煤炭的分类与选取

时间：2023-11-01 百科知识版权反馈

【摘要】：在整个煤炭分类中,对每一类煤均可用汉语拼音代号表示,其代号采用两个汉语拼音的大写字母,如气肥煤的汉语拼音代号为QF,瘦煤的代号为SM,等等。烟煤类别的划分,需同时考虑烟煤的煤化程度和工艺性能。煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发分Vdaf作为指标。褐煤的两个小类也是根据其煤化度和利用特征的不同而划分的。贫瘦煤是炼焦煤中变质程度最高的一种,其特点是挥发分较低,但其黏结性仅次于典型瘦煤。

一、煤炭的分类

煤的分类是指依据煤的自然性质和煤在热加工过程中所表现的特性,将各种性质不同的煤分为若干类别,使同一类煤有相近的特性,不同类煤的性质有明显差异。以便于科学地研究和合理地利用煤炭资源。煤的分类由于内容和目的的不同,分类方法也有多种。

现行中国煤炭分类是中国煤炭分类国家标准(GB5751—1986),分类参数有两类,即用于表征煤化程度的参数和用于表征煤工艺性能的参数。

用于表征煤化程度的参数:

——干燥无灰基挥发分:符号为Vdaf,以质量分数表示;

——干燥无灰基氢含量:符号为Hdaf,以质量分数表示;

——恒湿无灰基高位发热量:符号为Qgr,maf,单位为兆焦每千克(MJ/kg);

——低煤阶煤透光率:符号为PM,以百分数表示。

用于表征煤工艺性能的参数:

——烟煤的黏结指数:符号为GR·I(简记为G);

——烟煤的胶质层最大厚度:符号为Y,单位为毫米(mm);

——烟煤的奥亚膨胀度:符号为b,以百分数表示。

首先将所有的煤按煤化程度分为3大类:无烟煤、烟煤、褐煤。再把这3大类煤划分为14个大类,17个小类。

在整个煤炭分类中,对每一类煤均可用汉语拼音代号表示,其代号采用两个汉语拼音的大写字母,如气肥煤的汉语拼音代号为QF,瘦煤的代号为SM,等等。采用汉语拼音代号的优点是既有利于数据库中贮存,又可用简单的符号来表示不同的煤种。

在煤分类方法中还采用了两位数的编码表示不同的煤类,如气煤的数字编码有34、43、44、45,共4个,瘦煤的编码有13、14,共2个,而贫煤的编码只有11。数码越多的煤类,表示其分类指标的变化范围越宽。在各类煤的数码编号中,十位数字代表挥发分的大小,如无烟煤的挥发分最小,十位数字为0,褐煤的挥发分最大,十位数字为5,烟煤类的十位数字介于

1~4之间。个位数字对烟煤类来说,是表征其黏结性或结焦性好坏,如个位数字越大,表示其黏结性越强;个位数字为1的烟煤类,都是一些没有黏结性的煤,如贫煤、不黏煤和长焰煤,个位数字2~6的烟煤,它们的黏结性随着数码的增大而增强。对褐煤和无烟煤来说,每个数码编号代表一个小类别煤,如01~03分别代表1~3号无烟煤,51号及52号各代表1号及2号褐煤。但在烟煤阶段,每一数码编号并不代表1个小类煤,如瘦煤中的13号和14号,并不代表1号瘦煤和2号瘦煤,但可以看出,14号瘦煤的黏结性比13号的强。采用数码编号对指导生产和选择合适的煤源具有一定的实用意义。

表1．2．1 煤炭分类总表

注:①凡Vdaf>37．0%,G<5,再用透光率PM来区分烟煤和褐煤(在地质勘探中,Vdaf>37．0%,在不压饼的条件下测定的焦渣特征为1号~2号的煤,再用PM来区分烟煤和褐煤)。

②凡Vdaf>37．0%、PM>50%者,为烟煤,PM为30%~50%的煤,如恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf>24MJ/kg (5700cal/g),则划为长焰煤。

1.无烟煤

主要是按照各小类的煤化程度和工艺利用特性的不同而划分的。煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发分Vdaf和干燥无灰基氢含量Hdaf作为指标,以此来区分无烟煤的小类。

表1．2．2 无烟煤分类

2.烟煤

烟煤类别的划分,需同时考虑烟煤的煤化程度和工艺性能(主要是黏结性)。烟煤煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发份作为指标;烟煤黏结性的参数,以黏结指数作为主要指标,并以胶质层最大厚度(或奥亚膨胀度)作为辅助指标,当两者划分的类别有矛盾时,以按胶质层最大厚度划分的类别为准。烟煤大类中由老到新共划分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤和长焰煤等12个类别。其中除不黏煤、弱黏煤、长焰煤和贫煤为非炼焦煤以外,其他8个煤类均属炼焦用煤牌号。煤化程度的参数采用干燥无灰基挥发分Vdaf作为指标。烟煤黏结性的参数,根据黏结性的大小不同选用黏结指数G、胶质层最大厚度Y(或奥亚膨胀度b)作为指标,以此来区分烟煤中的类别。烟煤部分按挥发分10%~20%、20%~28%、28% ~37%和大于37%的四个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。关于烟煤黏结性,则按黏结指数G区分:0~5为不黏结和微黏结煤;5~20为弱黏结煤;20~50为中等偏弱黏结煤;50~65为中等偏强黏结煤;大于65则为强黏结煤。对于强黏结煤,又把其中胶质层最大厚度Y>25mm或奥亚膨胀度b>150%(对于Vdaf>28%的烟煤,b>220%)的煤分为特强黏结煤。

表1．2．3 烟煤的分类

续表

注:①G>85,再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤与其他煤类,当Y>25．0mm时,应划分为肥煤或气肥煤,如Y≤25mm,则根据其Vdaf的大小而划分为响应的其他煤类。按b值分类时,Vdaf≤28%,暂定b>150%的为肥煤,Vdaf>28%,暂定b>220%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。

②Vdaf>37%,G≤5的煤,再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。

③Vdaf>37%,PM为30%~50%的煤,再测Qgr,maf,如其值大于24MJ/kg,应划分为长焰煤。

3.褐煤

褐煤的两个小类也是根据其煤化度和利用特征的不同而划分的。煤化程度的参数,采用透光率PM作为指标,并采用恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf为辅来区分烟煤和褐煤。

表1．2．4 褐煤的分类

注:凡Vdaf>37．0%、PM为30%~50%的煤,如恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf>24MJ/kg(5700cal/g),则划为长焰煤。

二、各类煤的基本特征

1.无烟煤(WY)

无烟煤的特点是固定碳高,挥发分低,无黏结性,燃点高,燃烧时不冒烟。这类煤又细分为01号(年老)、02号(典型)和03号(年轻)3个小类。无烟煤主要供民用和做合成氨造气的原料:低灰、低硫、且质软易磨的无烟煤不仅是理想的高炉喷吹和烧结铁矿石用的还原剂与燃料,而且还可作为制造各种碳素材料如碳电极、炭块、阳极糊和活性炭、滤料等原料;某些无烟煤制成的航空用型煤还可用于飞机发动机和车辆马达的保温。

2.贫煤(PM)

贫煤是烟煤中变质程度最高的一小类煤,不黏结或呈微弱的黏结,在层状炼焦炉中不结焦。发热量比无烟煤高,燃烧时火焰短,耐烧,但燃点也较高,仅次于无烟煤。主要作为电厂燃料,尤其是与高挥发分煤配合燃烧更能充分发挥其热值高而又耐烧的优点。一般可作民用及工业锅炉的燃料。

3.贫瘦煤(PS)

贫瘦煤是炼焦煤中变质程度最高的一种,其特点是挥发分较低,但其黏结性仅次于典型瘦煤。单独炼焦时,生成的粉焦多;在配煤炼焦时配入较少比例时也能起到瘦煤的瘦化作用,对提高焦炭的块度起到良好的作用。这类煤也是发电、机车、民用及其他工业炉窑的燃料。

4.瘦煤(SM)

瘦煤是具有中等黏结性的低挥发分炼焦煤。炼焦过程中能产生相当数量的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度较好的焦炭,但其耐磨强度较差,以作为配焦炼焦使用较好。

5.焦煤(JM)

焦煤是一种结焦性较强的炼焦煤,加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度和耐磨强度都很高的焦炭。但单独炼焦时膨胀压力大,有时易产生推焦困难。一般以作为配煤炼焦使用较好。

6.肥煤(FM)

肥煤是中等挥发分及中高挥发分的强黏结性炼焦煤。加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度高的焦炭,耐磨强度比相同挥发分的焦煤炼出的焦炭还好。是配煤炼焦中的基础煤。但单独炼焦时焦炭有较多的横裂纹,焦根部分常有蜂焦。

7.1/3焦煤(JM)

1/3焦煤是中等偏高挥发分的较强黏结性炼焦煤。所以它实质上是一种介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤。在单煤炼焦时能生成熔融性良好,强度较高的焦炭。焦炭的抗碎强度接近肥煤,耐磨强度则又明显地高于气肥煤和气煤。因此它既能单煤炼焦供中型高炉使用,也是良好的配煤炼焦的基础煤。在炼焦时其配入量可在较宽范围内波动而能获得高强度的焦炭。

8.气肥煤(QF)

气肥煤是一种挥发分和胶质体厚度都很高的强黏结性炼焦煤。有人称之为液肥煤。结焦性高于气煤而低于肥煤,胶质体虽多但较稀薄(即胶质体的黏稠度小)。单独炼焦时能产生大量的煤气和液体化学产品。它最适合于高温干馏制造城市煤气,也可用于配煤炼焦以增加化学产品的收率。

9.气煤(QM)

气煤是一种变质程度较低,挥发分较高的炼焦煤,结焦性较强,加热时能产生较高的煤气和较多的焦油。胶质体的热稳定性较差,也能单独结焦。但焦炭的抗碎强度和耐磨强度多低于其他炼焦用煤牌号。焦炭多呈细长条而易碎,并有较多的纵裂纹。一般在配煤炼焦时多配入气煤后可增多煤气和化学产品的收率。有的气煤也可单独高温干馏来制造城市煤气。

10．1/2中黏煤(1/2ZN)

相当于原分类中的一部分1号肥焦煤和1号肥气煤以及黏结性较好的一些弱黏煤,因而它也是一种过渡煤。但这类煤的储量和产量都不多。它是一类挥发分变化范围较宽、中等结焦性的炼焦煤。其中有一部分煤在单煤炼焦时能结成一定强度的焦炭,故可作为配煤炼焦的原料。但单独炼焦时的焦炭强度差,粉焦率高。故主要可作为气化或动力用煤。

11.弱黏煤(RN)

弱黏煤是一种黏结性较弱的从低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。隔绝空气加热时产生的胶质体少。炼焦时有的能结成强度差的小块焦,有的只有少部分能凝结成碎屑焦,粉焦率很高。

12.不黏煤(BN)

不黏煤是一种在成煤初期已经受到相当程度氧化作用的从低变质到中等变质程度的非炼焦用烟煤。焦化时不产生胶质体。煤的水分大,纯煤发热量仅高于一般褐煤而低于所有烟煤,有的还含有一定数量的再生腐植酸。主要可作为发电和气化用煤,也可作为动力及民用燃料,但由于这类煤的灰熔融性低,最好与其他煤类配合燃烧,可充分利用其低灰、低硫、收到基低位发热量较高的优点。

13.长焰煤(CY)

长焰煤是变质程度最低的高挥发分非炼焦烟煤,其煤化程度仅稍高于褐煤而低于其他各类烟煤。煤的燃点低,纯煤热值也不高。从无黏结性到弱黏结性的均有,有的还含有一定数量的腐植酸。贮存时易风化碎裂。有的长焰煤加热时能产生一定数量的胶质体,也能结成细小的长条形焦炭,但焦炭强度差,粉焦率高。所以长焰煤一般不用于炼焦,多作为电厂、机车燃料以及工业炉窑燃料,也可作气化用煤。

14.褐煤(HM)

褐煤是煤化度最低的矿产煤,其特点是水分大,孔隙度大,挥发分高,不黏结,热值低,含有不同数量的腐植酸。化学反应性强,热稳定性差。块煤加热时破碎严重,存放在空气中很易风化变质,碎裂成小块甚至呈粉末状,使热值更加降低。灰熔融性也普遍较低。褐煤主要用作发电燃料。

三、工业用煤的质量要求

煤的工业用途非常广泛,归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面。同时,在炼油、医药、精密铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景。各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准。简要介绍如下:

1.炼焦用煤

炼焦是将煤放在干馏炉中加热,随着温度的升高(最终达到1000℃左右),煤中有机质逐渐分解,其中,挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出,成为煤气和煤焦油,残留下的不挥发性产物就是焦炭。焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石,提供热能和支撑炉料,保持炉料透气性能良好的作用。因此,炼焦用煤的质量要求,是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。

由于不同用途的焦炭质量要求是不同的,因此对于炼焦精煤的质量要求也就有所不同。如炼制冶金焦的精煤质量就应比炼制化工焦的精煤质量好。就炼焦用煤而言,结焦性和黏结性是最为重要的指标,即炼焦用煤首先要有较好的结焦性和黏结性。在我国新的煤炭分类GB5751—86中,1/2中黏煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤均属炼焦煤范畴,都可作为炼焦(配)煤使用。

2.气化用煤

煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质,经过热化学处理过程,把煤转变为各种用途的煤气。煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料。要求作为原料煤的固定碳>80%,灰分(Ag)<25%,硫分(Sg Q)≤2%,要求粒度要均匀,机械强度>65%,热稳定性S+13>60%,灰熔点(T2)>1250℃,挥发分不高于9%,化学反应活性越高越好。

3.炼油用煤

一般以褐煤、长焰煤为主,弱黏煤和气煤也可以使用,其要求取决于炼油方法。

(1)低温干馏法,是将煤置于550℃左右的温度下进行干馏,以制取低温焦油,同时还可以得到半焦和低温焦炉煤气。煤种为褐煤、长焰煤、不黏煤或弱黏煤、气煤。对原料煤的质量要求是:焦油产率(Tf)>7%,胶质层厚度<9mm,热稳定性S+13>40%,粒度6~13mm,最好为20~80mm。

(2)加氢液化法,是将煤、催化剂和重油混合在一起,在高温高压下使煤中有机质破坏,与氢作用转化成低分子液态或气态产物,进一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤。要求煤的碳氢化(C/H)<16,挥发分>35%,灰分(Ag)<5%,煤岩的丝炭含量<2%。

4.燃料用煤

任何一种煤都可以作为工业和民用的燃料。不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样。蒸汽机车用煤要求较高,国家规定是:挥发分(Vr)≥20%,灰分(Ag)≤24%,灰熔点(T2)≥1200℃,硫分(Sg Q)长隧道及隧道群区段≤1%,低位发热量为2．09312×107~2．51174×107J/kg。发电厂一般应尽量用灰分(Ag)>30%的劣质煤,少数大型锅炉可用灰分(Ag)>20%的煤。为了将优质煤用于发展冶金和化学工业,近年来,我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展,不少发热量仅有8372．5J/ kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂,有的发电厂已掺烧煤矸石达30%。

煤的其他用途还很多。如:褐煤和氧化煤可以生产腐殖酸类肥料;从褐煤中可以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等部门使用;用优质无烟煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料;用煤沥青制成的碳素纤维,其抗拉强度比钢材大千倍,且质量轻、耐高温,是发展太空技术的重要材料;用煤沥青还可以制成针状焦,生产新型的电炉电极,可提高电炉炼钢的生产效率,等等。总之,随着现代科学技术的不断进步,煤炭的综合利用技术也在迅速发展,煤炭的综合利用领域必将继续扩大。

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