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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,煤炭基础知识,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。,12/22/2025,2,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。,12/22/2025,3,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。,12/22/2025,4,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,12/22/2025,5,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。,12/22/2025,6,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,12/22/2025,7,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。,12/22/2025,8,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、无烟煤的主要特征见表1-2,。,12/22/2025,9,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,12/22/2025,10,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,12/22/2025,11,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,12/22/2025,12,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,（V,daf,、P,m,）及,工艺性能,（G、Y,mm,、b）相结合,对煤炭进行分类。,采用煤的煤化程度参数,V,daf,，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。,12/22/2025,13,煤炭分类标准简介,无烟煤按照干燥无灰基挥发分（V,daf,）和干燥无灰基氢（H,daf,）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(V,daf,)，另一个是表征烟煤黏结性的参数（G）、（Y,mm,）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)。,12/22/2025,14,煤炭分类标准简介,根据透光率指标（P,m,），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，28个品种。,12/22/2025,15,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）。,12/22/2025,16,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，,12/22/2025,17,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。,12/22/2025,18,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。,12/22/2025,19,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,12/22/2025,20,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。,12/22/2025,21,煤的组成与表达式,1-3 常用煤质特性指标表示方法,特性指标,符号,水分,全水分,灰分,挥发分,固定碳,弹筒发热量,高位发热量,12/22/2025,22,低位发热量,碳,氢,氧,氮,全硫,可燃硫,哈氏可磨性指数,碳酸盐二氧化碳,磨损性,着火温度,灰熔融性,变形温度,软化温度,半球温度,流动温度,粘结指数,透光率,12/22/2025,23,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,=100,12/22/2025,24,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。,12/22/2025,25,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。,12/22/2025,26,煤的物理特性,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,12/22/2025,27,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/cm,3,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。,12/22/2025,28,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,12/22/2025,29,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。,12/22/2025,30,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,12/22/2025,31,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。,12/22/2025,32,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,12/22/2025,33,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。,12/22/2025,34,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。,12/22/2025,35,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。,12/22/2025,36,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。,12/22/2025,37,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；,12/22/2025,38,煤质特性指标与电力生产关系,造成煤仓、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。,12/22/2025,39,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。,12/22/2025,40,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),12/22/2025,41,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25.72,12/22/2025,42,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,CO,2,+H,2,O+SO,2,+SO,3,+N,2,+NO,X,+,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。,12/22/2025,43,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。,12/22/2025,44,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,12/22/2025,45,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。,12/22/2025,46,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（,）,SiO,2,1625 Fe,2,O,3,1565,Al,2,O,3,2050 FeO 1420,MgO 2800 K,2,O 800,1000,CaO 2570 Na,2,O 800,1000,12/22/2025,47,煤质特性指标与电力生产关系,六、煤粉细度（,R,x,),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,n,1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。,12/22/2025,48,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。,12/22/2025,49,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),12/22/2025,50,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,干燥无灰 扣除水分和815,下燃烧所得灰分 挥发分、固定碳,量后的假想状态,12/22/2025,51,煤质分析方法的一般规定和基准的应用,2.不同基准之间的关系,煤质某一特性指标，当用不同基准表示时，其数值随,收到基空气干燥基干燥基干燥无灰基的顺序依次,增大；,无论采用哪种基准表示，煤炭各成分之和一定是,100%,且只有采用统一基准，各特性指标值才可以直接相加,减，若采用不同基准，必须将其换算到同一基准后进行,运算。,不同基准之间相差水分或灰分，有时则同时相差水分,与灰分。,采用干燥基时，则灰分、挥发分、固定碳三者之和为,100%；,采用干燥无灰基时，则挥发分与固定碳之和为,100%,。,12/22/2025,52,煤质分析方法的一般规定和基准的应用,3.基准的换算,基准换算可按下式计算：,Y=KX,0,当所需计算的基准比初始基准成分有所减少时，各成分所,占的百分含量随之增加，比例系数,K,1；反之，当所需计,算的基准比初始基准成分有所增加时，各成分所占的百分,含量随之减少，比例系数,K,1。,12/22/2025,53,煤质分析方法的一般规定和基准的应用,举例：以工业分析组成为例,1.由空气干燥基A,ad,换算到干燥基A,d,空气干燥基工业分析组成：,M,ad,+A,ad,+V,ad,+FC,ad,=100,干燥基工业分析组成：,A,d,+V,d,+FC,d,=100,根据干燥基定义，A,d,含量相当于在空气干燥基条件下，,计算,A,ad,占,A,ad,、V,ad,、FC,ad,含量之和的百分数，即：,A,ad,100,A,d,=100=,A,ad,A,ad,+V,ad,+FC,ad,100-,M,ad,12/22/2025,54,100,K=,1,100-M,ad,反之，由干燥基换算到空气干燥基：,100-M,ad,K=,1,100,12/22/2025,55,除低位发热量的换算外，只要将有关数值带入下表所列相应公式，再乘以用已知基的项目值，即可求得所要求的基准。,1-7,不同基的换算公式,已知基,要 求 基,收到基,ar,空气干燥基,ad,干燥基,d,干燥无灰基,daf,收到基,ar,空气干燥基,ad,干燥基,d,干燥无灰基,daf,12/22/2025,56,谢谢大家！,12/22/2025,57,