第一章煤炭基礎(chǔ)知識

燃料采制化培訓(xùn)第一章煤炭的基礎(chǔ)知識

2023/2/52第一章煤炭基礎(chǔ)煤炭是天然形成的具有復(fù)雜的組成與結(jié)構(gòu)的混合物，要充分利用煤炭資源，必須掌握煤炭的基本特性，了解煤炭質(zhì)量指標(biāo)的變化對電力生產(chǎn)過程的影響。本章主要闡述煤的形成過程、煤炭的主要類別及其特性、煤的物理和化學(xué)特性，介紹煤炭的基本組成和表達(dá)方式，發(fā)電用煤常用的煤炭特性指標(biāo)、物理意義以及與電力生產(chǎn)的關(guān)系等。2023/2/53第一節(jié)煤的形成與種類

一、煤的形成煤是自然資源，它是由古代植物形成的。植物分低等植物和高等植物兩大類。地球上儲量最多的煤是由高等植物形成的，統(tǒng)稱為腐植煤。植物從死亡到堆積轉(zhuǎn)變?yōu)槊海笾驴煞譃閮蓚€作用階段：泥炭化階段和煤化階段。1.泥炭化階段：植物殘骸在沼澤中經(jīng)生物化學(xué)和物理化學(xué)變化形成泥炭的過程。細(xì)菌→古代植物（腐爛+分解）變?yōu)闅怏w和泥炭。2023/2/54煤的形成與種類2.煤化階段：泥炭在地下(壓力、溫度、時間）壓緊和硬化，排除氣體和水分，使碳含量增高的過程。這種成巖與變質(zhì)作用統(tǒng)稱為煤化作用。綜上所述，煤實際上是由古代植物殘骸經(jīng)地質(zhì)作用變化而成的固體有機(jī)可燃礦巖。成煤過程中，各階段主要作用因素及產(chǎn)生的化學(xué)變化列于表1-1。2023/2/55表1-1成煤過程中主要作用因素和化學(xué)變化成煤過程階段劃分泥炭化階段煤化階段條件沼澤、細(xì)菌數(shù)千年到數(shù)萬年地下（不太深）數(shù)萬年地下（深處）數(shù)千萬年以上主要作用因素生物化學(xué)作用物理化學(xué)作用化學(xué)作用化學(xué)表達(dá)式2023/2/56煤的形成與種類二、煤的種類及其特征1.煤的種類煤化過程是一個增碳的碳化過程。是一個由低級向高級逐漸變化的過程，成煤條件的變化，決定了煤的多樣性、復(fù)雜性和不均勻性。所以根據(jù)煤化程度的深淺、地質(zhì)年代的長短以及含碳量的多少，可將煤劃分為褐煤、煙煤和無煙煤三大類。2023/2/57

由植物的成煤過程可知，植物埋在地下的年代越久，成煤過程中煤的煤化程度就越深，煤中的水分與揮發(fā)分的含量就越小，含碳量則越高。2.各種煤的基本特征⑴褐煤褐煤是煤化程度最低的煤。外觀多呈褐色或暗褐色，其光澤暗淡，質(zhì)地較軟，極易破碎，其揮發(fā)分與內(nèi)在水分都很高，褐煤易風(fēng)化，隨之熱量明顯降低。

煤的形成與種類2023/2/58煤的形成與種類⑵煙煤

煙煤的煤化程度高于褐煤，低于無煙煤。是自然界中分布最廣的煤種，煙煤具有不同程度的光澤，大多數(shù)呈條帶狀。其特點揮發(fā)分范圍很寬，不同類別的煙煤粘結(jié)性差異較大，燃燒時煙多。它的各項特性基本上也是介于無煙煤與褐煤之間。如：貧煤性質(zhì)最接近無煙煤，所以有時也稱它為半無煙煤；長焰煤的性質(zhì)最接近褐煤。

2023/2/59煤的形成與種類⑶無煙煤煤化程度最高的一種煤。揮發(fā)分含量低，密度大，含碳量高，燃點高，無粘結(jié)性，外觀呈灰黑色，有金屬光澤，無明顯條帶，燃燒時不冒煙，火焰較短。褐煤、煙煤、無煙煤的主要特征見表1-2。2023/2/510煤的形成與種類表1-2煤炭的種類與特征種類褐煤煙煤無煙煤顏色褐至黑褐色黑色灰黑色光澤大多無光澤有一定光澤有金屬光澤外觀無原始植物殘體，無明顯條帶有亮暗相間的條帶無明顯條帶燃燒現(xiàn)象易著火，有煙多煙難著火，無煙水分較多少較少硬度低較高高2023/2/511

第二節(jié)煤的巖相組成

一、煤巖學(xué)的概念煤是一種有機(jī)巖礦，利用通常研究巖石的方法來研究煤的學(xué)科稱為煤巖學(xué)。二、煤巖學(xué)的研究方法宏觀研究法和微觀研究法宏觀研究法是用肉眼來觀察區(qū)別煤層的巖相組成。微觀研究法是利用顯微鏡來識別煤的纖維組成2023/2/512煤的巖相組成三、宏觀煤巖成分絲碳、鏡煤、亮煤、暗煤四、煤巖有機(jī)顯微組分鏡質(zhì)組、絲質(zhì)組、殼質(zhì)組＝穩(wěn)定組。五、煤巖無機(jī)顯微組成煤中礦物質(zhì)=灰分，硫分六、煤中常見礦物質(zhì)粘土礦、黃鐵礦、石英、方解石2023/2/513第三節(jié)煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)簡介一、中國煤炭分類中國煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)主要是按照煤的煤化程度（Vdaf、透光率Pm）及工藝性能（黏結(jié)指數(shù)G、膠質(zhì)層厚度Ymm、奧阿膨脹度b）相結(jié)合對煤炭進(jìn)行分類。⑴采用煤的煤化程度參數(shù)Vdaf

，將煤劃分為無煙煤、煙煤和褐煤三大類。

凡干燥無灰基揮發(fā)分≤10.0%的煤為無煙煤；＞10.0%為煙煤；＞37.0%為褐煤。

2023/2/514煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)簡介⑵無煙煤按照干燥無灰基揮發(fā)分（Vdaf

）和干燥無灰基氫（Hdaf

）含量為指標(biāo)，分為無煙煤1號、2號和3號三類。⑶煙煤采用兩個參數(shù)來確定其類別，一個是表征煙煤煤化程度的參數(shù)(Vdaf)，另一個是表征煙煤黏結(jié)性的參數(shù)（G）、（Ymm）或（b）作為指標(biāo)，將煙煤細(xì)分為12個小類，它們分別是貧煤(PM)、貧瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、肥煤(FM)、1/3焦煤(1/3JM)、氣肥煤(QF)、氣煤(QM)、1/2中粘煤(1/2ZN)、弱粘煤(RN)、不粘煤(BN)和長焰煤(CY)。2023/2/515煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)簡介⑷根據(jù)透光率指標(biāo)（Pm），褐煤又可分為兩小類，分別是褐煤1號和褐煤2號。二、煤炭產(chǎn)品品種和等級劃分所謂煤炭產(chǎn)品品種，是指煤炭經(jīng)過揀矸或篩選加工后所獲得的具有不同質(zhì)量和用途的煤炭產(chǎn)品。煤炭產(chǎn)品按照用途（冶煉或其它用途）、加工方法（洗選或篩選）和技術(shù)（粒度、灰分）要求劃分為五大類，29個品種。

2023/2/516煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)簡介⑴精煤（包括3個品種）。經(jīng)精選加工生產(chǎn)出來的，符合品質(zhì)要求的產(chǎn)品。多為低灰分、低含硫量的優(yōu)質(zhì)煤。⑵洗選煤（包括12個品種）。經(jīng)過洗選加工的煤。⑶篩選煤（包括11個品種）。經(jīng)過篩選或洗選生產(chǎn)的，粒度下限大于6mm的煤炭產(chǎn)品。⑷原煤（1個品種）。從毛煤中選出規(guī)定粒度的矸石（包括黃鐵礦等雜物）以后的煤炭產(chǎn)品。⑸低質(zhì)煤（包括2個品種）。通常指低發(fā)熱量（＜14.5MJ/kg）、高灰分的煤（＞40%）的各種煤炭產(chǎn)品或煤泥（洗煤廠粒度在0.5mm以下的一種洗煤產(chǎn)品）。2023/2/517煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)簡介三、發(fā)電用煤，煤粉鍋爐用煤技術(shù)條件為適應(yīng)火電廠動力用煤的特點，提高煤的使用效率，并根據(jù)火電廠固態(tài)（液態(tài)）排渣煤粉鍋爐的技術(shù)條件要求，選用了7項指標(biāo)進(jìn)行劃分，以作為鍋爐設(shè)計與選用煤源的主要依據(jù)之一。分類指標(biāo)有干燥無灰基揮發(fā)分、收到基低位發(fā)熱量、干燥基灰分、全水分、干燥基全硫、煤灰熔融性（軟化溫度）、哈氏可磨性（HGI）等七項指標(biāo)，2023/2/518第四節(jié)煤的組成與表達(dá)式一、煤的組成煤是多種有機(jī)物和無機(jī)物的混合物，組成結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，其有機(jī)主體是一種不確定非均一的、分子量很高的縮聚物結(jié)構(gòu)。煤中無機(jī)物的組成主要以硅酸鹽（鋁、鈣、鎂、鈉、鉀）、碳酸鹽（主要是鈣、鎂、鐵等鹽）、硫酸鹽和硫化物（黃鐵礦）等礦物質(zhì)形式存在。此外還有一些伴生的稀有元素。工業(yè)上常將煤劃分為工業(yè)分析組成和元素分析組成兩種方式。2023/2/519煤的組成與表達(dá)式二、煤的工業(yè)分析和元素分析組成之間的關(guān)系煤中工業(yè)分析各組分以百分含量形式表示，總和為100。即：水分+灰分+揮發(fā)分+固定碳=100

煤中元素分析組成是對煤中可燃有機(jī)質(zhì)的劃分，所以按相應(yīng)的可燃組分，再加上不可燃組分水分和灰分，總和為100。即：碳+氫+氮+氧+硫+水分+灰分=100

見圖1—1。2023/2/520煤的組成與表達(dá)式1-1煤的工業(yè)分析和元素分析組成的關(guān)系圖2023/2/521煤的組成與表達(dá)式

由此我們可以看出，從煤組成的角度去分析，煤中的碳、氫、氮、氧、硫相當(dāng)于煤中的揮發(fā)分與固定碳，它們構(gòu)成了煤中的可燃組分，即：揮發(fā)分+固定碳=碳+氫+氮+氧+硫三、表達(dá)式煤質(zhì)特性指標(biāo)普遍采用該特性英文名稱第一個字母，用大寫方式表示。如灰分，英文名稱為ash，故用A表示；又如：水分，英文名稱為moisture,故用M表示。2023/2/522煤的組成與表達(dá)式工業(yè)分析組成百分含量的表達(dá)式為：

M+A+V+FC=100元素分析組成百分含量的表達(dá)式為：

M+A+C+H+N+O+S=1002023/2/523第五節(jié)煤的物理和化學(xué)特性一、煤的物理性質(zhì)煤的物理性質(zhì)主要包括：煤的相對密度（比重）、顏色、光澤、硬度、粉碎性和熱穩(wěn)定性等。

煤的物理性質(zhì)主要影響因素煤的成因因素，即原始物料及其堆積條件，煤化度或變質(zhì)程度；煤的灰分、水分和風(fēng)化程度。2023/2/524煤的物理特性1、煤的堆積比重：20℃時，自由堆積的煤的質(zhì)量與同溫度同體積（包括煤的所有孔隙和煤塊之間孔隙在內(nèi)的煤堆體積）水的質(zhì)量之比。注意：此為自由堆積，而非認(rèn)為壓實，并且包括煤塊間的孔隙，以t/cm3為單位，在設(shè)計煤倉、估算煉焦裝煤量和裝車重量的情況下使用。2023/2/525煤的物理特性2.煤的顏色一般為黑色、褐色和灰色。煤的顏色和煤的性質(zhì)有關(guān)，隨煤的變質(zhì)程度加深而變化。褐煤呈褐色，主要是由于褐煤中含有腐植酸；煙煤呈黑色；無煙煤成鋼灰色。顏色的變化也受變質(zhì)程度和礦物質(zhì)的不同影響，如變質(zhì)程度深的褐煤呈深褐色到黑色。2023/2/526煤的物理特性3.煤的光澤

煤的光澤是指煤表面的反射能力，通常為全暗的、半暗的、半亮的、全亮和很亮等。

煤的光澤影響因素（1）煤巖組成（2）煤化程度（3）灰分2023/2/527煤的物理特性4.煤的硬度煤的硬度是指用其它較硬的物質(zhì)刻劃的強(qiáng)度。了解煤的硬度能使人們考慮在采煤時所使用的機(jī)械裝置及推測機(jī)械磨損等情況。同時還能事先預(yù)測破碎、成型加工的難易程度。

2023/2/528煤的物理特性5.

煤的粉碎性（可磨性）煤被粉碎（研磨成粉）的難易程度通常用煤的可磨性指數(shù)（HGI)表示?？赡バ灾笖?shù)越大則越容易粉碎。

磨碎定律:在研磨成粉時消耗的功（能量）與煤所產(chǎn)生的新表面積成正比。

測定方法

1.全蘇熱工研究所法（BTN法）

2.哈德格羅夫法（Hardgrcve）—哈氏法

2023/2/529煤的物理特性6.煤的熱穩(wěn)定性煤的熱穩(wěn)定性是指煤在高溫燃燒或氣化過程中對熱的穩(wěn)定程度。即煤塊在高溫作用下保持原來粒度的性質(zhì)。煤的熱穩(wěn)定性與煤種有關(guān)，無煙煤由于其結(jié)構(gòu)致密，加熱時內(nèi)外溫差大，引起膨脹不同而破碎，造成熱穩(wěn)定性差；褐煤因含水分多，加熱過程中水分大量蒸發(fā)使煤容易破碎，其熱穩(wěn)定性也差。2023/2/530煤的化學(xué)特性二、煤的化學(xué)性質(zhì)

煤的化學(xué)性質(zhì)主要包括：煤的風(fēng)化、氧化、熱分解等。1.煤的熱分解煤在熱分解時能形成不同數(shù)量和不同組成的產(chǎn)物，即膠質(zhì)狀態(tài)、粘結(jié)、成焦等，由于煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，極不穩(wěn)定，在熱分解過程中的分解方式和產(chǎn)品性質(zhì)受外界影響，主要與煤化程度、煤炭組分、加熱方式有關(guān)。2023/2/531煤的化學(xué)特性

2.煤的風(fēng)化、氧化和自燃煤在空氣中堆放或離地表很近的煤層在受到大氣因素的綜合影響時，其物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、工藝性質(zhì)等會發(fā)生一系列的變化，稱為風(fēng)化，即氧化。其主要原因是由于煤的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)被氧化，煤便會釋放出熱量，若釋放的熱量不能及時釋放出，在煤層或煤堆中越積越多，煤的溫度會越來越高，促使氧化過程加速，釋放更多的熱量，以致達(dá)到煤的燃點，造成自燃。2023/2/532煤的化學(xué)特性煤經(jīng)風(fēng)化、氧化后，其性質(zhì)變化：1.外觀色澤改變；2.煤的化學(xué)性質(zhì)變化；3.煤的熱值變化。2023/2/533第五節(jié)煤質(zhì)特性指標(biāo)與電力生產(chǎn)關(guān)系

電廠鍋爐大多采用煤粉懸浮燃燒方式。電廠用煤的好壞是由電廠的鍋爐設(shè)計和校核煤種來決定的。一、工業(yè)分析特性指標(biāo)1.水分（M）⑴可燃部分含量相對減少，發(fā)熱量降低；⑵氣態(tài)排放過程帶走熱量；⑶降低爐膛溫度，推遲著火時間，增加化學(xué)和機(jī)械不完全燃燒熱損失；

2023/2/534煤質(zhì)特性指標(biāo)與電力生產(chǎn)關(guān)系⑷造成煤倉、輸煤管路堵塞及磨煤機(jī)出力下降⑸加速煤氧化和自燃。

若含有適量的水分，可以防止儲運、裝卸過程中煤粉損失，減少對環(huán)境的污染，還能改善燃燒工況和提高爐膛熱輻射效果。一般來說，水分為5～8%為宜（跟煤種有關(guān))，大于8%就可能導(dǎo)致輸煤、給煤系統(tǒng)運行障礙。2023/2/535煤質(zhì)特性指標(biāo)與電力生產(chǎn)關(guān)系2.灰分（A）⑴增加發(fā)電成本；⑵影響鍋爐安全運行；⑶腐蝕鍋爐設(shè)備；⑷污染環(huán)境。2023/2/536煤質(zhì)特性指標(biāo)與電力生產(chǎn)關(guān)系3.揮發(fā)分（V）⑴隨煤化程度的加深而減少；⑵其大小決定煤著火的難易程度；⑶Vdaf大于25%易引發(fā)煤粉發(fā)生爆炸。4.固定碳（FC)

固定碳總是低于元素碳（V主要包含C+H)2023/2/537煤質(zhì)特性指標(biāo)與電力生產(chǎn)關(guān)系二、元素分析特性指標(biāo)煤的元素組成在燃燒過程中，發(fā)生下列變化：煤→CO2+H2O+SO2+SO3+N2+NOX+…1.碳（C）、氫（H)C和H是煤炭燃燒產(chǎn)生熱量的主要來源

1g碳完全燃燒產(chǎn)生34040J的熱量；

1g氫完全燃燒產(chǎn)生143010J的熱量。2.硫（