《煤化學》基本要求

1、1,基本要求,化學科學與工程學院 郭紹輝 2009年3～6月,第五章 煤的工業(yè)分析和元素分析第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學性質(zhì)第八章 煤的工藝性質(zhì)第九章 煤的分類和煤質(zhì)評價,課程編號：0103012409-1學時 40開課時間：7～16周上課教室：周二 18:30～20:15 3-302#周五 15:30～17:15 3-302#學生： 化工—2006,2,第五章 煤的工業(yè)分析和元素分析,

2、第一節(jié) 煤的工業(yè)分析第二節(jié) 煤的元素分析第三節(jié) 煤質(zhì)分析中的基準及其相互換算,3,又叫煤的全工業(yè)分析,煤的工業(yè)分析還包括煤的全硫分和發(fā)熱量的測定,廣義上講,差減法計算,固定碳 Fixed Carbon,直接測定,揮發(fā)分 Volatile Fraction,灰分 Ash,水分 Moisture,煤的工業(yè)分析包括：,,第一節(jié) 煤的工業(yè)分析,是在規(guī)定條件下，將煤的組成近似區(qū)分為水分，灰分，揮發(fā)分和固定碳四種組分的分析測定方法

3、。,4,一、煤中的水分,（一）煤中水分的存在狀態(tài),煤中的水分,,游離水,化合水,外在水分，Mf,內(nèi)在水分，Minh,結(jié)晶水,熱解水,通常，如果不作特殊說明，煤中的水分均是指煤中的游離態(tài)的吸附水。,,,5,它代表了剛開采出來，或使用單位剛收到或即將投入使用狀態(tài)下煤中的全部水分（游離水分）。 外在水分就是煤長時間暴露在空氣中所失去的水分， 而這時沒有失去仍然殘留在煤中的水分就是內(nèi)在水分，有時也稱風干煤樣水分

4、。,煤的全水分 Mt = 內(nèi)在水分 Minh + 外在水分Mf,6,煤樣在30℃、相當濕度達到96%的條件下吸附水分達到飽和時測得的水分，用符號MHC表示， 由于空氣干燥基水分的平衡濕度一般低于96%，因此，最高內(nèi)在水分MHC高于空氣干燥基水分Mad。 在煤的工業(yè)分析中，水分一般指空氣干燥基水分Mad,煤的最高內(nèi)在水分,Moisture Holding Capacity,外在水分Mf內(nèi)在水分Minh最高內(nèi)在水分MHC

5、收到基全水分Mar,不屬于工業(yè)分析的范圍,,7,,煤的最高內(nèi)在水分MHC與煤化程度的關(guān)系,8,二、煤的灰分 Ash,,（一）煤灰分的測定原理,因此，測定結(jié)果是空氣干燥基的灰分產(chǎn)率， Aad,煤在815℃的條件下完全燃燒后所得的殘渣,用A表示,測定灰分時所用的煤樣是< 0.2mm 的空氣干燥煤樣,9,（二）煤灰分的成因,煤的灰分不是煤中的固有組成,而是由煤中的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來,煤的灰分與礦物質(zhì)有很大的區(qū)別,10,（三）煤灰熔融性和

6、煤灰粘度,1. 煤灰熔融性,通常用三個特性溫度表示,變形溫度（Deforming Temperature，DT）,煤灰錐體尖端開始彎曲或變圓時的溫度,軟化溫度（Softening Temperature，ST）,煤灰錐體彎曲至錐尖及底板變成球形或半球形時的溫度,流動溫度（Flowing Temperature，F(xiàn)T）,煤灰錐體完全熔化展開成高度小于1.5mm薄片時的溫度,衡量煤灰熔融性的指標，即灰熔點,11,,V 和 FC 都不是煤中的

7、固有成分，它們是煤中的有機質(zhì)在一定條件下熱分解的產(chǎn)物。 FC 與煤中的碳元素是兩個不同概念， FC 實際上是高分子化合物的混合物，它含有C、H、O、N、S 等元素,1. 空氣干燥基的固定碳 FCad 計算：,三. 固定碳 FC,12,,干燥無灰基的固定碳：,,干燥無灰基揮發(fā)分 Vdaf 的換算,四. 揮發(fā)分 V,煤化程度對 Vdaf 的影響,Vdaf 隨煤化程度的提高而下降,褐 煤的 Vdaf 最高，通常 >

8、 40%無煙煤的 Vdaf 最低，通常 < 10%,13,V 值： 腐植煤 < 腐泥煤,3．成因類型和煤巖組分的影響,煤巖組分中的揮發(fā)分含量：,殼質(zhì)組 最高鏡質(zhì)組 次之惰質(zhì)組 最低,14,第二節(jié) 煤的元素分析,P67,一、煤的元素組成,15,煤中含氧官能團隨煤化程度的關(guān)系,16,17,煤中的硫元素,有機硫一般含量較低，< 0.2～0.5%，也有高于1.0～2.0%甚至更高的煤,煤中主要的有害元素,煤中

9、的硫,有機硫,無機硫,,P68,煤中有機硫的成分很復雜,主要有：硫醚或硫化物、二硫化物、硫醇、巰基化合物、噻吩類雜環(huán)化合物及硫醌化合物等組分和官能團所構(gòu)成。,18,煤的全硫，St,St = So + Sp + Ss,有機硫,硫鐵礦硫,硫酸鹽硫,,可燃硫,燃燒后可形成SO2等有害氣體,19,第三節(jié) 煤質(zhì)分析中的基準及其相互換算,一、基準的基本概念,大量的煤質(zhì)分析指標用 % 表示，涉及基準(Basis)

10、問題 例如灰分產(chǎn)率，對于某一給定煤樣，在絕對干燥狀態(tài)下其中的灰分量不變，計算其百分含量時，灰分占絕對干燥煤質(zhì)量的百分比就是干燥基的灰分產(chǎn)率。,P73,20,二、煤質(zhì)分析中不同基準的物質(zhì)含義,（V、FC或C、H、O、N和St）（水分M、灰分A）,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,煤質(zhì)分析時煤炭組成有兩種劃分法,① 將煤劃分為,（揮發(fā)分V、固定碳 FC 或C、H、O、N和St）（水分M、礦

11、物質(zhì)MM）,② 將煤劃分為,無機質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),不可燃質(zhì),用St近似代替So,21,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,,,,,,,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,,圖5-3 煤質(zhì)分析基準之間的關(guān)系,22,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,

12、,空氣干燥基 ad,收到基 ar,各基準的物質(zhì)劃分含義：,（1）收到基（應(yīng)用基 ar）：,Mar + Aar + Car + Har + Oar + Nar + St,ar = 100%,或,Mar+ Aar+ Var+ FCar = 100%,as received basis,,Mar,,23,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,

13、空氣干燥基 ad,收到基 ar,各基準的物質(zhì)劃分含義：,Mad+ Aad+ Vad+ FCad=100%,（2）空氣干燥基（分析基ad）：,Mad + Aad + Cad + Had + Oad + Nad + St,ad = 100%,或,air dried basis,Mad,,24,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基

14、 ad,收到基 ar,各基準的物質(zhì)劃分含義：,（3）干燥基（干基 d）：,或,Ad + Vd + FCd = 100%,Ad + Cd + Hd + Od + Nd + St,d = 100%,dried basis,25,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,各基準的物質(zhì)劃分含義：,Vdaf + FCd

15、af = 100%,（4）干燥無灰基（可燃基 daf）：,Cdaf + Hdaf + Odaf + Ndaf + St,daf = 100%,或,dry and ash free basis,26,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,各基準的物質(zhì)劃分含義：,Vdmmf + FCdmmf = 100%,

16、Cdmmf + Hdmmf + Odmmf + Ndmmf + Sdmmf=100%,或,（5）干燥無礦物質(zhì)基（有機基dmmf）：,dry and mineral matter free basis,= So,27,（5-22）,三、各基準間的相互換算,1. ad→d 空氣干燥基(分析基) → 干燥基（干基）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,

17、干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,Mad,,28,,2. ad→daf 空氣干燥基(分析基) → 干燥無灰基(可燃基),,（5-23）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,Mad,,29,3. ad→dmmf 空氣干燥基(分析基) → 干燥無礦物質(zhì)基(

18、有機基),（5-24）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,Mad,,30,4. ad→ar 空氣干燥基(分析基) → 收到基(應(yīng)用基),（5-25）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d

19、,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,Mad,,Mar,,31,（5-26）,5. d→daf 干燥基（干基） → 干燥無灰基(可燃基),,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,Mad,,Mar,,32,,6. ar→daf 收到基(應(yīng)用基) → 干燥無灰基(可燃基),,（5-27）,,

20、,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,收到基 ar,Mad,,Mar,,33,7. ar→d 收到基(應(yīng)用基) → 干燥基（干基）,（5-28）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全硫, St,礦物質(zhì),有機質(zhì),可燃質(zhì),灰分,干燥無礦物質(zhì)基 dmmf,干燥無灰基 daf,干燥基 d,,空氣干燥基 ad,

21、收到基 ar,Mad,,Mar,,34,第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學性質(zhì),第一節(jié) 煤的密度第二節(jié) 煤的機械性質(zhì)第三節(jié) 煤的熱性質(zhì)第四節(jié) 煤的電性質(zhì)第五節(jié) 煤的光學性質(zhì)第六節(jié) 煤的磁性質(zhì)第七節(jié) 煤的潤濕性第八節(jié) 煤的孔隙率和比表面積,基本要求,35,第一節(jié) 煤的密度,密度是煤的主要物理性質(zhì)之一,研究目的和用途不同分為：,真密度或真相對密度 TRD視密度或視相對密度 ARD堆積密度或散密度

22、 BRD,,單位：g/cm3，工業(yè)界常用 t/m3 或 kg/m3,20℃時煤的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比,36,20℃時，單位體積（不包括煤中所有孔隙）煤的質(zhì)量,一、煤的真密度 TRD,True Relative Density,（一）真密度的基本概念,煤的真密度估算： (TRD)daf = TRD - 0.01 Ad （%）,灰的平均真密度，無數(shù)據(jù)時可取為3.0 g/cm3,,37,鏡質(zhì)組,

23、殼質(zhì)組,惰質(zhì)組,,38,可以粗略地認為，灰分 每增加 1%， 煤的密度增加 0.01 g/cm3,39,,,,,二、煤的視密度 ARD,Apparent Relative Density,根據(jù)煤的真密度TRD和視密度ARD還可算出煤的孔隙度：,20℃時單位體積（僅包括煤的內(nèi)部孔隙，不包括顆粒間的空隙）煤的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之比。,煤的孔隙率與煤的反應(yīng)性能、強度有一定關(guān)系：

24、孔隙率大，比表面積大，反應(yīng)性能好；強度較小,40,堆積密度（散密度）：20℃時單位體積（包括煤的內(nèi)外孔隙和煤粒間的空隙）煤的質(zhì)量。,三、堆積密度 BRD,BRD 是條件性指標，受容器的大小、形狀、裝煤方法、煤的水分、粒度等因素的影響。 測定容器越大，準確性越高 為得到具有較好可比性、盡可能接近實際的結(jié)果，對測定條件有嚴格的規(guī)定。,Bulk Relative Density,空隙率 =,ARD — BR

25、D,ARD,,×100%,41,對于同一煤樣：,真密度 > 視密度 > 堆積密度,對同一煤階的煤：,絲質(zhì)組 > 鏡質(zhì)組 > 穩(wěn)定組,煤中碳含量 > 94%時，三種顯微組分的真密度趨于一致,TRD > ARD > BRD,42,第二節(jié) 煤的機械性質(zhì),煤在機械力作用下所表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)，如硬度、脆度、可磨性等。,一、煤的硬度：,P78,無煙煤,煙

26、煤,褐煤,,,,87%,78%,43,二、煤的可磨性,煤磨碎成粉的難易程度,P80,目前，國際上普遍采用哈特葛羅夫法測定煤的可磨性。研磨煤粉所消耗的功與新產(chǎn)生的表面積成正比 或與煤磨碎后的總表面積成正比,用被測定的煤樣與標準煤樣相比較而得出的相對指標來表示，稱為可磨性指數(shù)，HGI。Hardgrove Grindability Index,Ro 1.6～1.8%可磨性最好,44,

27、★,45,不同煤巖顯微組分，雖然HGI相近，磨碎后的顆粒分布不同,富鏡質(zhì)組煤的粒徑較粗,富惰質(zhì)組煤的粒徑較細,,★,46,三、煤的彈性和塑性,P81,Ex=Ey,,典型褐煤、年老褐煤、無煙煤不具有塑性,隨變質(zhì)程度的增加，其差別漸小,殼質(zhì)組 > 鏡質(zhì)組 > 惰質(zhì)組,煤的顯微組分的塑性：,47,煤的脆度是表征煤被粉碎的難易程度，是機械堅固性的一個指標。,四、煤的脆度,Shortness,P82,煤的脆度有如下兩種表示方法：,抗壓

28、強度 和 抗碎強度,48,第三節(jié) 煤的熱性質(zhì),指在一定溫度范圍內(nèi)，單位質(zhì)量的煤，溫度升高1℃所需要的熱量,一 煤的比熱容 c,J·g-1·℃-1,第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學性質(zhì),P82,49,,,,,,,褐煤,瘦煤、貧煤,1.37,1.08,98,0.71,煤化程度的影響,50,c 隨 Vd 增加而增加,51,式中 c —— 煤的比熱容，J/(kg·K) γ——

29、煤的密度，kg/m3,二、 煤的導熱性,包括,導熱系數(shù)λ [W/(m·K)],導溫系數(shù)α（m2/h）,,它們之間的關(guān)系：,α = λ / c · γ,（6-5）,c · γ 表示單位體積煤溫度變化1℃所吸收或放出的熱量 即煤的蓄熱能力。,導溫系數(shù)α 與導熱系數(shù) λ 成比例 與熱容量 c · γ 成反比,導熱系數(shù)λ 表示煤的散熱能力,P83,5

30、2,泥炭的導熱系數(shù)λ最低煙煤的λ顯著地比泥炭提高而無煙煤具有更高的λ各種煤的導溫系數(shù)α也有與此大致相似的變化規(guī)律,實驗表明：腐植煤中,散狀,整塊,導溫系數(shù)α（m2/h）,導熱系數(shù)λ [W/(m·K)],★,53,三、煤的熱穩(wěn)定性 TS,塊煤在高溫下保持原來粒度的能力,取6～13mm 的煤樣在850℃下加熱并保溫15min 取出冷卻后用6mm 的篩子篩分，計算篩上物質(zhì)量占焦渣總質(zhì)量的百分數(shù)，用TS+6

31、表示。 TS+6 值越大，則煤的熱穩(wěn)定性越好,煤的熱穩(wěn)定性測定：,熱穩(wěn)定性,一般情況下：褐煤< 無煙煤< 煙煤,Thermal Stability,P83,54,第四節(jié) 煤的電性質(zhì),煤的導電有離子導電和電子導電兩種形式 無煙煤以電子導電為主 褐 煤以離子導電為主,一、煤的導電性,煤傳導電流的能力,常用電阻率ρ（即比電阻，Ω·cm） 或?qū)щ娐师遥?/ρ， Ω-1 &

32、#183;cm-1 ）表示,導電率σ越大，煤的導電能力越強,一般煤的ρ為107～109 Ω·cm 金屬的ρ為10-4～10-5 Ω·cm半導體的ρ為10-1～1010 Ω·cm 石墨的ρ為0.42×10-4Ω·cm,P84,55,年輕煤的因吸水量大，其導電率也大；此外，年輕煤中的極性基團多也是導電率大的一個原因。干燥煤樣，隨變質(zhì)程度增加到肥煤、焦煤階段，其電導率減??；

33、當變質(zhì)程度到Vdaf > 90%的無煙煤，其導電率急劇上升，因為無煙煤石墨化程度增加，大Π鍵上的電子增加,干燥基煤的導電率隨煤化程度的提高而增加,,未經(jīng)干燥的煤，由于水分的導電率比煤高，因此水分含量會影響煤的導電率。,,★,56,當物質(zhì)介于電容器兩極板間的蓄電量和兩板間為真空時的蓄電量之比,二、煤的介電常數(shù)ε,對非極性絕緣體,ε=n 2,n 為折射率,水分的極性大，對煤的ε影響很大測定ε時，必須用完全干燥的煤樣,P84,57,第

34、五節(jié) 煤的光學性質(zhì),鏡質(zhì)組R與煤化程度之間有較好的線性關(guān)系，故可作為煤分類的指標。,一、煤的反射率 R Reflectivity,P84,58,,,,,,,H2 %,★,,,,,,,59,n 是物質(zhì)的重要性質(zhì)之一。它是指光在物質(zhì)界面發(fā)生折射后進入到該物質(zhì)內(nèi)部時，其入射角 i 和折射角γ的正弦之比,二、煤的折射率 n,Refractive Index,P85,,,,,,60,煤對光的折射率n與煤的變質(zhì)程度有一定的關(guān)系煤化

35、程度↑，n ↑當Cdaf >85%時 增加的幅度較大,★,,61,被測物質(zhì)的反射率，%,被測物質(zhì)和標準物質(zhì)的折射率，%,被測物質(zhì)的吸收率，%,,,,,根據(jù)煤在空氣中和雪松油兩種介質(zhì)中的反射率，可以通過聯(lián)立方程解得 n 和 k,目前還沒有測定煤折射率的方法，但可以通過弗頓斯內(nèi)耳—比爾公式進行計算：,62,第八節(jié) 煤的孔隙率和比表面積,一、煤的孔隙率,孔隙體積占煤總體積的 %,P91,He能充滿煤的全部孔隙，而水銀則完全

36、不能進入孔隙，以它們作為置換物所求出的密度，可計算出煤的孔隙率,孔隙率＝(DHe－DHg)/ DHe ×100%,DHe、DHg為分別用氦及汞作為置換物所測得的煤的密度,63,二、煤的比表面積,P92,64,基本要求,第八章 煤的工藝性質(zhì),第一節(jié) 煤的發(fā)熱量 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)第三節(jié) 煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性及其評定方法,65,① 發(fā)熱量② 粘結(jié)性③ 結(jié)焦性④ 反應(yīng)性⑤熱穩(wěn)定性⑥焦油產(chǎn)率⑦可選性

37、⑧灰熔點和熔融灰的粘度,煤的工藝性質(zhì) ：,66,第一節(jié) 煤的發(fā)熱量（熱值）,煤的發(fā)熱量： 單位質(zhì)量的煤完全燃燒后所釋放出的熱能 用kJ/g或MJ／kg表示,一．煤的發(fā)熱量的測定原理,～1g < 0.2mm 煤樣置入燃燒皿中,向氧彈充人氧氣，然后將氧彈放入充有定量水的內(nèi)桶中，煤樣燃燒后產(chǎn)生的熱量通過氧彈傳給內(nèi)桶中的水，使水的溫度升高。 根據(jù)水的溫升可以計算出煤釋放出的熱量，此即彈筒發(fā)熱量。,一般采用氧彈

38、法測定:,P108,67,二、煤在氧彈中燃燒與在大氣中燃燒的區(qū)別,（1）氮,在氧彈中形成硝酸放熱，在空氣中不形成硝酸,P108,（2）硫,可燃硫，包括 有機硫 和 硫鐵礦 硫,（ 3）吸附水以及煤中的氫燃燒后生成的水的形態(tài),（4）恒容條件,在氧彈中燃燒是恒容燃燒，不向環(huán)境做功 在大氣中燃燒是恒壓燃燒，因氣體體積增大需向環(huán)境做功，從而使釋放的熱量減少。,68,三、彈筒發(fā)熱量的校正,（一）對N、S特殊熱效應(yīng)的校正——恒容高位發(fā)熱量

39、,從彈筒發(fā)熱量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成熱,Qgr, v, ad = Qb,ad -（95 Sb, ad + α · Qb, ad）,簡稱高位發(fā)熱量,gross calorific value Qgr,空氣干燥基的彈筒發(fā)熱量，J／g,由彈筒洗液測得的硫含量，％,,,P109,69,（二）對水不同狀態(tài)熱效應(yīng)的校正——恒容低位發(fā)熱量,從恒容高位發(fā)熱量中扣除水（煤中的吸附水和氫燃燒生成的水）的汽化熱,Qnet, v, ad =

40、Qgr, v, ad – 206 Had – 23 Mad,0.01g吸附水的汽化熱，J,簡稱低位發(fā)熱量,空氣干燥基，J／g,,空氣干燥基的恒容高位發(fā)熱量，J／g,煤樣的空氣干燥基氫含量，％,,煤樣的空氣干燥基水分，％,,0.01g氫生成的水的汽化熱，J,,,net calorific value Qnet,70,（三）恒濕無灰基高位發(fā)熱量,煤樣含有最高內(nèi)在水分但不含灰分的一種假想狀態(tài) 即：煤樣中只含有可燃質(zhì)和最高內(nèi)在

41、水分 煤的 Qgr,maf 不能直接測定，需用空氣干燥基的高位發(fā)熱量進行換算：,,kJ/g,空氣干燥基的恒容高位發(fā)熱量，kJ／g,,煤樣的最高內(nèi)在水分，％,,gross calorific value on moist ash-free basis,Qgr,maf,恒濕無灰基：,71,四、發(fā)熱量的基準換算,對于不同的應(yīng)用目的，發(fā)熱量需要用恰當?shù)幕鶞时硎?一些基準的數(shù)值不能直接得到，需由空氣干燥基的數(shù)據(jù)進行換算

42、而來。,（一）彈筒發(fā)熱量和高位發(fā)熱量的基準換算公式,干基,空氣干燥基,,干燥無灰基,收到基,,,P110,1. 高位發(fā)熱量的基準換算公式,72,干基,空氣干燥基,,干燥無灰基,收到基,,,2. 彈筒發(fā)熱量的基準換算公式,73,（二）低位發(fā)熱量的基準換算公式,高位發(fā)熱量,低位發(fā)熱量,,74,五、影響煤發(fā)熱量的因素,（一）成因類型的影響,發(fā)熱量: 腐泥煤和殘植煤 > 腐植煤主要原因: 氧含量低、

43、氫含量高 氧含量高、氫含量低,（二）煤巖組成的影響,相同煤化程度的煤：,發(fā)熱量順序：殼質(zhì)組＞鏡質(zhì)組＞惰質(zhì)組,低煤化程度的煤：,惰質(zhì)組可能＞鏡質(zhì)組,隨煤化程度提高，差別逐步減小，無煙煤階段幾乎沒差別,（三）礦物質(zhì)的影響,礦物質(zhì)將發(fā)生化學反應(yīng)（碳酸鈣的分解、石膏的脫水等），這些反應(yīng)一般是吸熱反應(yīng)，造成煤燃燒時釋放出的熱量減少，熱值降低。,P110,75,（四）風化的影響,煤受風化后，產(chǎn)生熱量的碳、氫元素含量下降，不放熱的氧含

44、量增加，因而煤風化后的熱值明顯降低,（五）煤化程度的影響,隨煤化程度提高，發(fā)熱量逐漸增加，到肥煤、焦煤階段發(fā)熱量達到最大，最高可達37kJ／g此后，隨煤化程度的提高，煤的發(fā)熱量則呈下降趨勢,這一規(guī)律與煤的元素組成的變化吻合,76,影響煤發(fā)熱量的元素主要是C、H、O三種元素 發(fā)熱順序為： H ＞ C ＞ O 影響順序為： C ＞ H 在低煤化程度，H含量變化不大 隨演化程

45、度增加，C含量增加，發(fā)熱量增加，達到最大發(fā)熱量后，隨C增加發(fā)熱量會下降，因為H元素會下降。,,,77,,第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì),粘結(jié)和成焦則是煤在一定條件下熱解的結(jié)果,低溫干餾（500℃～600℃）中溫干餾（700℃～800℃）高溫干餾（950℃～IO50℃）,按干餾（熱解）的最終溫度不同可分為：,一、煤的熱解 Pyrolysis,P111,78,（一）煤的差熱分析 （DTA）,將試樣與參比物在相同的條件

46、下加熱（或冷卻）,煤熱解過程的主要階段可以從煤的差熱分析得到證實,基本原理：,在程序控制溫度下，記錄被測試樣和參比物的溫度差與溫度（或時間）的關(guān)系曲線。,與試樣熱特性相近在試驗溫度范圍內(nèi)，不發(fā)生相變化和化學變化多用α－AI2O3,參比物為熱惰性物質(zhì),P113,79,它反映了煤在熱解過程中發(fā)生的吸熱和放熱效應(yīng)，吸熱為低谷，放熱為高峰。 不同的煤，其熱解過程不同，因此其差熱分析曲線上峰的位置、峰的高低也有差別。,吸熱峰,放

47、熱峰,參比物溫度,△T為負值,△T為正值,,80,煤熱解過程的干燥脫吸階段。,從煤的差熱分析圖譜上．可以發(fā)現(xiàn)有三個明顯的熱效應(yīng)區(qū)：,,煤熱解過程的膠質(zhì)體生成和開始固化,,半焦收縮階段,81,（二）煤的熱重分析,★,,,在分解溫度（350～400℃）以下，失重量很小,<120℃，主要是脫水,～200℃，完成脫氣 CH4 CO2 N2,>200℃，脫羧基,>300℃，開始熱解,～450℃，焦油量最大,4

48、50～550℃，析氣量最大,>550℃，縮聚反應(yīng)為主,>1500℃，石墨化階段，生產(chǎn)炭素制品,熱分解溫度Td：350～400℃,82,二、煤的粘結(jié)與成焦機理,粘結(jié)性煙煤在熱解過程中，在300～550℃范圍內(nèi)，煤粒會軟化熔融，在煤粒的表面形成含有氣泡的液相膜，,（一）膠質(zhì)體的來源和性質(zhì),煤,大量煤粒聚積時，液相相互融合在—起，形成氣、液、固三相一體的粘稠的混合物，即所謂的“膠質(zhì)體”。,83,2. 膠質(zhì)體的性質(zhì),熱解過程中，膠

49、質(zhì)體的液相不斷分解、縮聚和固化形成半焦,,,（1）熱穩(wěn)定性：,（2）透氣性：,（3）流動性：,（4）膨脹性：,84,（二）煤的粘結(jié)與成焦機理,l. 煤的粘結(jié)機理,在熱解時，煤分子結(jié)構(gòu)上的氫發(fā)生了再分配，對于粘結(jié)性煙煤，生成了富氫的、相對分子質(zhì)量較小的液相物質(zhì)和呈氣態(tài)的焦油蒸氣，氣體烴類等化合物。,煤粒之間的粘結(jié)主要發(fā)生在：,煤粒表面上,熔融顆粒與不熔顆粒之間,相鄰顆粒產(chǎn)生的膠質(zhì)體交界面,85,膠質(zhì)體固化形成半焦后繼續(xù)升高溫度，半焦發(fā)生裂

50、解，析出以氫氣為主的氣體，幾乎沒有焦油產(chǎn)生。 由于縮聚反應(yīng)，使半焦的體積發(fā)生收縮； 由于半焦組成的不均勻性，體積收縮也是不均勻的，造成半焦內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力大于半焦的強度時就產(chǎn)生了裂紋。 溫度繼續(xù)升高到1000℃，半焦的裂解和縮聚反應(yīng)趨緩，析出的氣體量減少，半焦也變成了具有一定塊度和強度的銀灰色的并具有金屬光澤的焦炭。,2. 煤的成焦機理,86,第三節(jié) 煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性及其評定方法,一、

51、煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性,煤的粘結(jié)性：,煙煤在干餾時產(chǎn)生的膠質(zhì)體粘結(jié)自身和(或)惰性物料的能力,煤的結(jié)焦性：,單種煤或配合煤在工業(yè)焦爐或模擬工業(yè)焦爐的煉焦條件下（一定的升溫速度、加熱終溫等），粘結(jié)成塊并最終形成具有一定塊度和強度的焦炭的能力。,P128,87,二、煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性的評定方法,（一）羅加指數(shù) Roga Index,煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性的評定方法很多，國際上和我國常用的方法：,由波蘭學者B.Roga提出的一種測定煤的粘結(jié)性的

52、方法,P128,RI 是用煤焦化后焦炭的耐磨強度表示煤的粘結(jié)性的強弱 反映了煤在膠質(zhì)體階段粘結(jié)自身和惰性物料并最終形成具有一定耐磨強度焦炭的能力。,88,加熱速度 >>工業(yè)煉焦，使粘結(jié)性測值偏高， 對強粘結(jié)性煤區(qū)分能力差，對弱粘結(jié)性煤的重視性差 標準無煙煤不同時導致測定結(jié)果的差異，使得各國間的測值不具可比性,羅加指數(shù)法具有明顯的優(yōu)點： 設(shè)備簡單快速、所需試驗煤樣少

53、 能反映煤的粘結(jié)能力 在一定程度上反映焦炭的強度,缺點：,對弱粘結(jié)煤和中等粘結(jié)性煤的區(qū)分能力很強,對RI > 80的粘結(jié)性很好的肥煤，不能明顯區(qū)分,89,（二）粘結(jié)指數(shù) Coking Index, 以 GR,I or G 表示,粘結(jié)指數(shù)是針對羅加指數(shù)的缺點進行改進 其測定原理和儀器設(shè)備與 RI 法完全相同,P129,90,膠質(zhì)層指數(shù)法： 由前蘇聯(lián)學者薩保什尼可夫和巴齊列維奇于

54、1932年提出的測定煤的粘結(jié)性的方法,測定煤在炭化時形成膠質(zhì)體的數(shù)量，即膠質(zhì)層最大厚度Y，此外還可得到輔助指標，即最終收縮度X和體積曲線。,（三）膠質(zhì)層指數(shù),P129,膠質(zhì)層指數(shù)法較適合于中等粘結(jié)性的煤,對弱粘結(jié)性煤和強粘結(jié)性煤的測定結(jié)果不準，重現(xiàn)性差,91,（四）奧亞膨脹度,奧亞膨脹度是測定煤炭粘結(jié)性的方法之一,P130,測量并計算位移的最大距離占煤筆原始長度的百分數(shù)，作為煤樣的膨脹度；即奧亞膨脹度指標 b,T1---軟化溫度T2-

55、--開始膨脹溫度，即最大收縮溫度T3---固化溫度,a---最大收縮度b---最大膨脹度,無因次結(jié)焦能力指數(shù)CI,優(yōu)質(zhì)煉焦煤的 CI 值通為 1.05～1.10,92,奧亞膨脹度主要取決于的膠質(zhì)體數(shù)量、膠質(zhì)體的不透氣性和膠質(zhì)體期間氣體析出的速度。 奧亞膨脹度對中、強粘結(jié)性煤的區(qū)分能力強，對強粘結(jié)性煤，區(qū)分能力好于Y 值，測定結(jié)果重現(xiàn)性好。,奧亞膨脹度指標也被我國煤炭分類方案采用，作為膠質(zhì)層最大厚度Y 值的補充指標。,缺

56、點： 對弱粘結(jié)性煤區(qū)分能力差，以及實驗儀器加工精度要求高，規(guī)范性太強。,93,一種通過測定煤炭的膨脹性來判斷粘結(jié)性的方法,(五）坩堝膨脹序數(shù) Crucible Swelling Number, CSN,又稱自由膨脹序數(shù) Free Swelling Index, FSI,膨脹序數(shù)共分為17種 序數(shù)越大，表示煤的膨脹性和粘結(jié)性越強。,P131,CSN的大小取決于煤的溶融特性、膠質(zhì)體生成期間析氣情況與膠質(zhì)體的不透氣性

57、。 由于是根據(jù)焦塊外形來確定，判斷帶有較強的主觀性，往往對CSN > 5 的煤粘結(jié)性的區(qū)分能力較差,94,（六）葛金焦型 Gray – King Assay,由英國的Gray和King兩人提出的一種低溫干餾試驗方法，也是測定煤炭結(jié)焦性的一種方法：,P132,將所得半焦與一組標準焦型比較，以判斷煤的結(jié)焦性能,優(yōu)點：可較全面了解煤炭熱解產(chǎn)物的性狀缺點：對焦型的判斷常帶有主觀性 葛金焦型是硬煤國際分類中

58、鑒別結(jié)焦性亞組的一個指標，但中國多以奧亞膨脹度 b 值代替葛金焦型G-K。,95,（七）基氏流動度 Gieseler Fluidity,P133,① 開始軟化溫度ts② 最大流動度時的溫度tmax③ 最大流動度αmax，④ 固化溫度tr,⑤ 膠質(zhì)體的溫度間隔 △t,ts,tmax,tr,αmax,,,5個特性指標,,,,,96,（一）粘結(jié)指數(shù)G 與膠質(zhì)層最大厚度 Y 之間的關(guān)系,三、煤的各種粘結(jié)性、結(jié)焦性指標間的關(guān)系,G

59、 和 Y 值是我國煤分類的主要指標,G是煤粘結(jié)惰性物質(zhì)的能力 Y是煤在隔絕空氣條件下等速升溫時所產(chǎn)生膠質(zhì)體的厚度,總的趨勢： Y值高的煤，其G指數(shù)也高,P134,Y值和G指數(shù)均為粘結(jié)性指標,97,G 是在 RI 的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進后用于表征煤粘結(jié)惰性物質(zhì)（特定專用無煙煤）能力的粘結(jié)性指標。 測定原理一樣，所用專用無煙煤礦點和試驗轉(zhuǎn)鼓都相同，因此它們之間具有很好的正比關(guān)系。,（二）粘結(jié)指數(shù) G 與羅加指數(shù) RI

60、之間的關(guān)系,（1）G ＞ 55 的中等及強粘結(jié)煤,RI = 0.66 G + 22.5,（2）18＜G≤55 的中等偏弱煙煤,RI = 0.5 G + 10,（3）G ≤18 的弱強粘結(jié)煤,RI = 0.97 G + 8,P134,98,（三）粘結(jié)指數(shù) G 與奧亞膨脹度 b 之間的關(guān)系,★,99,（四）粘結(jié)指數(shù) G 與吉氏最大流動度 lg αmax 之間的關(guān)系,★,100,（五）膠質(zhì)層最大厚度Y值與奧亞膨脹度b值之間的關(guān)系,

61、b 值也是我國煤炭分類中采用的區(qū)分強粘結(jié)煤的指標之一， 由于其測定方法與Y 值比較相似，即均不加惰性物質(zhì)，同時均為等速加熱升溫，因此它們有較好的相關(guān)關(guān)系,P135,101,由于 CSN 的區(qū)分范圍小，而 Y 值從 0～55mm左右的均有，因此Y 值與 CSN 雖然成正比關(guān)系變化，但其間的定量關(guān)系不很明顯 尤其是 CSN 還受揮發(fā)分的影響而發(fā)生變化如：瘦煤和氣煤，它們的 Y 值均為 10mm 左右

62、 但由于氣煤的揮發(fā)分高，在測定CSN 時因揮發(fā)分的大量逸出而會降低其測值，即氣煤的粘結(jié)性與瘦煤相同時,其 CSN 值就會低于瘦煤。,（六）膠質(zhì)層最大厚度Y 值與坩堝膨脹序數(shù)CSN之間的關(guān)系,坩堝膨脹序數(shù)CSN是國際煤分類指標之一，也是國際煤炭貿(mào)易中經(jīng)常采用的指標,P135,102,褐煤和無煙煤的CSN殘渣為粉狀，故都為零。因此，總的來講，煤的坩堝膨脹序數(shù)只能近似地表征煤的粘結(jié)性、但它的測定方法簡單可行。,103,（七）膠質(zhì)層最大厚度Y

63、 值與葛金焦型之間的關(guān)系,葛金焦型也是國際煤炭分類的指標之一,總趨勢是葛金焦型（以G一K表示）隨 Y 值的增加而增大,P135,104,基本要求,第九章 煤的分類和煤質(zhì)評價,第一節(jié) 煤炭分類意義和分類指標第二節(jié) 中國煤炭分類,105,,一、煤炭分類的意義,煤是重要的能源和化工原料，它的種類繁多，其組成、性質(zhì)又各不相同、而各種工業(yè)用煤對煤的質(zhì)量又有特定的要求 只有不斷完善煤炭分類方案,才能搞清各種煤的工藝性質(zhì)和經(jīng)濟

64、價值，才能有計劃地開采和利用，所以煤的分類是煤炭勘探、開采規(guī)劃、分配和合理使用的共同依據(jù)。,① 保證煤炭資源的合理地利用② 指導生產(chǎn),P 145,106,二、煤炭分類的方法和原則,根據(jù)分類目的的不同分： 實用分類（技術(shù)分類和商業(yè)編碼） 科學／成因分類,分類原則：,① 根據(jù)物質(zhì)各種特性的異同，劃分出自然類別② 對劃分出的類別加以命名表述,即使是純科學分類，通常也有實際用途,煤炭分類的完整體系,P 145,1

65、07,三、煤炭分類的指標,煤的牌號反映著煤的有機質(zhì)特性因此，以煤化程度和粘結(jié)性作為煤的工業(yè)分類兩個指標目前，世界各國分類指標不統(tǒng)一,表9-1各國和國際煤分類選用指標舉例,P 145,108,109,（一）煤化程度,各國普遍用來反映煤化程度的指標是 Vdaf,用Vdaf表示煤化程度的優(yōu)點：,Vdaf能較好地反映煤化程度與煤的工藝性質(zhì)有關(guān)其區(qū)分能力強測定方法簡單易于標準化,110,同一種煤的不同巖相組成，其Vdaf有很大差別煤

66、化程度相同的煤田，由于巖相組成的不同而有不同的Vdaf不同煤化程度的煤，巖相組成不同，也可能得到相同的Vdaf 因此， Vdaf 有時也不能十分準確地反映煤的煤化程度、尤其對于揮發(fā)分較高的煤，其誤差更大。,用Vdaf表示煤化程度的不足：,Vdaf 還受煤的巖相組成的影響,111,在高變質(zhì)階段的煙煤和無煙煤，能較好地反映煤化程度的規(guī)律，并綜合反映了變質(zhì)過程中鏡質(zhì)組分子結(jié)構(gòu)變化，其組成又在煤中占優(yōu)勢,反映煤化程度的其他指標

67、,有的國家采用煤的發(fā)熱量Q或鏡質(zhì)組反射率RO，作為煙煤和無煙煤煤化程度的主要指標。,煤的發(fā)熱量,適合于低煤化程度的煤和動力煤、一般以含水無灰基(恒濕無灰基)的高位發(fā)熱量Qgr,maf代表煤的煤化程度。,鏡質(zhì)組反射率RO,RO 可排除巖相差異的影響，比揮發(fā)分產(chǎn)率能更確切地反映煤的變質(zhì)規(guī)律。,112,煤中的 H/C 在一定程度上也能代表煤的煤化程度,我國現(xiàn)行無煙煤分類以煤中氫作為分類指標,氫對高煤化程度的煤，尤其是無煙煤能很好地反映煤化程度

68、規(guī)律,113,G-K在英國使用，它與Vdaf較為接近，而對粘結(jié)性不同的煤都能加以區(qū)分但其測定方法較為復雜，并且人為因素較大,（二）煤的粘結(jié)性,煤在熱加工過程中重要的工藝性質(zhì),煤炭分類中的—個重要指標,表示煤的粘結(jié)性的指標很多，如：,法國、意大利、德國等國普遍采用在一定程度上反映了煤的粘結(jié)性方法簡單，煤質(zhì)變化不太大時，較為可靠但其測定結(jié)果是根據(jù)焦餅的外形，故常有主觀性，且過于粗略,,,RI、 G 對弱粘結(jié)煤和中等粘結(jié)煤的區(qū)分能力

69、強，且測定方法簡單、快速，所需煤樣少易于推廣,葛金焦型G-K,奧亞膨脹度b,坩堝膨脹序數(shù)CSN,羅加指數(shù)RI,膠質(zhì)層最大厚度Y,對強粘結(jié)煤區(qū)分能力較好，測試結(jié)果的重現(xiàn)性好但對粘結(jié)性弱的煤區(qū)分能力差。,,粘結(jié)指數(shù)G,,114,反映煤產(chǎn)生膠質(zhì)體最稀薄狀態(tài)的粘度。它對弱或中等粘結(jié)煤有一定區(qū)分能力。 靈敏度高，但存在許多人為和儀器的因素，使得在不同實驗室測得結(jié)果不能一致 我國目前采用膠質(zhì)層最大厚度 Y 值和粘結(jié)性