1、煤炭基本知识中国煤炭及其分类用途一、煤炭是怎样形成的 煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相当长的一段时间内，由于石油的日渐枯竭，必然走向衰败，而煤炭因为储量巨大，加之科学技术的飞速开展，煤炭汽化等新技术日趋成熟，并得到广泛应用，煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。 煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期及空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可然化石，这就是煤炭的形成过程。 一座煤矿的煤层厚
2、薄及这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快，植物遗骸堆积得厚，这座煤矿的煤层就厚，反之，地壳下降的速度缓慢，植物遗骸堆积的薄，这座煤矿的煤层就薄。又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂，有一些煤层埋到地下更深的地方，有的又被排挤到地表，甚至露出地面，比拟容易被人们发现。还有一些煤层相比照拟薄，而且面积也不大，所以没有开采价值，有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。(一)煤的物理性质 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子构造的外部表现。它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定。包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、
3、断口及导电性等。其中，除了比重和导电性需要在实验室测定外，其他根据肉眼观察就可以确定。煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据，并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层比照等地质问题。 是指新鲜煤外表的自然色彩，是煤对不同波长的光波吸收的结果。呈褐色黑色，一般随煤化程度的提高而逐渐加深。 是指煤的外表在普通光下的反光能力。一般呈沥青、玻璃和金刚光泽。煤化程度越高，光泽越强；矿物质含量越多，光泽越暗；风、氧化程度越深，光泽越暗，直到完全消失。 3.粉色 指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹，所以又称为条痕色。呈浅棕色黑色。一般是煤化程度越高，粉色越深。 煤的比重又称煤的密度，它是
4、不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量及同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重又称煤的体重或假比重，它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量及同温度、同体积的水的重量之比。煤的容重是计算煤层储量的重要指标。褐煤的容重一般为1.051.2，烟煤为1.21.4，无烟煤变化范围较大，可由1.351.8。煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素。在矿物质含量一样的情况下，煤的比重随煤化程度的加深而增大。 5.硬度 是指煤抵抗外来机械作用的能力。根据外来机械力作用方式的不同，可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类。煤的硬度及煤化程度有关，褐煤和焦煤的硬度最小，约22.
5、5；无烟煤的硬度最大，接近4。 是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响。在不同变质程度的煤中，长焰煤和气煤的脆度较小，肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大，无烟煤的脆度最小。 是指煤受外力打击后形成的断面的形状。在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等。煤的原始物质组成和煤化程度不同，断口形状各异。 是指煤传导电流的能力，通常用电阻率来表示。褐煤电阻率低。褐煤向烟煤过渡时，电阻率剧增。烟煤是不良导体，随着煤化程度增高，电阻率减小，至无烟煤时急剧下降，而具良好的导电性。 (二) 煤的化学组成 煤的化学组成很复杂，但归纳起来可分为有机质和无机质两大类，以有机质为
6、主体。 煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成。其中，碳、氢、氧占有机质的95%以上。此外，还有极少量的磷和其他元素。煤中有机质的元素组成，随煤化程度的变化而有规律地变化。一般来讲，煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量那么及煤的成因类型有关。碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素，氧是助燃元素，三者构成了有机质的主体。煤炭燃烧时，氮不产生热量，常以游离状态析出，但在高温条件下，一局部氮转变成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体，不仅腐蚀金属设备，及空气
7、中的水反响形成酸雨，污染环境，危害植物生产，而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时，煤中的硫和磷大局部转入焦炭中，冶炼时又转入钢铁中，严重影响焦炭和钢铁质量，不利于钢铁的铸造和机械加工。用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时，各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀。将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料，砷含量过高，会增加产品毒性，危及人民身体安康。 煤中的无机质主要是水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值，其中绝大多数是煤中的有害成分。 另外，还有一些稀有、分散和放射性元素，例如，锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀等，它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中。其中某些元素的含量，一旦到达工业品位或可综合利用时，就
8、是重要的矿产资源。 通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量，通过工业分析可以初步了解煤的性质，大致判断煤的种类和用途。煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容。 1.水分 指单位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态。一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标。煤化程度越低，煤的内部外表积越大，水分含量越高。水分对煤的加工利用是有害物质。在煤的贮存过程中，它能加速风化、破裂，甚至自燃；在运输时，会增加运量，浪费运力，增加运费；炼焦时，消耗热量，降低炉温，延长炼焦时间，降低生产效率；燃烧时，降低有效发热量；在高寒地区的冬季，还会使煤冻结，造成装
9、卸困难。只有在压制煤砖和煤球时，需要适量的水分才能成型。 是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来。灰分对煤的加工利用极为不利。灰分越高，热效率越低；燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭质量。煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点。灰熔点低的煤，燃烧和气化时，会给生产操作带来许多困难。为此，在评价煤的工业用途时，必须分析灰成分，测定灰熔点。 指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体。它是对煤进展分类的主要指标，并被用来初步确定煤的加工利用性质。煤的挥发分产率
10、及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。 4.固定碳 测定煤的挥发分时，剩下的不挥发物称为焦渣。焦渣减去灰分称为固定碳。它是煤中不挥发的固体可燃物，可以用计算方法算出。焦渣的外观及煤中有机质的性质有密切关系，因此，根据焦渣的外观特征，可以定性地判断煤的粘结性和工业用途。 (三)煤的工艺性质 为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反响性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。 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
11、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。这就是为什么要进展配煤炼焦的道理。粘结性是进展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。测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。 是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106表示。它是评价煤炭
12、质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。国际市场上动力用煤以热值计价。我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。发热量主要及煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。为便于比拟耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368107的标准煤来进展计算。 又称活性。是指煤在一定温度下及二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反响能力。它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。反响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。 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
13、内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。 指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等)，在规定条件下用硝酸及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。 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。 是指煤通过洗选，除去其中的夹矸和矿物质的难易程度。我国现行的主要选煤方法有跳汰、重介、浮选。二、中国煤炭资源分布据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000m以浅的煤炭总资源量为万亿t。其中大别山-秦岭-昆仑山一线以北地区资源量约万
14、亿t，占全国总资源量的94%；以南的广阔地区仅占6%左右。 中国煤炭资源的种类较多，在现有探明储量中，烟煤占75%、无烟煤占12%、褐煤占13%。其中，原料煤占27%，动力煤占73%。动力煤储量主要分布在华北和西北，分别占全国的46%和38%，炼焦煤主要集中在华北，无烟煤主要集中在山西和贵州两省。 中国煤炭质量，总的来看较好。已探明的储量中，灰分小于10%的特低灰煤占20%以上；硫分小于1%的低硫煤约占6570%；硫分12%的约占1520%。高硫煤主要集中在西南、中南地区。华东和华北地区上部煤层多低硫煤，下部多高硫煤。 中国煤炭资源北多南少，西多东少，煤炭资源的分布及消费区分布极不协调。从各大
15、行政区内部看，煤炭资源分布也不平衡，如华东地区的煤炭资源储量的87集中在安徽、山东，而工业主要在以上海为中心的长江三角洲地区；中南地区煤炭资源 的72集中在河南，而工业主要在武汉和珠江三角洲地区；西南煤炭资源的67集中在贵州，而工业主要在四川；东北地区相对好一些，但也有52的煤炭资源集中在北部黑龙江，而工业集中在辽宁。各地区煤炭品种和质量变化较大，分布也不理想。中国炼焦煤在地区上分布不平衡，四种主要炼焦煤种中，瘦煤、焦煤、肥煤有一半左右集中在山西，而拥有大型钢铁企业的华东、中南、东北地区，炼焦煤很少。在东北地区，钢铁工业在辽宁，炼焦煤大多在黑龙江；西南地区，钢铁工业在四川，而炼焦煤主要集中在贵
16、州。中国在地质历史上的成煤期共有14个，其中有4个最主要的成煤期，即广泛分布在华北一带的晚炭纪早二叠纪，广泛分布在南方各省的晚二叠纪，分布在华北北部、东北南部和西北地区的早中侏罗纪以及分布在东北地区、内蒙东部的晚侏罗纪早白垩纪等四个时期。它们所赋存的煤炭资源量分别占中国煤炭资源总量的26、5、60和7，合计占总资源量的98。上述四个最主要的成煤期中，晚二叠纪主要在中国南方形成了有工业价值的煤炭资源，其他三个成煤期分别在中国华北、西北和东北地区形成极为丰富的煤炭资源。中国煤炭资源分布面广，除上海市外，全国30个省、市、自治区都有不同数量的煤炭资源。在全国2100多个县中，1200多个有预测储量，
17、已有煤矿进展开采的县就有1100多个，占60左右。从煤炭资源的分布区域看，华北地区最多，占全国保有储量 的4925，其次为西北地区，占全国的3039，依次为西南 地区，占864，华东地区，占57，中南地区，占306， 东北地区，占297。按省、市、自治区计算，山西、内蒙、陕西、新疆、贵州和宁夏6省区最多，这6省的保有储量约占全国的816。中国是世界上煤炭产量最多、增长速度最快的国家。1949年仅产煤炭3243万t，1950年4292万t；1960年到达3.97亿t，1970年3.54亿t，1980年6.20亿t，1990年突破10亿t，1995年到达13.61亿t，1996年增加到13.96亿
18、t，创历史最高年产量记录，占世界总产煤量46.07亿t的30%。1997年由于东南亚金融危机和经济构造调整的影响，煤炭产量下降到13.73亿t。中国煤炭产量分布很不均衡。 根据2007年的?大型煤炭基地煤炭资源、水资源和生态环境综合评价?，我国13个大型煤炭基地煤质优良，煤类齐全，约占全国保有资源储量的85%。13个基地中有10个基地分布在干旱、半干旱地区，生态环境先天缺乏，煤炭开发将可能加速土地沙漠化、水土流失和破坏地下水系统，并造成环境污染。13个大型煤炭基地规划总需水量296万立方米/日，现有供水能力152万立方米/日，缺水144万立方米/日。除云贵、两淮基地水资源丰富以外，其余11个基
19、地均缺水，到2021年，年需水约26亿立方米(日需水700万立方米、年缺水约12亿立方米、日缺水330万立方米。 环境容量小的基地有4个，即晋北、晋中、神东、陕北煤炭基地；环境容量较小的基地有8个，即晋东、两淮、蒙东(东北)、河南、鲁西、宁东、冀中、黄陇煤炭基地；环境容量大的基地有1个，即云贵煤炭基地。13个煤炭基地1500米以浅的预测资源总量为7819.40亿吨。其中，小于1000米预测资源量为4106.77亿吨，占基地预测资源总量的52.52；1000米1500米预测资源量为3712.63亿吨，占基地预测资源总量的47.48。神东、云贵、晋中基地位居前3位，均超过千亿吨，其次是陕北751.
20、17亿吨、晋东532.79亿吨、宁东377.70亿吨，其余7个基地均小于300亿吨。三、中国煤炭分类1958年，国家公布了以炼焦用煤为主的分类方案，为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件，但在实践中也出现了一些问题。在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的根底上，为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点，到达更加合理地利用煤炭资源的目的，1986年，国家重新公布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准，将自然界中的煤划分为14大类。这就是我国现行的煤炭分类国家标准。首先按煤的挥发分，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤；对于褐煤和无烟煤，再分别按其煤化程度和工业利用的特点分为2个和3个小类；烟煤局
21、部按挥发分1020%、2028%、2837和37%的四个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。关于烟煤粘结性，那么按粘结指数G区分：05为不粘结和微粘结煤；520为弱粘结煤；2050为中等偏弱粘结煤；5065为中等偏强粘结煤；65那么为强粘结煤。对于强粘结煤，又把其中胶质层最大厚度Y25或奥亚膨胀度b150%对于28%的烟煤，b220%的煤分为特强粘结煤。在煤类的命名上，考虑到新旧分类的延续性，仍保存气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤8个煤类。 在烟煤类中，对G85的煤需再测定胶质层最大厚度Y值或奥亚膨胀度B值来区分肥煤、气肥煤及其它烟煤类的界限。当Y值大于25时，如37%，那
22、么划分为气肥煤。如37%，那么划分为肥煤。如Y值37%，那么应划分为气煤类，如2837%，那么应划分为1/3焦煤，如在于8%以下，那么应划分为焦煤类。 这里需要指出的是，对G值大于100的煤来说，尤其是矿井或煤层假设干样品的平均G值在100以上时，那么一般可不测Y值而确定为肥煤或气肥煤类。 在我国的煤类分类国标中还规定，对G值大于85的烟煤，如果不测Y值，也可用奥亚膨胀度B值%来确定肥煤、气煤及其它煤类的界限，即对150%的为肥煤；对28%的煤，暂定b值220%的为肥煤当值37%时。当按b值划分的煤类及按Y值划分的煤类有矛盾时，那么以Y值确定的煤类为准。因而在确定新分类的强粘结性煤的牌号时，可
23、只测Y值而暂不测b值。中国煤炭分类国家标准表类别缩写分类指标G无烟煤10-贫煤5-贫瘦煤10205-20-瘦煤20-65-焦煤20.0-28.010.0-20.0 50-6065(150)-肥煤(85)25a-1/3焦煤1/365(85)220-气煤28.0-37.037.0 50-6535 (220)-1/2中粘煤1/230-50-弱粘煤5-30-不粘煤5-长焰煤35-50-褐煤-3030-50 24注：a、G85,再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤及其它煤炭，当Y25.0时，应划分为肥煤或气肥煤，如Y=25,那么根据其的大小而划分为相应的其它煤类。按b值分类时，150%的为肥煤，28%,暂定
24、b220%的为肥煤或气肥煤，如按b值和Y值划分的类别有矛盾时，以Y值划分的为准。b、3737%，3050%的煤，再测，如其值24(5739)，应划分为长焰煤。煤炭分类总表类别符号分类指标无烟煤-烟煤-褐煤3750无烟煤分类表类 别符 号数 码分类指标H*%无烟煤一号101无烟煤二号202无烟煤三号303烟煤的分类表类 别符 号数 码分类指标G贫煤115-贫瘦煤125-20-瘦煤131410.0-20.010.0-20.0 20-5050-65 -焦煤15242510.0-20.020.0-28.020.0-28.0 6550-6565 25.025.0 (150)(150) 肥煤1626361
25、0.0-20.020.0-28.028.0-37.0 (85)(85)(85) 252525 (150)(150)(220) 1/3焦煤1/33565(220)气肥煤46(85)220气煤3443444528.0-37.037.037.0 50-6535-5050-6565 (220)1/2中粘煤1/2233320.0-28.028.0-37.0 30-5030-50 -弱粘煤223220.0-28.028.0-37.0 5-305-30 -不粘煤213120.0-28.028.0-37.0 55 -长焰煤414237.037.0 55-35 -褐煤的分类表类 别符 号数 码分类指标*()褐煤
26、一号1510-30-褐煤二号25230-5024注：1、*凡37.0%、3050%的为煤，如大于(5739),那么划分为长焰煤。2、数码中的十位数表示煤化程度，数字小表示煤化程度高；个位数表示黏结性，数字大表示黏结性强。各种煤的特征及用途：1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、化学反响性强、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。 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5,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。
27、可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。 它水分大，没有粘结性，加热时根本上不产生胶质体，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。 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。 5. 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。 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。 它的
28、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。 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25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，且焦根局部常有蜂焦，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。 9. 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根底煤。 具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热
29、时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成构造致密、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。 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，用它参加配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。 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。 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。 它是煤化
