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煤炭知识培训主讲人 周达 1 一 我国主要煤炭产区的分布 2 3 石嘴山矿区 石嘴山市位于宁夏回族自治区北部 现已经探明的煤炭储量为24 13亿吨 全国12个煤种中石嘴山市有11个 其中无烟煤7 06亿吨 烟煤储量17 24亿吨 煤田主要分布在石嘴山矿区 石炭井两大矿区 石嘴山市煤炭储量较大 煤质好 煤种比较齐全 被誉为 太西乌金 的太西煤是世界煤炭珍品 储量6 4亿吨 具有 三低 六高 低灰 低硫 低磷 高发热量 高比电阻率 高机械强度 高精煤回收率 高块煤率 高化学活性 特点 4 神府煤田 中国和世界特大煤田之一 是我国已探明的最大煤田 全区煤炭保有储量235亿吨 开发占用27亿吨 与俄罗斯的顿巴斯煤田和库兹巴斯煤田 德国的鲁尔煤田 美国的波德河煤田和阿巴拉契亚煤田 波兰的西里西亚煤田并称世界七大煤田 煤田位于陕西省最北端神木 府谷两县境内 5 三 煤的工艺性质 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 6 2 发热量煤的发热量 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 热量的表示单位主要有焦耳 J 卡 cal 其中一千卡就是一大卡 而1MJ 239 1大卡 7 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 8 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 9 三 煤炭的主要种类 按煤化程度分类 一 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 10 二 烟煤 燃烧时火焰高而有烟 故名烟煤1 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 也可作民用或动力燃料 2 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 11 3 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 4 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 5 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 12 6 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 7 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 13 8 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 9 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 14 10 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 11 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 12 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 15 三 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 四 褐煤 烟煤 无烟煤的区别 挥发分是煤分类的重要指标 煤的挥发分反映了煤的变质程度 挥发分由大到小 煤的变质程度由小到大 如褐煤一般为40 60 烟煤一般为10 50 高变质的无烟煤则小于10 16 按主要用途分类 一 动力煤从广义上来讲 凡是以发电 机车推进 锅炉燃烧等为目的 产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤 简称动力煤 动力用煤就类别来说 主要有褐煤 长焰煤 不粘结煤 贫煤 气煤以及少量的无烟煤 劣质煤主要指对锅炉运行不利的多灰分 大于40 低热值 小于15 73兆焦 千克 的烟煤 低挥发分 小于10 的无烟煤 水分高热值低的褐煤以及高硫 大于2 煤等 17 二 电煤 顾名思义就是用来发电的煤 发电用煤的质量要求 电厂煤粉炉对煤种的适用范围较广 它既可以设计成燃用高挥发分的褐煤 也可设计成燃用低挥发分的无烟煤 但对一台已安装使用的锅炉来讲 不可能燃用各种挥发分的煤炭 因为它受到喷燃器型式和炉膛结构的限制 18 三 喷吹煤 用于高炉喷吹的煤高炉煤粉喷吹技术的发展路径为 起初全部采用无烟煤做喷吹燃料 因为喷吹替代焦炭主要用到的是煤炭中的固定碳元素 100 采用无烟煤喷吹正好迎合了这样的需求和想法 后来 由于无烟煤供给的有限性及其原煤储量不断减少 市场价格也逐渐攀升 采用更廉价 蕴藏更丰富的长焰煤与无烟煤混合喷吹成为钢铁企业进一步降低冶炼成本的追求目标 经过许多研究和试验 在混合煤炭磨粉及喷吹过程中采用氮气惰化技术 从而为系统增加安全性 防止煤粉爆 是取得混合喷吹的关键技术 氮气保护系统的试验成功使烟煤作为喷吹燃料进入实质阶段 19 近年来 根据各厂系统运转的不同状况 北方多数钢厂已经将烟煤混合的比例提高到30 50 之间 而且烟煤喷吹的加入可以活化高炉还原气氛 为高炉还原铁提供更多的氢元素 再后来也就是最近两年 由于无烟煤资源的再度紧缺 贫瘦洗精煤也逐渐走入市场 南方武钢 马钢等钢厂将三种煤的混合比例一度稳定在1 1 1 且取得了较好的经济效应 可以预见 未来作为节约成本的关键技术 采用三种煤炭资源混合喷吹 是发展方向 20 四 焦炭烟煤在隔绝空气的条件下 加热到950 1050 经过干燥 热解 熔融 粘结 固化 收缩等阶段最终制成焦炭 这一过程叫高温炼焦 高温干馏 由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼 铸造和气化 炼焦过程中产生的经回收 净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料 又是重要的有机合成工业原料 21 焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜 铅 锌 钛 锑 汞等有色金属的鼓风炉冶炼 起还原剂 发热剂和料柱骨架作用 炼铁高炉采用焦炭代替木炭 为现代高炉的大型化奠定了基础 是冶金史上的一个重大里程碑 为使高炉操作达到较好的技术经济指标 冶炼用焦炭 冶金焦 必须具有适当的化学性质和物理性质 包括冶炼过程中的热态性质 焦炭除大量用于炼铁和有色金属冶炼 冶金焦 外 还用于铸造 化工 电石和铁合金 其质量要求有所不同 如铸造用焦 一般要求粒度大 气孔率低 固定碳高和硫分低 化工气化用焦 对强度要求不严 但要求反应性好 灰熔点较高 电石生产用焦要求尽量提高固定碳含量 22 四 煤的工业分析 煤的工业分析又叫技术分析或实用分析 是评价煤的基本依据 它包括煤的水分 灰分 挥发分产率和固定碳四个项目的测定 通常 水分 灰分 挥发分产率都直接测定 固定碳不作直接测定 而是用差减法进行计算 有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析 再加上煤的发热量和煤中全硫的测定 则称为全工业分析 23 一 常用的符号和基准 表1分析试验项目及符号 C H O N S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号 ash volatilecompound fixedcarbon quantityofproducedheat mineralmatter moisture 24 1 收到基 ar 就其含义而言 是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样 以此种状态的煤样测定的结果并以此基表示的值 称为收到基 2 空气干燥基 ad 是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样 在新标准中规定 煤样若在空气中连续干燥1小时后质量变化不超过0 10 则认为达到空气干燥状态 25 3 干基 d 以无水状态的煤样为标准的分析结果表示方法 4 干燥无灰基 daf 它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果表示方法 26 二 水分的测定 煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标 因为煤中水分含量越多 煤的无用成分也越多 同时有大量水分存在 不仅煤的有用成分减少 而且它在煤燃烧时要吸收大量的热成为水蒸汽蒸发掉 所以煤的水分越低越好 27 煤中水分的存在形态 分为两类 化合水 游离水1 化合水 以化合方式和煤中矿物质结合的水 即通常所说的结晶水 例如硫酸钙 CaSO4 2H2O 高岭土 Al2O3 2SiO4 2H2O 中的结晶水 结晶水要在200 以上才能分解析出 28 2 游离水 以物理状态 如附着 吸附等形式 和煤结合的水 根据存在的不同结构状态 分为以下两种 2 1外在水分 Mf 是指煤在开采 运输 储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔中的水分 2 2内在水分 Minh 内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的小毛细孔中的水分 这部分水分较难蒸发 29 式中Mt 煤样的全水分 m 煤样的质量 g m1 煤样干燥后减轻的质量 g 30 三 灰分的测定 煤的灰分是煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质 除水分以外的所有无机质的总称 在一定温度下 经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣 用符号A表示 灰分全部来自矿物质 但其组成和数量又不同于煤中原有矿物质 因此煤的灰分应称为 灰分产率 31 测定煤的灰分 对于鉴定煤的质量以及确定其使用价值也有重要意义 因为煤中灰分是有害物质 所以各种用途的煤 灰分越低也就越好 虽然煤灰是煤中有害物 但进行综合利用后 也会变废为宝 为国家创造财富的 32 式中m 试料的质量 g m1 灼烧后残渣质量 g 33 四 挥发分的测定 将煤放在与空气隔绝的容器内 在高温下经一定时间加热后 煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出 由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分 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 34 式中m 试料的质量 g m1 样品加热后减少的质量 g 35 五 固定碳的计算 固定碳 是指除去水分 灰分和挥发分后的残留物 用符号FCad表示 固定碳的化学组分 主要是C元素 另外还有一定数量的H O N S等其它元素 36 FCad 100 Mad Aad VadFCd 100 Ad VdFCdaf 100 Vdaf 37 六 发热量的测定 1 弹筒发热量Qb是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内 在过量的高压氧气条件下 初始压力为27 35大气压 燃烧后产生的热量 也就是用弹筒量热计实测出的热量 煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹筒中 氮被氧化为NO2或N2O5 硫被氧化为SO3 它们溶于水也会产生热量 因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多 所以又称为 最高发热量 38 2 高位发热量Qgr高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量 此时煤中的硫只生成SO2 氮是游离状态N2 水呈液态冷凝 常温约25 39 高位发热量可从弹筒发热量求得 Qgr ad Qb ad 95St ad Qb ad Qgr ad 空气干燥基煤的高位发热量