1、第五部分 煤的性質(zhì) 第六章 煤的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì) 第七章 煤的化學(xué)性質(zhì) 第八章 煤的工藝性質(zhì) processing properties/ technological properties 第一節(jié) 煤的發(fā)熱量 heat value/ calorific value of coal第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì) pyrolysis and caking properties of coal 第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) gasification and combustion properties of coal 第四節(jié) 煤的機(jī)械加工性質(zhì) mechanical processing pr

2、operties of coal第九章 煤的工藝性質(zhì) technological properties 煤的工藝性質(zhì)的概念 是指煤在一定的加工利用過(guò)程中所呈現(xiàn)出的性質(zhì)，如發(fā)熱量、粘結(jié)性、反應(yīng)性、煤灰熔融性等。研究煤的工藝性質(zhì)的重要意義 煤的主要工藝性質(zhì) 煤加工粒度組成、密度組成、可選性等 煤作為燃料發(fā)熱量、灰熔融性、可磨性等 煤作為原料粘結(jié)性、結(jié)焦性、反應(yīng)性， 工藝性質(zhì)概述第一節(jié) 煤的發(fā)熱量一、煤的發(fā)熱量的定義 單位質(zhì)量的煤完全燃燒后釋放出的熱量。 單位：kJ/g或MJ/kg。 Joule焦耳 第一節(jié) 煤的發(fā)熱量二、煤發(fā)熱量的測(cè)定 （1） 稱(chēng)量 1g煤樣置于氧彈中，并將氧彈充入純氧2.63.0

3、MPa，然后放入有水的內(nèi)桶中； （2）點(diǎn)燃煤樣，煤樣燃燒釋放的熱量傳給內(nèi)桶中的水； （3）測(cè)定內(nèi)桶水溫，校正熱損失，即可計(jì)算彈筒發(fā)熱量，用Qb, ad表示。測(cè)定裝置示意圖。The isothermal-Jacket calorimeter A oxygen bombOuter jacket第一節(jié) 煤的發(fā)熱量三、煤在氧彈中燃燒與在大氣中燃燒的區(qū)別（1）燃燒條件的區(qū)別：溫度、氣氛、壓力、恒容、恒壓（2）燃燒結(jié)果的區(qū)別：反應(yīng)、產(chǎn)物（3）對(duì)發(fā)熱量的影響：彈筒發(fā)熱量大于煤的真實(shí)熱值第一節(jié) 煤的發(fā)熱量四、發(fā)熱量的校正（1）彈筒發(fā)熱量the bomb calorific value ：彈筒直接測(cè)得的發(fā)熱量。

4、（2）高位發(fā)熱量the gross calorific value ：由彈筒發(fā)熱量扣除deduct 氮、硫特殊反應(yīng)熱。（3）低位發(fā)熱量the net calorific value ：由高位發(fā)熱量扣除水的蒸發(fā)潛熱。第一節(jié) 煤的發(fā)熱量（一）對(duì)N、S特殊熱效應(yīng)的校正恒容高位發(fā)熱量 從彈筒發(fā)熱量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成熱，稱(chēng)為恒容高位發(fā)熱量，簡(jiǎn)稱(chēng)高位發(fā)熱量，用符號(hào)Qgr, v, ad表示：Q gr, v, ad Q b, ad（ 94.1S b, ad + Q b, ad ）第一節(jié) 煤的發(fā)熱量式中：Sb, ad由彈筒洗液測(cè)得的硫含量，滿(mǎn)足下列條件之一時(shí)，即可用全硫代替： Qb, ad 14.60kJ

5、/g，或St, ad 4.00%。硝酸生成熱校正系數(shù)。試驗(yàn)證明，與Qb, ad 有關(guān)，取值如下： Qb, ad 16.7kJ/g時(shí)，=0.0010 16.7kJ/g 25.10 kJ/g時(shí)，=0.0016第一節(jié) 煤的發(fā)熱量（二）對(duì)水不同狀態(tài)熱效應(yīng)的校正恒容低位發(fā)熱量 從恒容高位發(fā)熱量中扣除水（煤中的吸附水和氫燃燒生成的水）的汽化熱，稱(chēng)為恒容低位發(fā)熱量，簡(jiǎn)稱(chēng)低位發(fā)熱量，用符號(hào)Qnet, v, ad表示，計(jì)算公式如下：Qnet, v, ad = Qgr, v, ad206Had23Mad 第一節(jié) 煤的發(fā)熱量式中：Qnet, v, ad空氣干燥基的恒容低位發(fā)熱量，J/g；Mad煤樣的空氣干燥基水分，

6、%；2060.01g氫生成的水的汽化熱，J；230.01g吸附水的汽化熱，J。第一節(jié) 煤的發(fā)熱量五、恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量 the gross calorific value on the moist ash-free basis 恒濕無(wú)灰基是指煤樣含有最高內(nèi)在水分但不含灰分的一種假想狀態(tài)，這時(shí)煤樣中只含有可燃質(zhì)和最高內(nèi)在水分。煤的恒濕無(wú)灰基高位發(fā)熱量不能直接測(cè)定，需用空氣干燥基的高位發(fā)熱量進(jìn)行換算，公式如下：有人問(wèn)：恒濕無(wú)灰基-MHC=干燥無(wú)灰基嗎？ 如果是，Qgr,maf*100/(100-MHC)=Qgr,v,ad *100/(100-Mad-Aad)推導(dǎo)出來(lái)的公式 Qgr,maf=(10

7、0-MHC)/(100-Mad-Aad)和書(shū)上不同. 你說(shuō)的似乎有一定道理，但你忽略了一個(gè)問(wèn)題，就是MHC的基準(zhǔn)是含有灰分時(shí)測(cè)得的，恒濕無(wú)灰基不是簡(jiǎn)單的有機(jī)質(zhì)加上MHC，即： 恒濕無(wú)灰基-MHC 干燥無(wú)灰基。 因此，這個(gè)思路是錯(cuò)誤的。國(guó)標(biāo)規(guī)定采用教材上的公式，推導(dǎo)思路如下： 首先將Qgr,v,ad 換算為恒濕基的發(fā)熱量Qgr,m，然后再換算為恒濕無(wú)灰基:因?yàn)?Qgr,maf=Qgr,m100/(100-Am) 而 Qgr,m=Qgr,v,ad (100-MHC)/(100-Mad)（類(lèi)似于收到基與空氣干燥基之間的換算） 又恒濕基的灰分Am=Aad(100-MHC)/(100-Mad)將后兩項(xiàng)帶

8、入前面的式子即得書(shū)上的結(jié)果。第一節(jié) 煤的發(fā)熱量六、發(fā)熱量基準(zhǔn)換算發(fā)熱量基準(zhǔn)換算的目的換算公式（1）彈筒發(fā)熱量和高位發(fā)熱量的基準(zhǔn)換算公式第一節(jié) 煤的發(fā)熱量（1）彈筒發(fā)熱量和高位發(fā)熱量的基準(zhǔn)換算公式第一節(jié) 煤的發(fā)熱量（2）低位發(fā)熱量的基準(zhǔn)換算公式 第一節(jié) 煤的發(fā)熱量七、影響煤發(fā)熱量的因素 煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)特性的綜合指標(biāo)，許多因素對(duì)煤的發(fā)熱量有不同程度的影響。 第一節(jié) 煤的發(fā)熱量成因類(lèi)型的影響 ：腐泥煤和腐植煤煤巖組成的影響 ：鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組、惰質(zhì)組礦 物 質(zhì) 的影 響：礦物質(zhì)分解吸熱、礦物質(zhì)不發(fā)熱風(fēng) 化 的 影 響 ：氧含量增加、灰分增加煤化程度的影響：元素組成的變化表5-1 各種煤的發(fā)熱量煤種Q

9、gr, v, daf, kJ/g泥 炭2024年青褐煤2428 年老褐煤2830.6長(zhǎng) 焰 煤3033.5氣 煤32.235.6肥 煤34.336.8焦 煤35.237.1瘦 煤3536.6貧 煤34.836.4年青無(wú)煙煤34.836.2典型無(wú)煙煤34.335.2年老無(wú)煙煤32.234.3第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)一 、煤的熱解pyrolysis/thermal decomposition概念煤在隔絕空氣的條件下進(jìn)行加熱，發(fā)生一系列的物理變化和化學(xué)反應(yīng)，生成氣體(煤氣)、液體(焦油)、固體(半焦或焦炭)的過(guò)程，稱(chēng)為煤的熱解、干餾或炭化。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)熱解分類(lèi) 按熱解終溫 低

10、溫干餾Low-temperature carbonization (500-600)以液體產(chǎn)物為目標(biāo) 中溫干餾medium-temperature carbonization (700-800)制取燃料煤氣 高溫干餾high-temperature carbonization (950-1050)煉焦第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)二 、煤熱解過(guò)程主要的反應(yīng)類(lèi)型 煤的熱解中的裂解反應(yīng) 一次熱解產(chǎn)物的二次熱解反應(yīng) 煤熱解中的縮聚反應(yīng)第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)二 、煤熱解過(guò)程主要的反應(yīng)類(lèi)型 煤的熱解中的裂解反應(yīng)(1) 結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵斷裂生成自由基碎片；(2) 脂肪側(cè)鏈?zhǔn)軣嵋琢呀?，生成氣態(tài)烴，

11、如：CH4C2H6 等；第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)二 、煤熱解過(guò)程主要的反應(yīng)類(lèi)型 煤的熱解中的裂解反應(yīng)(3) 含氧官能團(tuán)的裂解，含氧官能團(tuán)的熱穩(wěn)定性順序?yàn)椋?OH C=O COOH OCH3。(4) 煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物為主的 低分子化合物，其受熱后，可分解成揮發(fā)性產(chǎn)物。 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)一次熱解產(chǎn)物的二次熱解反應(yīng)C2H6 C2H4H2 裂解反應(yīng)，如 脫氫反應(yīng) ，如第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)一次熱解產(chǎn)物的二次熱解反應(yīng) 加氫反應(yīng) ，如 縮合反應(yīng) ，如第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)煤熱解中的縮聚反應(yīng) 膠質(zhì)體metaplast固化過(guò)程的縮聚反應(yīng)，主要是在熱解生

12、成的自由基之間的縮聚，其結(jié)果生成半焦semicoke/char。 半焦分解，殘留物之間縮聚，生成焦炭coke?？s聚反應(yīng)是芳香結(jié)構(gòu)脫氫。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)三、粘結(jié)性煙煤熱解過(guò)程（1）干燥脫吸階段（室溫300）（2）膠質(zhì)體的生成和固化階段（300550） （3）半焦轉(zhuǎn)化為焦炭的階段 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)三、粘結(jié)性煙煤熱解過(guò)程（1）干燥脫吸階段（室溫300）drying and desorption 120：煤炭脫水、干燥 120200：解吸，脫除吸附的CH4、CO、CO2等氣體。 300：低變質(zhì)程度的煤開(kāi)始熱解，生成CO2、CO等，生成放出熱解水和微量的焦油。第二節(jié) 煤的熱解

13、和粘結(jié)成焦性質(zhì)三、粘結(jié)性煙煤熱解過(guò)程（2）膠質(zhì)體的生成和固化階段（300550） 300480：煤分解、解聚 ，析出大量焦油和氣體 其中：在450左右的溫度區(qū)間，焦油的析出量最大。在該階段由于熱解，生成了氣(煤氣和呈氣態(tài)的焦油)、液（膠質(zhì)體）、固(未分解的煤)三相共存的物質(zhì)，稱(chēng)為膠質(zhì)體 。 此階段析出的氣體主要是烴類(lèi)氣體，以甲烷為主，氫氣較少。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)三、粘結(jié)性煙煤熱解過(guò)程（2）膠質(zhì)體的生成和固化階段（300550） 450550(600)膠質(zhì)體固化成為半焦：膠質(zhì)體分解加速，開(kāi)始縮聚，生成分子量很大的物質(zhì)，膠質(zhì)體固化為半焦。 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)三、煙煤熱解過(guò)程

14、（3）半焦轉(zhuǎn)化為焦炭的階段 （550 1000 ） 該階段以縮聚反應(yīng)為主，由半焦轉(zhuǎn)化為焦炭。550750，半焦分解析出大量的氣體，主要是H2和少量的CH4，稱(chēng)為熱解的二次氣體。半焦分解釋放出大量氣體后，體積收縮產(chǎn)生裂紋。在此階段基本上不產(chǎn)生焦油。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)三、煙煤熱解過(guò)程（3）半焦轉(zhuǎn)化為焦炭的階段 （550 1000 ） 7501000，半焦進(jìn)一步分解，繼續(xù)析出少量氣體，主要是H2，同時(shí)半焦發(fā)生縮聚，使芳香碳網(wǎng)不大增大，結(jié)構(gòu)單元的排列有序化進(jìn)一步增強(qiáng)，最后半焦轉(zhuǎn)化成為焦炭。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)四、非粘結(jié)性煤noncaking coal熱解過(guò)程 煤化程度低的非粘結(jié)性

15、煤 如褐煤、長(zhǎng)焰煤等，其熱解過(guò)程與煙煤大體類(lèi)似，同樣有分解、裂解和縮聚等反應(yīng)發(fā)生，生成大量氣體和焦油，只是在熱解過(guò)程中沒(méi)有膠質(zhì)體生成，不會(huì)產(chǎn)生熔融、膨脹等現(xiàn)象，熱解前后煤粒仍然呈分離狀態(tài)，不會(huì)粘結(jié)成塊。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)四、非粘結(jié)性煤noncaking coal熱解過(guò)程 煤化程度高的非粘結(jié)性煤 如貧煤、無(wú)煙煤，其熱解過(guò)程較為簡(jiǎn)單，以裂解為主，釋放出少量的熱解氣體，其中熱值高的烴類(lèi)如甲烷含量較低，氫含量則較高，煤氣熱值相對(duì)較低。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)五、煤熱解產(chǎn)生膠質(zhì)體的性質(zhì) 膠質(zhì)體的概念膠質(zhì)體的熱穩(wěn)定性（溫度間隔 ）膠質(zhì)體的透氣性膠質(zhì)體的流動(dòng)性膠質(zhì)體的膨脹性第二節(jié) 煤的熱解

16、和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、中間相理論the mesophase theory（一）煤熔融形成中間相的概念 粘結(jié)性煙煤在炭化過(guò)程中，鏡質(zhì)組變?yōu)槟z質(zhì)體時(shí)開(kāi)始形成很微小的球體，這些小球體逐漸接觸、融并、長(zhǎng)大，最后聚結(jié)在一起，形成了類(lèi)似于液晶的具有各向異性的流動(dòng)相態(tài)，這就是中間相。中間相是由聚合的芳香層片的扭曲結(jié)構(gòu)組成的，再繼續(xù)加熱，聚合物發(fā)生裂解、縮聚而固化，最終形成各向異性炭。如果沒(méi)有中間相的轉(zhuǎn)變過(guò)程，只能形成各向同性炭。焦炭生產(chǎn)過(guò)程中，各向異性炭是追求的目標(biāo)。 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)各向同性液體第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)八、中間相理論 （二）中間相的特點(diǎn) （1）中間相的形成是不可逆的；（2）

17、中間相的形成是化學(xué)過(guò)程。中間相形成以后，內(nèi)部發(fā)生連續(xù)的裂解、縮聚等化學(xué)變化；（3）中間相在形成過(guò)程中C/H比逐漸增大；（4）中間相在形成過(guò)程中，分子量是逐漸增大的。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)八、中間相理論 （三）中間相的形成過(guò)程 中間相從小球體產(chǎn)生到膠質(zhì)體固化、形成半焦這一階段為中間相階段，發(fā)展過(guò)程如圖所示 。各向同性液體第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法evaluation methods（一）粘結(jié)性和結(jié)焦性的概念定義：煤的粘結(jié)性是指煙煤在干餾時(shí)產(chǎn)生的膠質(zhì)體粘結(jié)自身和/或惰性物料的能力。煤的結(jié)焦性是指單種煤或配合煤在工業(yè)焦?fàn)t或模擬工業(yè)焦?fàn)t的煉焦條件下（一定的升溫速度、加

18、熱終溫等），粘結(jié)成塊并最終形成具有一定塊度和強(qiáng)度的焦炭的能力。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（二）羅加指數(shù)R.I. (Roga Index)測(cè)定：稱(chēng)取1g煤樣與5g標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤放入特制坩堝內(nèi)攪拌均勻并鋪平，放上鋼質(zhì)砝碼，在6kg負(fù)荷下壓實(shí)30秒，加蓋，連同砝碼一起放入已預(yù)熱至850的馬弗爐灼燒15min，取出，冷卻后稱(chēng)量焦渣總質(zhì)量為m0，用孔徑為1mm的圓孔篩篩分，稱(chēng)量篩上物質(zhì)量為m，然后進(jìn)行每次5分鐘的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)磨（轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為502rpm），共3次，每次轉(zhuǎn)磨結(jié)束后將焦渣用1mm圓孔篩篩分，并稱(chēng)量篩上物質(zhì)量，分別得到m1、m2和m3。 式中：RI羅加指數(shù)，%；m0焦化后焦渣總質(zhì)

19、量，g；m轉(zhuǎn)磨前大于1mm焦渣的質(zhì)量，g；m1第一次轉(zhuǎn)磨后大于1mm焦渣的質(zhì)量，g；m2第二次轉(zhuǎn)磨后大于1mm焦渣的質(zhì)量，g；m3第三次轉(zhuǎn)磨后大于1mm焦渣的質(zhì)量，g。 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)計(jì)算：羅加指數(shù)RI用下式進(jìn)行計(jì)算：第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（二）羅加指數(shù)R.I. 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：羅加指數(shù)法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)在設(shè)備簡(jiǎn)單快速、所需試驗(yàn)煤樣少、它不但能反映煤的粘結(jié)能力還能在一定程度上反映焦炭的強(qiáng)度。 缺點(diǎn)：但羅加指數(shù)也有缺點(diǎn)，如加熱速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)煉焦的加熱速度，使粘結(jié)性測(cè)值偏高，對(duì)強(qiáng)粘結(jié)性煤區(qū)分

20、能力差，對(duì)弱粘結(jié)性煤的重現(xiàn)性差，不同的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的不一致，使得各國(guó)間的測(cè)值不具可比性。適用性：中等粘結(jié)性的煤六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（三）粘結(jié)指數(shù)GR.I. (Caking-index) 1、來(lái)歷：針對(duì)羅加指數(shù)的缺點(diǎn)改進(jìn)而來(lái)的。 2、測(cè)定要點(diǎn)：原理和儀器與羅加指數(shù)法完全相同。標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤、配比、測(cè)定步驟等有不少變化和改進(jìn)。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)（三）粘結(jié)指數(shù) GR.I. (Caking-index) 3、改進(jìn)點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)：（1）將標(biāo)準(zhǔn)無(wú)煙煤的粒度降為0.10.2mm，一方面與試驗(yàn)煤樣粒度接近，可防止發(fā)生煤樣粒度偏析，影響測(cè)定結(jié)果，另一方面，降低無(wú)煙煤粒度，可增加其吸納膠質(zhì)體的能力，

21、有利于提高對(duì)強(qiáng)粘結(jié)性煤的區(qū)分能力；（2）根據(jù)煤樣的粘結(jié)性強(qiáng)弱靈活改變配比，粘結(jié)性較強(qiáng)的煤用1:5的比例，粘結(jié)性較弱的煤用3:3的比例，可以提高強(qiáng)粘結(jié)性煤的區(qū)分能力和弱粘結(jié)性煤的測(cè)定準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性；（3）轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)由3次改為2次，提高了測(cè)定效率。結(jié)果計(jì)算公式：第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)式中：G粘結(jié)指數(shù)； m0焦化后焦渣總質(zhì)量，g； m1第一次轉(zhuǎn)磨后大于1mm焦渣的質(zhì)量，g； m2第二次轉(zhuǎn)磨后大于1mm焦渣的質(zhì)量，g。 如果結(jié)果G 18，煤樣的配比改為3:3，G按下式計(jì)算：煤的配比為1:5時(shí)，粘結(jié)指數(shù)G按下式計(jì)算：第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（四）膠質(zhì)層指數(shù)Y (the

22、plastic layer index ) 又名膠質(zhì)層最大厚度(the maximum thickness of plastic layer) ，是由前蘇聯(lián)學(xué)者薩保士尼科夫和巴斯列維奇Sapozhnikov-Basilevich提出的。1、測(cè)定要點(diǎn)是第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì) 將煤樣裝入特制的煤杯中，并在上面加一可移動(dòng)壓盤(pán)，壓盤(pán)通過(guò)杠桿和重錘相連，使壓盤(pán)對(duì)煤樣產(chǎn)生0.1MPa的壓力。然后模擬煤樣在焦?fàn)t中的受熱過(guò)程，以3/min的升溫速度從煤杯底部單側(cè)加熱，使煤杯中的煤樣形成一系列溫度不同的等溫層。等溫層的溫度從上到下依次遞增。當(dāng)溫度升到煤的軟化點(diǎn)時(shí)，煤開(kāi)始軟化形成具有塑性的膠質(zhì)體，當(dāng)溫度升

23、到固化溫度時(shí)，膠質(zhì)體開(kāi)始固化形成半焦。這樣，煤杯中的煤樣就逐層軟化、熔融再固化。在試驗(yàn)過(guò)程中要用特制的探針定時(shí)測(cè)量膠質(zhì)層的厚度，以膠質(zhì)層最大厚度作為Y值梯度。 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)2、膠質(zhì)層指數(shù)測(cè)定得到的體積曲線。 優(yōu)點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)是Y值具有可加性。 缺點(diǎn)：（1）膠質(zhì)層厚度只能反映膠質(zhì)體的數(shù)量，不能反映膠質(zhì)體的質(zhì)量；（2）測(cè)定過(guò)程的規(guī)范性強(qiáng)，影響測(cè)定結(jié)果的因素多；（3）測(cè)定時(shí)所需煤樣量大； （4）對(duì)弱粘煤(Y7 mm)和膠質(zhì)體流動(dòng)性大的煤(Y25 mm)測(cè)定的精度差、重現(xiàn)性差。適用性：膠質(zhì)層指數(shù)法較適合于中等粘結(jié)性的煤第二節(jié) 煤

24、的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì) 3、膠質(zhì)層指數(shù)之優(yōu)缺點(diǎn) 測(cè)定要點(diǎn)：將煤樣按規(guī)定方法制成形狀和大小類(lèi)似于粉筆的煤筆，放入專(zhuān)用膨脹管內(nèi)，煤筆上部放置一根能自由滑動(dòng)的膨脹桿。將上述裝置放入專(zhuān)用電爐后，在膨脹桿上端連接一枝記錄筆，記錄筆與卷在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)筒上的記錄紙相接觸，以3/min的升溫速度加熱，在記錄紙上就記錄下膨脹桿上下移動(dòng)的位移曲線。測(cè)量并計(jì)算位移的最大距離占煤筆原始長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)，作為煤樣的膨脹度 ，即奧阿膨脹度指標(biāo)（b） 。第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（五）奧阿膨脹度b Audibert-Arnu dilatation 第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（五

25、）奧阿膨脹度b儀器第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（五）奧阿膨脹度b 儀器第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（五）奧阿膨脹度b 膨脹管第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（五）奧阿膨脹度b 體積曲線第二節(jié) 煤的熱解和粘結(jié)成焦性質(zhì)六、煤粘結(jié)性的評(píng)定方法（五）奧阿膨脹度b 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：奧阿膨脹度對(duì)中、強(qiáng)粘結(jié)性煤的區(qū)分能力強(qiáng)，對(duì)強(qiáng)粘結(jié)性煤，區(qū)分能力好于Y值，測(cè)定時(shí)人為誤差小，結(jié)果重現(xiàn)性好。 缺點(diǎn)：對(duì)弱粘結(jié)性煤區(qū)分能力差，以及實(shí)驗(yàn)儀器加工精度要求高，規(guī)范性太強(qiáng)。 適用性：強(qiáng)粘結(jié)性煤第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 與煤炭氣化、燃燒有關(guān)的工藝性質(zhì)，

26、主要包括煤灰性質(zhì)（灰熔點(diǎn)，結(jié)渣性和灰粘度）、煤與氣化介質(zhì)的反應(yīng)活性、煤的著火溫度、煤的機(jī)械強(qiáng)度、煤的熱穩(wěn)定性等。一、煤灰的性質(zhì)（一）煤灰熔融性Fusibility of coal ash 煤灰熔融性是指煤灰在高溫條件下軟化、熔融、流動(dòng)時(shí)的溫度特性。通常，煤灰熔融性采用角錐法進(jìn)行測(cè)定，即將煤灰制成三棱錐形狀的灰錐，放入高溫爐，在一定氣氛下加熱，觀察在加熱過(guò)程中灰錐的變形情況，依此確定煤灰熔融性。如下圖所示。第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì)測(cè)定煤灰熔融性的儀器第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì)1、煤灰熔融性的表示： 變形溫度(Deformation temperature, DT)煤灰錐體尖端開(kāi)始彎

27、曲或變圓時(shí)的溫度。 軟化溫度(Softening temperature, ST)煤灰錐體彎曲至錐尖觸及底板變成球形或半球形時(shí)的溫度。 半球溫度(Hemispherical temperature, HT)試樣形變至近似半球形，即高等于底長(zhǎng)的一半時(shí)的溫度。 流動(dòng)溫度(Flowing temperature, FT)煤灰錐體完全熔化展開(kāi)成高度小于1.5 mm薄層時(shí)的溫度。 一般以煤灰軟化的溫度ST作為衡量煤灰熔融性的主要指標(biāo)，即灰熔點(diǎn)。第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì)2、 影響煤灰熔融性的因素灰分化學(xué)組成灰渣部位氣氛煤灰熔融性主要取決于煤灰成分的組成比例，灰成分中SiO2和Al2O3含量高，灰熔

28、點(diǎn)也高。而CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等堿性成分高則灰熔點(diǎn)就低。 氧化、弱還原和強(qiáng)還原氣氛下，F(xiàn)e元素分別以Fe2O3、FeO和Fe的形式存在，其熔點(diǎn)也各不同。Fe2O3的熔點(diǎn)是1560，F(xiàn)eO是1535，F(xiàn)e是1420。在弱還原性氣氛下， FeO能與SiO2形成一系列低共熔混合物，如4FeOSiO2，2FeOSiO2和FeOSiO2等，它們的熔融范圍均在11381180之間。在工業(yè)條件下，煤炭燃燒或氣化成渣部位的氣氛一般是弱還原性的，因此，在測(cè)定煤灰熔融性時(shí)，一般模擬弱還原性氣氛進(jìn)行。（二）煤灰黏度1、煤灰黏度煤灰黏度是指煤灰在熔融狀態(tài)下的內(nèi)摩擦系數(shù)，表征煤灰在高溫熔融狀態(tài)下

29、流動(dòng)時(shí)的物理特性。煤灰黏度是動(dòng)力用煤和氣化用煤的重要指標(biāo)，特別是對(duì)于液態(tài)排渣爐來(lái)說(shuō)，僅靠煤灰熔融溫度的高低已經(jīng)不能正確判斷煤灰渣在液態(tài)時(shí)的流動(dòng)特性，而需要測(cè)定煤灰在熔融態(tài)時(shí)的黏度特性曲線。煤灰的性質(zhì)近年來(lái)，世界上液態(tài)排渣的大型現(xiàn)代化鍋爐和氣化爐有了很快發(fā)展，特別是現(xiàn)代煤氣化工藝中，很多工藝對(duì)煤灰黏度提出了要求，因?yàn)檫@些煤氣化工藝均是在高于煤灰熔點(diǎn)的溫度下操作，采用液態(tài)排渣，一般希望煤灰黏度小一點(diǎn)為好，這樣可以在較低溫度下操作，以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，有利于降低操作費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。例如，在固定床液態(tài)排渣煤氣爐中，排渣黏度應(yīng)小于5.0PaS；煤粉氣化過(guò)程中，其排渣黏度應(yīng)小于25.0PaS；而在液

30、態(tài)排渣鍋爐中，順利排渣的黏度范圍是5.010.0PaS。煤灰的性質(zhì)2、煤灰黏度和灰成分的關(guān)系 煤灰成分中，影響煤灰粘度的主要因素是二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵和三價(jià)鐵百分率、氧化鈣以及氧化鎂。其中SiO2和A12O3能提高灰的粘度；Fe2O3、CaO和MgO能降低灰的粘度；三價(jià)鐵百分率增加時(shí)，灰粘度增加，臨界粘度溫度升高。但當(dāng)Fe2O3含量高、SiO2含量低時(shí)，增加SiO2含量反會(huì)降低粘度。此外，Na2O也能降低粘度。 灰渣的流動(dòng)性不僅取決于它的化學(xué)成分，也取決于它的礦物質(zhì)組成。化學(xué)成分相同但礦物組成不同的灰渣，完全可能有不同的流動(dòng)性。煤灰的性質(zhì)（三）煤的結(jié)渣性1、煤的結(jié)渣性的概念在煤的氣化、燃燒

31、過(guò)程中，煤中的碳與氧反應(yīng)，放出熱量產(chǎn)生高溫使煤中的灰分熔融成渣。對(duì)固態(tài)排渣氣化爐，渣的形成一方面使氣流分布不均勻，易產(chǎn)生風(fēng)洞，造成局部過(guò)熱，而給操作帶來(lái)一定的困難，結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致停產(chǎn)；另一方面由于結(jié)渣后煤塊被熔渣包裹，煤中碳未完全反應(yīng)就排出爐外，增加了碳的損失。煤灰的性質(zhì)（三）煤的結(jié)渣性2、煤結(jié)渣性的測(cè)定將36mm粒度的煤樣裝入特制的氣化裝置中，用同樣粒度的木炭引燃，在規(guī)定的鼓風(fēng)強(qiáng)度下使其氣化（或燃燒），待試樣燃盡后停止鼓風(fēng)、冷卻、稱(chēng)量和篩分，測(cè)定其結(jié)渣率。以粒度大于6mm的灰渣質(zhì)量占總灰渣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示結(jié)渣性。煤灰的性質(zhì)（三）煤的結(jié)渣性3、結(jié)渣性的影響因素（1）煤灰熔融性的影響：煤的結(jié)

32、渣性與煤灰熔融性有一定關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，灰熔點(diǎn)低的煤容易結(jié)渣，灰熔點(diǎn)高的煤不容易結(jié)渣。煤灰的性質(zhì)（三）煤的結(jié)渣性3、結(jié)渣性的影響因素（2）煤灰產(chǎn)率的影響：煤的結(jié)渣性受煤灰成分及煤灰含量雙重因素的影響。結(jié)渣性測(cè)定的操作條件更接近于煤氣化或燃燒工藝，因此它比灰熔點(diǎn)能更好地反映灰的結(jié)渣特性。如陽(yáng)泉煤灰的ST大于1500，大同煤灰的ST為1270，但大同煤的灰熔點(diǎn)雖然較低，但是其灰分也低，所以結(jié)渣率并不高。煤灰的性質(zhì)1、煤的反應(yīng)性的定義：是指在一定溫度條件下，煤炭與不同氣化介質(zhì)（CO2、O2、H2O等）相互作用的反應(yīng)能力。 第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 二、煤的反應(yīng)性reactivity 2、測(cè)定要

33、點(diǎn)：煤炭反應(yīng)性的表示方法很多，如用活化能、反應(yīng)速度、反應(yīng)物分解率等。比較簡(jiǎn)便準(zhǔn)確的方法是CO2還原率（分解率）。CO2還原率測(cè)定方法要點(diǎn)是：先將煤進(jìn)行干餾，取一定粒級(jí)的焦渣裝入特制的剛玉反應(yīng)管中，通入CO2氣在一定溫度下反應(yīng)，取反應(yīng)后氣體分析其中的CO2濃度，根據(jù)公式計(jì)算出CO2還原率。第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 二、煤的反應(yīng)性reactivity 式中：二氧化碳還原率， a通入爐內(nèi)二氧化碳中雜質(zhì)含量， 反應(yīng)后氣體中剩余的二氧化碳含量，第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 二、煤的反應(yīng)性reactivity 3、煤的反應(yīng)性的影響因素 煤炭反應(yīng)性與煤化程度、煤

34、中的礦物質(zhì)等因素有關(guān)。煤化程度高，煤的反應(yīng)性低，煤灰中鉀、鈉、鈣等含量高，由于它們對(duì)反應(yīng)過(guò)程有催化作用，使煤的反應(yīng)性就高。 煤炭反應(yīng)性與煤化程度關(guān)系煤化程度對(duì)反應(yīng)性的影響第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 三、煤的著火溫度 煤的著火溫度舊稱(chēng)著火點(diǎn)，是指煤加熱至開(kāi)始燃燒的溫度。（一）測(cè)定方法要點(diǎn)：將煤樣與亞硝酸鈉按一定比例混合均勻，并按規(guī)定的方法加熱，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，煤樣和氧化劑亞硝酸鈉在瞬間內(nèi)發(fā)生劇烈反應(yīng)而爆燃，爆燃時(shí)產(chǎn)生的壓力使水柱下降的瞬間出現(xiàn)明顯的溫度升高或體積變化，該瞬間溫度即煤的著火溫度。第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 三、煤的著火溫度（二）煤著火

35、點(diǎn)與煤質(zhì)的關(guān)系 煤的著火點(diǎn)隨煤化程度的加深而升高。煤受到輕微氧化后，其著火點(diǎn)明顯降低。四、煤的熱穩(wěn)定性（一） 煤的熱穩(wěn)定性的概念： 煤的熱穩(wěn)定性是塊煤 在高溫下保持原來(lái)粒度的能力，用TS（Thermal Stability）表示。 熱穩(wěn)定性的用途：固定床燃燒或氣化用燃煤的重要指標(biāo)。第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) 第三節(jié) 煤炭氣化與燃燒的工藝性質(zhì) （二）熱穩(wěn)定性的測(cè)定要點(diǎn)： 取613mm的煤樣在850下加熱并保溫15min，取出冷卻后用6mm的篩子篩分，計(jì)算篩上物質(zhì)量占焦渣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，用TS+6表示，TS+6值越大，則煤的熱穩(wěn)定性越好。一般褐煤的熱穩(wěn)定性最差，其次是無(wú)煙煤，煙煤則較好。 第

36、四節(jié) 煤的機(jī)械加工性質(zhì)煤炭在應(yīng)用中會(huì)經(jīng)歷許多的機(jī)械加工的過(guò)程，如破碎、磨碎、篩分、成型等，這些加工過(guò)程的難易和特性與煤的很多性質(zhì)有關(guān)，如破碎和磨碎與煤的硬度、強(qiáng)度、可磨性有關(guān)，篩分與煤的粒度特性有關(guān)，成型與煤的塑性和彈性有關(guān)等。將這些性質(zhì)歸并為“煤的機(jī)械加工性質(zhì)” 。第四節(jié) 煤的機(jī)械加工性質(zhì)一、煤的落下強(qiáng)度shatter strength煤的落下強(qiáng)度原稱(chēng)為機(jī)械強(qiáng)度或抗碎強(qiáng)度，是指煤對(duì)外力作用時(shí)的抵抗能力。第四節(jié) 煤的機(jī)械加工性質(zhì)一、煤的落下強(qiáng)度shatter strength（一）鐵箱落下試驗(yàn)法測(cè)定煤落下強(qiáng)度的方法要點(diǎn) 用60100mm的塊煤25kg，放在特制的活底鐵箱中，在離地面2m高處打開(kāi)

37、鐵箱活底，讓煤樣自由落到地面的鋼板上，用25mm的方孔篩篩分，將大于25mm的煤樣再進(jìn)行落下和篩分，重復(fù)三次后稱(chēng)出大于25mm塊煤的質(zhì)量G1。以G1占原來(lái)煤樣質(zhì)量G的百分率作為煤炭的落下強(qiáng)度，即抗碎強(qiáng)度。第四節(jié) 煤的機(jī)械加工性質(zhì)一、煤的落下強(qiáng)度 shatter strength（二）煤的落下強(qiáng)度與煤質(zhì)的關(guān)系煤的落下強(qiáng)度與煤化程度、煤巖組成、礦物質(zhì)含量和風(fēng)化、氧化等因素有關(guān)。高煤化程度和低煤化程度煤的機(jī)械強(qiáng)度較大，中等煤化程度的肥煤、焦煤機(jī)械強(qiáng)度最小。宏觀煤巖組分中絲炭的機(jī)械強(qiáng)度最小，鏡煤次之，暗煤最堅(jiān)韌。礦物質(zhì)含量高的煤機(jī)械強(qiáng)度大。煤經(jīng)風(fēng)化和氧化后機(jī)械強(qiáng)度將降低。二、 煤的可磨性 grindability 煤的可磨性是指煤磨碎成粉的難