第一章煤炭基础知识

燃料采制化培训第一章煤炭的基础知识2019/8/152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。2019/8/153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。2019/8/154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。2019/8/155表1-1成煤过程中主要作用因素和化学变化成煤过程阶段划分泥炭化阶段煤化阶段条件沼泽、细菌数千年到数万年地下（不太深）数万年地下（深处）数千万年以上主要作用因素生物化学作用物理化学作用化学作用化学表达式2019/8/156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。2019/8/157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⑴褐煤褐煤是煤化程度最低的煤。外观多呈褐色或暗褐色，其光泽暗淡，质地较软，极易破碎，其挥发分与内在水分都很高，褐煤易风化，随之热量明显降低。煤的形成与种类2019/8/158煤的形成与种类⑵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。2019/8/159煤的形成与种类⑶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、无烟煤的主要特征见表1-2。2019/8/1510煤的形成与种类表1-2煤炭的种类与特征种类褐煤烟煤无烟煤颜色褐至黑褐色黑色灰黑色光泽大多无光泽有一定光泽有金属光泽外观无原始植物残体，无明显条带有亮暗相间的条带无明显条带燃烧现象易着火，有烟多烟难着火，无烟水分较多少较少硬度低较高高2019/8/1511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2019/8/1512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2019/8/1513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、透光率Pm）及工艺性能（黏结指数G、胶质层厚度Ymm、奥阿膨胀度b）相结合对煤炭进行分类。⑴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。2019/8/1514煤炭分类标准简介⑵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。⑶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）、（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)。2019/8/1515煤炭分类标准简介⑷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，29个品种。2019/8/1516煤炭分类标准简介⑴精煤（包括3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。⑵洗选煤（包括12个品种）。经过洗选加工的煤。⑶筛选煤（包括11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。⑷原煤（1个品种）。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。⑸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）。2019/8/1517煤炭分类标准简介三、发电用煤，煤粉锅炉用煤技术条件为适应火电厂动力用煤的特点，提高煤的使用效率，并根据火电厂固态（液态）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主要依据之一。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（软化温度）、哈氏可磨性（HGI）等七项指标，2019/8/1518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析组成和元素分析组成两种方式。2019/8/1519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1—1。2019/8/1520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2019/8/1521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。2019/8/1522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=1002019/8/1523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：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。2019/8/1524煤的物理特性1、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，在设计煤仓、估算炼焦装煤量和装车重量的情况下使用。2019/8/1525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。2019/8/1526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、全亮和很亮等。煤的光泽影响因素（1）煤岩组成（2）煤化程度（3）灰分2019/8/1527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。2019/8/1528煤的物理特性5.煤的粉碎性（可磨性）煤被粉碎（研磨成粉）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2019/8/1529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。2019/8/1530煤的化学特性二、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。2019/8/1531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。2019/8/1532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。2019/8/1533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锅炉设计和校核煤种来决定的。一、工业分析特性指标1.水分（M）⑴可燃部分含量相对减少，发热量降低；⑵气态排放过程带走热量；⑶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；2019/8/1534煤质特性指标与电力生产关系⑷造成煤仓、输煤管路堵塞及磨煤机出力下降⑸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5～8%为宜（跟煤种有关)，大于8%就可能导致输煤、给煤系统运行障碍。2019/8/1535煤质特性指标与电力生产关系2.灰分（A）⑴增加发电成本；⑵影响锅炉安全运行；⑶腐蚀锅炉设备；⑷污染环境。2019/8/1536煤质特性指标与电力生产关系3.挥发分（V）⑴随煤化程度的加深而减少；⑵其大小决定煤着火的难易程度；⑶Vdaf大于25%易引发煤粉发生爆炸。4.固定碳（FC)固定碳总是低于元素碳（