煤炭好壞的區(qū)別在哪里？

【專家解說】：一、礦物原料特點 (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)電性需要在實驗室測定外，其他根據(jù)肉眼觀察就可以確定。煤的物理性質(zhì)可以作為初步評價煤質(zhì)的依據(jù)，并用以研究煤的成因、變質(zhì)機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；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。煤的容重是計算煤層儲量的重要指標。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 是指煤抵抗外來機械作用的能力。根據(jù)外來機械力作用方式的不同，可進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，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質(zhì)和無機質(zhì)兩大類，以有機質(zhì)為主體。 煤中的有機質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。煤中有機質(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)成了有機質(zhì)的主體。煤炭燃燒時，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，煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時，各種管道和爐壁會遭到強烈腐蝕。將含有砷的煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過高，會增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。 煤中的無機質(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，它們分別以有機或無機化合物的形態(tài)存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦達到工業(yè)品位或可綜合利用時，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算四項內(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。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；在運輸時，會增加運量，浪費運力，增加運費；煉焦時，消耗熱量，降低爐溫，延長煉焦時間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會使煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時，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渣。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，熔化的灰分還會在爐內(nèi)結(jié)成爐渣，影響煤的氣化和燃燒，同時造成排渣困難；煉焦時，全部轉(zhuǎn)入焦炭，降低了焦炭的強度，嚴重影響焦炭質(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?；胰埸c低的煤，燃燒和氣化時，會給生產(chǎn)操作帶來許多困難。為此，在評價煤的工業(yè)用途時，必須分析灰成分，測定灰熔點。 3.揮發(fā)分 指煤中的有機物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對煤進行分類的主要指標，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，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，可以用計算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機質(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、機械強度和可選性等。 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煉出質(zhì)量好的焦炭。這就是為什么要進行配煤煉焦的道理。粘結(jié)性是進行煤的工業(yè)分類的主要指標，一般用煤中有機質(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所產(chǎn)生的熱量，亦稱熱值，常用106J/kg表示。它是評價煤炭質(zhì)量，尤其是評價動力用煤的重要指標。國際市場上動力用煤以熱值計價。我國自1985年6月起，改革沿用了幾十年的以灰分計價為以熱值計價。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，常常將實際消耗的煤量折合成發(fā)熱量為2.930368×107J/kg的標準煤來進行計算。 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。它是評價氣化用煤和動力用煤的一項重要指標。反應(yīng)性強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。它是評價氣化用煤和動力用煤的又一項重要指標。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。 6.機械強度 是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機械強度低的煤投入氣化爐時，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械強度。 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)。 二、用途與技術(shù)經(jīng)濟指標 (一) 煤的工業(yè)分類 1958年，國家頒布了以煉焦用煤為主的分類方案，為工業(yè)部門合理使用煤炭資源創(chuàng)造了有利條件，但在實踐中也出現(xiàn)了一些問題。在認真分析研究和吸收國外先進分類方法的基礎(chǔ)上，為了使各項分類的技術(shù)經(jīng)濟指標最能反映煤的質(zhì)量特點，達到更加合理地利用煤炭資源的目的，1986年，國家重新頒布了從褐煤到無煙煤的全面技術(shù)分類標準，將自然界中的煤劃分為14大類，其中，褐煤和無煙煤又分別劃分為2個和3個小類(表2.2.1)。這就是我國現(xiàn)行的煤炭分類國家標準。 表 2.2.1中國煤炭分類國家標準 (GB5751-86) (1) 分類指標及其符號Vr為干燥無灰基揮發(fā)分(%)；Hr為干燥無灰基氫含量(%)；GR.I(簡記G)為煙煤的粘結(jié)指數(shù)；Y為煙煤的膠質(zhì)層最大厚度；PM為煤樣的透光率(%)；b為煙煤的奧亞膨脹度(%)；Q-A.GNGW為煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量(MJ/kg)。 (2) 煤類的編碼各類煤用兩位阿拉伯?dāng)?shù)碼表示。10位表示煤的揮發(fā)分，個位數(shù)在無煙煤及褐煤表示煤化程度，在煙煤表示結(jié)粘性。 (二) 各煤類的主要特征和用途 1.褐煤 它是煤化程度最低的煤。其特點是水分高、比重小、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低，含有不同數(shù)量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料，也可用來提取褐煤蠟、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一號褐煤還可以作農(nóng)田、果園的有機肥料。 2.長焰煤 它的揮發(fā)分含量很高，沒有或只有很小的粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度不超過5mm,易燃燒，燃燒時有很長的火焰，故得名長焰煤?？勺鳛闅饣偷蜏馗绅s的原料，也可作民用和動力燃料。 3.不粘煤 它水分大，沒有粘結(jié)性，加熱時基本上不產(chǎn)生膠質(zhì)體，燃燒時發(fā)熱量較小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤氣和民用或動力燃料。 4.弱粘煤 水分大，粘結(jié)性較弱，揮發(fā)分較高，加熱時能產(chǎn)生較少的膠質(zhì)體，能單獨結(jié)焦，但結(jié)成的焦塊小而易碎，粉焦率高。這種煤主要用作氣化原料和動力燃料。 5. 1/2中粘煤 它具有中等粘結(jié)性和中高揮發(fā)分。可以作為配煤煉焦的原料，也可以作為氣化用煤和動力燃料。 6.氣煤 揮發(fā)分高，膠質(zhì)層較厚，熱穩(wěn)定性差。能單獨結(jié)焦，但煉出的焦炭細長易碎，收縮率大，且縱裂紋多，抗碎和耐磨性較差。故只能用作配煤煉焦，還可用來煉油、制造煤氣、生產(chǎn)氮肥或作動力燃料。 7.氣肥煤 它的揮發(fā)分和粘結(jié)性都很高，結(jié)焦性介于氣煤和肥煤之間，單獨煉焦時能產(chǎn)生大量的氣體和液體化學(xué)物質(zhì)。最適合高溫干餾制造煤氣，更是配煤煉焦的好原料。 8.肥煤 具有很好的粘結(jié)性和中等及中高等揮發(fā)分，加熱時能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，形成大于25mm的膠質(zhì)層，結(jié)焦性最強。用這種煤來煉焦，可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但這種焦炭橫裂紋多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小塊。由于粘結(jié)性強，因此，它是配煤煉焦中的主要成分。 9. 1/3焦煤 它是介于焦煤、肥煤和氣煤之間的過渡煤，具有很強的粘結(jié)性和中高等揮發(fā)分，單獨用來煉焦時，可以形成熔融性良好、強度較大的焦炭。因此，它是良好的配煤煉焦的基礎(chǔ)煤。 10.焦煤 具有中低等揮發(fā)分和中高等粘結(jié)性，加熱時可形成穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨用來煉焦，能形成結(jié)構(gòu)致密、塊度大、強度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大，易造成推焦困難，損壞爐體，故一般都作為煉焦配煤使用。 11.瘦煤 具有較低揮發(fā)分和中等粘結(jié)性。單獨煉焦時，能形成塊度大、裂紋少、抗碎強度較好，但耐磨性較差的焦炭。因此，用它加入配煤煉焦，可以增加焦炭的塊度和強度。 12.貧瘦煤 揮發(fā)分低，粘結(jié)性較弱，結(jié)焦性較差。單獨煉焦時，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配煤使用，同時，也是民用和動力的好燃料。 13.貧煤 具有一定的揮發(fā)分，加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)體，沒有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性，燃燒火焰短，煉焦時不結(jié)焦。主要用于動力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區(qū)，也可充當(dāng)配煤煉焦的瘦化劑。 14.無煙煤 它是煤化程度最高的煤。揮發(fā)分低、比重大、硬度高、燃燒時煙少火苗短、火力強。通常作民用和動力燃料。質(zhì)量好的無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料，以及制造電石、電極和炭素材料等。 (三) 工業(yè)用煤的質(zhì)量要求 煤的工業(yè)用途非常廣泛，歸納起來主要是冶金、化工和動力三個方面。同時，在煉油、醫(yī)藥、精密鑄造和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有廣闊的利用前景。各工業(yè)部門對所用的煤都有特定的質(zhì)量要求和技術(shù)標準。簡要介紹如下： 1.煉焦用煤 煉焦是將煤放在干餾爐中加熱，隨著溫度的升高(最終達到1 000℃左右)，煤中有機質(zhì)逐漸分解，其中，揮發(fā)性物質(zhì)呈氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)逸出，成為煤氣和煤焦油，殘留下的不揮發(fā)性產(chǎn)物就是焦炭。焦炭在煉鐵爐中起著還原、熔化礦石，提供熱能和支撐爐料，保持爐料透氣性能良好的作用。因此，煉焦用煤的質(zhì)量要求，是以能得到機械強度高、塊度均勻、灰分和硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金焦為目的。國家對冶金焦用煤有專門的質(zhì)量標準，見表2.2.2。 表 2.2.2冶金焦用煤質(zhì)量標準 (GB397-65)見上圖 2氣化用煤 煤的氣化是以氧、水、二氧化碳、氫等為氣體介質(zhì)，經(jīng)過熱化學(xué)處理過程，把煤轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N用途的煤氣。煤氣化所得的氣體產(chǎn)物可作工業(yè)和民用燃料以及化工合成原料。常用的制氣方法有兩種：①固定床氣化法。目前國內(nèi)主要用無煙煤和焦炭作氣化原料，制造合成氨原料氣。要求作為原料煤的固定碳＞80%，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)≤2%，要求粒度要均勻，25～75mm,或19～50mm,或13～25mm，機械強度＞65%，熱穩(wěn)定性S+13＞60%，灰熔點(T2)＞1 250℃，揮發(fā)分不高于9%，化學(xué)反應(yīng)性愈強愈好。②沸騰層氣化法。對原料煤的質(zhì)量要求是：化學(xué)反應(yīng)性要大于60%，不粘結(jié)或弱粘結(jié)，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)＜2%，水分(WQ)＜10%，灰熔點(T2)＞1 200℃，粒度＜10mm，主要使用褐煤、長焰煤和弱粘煤等。 3.煉油用煤 一般以褐煤、長焰煤為主，弱粘煤和氣煤也可以使用，其要求取決于煉油方法。①低溫干餾法，是將煤置于550℃左右的溫度下進行干餾，以制取低溫焦油，同時還可以得到半焦和低溫焦爐煤氣。煤種為褐煤、長焰煤、不粘煤或弱粘煤、氣煤。對原料煤的質(zhì)量要求是：焦油產(chǎn)率(Tf)＞7%，膠質(zhì)層厚度＜9mm，熱穩(wěn)定性S+13＞40%，粒度6～13mm,最好為20～80mm 。②加氫液化法，是將煤、催化劑和重油混合在一起，在高溫高壓下使煤中有機質(zhì)破壞，與氫作用轉(zhuǎn)化成低分子液態(tài)或氣態(tài)產(chǎn)物，進一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要為褐煤、長焰煤及氣煤。要求煤的碳氫化(C/H)＜16，揮發(fā)分＞35%，灰分(Ag)＜5%，煤巖的絲炭含量＜2%。 4.燃料用煤 任何一種煤都可以作為工業(yè)和民用的燃料。不同工業(yè)部門對燃料用煤的質(zhì)量要求不一樣。蒸汽機車用煤要求較高，國家規(guī)定是：揮發(fā)分(Vr)≥20%，灰分(Ag)≤24%，灰熔點(T2)≥1 200℃，硫分(SgQ)長隧道及隧道群區(qū)段≤1%，低位發(fā)熱量2.09312×107～2.51174×107J/kg以上。發(fā)電廠一般應(yīng)盡量用灰分(Ag)＞30%的劣質(zhì)煤，少數(shù)大型鍋爐可用灰分(Ag)20%左右的煤。為了將優(yōu)質(zhì)煤用于發(fā)展冶金和化學(xué)工業(yè)，近年來，我國在開展低熱值煤的應(yīng)用方面取得了較快的進展，不少發(fā)熱量僅有8 372.5J/ kg左右的劣質(zhì)煤和煤矸石也能用于一般工廠，有的發(fā)電廠已摻燒煤矸石達30%。 煤的其他用途還很多。如，褐煤和氧化煤可以生產(chǎn)腐殖酸類肥料；從褐煤中可以提取褐煤蠟供電氣、印刷、精密鑄造、化工等部門使用；用優(yōu)質(zhì)無煙煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和供高爐噴吹或作鑄造燃料；用煤瀝青制成的碳素纖維，其抗拉強度比鋼材大千倍，且重量輕、耐高溫，是發(fā)展太空技術(shù)的重要材料；用煤瀝青還可以制成針狀焦，生產(chǎn)新型的電爐電極，可提高電爐煉鋼的生產(chǎn)效率等等?？傊?，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進步，煤炭的綜合利用技術(shù)也在迅速發(fā)展，煤炭的綜合利用領(lǐng)域必將繼續(xù)擴大