煤炭基础知识

1、燃 料 采 制 化 培 训,主讲：范志斌 TEL:Email：,2010年 版权所有 谢绝复制,电力工业河北发电用煤质量监督检验中心,2020/9/2,2,第一章 煤炭基础,煤炭是天然形成的具有复杂的组成与结构的混合物，要充分利用煤炭资源，必须掌握煤炭的基本特性，了解煤炭质量指标的变化对电力生产过程的影响。本章主要阐述煤的形成过程、煤炭的主要类别及其特性、煤的物理和化学特性，介绍煤炭的基本组成和表达方式，发电用煤常用的煤炭特性指标、物理意义以及与电力生产的关系等。,2020/9/2,3,第一节 煤的形成与种类,一、煤的形成 煤是自然资源，它是由古代植物形成的。植物分

2、低等植物和高等植物两大类。地球上储量最多的煤 是由高等植物形成的，统称为腐植煤。 植物从死亡到堆积转变为煤，大致可分为两个作 用阶段：泥炭化阶段和煤化阶段。 1.泥炭化阶段：植物残骸在沼泽中经生物化学和物 理化学变化形成泥炭的过程。 细菌古代植物（腐烂+分解）变为气体和泥炭。,2020/9/2,4,煤的形成与种类,2.煤化阶段：泥炭在地下(压力、温度、时间）压 紧和硬化，排除气体和水分，使碳含量增高的过 程。这种成岩与变质作用统称为煤化作用。 综上所述，煤实际上是由古代植物残骸经地质作用 变化而成的固体有机可燃矿岩。 成煤过程中，各阶段主要作用因素及产生的化学变 化列于表1-1。,2020/9

3、/2,5,表1-1 成煤过程中主要作用因素和化学变化,2020/9/2,6,煤的形成与种类,二、煤的种类及其特征 1.煤的种类 煤化过程是一个增碳的碳化过程。是一个由低级向高级逐渐变化的过程，成煤条件的变化，决定了煤的多样性、复杂性和不均匀性。所以根据煤化程度的深浅、地质年代的长短以及含碳量的多少，可将煤划分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类。,2020/9/2,7,由植物的成煤过程可知，植物埋在地下的年代越久，成煤过程中煤的煤化程度就越深，煤中的水分与挥发分的含量就越小，含碳量则越高。 2.各种煤的基本特征 褐煤 褐煤是煤化程度最低的煤。外观多程褐色或暗褐色，其光泽暗淡，质地较软，极易破碎，其挥发分

4、与内在水分都很高，褐煤易风化，随之热量明显降低。,煤的形成与种类,2020/9/2,8,煤的形成与种类, 烟煤 烟煤的煤化程度高于褐煤，低于无烟煤。是自然界中分布最广的煤种，烟煤具有不同程度的光泽，大多数呈条带状。其特点挥发分范围很宽，不同类别的烟煤粘结性差异较大，燃烧时烟多。它的各项特性基本上也是介于无烟煤与褐煤之间。如：贫煤性质最接近无烟煤，所以有时也称它为半无烟煤；长焰煤的性质最接近褐煤。,2020/9/2,9,煤的形成与种类, 无烟煤 煤化程度最高的一种煤。挥发分含量低，密度大，含碳量高，燃点高，无粘结性，外观呈灰黑色，有金属光泽，无明显条带，燃烧时不冒烟，火焰较短。 褐煤、烟煤、无烟

5、煤的主要特征见表1-2。,2020/9/2,10,煤的形成与种类,表1-2 煤炭的种类与特征,2020/9/2,11,第二节 煤的岩相组成,一、煤岩学的概念 煤是一种有机岩矿，利用通常研究岩石的方法 来研究煤的学科称为煤岩学。 二、煤岩学的研究方法 宏观研究法和微观研究法 宏观研究法是用肉眼来观察区别煤层的岩相组 成。 微观研究法是利用显微镜来识别煤的纤维组成,2020/9/2,12,煤的岩相组成,三、宏观煤岩成分 丝碳、镜煤、亮煤、暗煤 四、煤岩有机显微组分 镜质组、丝质组、壳质组稳定组。 五、煤岩无机显微组成 煤中矿物质=灰分，硫分 六、煤中常见矿物质 粘土矿、黄铁矿、石英、方解石,202

6、0/9/2,13,第三节 煤炭分类标准简介,一、中国煤炭分类 中国煤炭分类标准主要是按照煤的煤化程度 （Vdaf、Pm）及工艺性能（G、Ymm、b）相结合 对煤炭进行分类。 采用煤的煤化程度参数Vdaf ，将煤划分为无烟 煤、烟煤和褐煤三大类。 凡干燥无灰基挥发分10.0%的煤为无烟煤； 10.0%为烟煤；37.0%为褐煤。,2020/9/2,14,煤炭分类标准简介,无烟煤按照干燥无灰基挥发分（ Vdaf ）和干燥无灰基氢（ Hdaf ）含量为指标，分为无烟煤1号、2号和3号三类。 烟煤采用两个参数来确定其类别，一个是表征烟煤煤化程度的参数(Vdaf )，另一个是表征烟煤黏结性的参数（G）、（

7、Ymm）或（b）作为指标，将烟煤细分为12个小类，它们分别是贫煤(PM)、贫瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、肥煤(FM)、1/3焦煤(1/3JM)、气肥煤(QF)、气煤(QM)、1/2中粘煤(1/2ZN)、弱粘煤(RN)、不粘煤(BN)和长焰煤(CY)。,2020/9/2,15,煤炭分类标准简介,根据透光率指标（Pm），褐煤又可分为两小类， 分别是褐煤1号和褐煤2号。 二、煤炭产品品种和等级划分 所谓煤炭产品品种，是指煤炭经过拣矸或筛选加 工后所获得的具有不同质量和用途的煤炭产品。 煤炭产品按照用途（冶炼或其它用途）、加工方 法（洗选或筛选）和技术（粒度、灰分）要求划分 为五大类，2

8、8个品种。,2020/9/2,16,煤炭分类标准简介,精煤（包括2个品种）。经精选加工生产出来的，符合品质要求的产品。多为低灰分、低含硫量的优质煤。 粒级煤（包括16个品种）。经过筛选或洗选生产的，粒度下限大于6mm的煤炭产品。 洗选煤（包括7个品种）。经过洗选加工的煤。 原煤。从毛煤中选出规定粒度的矸石（包括黄铁矿等杂物）以后的煤炭产品。 低质煤（包括2个品种）。通常指低发热量（14.5MJ/kg）、高灰分的煤（40%）的各种煤炭产品或煤泥（洗煤厂粒度在0.5mm以下的一种洗煤产品）。,2020/9/2,17,煤炭分类标准简介,三、发电用煤粉锅炉用煤技术条件 为适应火电厂动力用煤的特点，提高

9、煤的使用效率，并根据电厂固态排渣煤粉锅炉的技术条件要求，选用了7项指标进行划分，以作为锅炉设计与选用煤源的依据之一。 分类指标有干燥无灰基挥发分、收到基低位发热量、干燥基灰分、全水分、干燥基全硫、煤灰熔融性的软化温度、哈氏可磨性HGI等七项指标，,2020/9/2,18,第四节 煤的组成与表达式,一、煤的组成 煤是多种有机物和无机物的混合物，组成结构非常复杂，其有机主体是一种不确定非均一的、分子量很高的缩聚物结构。 煤中无机物的组成主要以硅酸盐（铝、钙、镁、钠、钾）、碳酸盐（主要是钙、镁、铁等盐）、硫酸盐和硫化物（黄铁矿）等矿物质形式存在。此外还有一些伴生的稀有元素。 工业上常将煤划分为工业分

10、析组成和元素分析组成两种方式。,2020/9/2,19,煤的组成与表达式,二、煤的工业分析和元素分析组成之间的关系 煤中工业分析各组分以百分含量形式表示，总和为100。 即：水分+灰分+挥发分+固定碳=100 煤中元素分析组成是对煤中可燃有机质的划分，所以按相应的可燃组分，再加上不可燃组分水分和灰分，总和为100。 即：碳+氢+氮+氧+硫+水分+灰分=100 见图11。,2020/9/2,20,煤的组成与表达式,1-1 煤的工业分析和元素分析组成的关系图,2020/9/2,21,煤的组成与表达式,由此我们可以看出，从煤组成的角度去分析，煤 中的碳、氢、氮、氧、硫相当于煤中的挥发分与固 定碳，它

11、们构成了煤中的可燃组分，即： 挥发分+固定碳=碳+氢+氮+氧+硫 三、表达式 煤质特性指标普遍采用该特性英文名称第一个字 母，用大写方式表示。如灰分，英文名称为ash， 故用A表示；又如：水分，英文名称为moisture,故 用M表示。,2020/9/2,22,煤的组成与表达式,1-3 常用煤质特性指标表示方法,2020/9/2,23,2020/9/2,24,煤的组成与表达式,工业分析组成百分含量的表达式为： M+A+V+FC=100 元素分析组成百分含量的表达式为： M+A+C+H+N+O+S=100,2020/9/2,25,第五节 煤的物理和化学特性,一、煤的物理性质 煤的物理性质主要包括

12、：煤的相对密度（比 重）、颜色、光泽、硬度、粉碎性和热稳定性等。 煤的物理性质主要影响因素 煤的成因因素，即原始物料及其堆积条件，煤化 度或变质程度；煤的灰分、水分和风化程度。,2020/9/2,26,煤的物理特性,1. 煤的相对密度（比重） 煤的真相对密度（真比重）：20时，煤的质量与同温 度同体积（不包括煤的所有空隙）水的质量之比。是计算 煤层平均质量与研究煤炭性质的一项重要指标。 煤的真相对密度随煤化程度而变化，以镜质组密度为例， 当煤化程度较低时，镜质组密度随煤化度的提高而减小； 但当碳含量约达87%时，镜质组出现最小值，以后随煤化 度的增加而迅速增加。,2020/9/2,27,煤的物

13、理特性,煤的视相对密度（视比重）：20时，煤的质量与同温度 同体积（包括煤的所有空隙）水的质量之比。它是计算煤的 储量、煤仓设计和运输量、粉碎、燃烧等过程的指标。 煤的气孔率：根据煤的真比重和视比重计算得煤的气孔率 。它与煤的反应性能、强度有一定的关系，气孔率大的煤其 表面积大，反应性能好，但其强度一般较小。 气孔率= 真比重-视比重 100% 真比重,2020/9/2,28,煤的物理特性,煤的堆积比重：20时，自由堆积的煤的质量与同温度同体积（包括煤的所有孔隙和煤块之间孔 隙在内的煤堆体积）水的质量之比。 注意：此为自由堆积，而非认为压实，并且包括 煤块间的孔隙，以t/cm3为单位，在设计煤

14、仓、估 算炼焦装煤量和装车重量的情况下使用。,2020/9/2,29,煤的物理特性,影响煤比重的因素 1.煤的种类（成因因素） 2.岩相组成 3.煤化程度 4.矿物质种类和含量 5.水分及风化,2020/9/2,30,煤的物理特性,2. 煤的颜色 一般为黑色、褐色和灰色。煤的颜色和煤的性质 有关，随煤的变质程度加深而变化。褐煤呈褐色， 主要是由于褐煤中含有腐植酸；烟煤呈黑色；无烟 煤成钢灰色。 颜色的变化也受变质程度和矿物质的不同影响， 如变质程度深的褐煤呈深褐色到黑色。,2020/9/2,31,煤的物理特性,3. 煤的光泽 煤的光泽是指煤表面的反射能力，通常为全暗 的、半暗的、半亮的、全亮和

15、很亮等。 煤的光泽影响因素 （1）煤岩组成 （2）煤化程度 （3）灰分,2020/9/2,32,煤的物理特性,4.煤的硬度 煤的硬度是指用其它较硬的物质刻划的强度。了解煤的 硬度能使人们考虑在采煤时所使用的机械装置及推测机械 磨损等情况。同时还能事先预测破碎、成型加工的难易程 度。 煤的显微硬度是指煤对坚硬的物体压入的对抗能力，测 定原理是在光滑的煤样平面上压入一坚硬的特殊形状的压 力，在煤的表面压入一印痕，然后在显微镜下观察印痕大 小，印痕越大，煤的显微硬度越低。煤的显微硬度随煤的 变质程度加深而变化增高。,2020/9/2,33,煤的物理特性,5. 煤的粉碎性（可磨性） 煤被粉碎（研磨成粉

16、）的难易程度通常用煤的可 磨性指数（HGI)表示。可磨性指数越大则越容易粉 碎。 磨碎定律:在研磨成粉时消耗的功（能量）与煤所 产生的新表面积成正比。 测定方法 1.全苏热工研究所法（BTN法） 2.哈德格罗夫法（Hardgrcve）哈氏法,2020/9/2,34,煤的物理特性,6.煤的热稳定性 煤的热稳定性是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳 定程度。即煤块在高温作用下保持原来粒度的性质。 煤的热稳定性与煤种有关，无烟煤由于其结构致密，加 热时内外温差大，引起膨胀不同而破碎，造成热稳定性 差； 褐煤因含水分多，加热过程中水分大量蒸发使煤容易破 碎，其热稳定性也差。,2020/9/2,35,煤

17、的化学特性,二、煤的化学性质 煤的化学性质主要包括：煤的风化、氧化、热分 解等。 1.煤的热分解 煤在热分解时能形成不同数量和不同组成的产 物，即胶质状态、粘结、成焦等，由于煤的结构复 杂，极不稳定，在热分解过程中的分解方式和产品 性质受外界影响，主要与煤化程度、煤炭组分、加 热方式有关。,2020/9/2,36,煤的化学特性,2.煤的风化、氧化和自燃 煤在空气中堆放或离地表很近的煤层在受到大气 因素的综合影响时，其物理性质、化学性质、工艺 性质等会发生一系列的变化，称为风化，即氧化。 其主要原因是由于煤的有机质和矿物质被氧化，煤 便会释放出热量，若释放的热量不能及时释放出， 在煤层或煤堆中越

18、积越多，煤的温度会越来越高， 促使氧化过程加速，释放更多的热量，以致达到煤 的燃点，造成自燃。,2020/9/2,37,煤的化学特性,煤经风化、氧化后，其性质变化： 1.外观色泽改变； 2.煤的化学性质变化； 3.煤的热值变化。,2020/9/2,38,第五节 煤质特性指标与电力生产关系,电厂锅炉大多采用煤粉悬浮燃烧方式。 电厂用煤的好坏是由电厂的设计和校核煤种来决 定的。 一、工业分析特性指标 1.水分（M） 可燃部分含量相对减少，发热量降低； 气态排放过程带走热量； 降低炉膛温度，推迟着火时间，增加化学和机械 不完全燃烧热损失；,2020/9/2,39,煤质特性指标与电力生产关系,造成煤仓

19、、输煤管路堵塞及磨煤机出力下降 加速煤氧化和自燃。 若含有适量的水分，可以防止储运、装卸过程中 煤粉损失，减少对环境的污染，还能改善燃烧工况 和提高炉膛热辐射效果。 一般来说，水分为58%为宜，大于8%就可能导 致输煤、给煤系统运行障碍。,2020/9/2,40,煤质特性指标与电力生产关系,2.灰分（A） 增加发电成本； 影响锅炉安全运行； 腐蚀锅炉设备； 污染环境。,2020/9/2,41,煤质特性指标与电力生产关系,3.挥发分（V） 随煤化程度的加深而减少； 其大小决定煤着火的难易程度； Vdaf大于25%易发生爆炸。 4.固定碳（FC) 固定碳总是低于元素碳（V主要包含C+H),2020

20、/9/2,42,煤质特性指标与电力生产关系,1-4 不同煤种挥发分的特性 煤种 挥发分开始逸出的温度（） 挥发分的发热量（MJ/kg) 无烟煤 约400 69.00 贫煤 320390 54.3656.45 烟煤 210260 39.3148.06 长焰煤 约170 约35.54 褐煤 130170 约25.72,2020/9/2,43,煤质特性指标与电力生产关系,二、元素分析特性指标 煤的元素组成在燃烧过程中，发生下列变化： 煤CO2 +H2O +SO2 +SO3 +N2 +NOX + 1.碳（C）、氢（H) C和H是煤炭燃烧产生热量的主要来源 1g碳完全燃烧产生34040J的热量； 1g氢

21、完全燃烧产生143010J的热量。 2.硫（S） 硫对电力生产的影响 对锅炉设备的腐蚀； 对环境的危害。,2020/9/2,44,煤质特性指标与电力生产关系,三、可磨性指标（HGI） 在规定的条件下，煤研磨成粉的难易程度。 煤炭在磨制过程中的能量消耗与磨制效率取决于煤炭自 身可磨性。 通常用哈氏可磨性指数来表示，HGI一般在50-90内。 四、煤灰熔融性指标 煤灰受热时，由固态向液态转化过程中表现出的性质。 表征特征变化点的温度分别为DT、ST、HT、FT。,2020/9/2,45,煤质特性指标与电力生产关系,测定灰熔融性的意义 1. 提供锅炉设计选择炉膛出口烟温和锅炉安全运行依据； 2.预测

22、燃煤的结渣；ST=1350为分界线。 3.为不同锅炉燃烧方式选择燃煤； 4.判断煤灰的渣型,2020/9/2,46,煤质特性指标与电力生产关系,五、煤灰成分特性指标 煤灰成分主要含有硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、 钠等元素，其中硅、铝、铁的氧化物占90%以上。 测定煤灰成分的意义 1.初步判断煤灰的熔融温度； 2.判断对锅炉的腐蚀情况； 3.计算结渣指数。,2020/9/2,47,煤质特性指标与电力生产关系,1-5 灰中氧化物的熔点 氧化物名称 熔点（） 氧化物名称 熔点（） SiO2 1625 Fe2O3 1565 Al2O3 2050 FeO 1420 MgO 2800 K2O 8001

23、000 CaO 2570 Na2O 8001000,2020/9/2,48,煤质特性指标与电力生产关系,六、煤粉细度（Rx) 指煤粉中不同粒度颗粒所占的质量百分数。它对煤炭燃 烧的经济性有直接的影响。 利用煤粉细度判断煤粉粒度分布的均匀性。 当n1时，煤粉粒度分布较均匀；当n1时，则煤粉粒度分 布均匀性较差。根据不同设计煤质，发电厂一般选取n=0.81.2。,2020/9/2,49,第六节 煤质分析方法的一般规定和基准的应用,一、煤样的保存 1）水分煤样应装入不吸水、不透气的密闭容器中； 2）一般分析试验煤样应在达到空气干燥状态后装入严密 的容器中。 二、水分测定期限 1）全水分应在煤样制备后

24、立即测定，如不能立即测定， 则应将其准确称量。 2）凡需根据水分测定结果进行校正或换算的分析试验， 应同时测定煤样水分；如不能同时进行，两者测定也应在 尽量短的、煤样水分未发生显著性变化的期限内进行，即 5d。,2020/9/2,50,煤质分析方法的一般规定和基准的应用,三、测定次数 对同一煤样进行2次测定（一般为重复测定），测定差 值T；3次测定，极差1.2T；4次测定，极差1.3T。否 则舍去全部结果，查原因重新测定。 四、基准的应用 按照煤存在的状态或者根据需要而规定的成分组合，称 为基准。 1.电力用煤常用基准 四种状态：收到基(ar)、空气干燥基(ad)、干燥基(d)、干 燥无灰基(daf),2020/9/2,51,煤质分析方法的一般规定和基准的应用,1-6 各种基的燃煤状态 燃煤基 燃煤状态 燃煤含有组成 收 到 收到时的燃煤 表面水分、空干基水分、 灰分、挥发分、固定碳 空气干燥 达到与环境湿度 空气干燥基水分、灰分、 平衡时的燃煤 挥发分、固定碳 干 燥 在105 下干燥 挥发分、灰分、固定碳 后的假想燃煤 干燥