.灰分     是指煤在規(guī)定條件下完全燃燒后剩下的固體殘?jiān)?。它是煤中的礦物質(zhì)經(jīng)過氧化、分解而來?；曳謱γ旱募庸だ脴O為不利?；曳衷礁?，熱效率越低；燃燒時(shí)，熔化的灰分還會(huì)在爐內(nèi)結(jié)成爐渣，影響煤的氣化和燃燒，同時(shí)造成排渣困難；煉焦時(shí)，全部轉(zhuǎn)入焦炭，降低了焦炭的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。煤灰成分十分復(fù)雜，成分不同直接影響到灰分的熔點(diǎn)。灰熔點(diǎn)低的煤，燃燒和氣化時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)操作帶來許多困難。為此，在評價(jià)煤的工業(yè)用途時(shí)，必須分析灰成分，測定灰熔點(diǎn)。     3.揮發(fā)分     指煤中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對煤進(jìn)行分類的主要指標(biāo)，并被用來初步確定煤的加工利用性質(zhì)。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與煤化程度有密切關(guān)系，煤化程度越低，揮發(fā)分越高，隨著煤化程度加深，揮發(fā)分逐漸降低。     4.固定碳     測定煤的揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。它是煤中不揮發(fā)的固體可燃物，可以用計(jì)算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)有密切關(guān)系，因此，根據(jù)焦渣的外觀特征，可以定性地判斷煤的粘結(jié)性和工業(yè)用途。 (三)煤的工藝性質(zhì)     為了提高煤的綜合利用價(jià)值，必須了解、研究煤的工藝性質(zhì)，以滿足各方面對煤質(zhì)的要求。煤的工藝性質(zhì)主要包括：粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機(jī)械強(qiáng)度和可選性等。     1.粘結(jié)性和結(jié)焦性     粘結(jié)性是指煤在干餾過程中，由于煤中有機(jī)質(zhì)分解，熔融而使煤粒能夠相互粘結(jié)成塊的性能。結(jié)焦性是指煤在干餾時(shí)能夠結(jié)成焦炭的性能。煤的粘結(jié)性是結(jié)焦性的必要條件，結(jié)焦性好的煤必須具有良好的粘結(jié)性，但粘結(jié)性好的煤不一定能單獨(dú)煉出質(zhì)量好的焦炭。這就是為什么要進(jìn)行配煤煉焦的道理。粘結(jié)性是進(jìn)行煤的工業(yè)分類的主要指標(biāo)，一般用煤中有機(jī)質(zhì)受熱分解、軟化形成的膠質(zhì)體的厚度來表示，常稱膠質(zhì)層厚度。膠質(zhì)層越厚，粘結(jié)性越好。測定粘結(jié)性和結(jié)焦性的方法很多，除膠質(zhì)層測定法外，還有羅加指數(shù)法、奧亞膨脹度試驗(yàn)等等。粘結(jié)性受煤化程度、煤巖成分、氧化程度和礦物質(zhì)含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤，一般都沒有粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度也很小。     2.發(fā)熱量     是指單位重量的煤在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，亦稱熱值，常用106J/kg表示。它是評價(jià)煤炭質(zhì)量，尤其是評價(jià)動(dòng)力用煤的重要指標(biāo)。國際市場上動(dòng)力用煤以熱值計(jì)價(jià)。我國自1985年6月起，改革沿用了幾十年的以灰分計(jì)價(jià)為以熱值計(jì)價(jià)。發(fā)熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關(guān)。為便于比較耗煤量，在工業(yè)生產(chǎn)中，常常將實(shí)際消耗的煤量折合成發(fā)熱量為2.930368×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤來進(jìn)行計(jì)算。     3.化學(xué)反應(yīng)性     又稱活性。是指煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應(yīng)能力。它是評價(jià)氣化用煤和動(dòng)力用煤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。反應(yīng)性強(qiáng)弱直接影響到耗煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱。     4.熱穩(wěn)定性     又稱耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來粒度的性能。它是評價(jià)氣化用煤和動(dòng)力用煤的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱穩(wěn)定性的好壞，直接影響爐內(nèi)能否正常生產(chǎn)以及煤的氣化和燃燒效率。     5.透光率     指低煤化程度的煤(褐煤、長焰煤等)，在規(guī)定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理后，所得溶液對光的透過率稱為透光率。隨著煤化程度加深，透光率逐漸加大。因此，它是區(qū)別褐煤、長焰煤和氣煤的重要指標(biāo)。     6.機(jī)械強(qiáng)度     是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機(jī)械強(qiáng)度低的煤投入氣化爐時(shí)，容易碎成小塊和粉末，影響氣化爐正常操作。因此，氣化用煤必須具備較高的機(jī)械強(qiáng)度。     7.可選性     是指煤通過洗選，除去其中的夾矸和礦物質(zhì)的難易程度。我國現(xiàn)行的選煤方法，詳見第四節(jié)。