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1、 部分煤质基础知识简介 一、煤的物理性质 颜色和粉色 光泽 比重和容重 透明度 折光性 反光性 Δ煤的物理性质 发光性 硬度 脆度 断口 裂隙 导电性 磁性和耐热性等 煤的颜色是指新鲜煤块表面的自然色彩，是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜色。在普通白光照射下，煤的表面反射光线所显示的颜色称为表色。腐植煤的表色随着变质程度的增高而变化，见下表： 变质程度 鉴定标志 褐 煤 烟 煤 无 烟 煤 低 变 质 中 变 质 高 变 质 颜 色 褐 黑 黑 黑带灰 灰黑、钢灰、略带金
2、黄色彩 粉 色 棕 深棕到棕黑 深棕到棕黑 黑微带棕 深黑、深灰 光 泽 无光泽或暗沥青光泽 沥青到玻璃光泽 玻璃到强玻璃光泽 强玻璃 金刚、似金属光泽 内生裂隙 几乎无 不发育到较发育 很发育 较发育 不发育 腐泥煤的表色有时呈深灰色，有时为浅黄、棕褐，有时为灰绿以至黑色，变化不定。煤中水分能使煤的颜色加深，矿物质所起的作用往往相反。 煤研成粉末的颜色称为粉色。一般都用钢针刻划煤的表面或者用镜煤在脱釉的素烧瓷板上刻划的条痕而得，所以也被称为条痕色。煤的粉色往往略浅于表色，但是煤的粉色变化又较表色固定，因而常常可以收到更好的效果。 在普通透
3、射光下煤的切面（薄片）所显的颜色称为体色。在垂直反射光下煤的表面（光片）所显示的颜色称为反射色。 长焰煤常见光泽为沥青状光泽，颜色黑色，有时带有褐黑色色彩，条痕褐色、褐黑色。 比重是指煤在一定温度下（20℃）条件下，煤的重量与相同体积（不包括煤孔隙中的）水的重量之比。体重（容重），指在一定的温度（20℃）条件下，煤的重量与同体积（包括煤孔隙中的）水的重量之比。 比重－容重 孔隙率= ×100% 比重 煤的比重与煤岩类型、变质程度以及煤中所含矿物的成分和含量有密切关系。通常所指煤的比重都是包括矿物质在内的比重。因此，煤的比重很大程度上受到所含矿物质的影响，比重随
4、矿物质含量的增大而增大。变质程度相同的煤，其煤岩类型不同，比重也有差异，一般暗淡煤的比重较光亮煤为大。煤的比重随着变质程度的增高而加大。褐煤一般<1.3，烟煤多为1.3～1.4，无烟煤为1.4～1.9；腐泥煤一般仅为1.1。 煤的容重又称“煤的体重”或“煤的假比重”。煤的容重是在勘探过程中通过采集专门的容重样测定的。它是煤层储量计算的重要参数之一。一般褐煤的容重为1.05～1.20，烟煤为1.20～1.40，无烟煤的容重变化范围大，可由1.35～1.80，煤的容重同样受煤岩类型、变质程度和矿物质的影响。 煤的光泽是指常光下煤新鲜表面的反光能力，是肉眼鉴定煤的主要标志之一。根据煤的平均光泽强
5、度用肉眼可以区分出腐植煤的四种煤岩类型：光亮煤，半亮煤，半暗煤和暗淡煤。 腐植煤常见的光泽特征有沥青光泽、玻璃光泽、金刚光泽和似金属光泽等。常见的油脂光泽为玻璃光泽由于表面不平所引起的变种；此外还有因集合方式不同所造成的光泽变种，例如：由于纤维状集合方式所引起的丝绢光泽，由于松散状集合方式所引起的土状光泽等。年轻褐煤常常是微弱的象蜡一样的光泽，称为蜡状光泽。腐泥煤一般光泽暗淡。 影响煤的光泽变化的因素很多，主要有煤岩成分、变质程度、风氧化程度、矿物质特征和表面性质、断口、裂隙、错动与沾污等。 煤的硬度泛指抵抗外来机械作用的能力或强度。 刻划硬度 煤的硬度 压痕硬度 磨损硬度（
6、耐磨硬度） 刻划硬度接近于普通矿物鉴定中的摩氏（Mons）硬度，它是用一套标准矿物（摩氏硬度计）刻划煤标本而得出的粗略的相对硬度概念。 目前普遍采用显微硬度作为变质指标，它是压痕硬度的一种。 贝壳状断口 参次状断口 煤的断口 （根据表面 阶梯状断口 形状和性 棱角状断口 质的不同） 粒状断口 针状断口等 煤的裂隙是指在成煤过程中，煤受到自然界各种应力的影响所造成的裂开现象。按成因不同分为内生裂隙和外生裂隙两种。 内生裂隙是在煤化作用过程中，煤中凝胶化物
7、质受到温度和压力等因素的影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的一种张裂隙。内生裂隙的发育情况与煤的变质程度和煤岩成分（煤岩类型）密切相关。在同一煤岩类型中，内生裂隙的数目（或发育程度）随变质程度由低到高，作规律性变化。 内生裂隙具有以下特点： （1）主要出现在比较均匀致密的光亮煤分层中，特别是镜煤凸镜体或条带中最发育； （2）一般垂直或大致垂直层理面； （3）裂隙面较平坦光滑，裂隙面或断层常伴生有眼球状的张力痕迹； （4）裂隙方向有大致互相垂直或斜交的两组，交叉呈四方形或菱形，其中一组裂隙较发育，另一组裂隙稀疏为次要裂隙组； （5）裂隙在中变质烟煤中最发育，而褐煤和无烟煤中则不发育。
8、由于光亮煤中的内生裂隙在同一变质阶段煤中数目比较稳定，因此，在判断煤的变质程度时，常以光亮煤为准。 外生裂隙是在煤层形成之后，受构造应力的作用产生的。其特点为： （1） 外生裂隙可出现在煤层的任何部位，通常以光亮煤分层最为发育，并往往同时穿过几个煤岩分层； （2） 以不同角度与煤层层理面斜交； （3） 裂隙面上常有波状、羽毛状或光滑的滑动痕迹，有时还可见到次生矿物或破碎煤屑的充填； （4） 外生裂隙有时沿袭既成的内生裂隙而重叠发生。 煤在受力时或在自然条件下破坏时，沿不同方向各组裂隙发生破裂并构成一定的几何形态，某些作者称之为“节理”。常见的节理有板状、柱状、立方体状、平行六面体状
9、等；有时还可见到由复杂的外生裂隙面交互构成的近球状、锥状和鳞片状等。 二、 煤的结构和构造 1、煤的结构 煤的结构是指煤的组成成分的各种特征—包括形态、大小、厚度、植物组织残迹以及它们之间数量关系的变化等。煤的结构反映了成煤原始质料的性质、成分及其变化过程。在变质过程中，煤的各种组成成分在肉眼标志上区别逐渐消失，在高变质煤中就不容易鉴定各种组成成分，因而煤肉眼结构逐渐不明显而趋于均一。 条带状结构 线理状结构 凸镜状结构 （最常见的） 均一状结构 煤的结构 木质状结构 纤维状结构 粒状结构 叶片状结构 （1）条带状结构 由煤的组成成分相互交替而成条
10、带状结构。 宽条带状（>5mm） 条带状结构 中条带状（3～5mm） 细条带状（1～3 mm） 条带结构在烟煤中表现最明显，尤以半亮煤和半暗煤中最常见，年轻的褐煤和高变质的无烟煤中条带状结构不明显。 （2）线理状结构 往往伴随条带状结构同时出现，其宽度小于1mm。根据线理之间交替的间距又可分为密集线理状和稀疏线理状两种。组成线理的物质成分往往是镜煤、丝炭和粘土矿物等，它们断续出现在煤层各部分。以半暗煤中常见。 （3）凸镜状结构 镜煤、丝炭、粘土矿物和黄铁矿常以大小不等的凸镜体形式，连续或不连续散布于煤层中，构成凸镜状结构。和线理状结构一样，凸镜状结构也常常同条带状结构伴
11、生，并可作为条带状结构的一种特殊的变型。以半暗煤和暗淡煤中常见。 （4）均一状结构 组成成分较单纯，均匀，镜煤具较典型的均一状结构，若干腐泥煤、腐植腐泥煤和某些无烟煤也具有均一状结构。 （5）木质状结构 是植物原生结构在煤中的反映。煤在外观上清楚地保存了植物基部的木质组织的痕迹。有时还可见到已被煤化的保存完整的树干和树桩，一般认为在泥炭化阶段由于凝胶化作用中断而保存。木质状结构多见于褐煤。 （6）纤维状结构 在一定程度上反映了植物原生结构，其最大特点是具有沿着一个方向延伸的性质。是植物茎部组织丝炭化作用的产物，具疏松多孔的特点。丝炭常以明显的纤维状结构为重要鉴定特征。因此，丝炭又常
12、称为纤维煤。 （7）粒状结构 肉眼可见清楚的颗粒状。常常是由煤中散布着大量稳定组分或矿物所造成。常为某些暗煤或暗淡煤所特有的。它的变型有时呈鲕状或豆状结构等。 （8）叶片状结构 具有纤细的页理，能被分成极薄的薄片，外观呈纸片状、叶片状。主要由于煤中顺层分布着大量角质体或木栓体所致。 2、煤的构造 煤的构造是组成成分之间的空间排列和分布特点以及它们之间的相互关系。它与煤组成成分的自身特征（如形态、大小）无关，而与植物遗体的聚积条件和变化过程有关。由此可见，结构和构造之间最主要的差别在于鉴定结构时必须考虑组成成分，而构造仅说明煤中各组成成分和煤岩类型在空间中的分布、排列，它的最重要的构
13、造标志是层理。 沉积岩和煤中的层理形成原因对比 沉 积 岩 中 层 理 形 成 的 原 因 煤 中 层 理 形 成 的 原 因 1、颗粒大小的变化 1、作为丝炭、木煤、木质镜煤的植物茎部碎片大小的变化 2、各种成分分层的互层 2、不同煤分层的互层 a、腐植煤分层与腐泥煤分层的互层 b、光亮煤分层与暗淡煤分层等的互层 3、组成部分的水平定向 3、煤岩组分的水平定向 4、某种包裹体在一个层面上的分布 4、丝炭透镜体、泥质透镜体及其它包裹体在一个层面上的分布 5、薄的顺层散布的植物碎屑和云母碎片 5、顺层分布的镜煤化和丝炭化植物残屑 6、沿层面的泥质薄膜 6、沿层面
14、分布的泥质薄膜 7、岩石的不同颜色 7、颜色的意义不大 煤的构造按层理特征分为层状构造和块状构造。 （1）层状构造 连续状 水平层理 不连续状 （按煤层中层理的形态） 不连续状 层状构造 波状层理 凸镜状 水平—波状 斜层理 斜波状 水平层理表明泥炭沼泽内原始质料在平静的环境中，几乎没有水流动的条件下沉积形成，波状层理和斜层理表明泥炭沼泽内原始质料沉积的不均匀和水流动荡等条件下形成。因此，根据层理形态及厚度，可以判断泥炭沼泽中介质的运动性质、介质运动的方向和物质的搬运强度等等。见下表， 层 理 形
15、 态 类 型 层 理 的 亚 型 所反映的介质运动性质 水平层理 连续状 极为微弱的，不明显的 不连续状 同上 波状层理 不连续状 不大 凸镜状 运动强度有变化的 水平—波状 微弱波动的 斜层理 斜层理 定向流动的 煤中最常见的是水平层理，多数为连续水平层理，也有断续水平层理。此外煤中见到一种细水平层理，经X光检验，所得煤的X射线图象表明这种情况是由纯煤物质（具白色色调的浅灰色）和矿物质薄层、薄膜（具暗色色调的浅灰色）相互交替造成的，说明泥炭沼泽内原始质料和矿物杂质具明显的分异和重新分布的特点。 （2）块状层理 无层理，煤的外观均一致密，就一块标本来说，
16、甚至难以分出垂直方向和水平方向，说明成煤物质的相对均匀。多见于腐泥煤、腐植腐泥煤和某些暗淡型的腐植煤。 还原样燃点（℃）－原样燃点（℃） Δ 煤的氧化程度= ×100% 还原样燃点（℃）－氧化样燃点（℃） Δ 确定各种煤类本性的两个非常重要的术语是煤的类型（Type）和煤的煤化程度（Rank）煤的类型是由煤岩组分（有机显微组分和无机显微组分的含量）和煤的物理性质（煤岩组分的形态和大小）表现的特性所决定的，而煤的煤化程度主要是煤的变质作用所达到的程度。因此反映各种不同的有机的和无机的显微组分的比例、分布和组成的煤的
17、类型决定煤的本性。同样反映与地球化学因素所引起的变质作用有关的煤化程度也决定煤的本性。一般认为在泥炭阶段，由于煤岩组分还未形成，而且并没有经受变质作用，泥炭的性质并不受到这两个参数的影响。而各类泥炭的性质是由原始植物组成和分解度（无定形腐植物质占泥炭总有机物质的百分数）所决定的。但从褐煤开始，特别是烟煤阶段开始这两个因素对形成煤的性质起很大的影响。 从化学的观点来看，在煤的成熟（煤化）过程中原始物料有机质官能团上的氧（开始）和氢（其次）从环状碳的“骨架”上脱去，并以气体分子的形式（H2O、COx、CH4）从煤层中逸去，其结果是经受变质作用过的煤中的碳含量随煤化程度的增高而增高，因而碳
18、含量时常用作确定煤化程度的指标。但是化学组成不相似的原始物料中的各种显微组分在煤化阶段所起的变化是完全不同的。因此，原始物料不同的两种类型的煤经相同的变质作用的程度，它们的碳含量有显著的差异（甚至以无灰基作为基准，排除碳酸盐中碳的干扰时），在同一个煤层中可以观察到有明显区别的两类煤。同样地，含有相同煤岩显微组分的煤由于经受的变质作用的程度不同而使它们的碳含量有明显的区别。所以只有煤的类型和煤化程度两个参数的紧密组合确定了煤的化学结构和各种性质。 Δ由于镜煤和镜质组是各种煤岩类型中最纯净、最易辨认而又较易剥离的成分，它在煤化过程中的变化介于壳质组和丝质组之间，比较均匀、适中和有代表性。所以在确
19、定煤的变质程度时，要用油浸物镜下测得的镜质组的最大反射率（RºMax）作为主要鉴定指标（见《煤化学》P33-36页）。 丝质组的反射率在变质过程中变化幅度很小，稳定组的反射率变化虽大，但稳定组分本身在高变质煤中已很少见，都不宜作为鉴定标准。 根据肉眼观察可将腐植煤划分为未变质的、低变质的、中变质的和高变质的等四个阶段。根据在显微镜下或油浸中测定镜质组最大反射率的数值，可将低、中、高变质的煤进一步划分为八个地质阶段，即0～Ⅶ阶段，与按化学工艺性质划分的八个工业牌号（褐煤 无烟煤）大致相当，见下表： 不同变质阶段煤的若干显微镜研究的指标一览表 变质程度 变质阶段 工业牌号 反射率
20、 R最大 （%） 显微镜透射光下的单偏光 显微镜透射光下的正交偏光 凝胶化的颜色 稳定组分的颜色 凝胶化组分的透明度 凝胶化基质 稳定组分 干涉色 各向异性 干涉色 未变质煤 0 褐煤 6.69 褐黄 稻草黄 好 浅褐 无-极微弱 浅灰 低变质 煤 Ⅰ 长焰煤 7.18 褐红 浅黄 好 褐红 较弱 黄灰 Ⅱ 气煤 7.74 橙红 黄-金黄 好 橙红、微褐 较强 黄 中变质煤 Ⅲ 肥煤 8.47 鲜红 橙黄-橙红 较好 鲜橙红 强 橙红 Ⅳ 焦煤 9.31 棕红 红-暗红 较好 橙
21、红 强 红 Ⅴ 瘦煤 9.90 红棕 — 半透明 棕红-橙红 很强 — 高变质煤 Ⅵ 贫煤 10.63 棕 — 半透明 棕红-橙红 很强 — Ⅶ 无烟煤 13.19 深棕-黑 — 微透明- 不透明 — — — Δ 煤中的水分赋存状态分为外在水分、内在水分和结晶水，外在水分和内在水分是以附着和吸附方式与煤机械结合的游离水，比较容易脱除，结晶水用物理机械方式不易除去，但是结晶水分与游离水分比较要少得多，煤的工业分析中只测定游离水而不测定结晶水。 煤中水分含量过高时将增加不必要的运输量，还会引起装卸过筛的困难，破碎时要消耗较多的
22、功；燃烧时蒸发水分需消耗大量的热，炼焦时延长结焦时间，贮存时易于风化自燃。对输煤系统的设计、运行有着直接的影响。 最高内在水分（MHC）是指在一定条件下吸附和凝聚在煤的毛细孔中的饱和水分。全水分（Mt）是指煤的外在水分和内在水分的总和。分析基水分（Mad）是指在空气干燥状态下的内在水分。 Δ 反映煤的厚度、煤质的稳定性的统计数： ∑（Xi－X） 标准差S=[ ]1/2 n-1 S 变异系数V= ×100% X Δ 煤层灰分：按《采样规程》要求，厚度≤0.01m的夹矸与上下煤层合并采样测试。 计量灰分（资源量/储量采用厚度的灰分）：按《勘探规范》10
23、3.1条规定，煤层灰分加单层厚度为≤0.05m的夹矸灰分的加权平均灰分。 煤层开采灰分：即在采煤时按规定应采的各个煤分层及夹矸层，包括0.01～0.30m的夹矸灰分的平均灰分。 煤中的灰分低，不仅对煤的运输、加工、利用有利外，而且对锅炉的设计、运行，电厂基建投资乃至市场前景，都有极大的经济效益及利益。 Δ 挥发分产率是评价煤工艺性能和煤分类的重要指标，它能大致地代表煤的变质程度，同时又能根据挥发分产率和焦渣形状初步判断煤的加工利用性质。我国煤炭分类方案以煤的挥发分产率作为第一分类指标。 挥发分产率=100－M（有机质分解出来的液体和气体的总重量中的水分） Δ 固定炭=100－M
24、－A－V或从测定煤炭挥发分后的残渣重量中减去煤的灰分重量。煤的可燃基固定炭含量与挥发分一样，也是表征煤炭变质程度的一个参数，即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高。 煤的燃料比是指煤的固定碳含量与挥发分产率之比，也是表征煤炭变质程度的一个指标，即煤的燃料比随煤的煤化程度增高而增高，长焰煤的燃料比为1～1.7。 Δ 动力用煤分为民用、锅炉、工业锅（窑）炉、蒸汽机车、船舶等用煤。 Δ 元素分析是指测定煤中有机质的组成元素，即碳、氢、氧、氮、硫的含量。五种元素中以碳、氢、氧为主，它们的总和占有机质的95%以上，氮的含量变化不大，硫的含量则随原始物质和成煤时的沉积条件不同有高有低。 从
25、煤的元素分析可判断煤的变质程度，计算煤的发热量，推测焦油产率和腐煤蜡的产率，探索煤的结构，计算理论燃烧温度和燃烧产物的组成，煤的燃烧热。 煤的元素组成资料也可以作为煤的工艺性质、煤的分类等辅助指标. 当煤作为动力燃料使用时,也常需要原煤的元素组分数据,以便为锅炉设计和燃料煤的理论烟气量、空气消耗量和热平衡使用。 碳的含量是评定煤变质程度的指标，也是计算物料及平衡的依据。 氢含量随变质程度的增高而降低。相同变质程度的煤，氢含量与煤岩组分有关，氢可作为煤变质程度的指标和计算物料及热平衡的依据，还可作用氢含量推测成煤环境的还原程度和作为考虑成因类型划分的参数。 氧含量随煤的变质程度的增高而
26、减少，是区分低变质煤的一个主要指标。煤中的氧含量的多少对煤的加工和利用有着很大的影响，对炼焦用煤，氧含量过高往往使煤的粘结性和结焦性大大降低或失去，当煤用作动力燃料时，氧含量过量时它不但不参与燃烧，反而约束着一部分对燃烧有利的元素（如C、H）从而使发热量减少，所以说煤中的氧的存在一般是不利的，但含氧量高的煤是制取芳香羧酸和腐植酸类物质的良好原料，这时氧的存在又是有利的。 氮含量在煤中很少，随煤的变质程度的增高而降低，但不显著，煤中的氮在干馏、气化时大部分均以氨的形态逸出，可收回作为氨肥用，亦是煤中有用元素，氮在煤燃烧气化时生成NOX而使环境污染，又使煤液化时需消耗一部分氢，这是有害的。 煤
27、中的硫可分为无机硫和有机硫两大类，无机硫又分为硫化物硫（SP）、硫酸盐硫（SS）两种，同时还含有少量的元素硫。 根据硫在燃烧过程及干馏过程中的状态可分为可燃硫、不可燃硫、挥发硫、固定硫。其中：可燃硫=全硫－碳酸盐硫；不可燃硫=碳酸盐硫＋氧化硫气体被煤灰中碱性物质吸收的部分硫；全硫=可燃硫＋不可燃硫。 硫是煤中的有害元素，其危害性主要表现在以下几方面： （1） 贮存煤时，特别是黄铁矿多的煤易于自燃； （2） 作为动力燃料时硫燃烧生成SO2，不仅腐蚀金属设备，而且污染空气造成公害； （3） 煤气化制合成煤气时所产生的SO2气体不仅腐蚀设备，而且使催化剂中毒，影响操作和产品质量。 （4）
28、 炼焦时，大部分硫（60%）转入焦炭中，影响炼焦操作、产品质量和产量，而且对设备严重腐蚀，一般配煤硫应＜1%。 Δ 煤的发热量是指单位重量的煤完全燃烧后所产生的热量，又叫热值（1卡=4.184焦耳）。它是评定动力用煤质量的主要指标，又是计算耗煤量、热平衡及热效率等的依据，还是改进用煤方法，提高热能利用的基础资料。可粗略地推测与变质程度有关的一些煤质特征（如粘结性、结渣性等）。 煤的发热量与煤质的关系：随着煤的煤化程度增加，发热量不断增加，到焦煤达到最高值，此后随煤化程度进一步增加又有所下降，这可从煤的元素组成的变化来解释，从褐煤、长焰煤过渡到焦煤时煤中的氢含量减少得不多，而碳含量的增加和氧
29、含量的减少的幅度有所降低，而氢含量则明显地降低，氢的发热量为碳的发热量的3.7～4.2倍，因此煤的发热量的变化又随着煤化程度的进一步增加而下降了。 收到基低位发热量是指以收到状态的煤为基准的从高位发热量中减去煤燃烧后全部水的汽化热的发热量，这种发热量较接近工业实际情况。是评价动力用煤的重要指标，也是国际煤炭贸易中计价指标，是设计电厂锅炉、燃烧方式的重要参数。 Δ 煤灰成分的分类表：煤的灰成分中约有95%以上是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其余5%是Mg、Na、K、Ti的氧化物和Cl、S、P等所组成。 成 类 分 型 Al2O3 SiO2 Fe2O3 Ca
30、O 硅质灰分 8～30 40～70 ＜20 ＜20 粘土质灰分 30～45 40～55 ＜20 ＜20 铁质灰分 10～70 30～55 ＞20 ＜20 钙质灰分 5～20 15～40 5～20 20～40 多数煤灰以硅酸盐为主，也有以碳酸盐或两者为主的。 煤灰成分分析主要测定SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5、TiO2、Mn3O4等。并应用光谱半定量分析普查其它有价值的伴生元素和稀散元素等。 灰成分和灰熔点有关，目前按灰熔点（ST软化温度℃）分为四类： 难熔灰分＞1500℃；高熔灰分＞1250～
31、1500℃；低熔灰分＞1100～1250℃；易熔灰分＜1100℃。 一般含SiO2和Al2O3高的煤其灰熔点高，含Fe2O3、CaO、MgO、K2O、 SiO2 ＋Al2O3 Na2O高的煤灰熔点低，通常用工业元素比值（简称酸度） Fe2O3＋ CaO ＋MgO 来反映灰熔点的高低，通常比值接近1称为低熔灰分，当比值＞5时，灰分熔点可高达1350℃以上。 Δ 煤灰熔融性和灰粘度是动力用煤和气化用煤的重要指标。煤灰熔融性习惯上称作为煤灰熔点；煤灰粘度是说明灰渣在熔化状态时的动态的重要指标。 煤灰的粘度是指煤灰的内磨擦系数。它表明灰渣在熔化状态时的动态，对确定液态排渣锅炉和气
32、化熔渣的出口温度有十分重要的意义，液态排渣炉不仅要求原料煤的煤灰熔融温度低，而且还需了解煤灰成分及煤灰的粘度～温度特性（温度-粘度曲线）。 固定床的煤气炉中，煤灰粘度应＜50泊；粉煤气化过程中，其粘度应＜250泊；液态排渣锅炉中，粘度50～100泊，最高不能超过250泊。 一般固态排渣的锅炉和固定床气化炉中，以采用煤灰熔温度较高的煤合适；液态排渣的锅炉和气化炉要求烧用煤灰熔融温度低的煤。 炉内结渣情况并不完全决定于煤灰熔融温度，还与煤的灰分含量有很大关系，即煤灰熔融温度相同，灰分含量高的煤比灰分含量低的煤容易结渣。 在工业锅炉和气化炉中，成渣部位的气体介质大都呈弱还原性，为了适应燃烧和
33、气化等工艺条件，煤灰熔融温度的测定须在弱还原气体介质中进行，在弱还原气体介质中，Fe2O3将变成二价铁（FeO），加上FeO能与煤灰里的SiO2生成熔点更低的硅酸盐，所以煤灰在弱还原气体中熔点最低。煤灰成分中的Al2O3和Fe2O3的含量，将直接影响煤灰熔融温度，前者始终与煤灰熔融温度成正比，而后者与煤灰熔融温度成反比。CaO 、MgO 、K2O和Na2O等碱性氧化物也都起降低煤灰熔融温度的作用。SiO2的含量与煤灰熔融温度的关系一般不明显，但当SiO2的含量为45～60%时，煤灰熔融温度随SiO2含量的增高而降低。当CaO含量特高时，则与熔融温度的关系就不符合上述规律，反而起提高煤灰熔融温度
34、的作用。 在工业上一般用ST（软化温度）作为评价煤灰熔点的主要指标。 Δ 络伦兹曲线见《地质勘探时的煤质评价》P88～89 洛伦兹曲线是一种直接进行比较的图示方法，可用来比较不同对象数据点的集中和分散的程度，也是一种相对的比较方法，由于这种方法简单并且较直观地可比较不同对象数据点的离散性，因而在各个专业上应用很广。 在表中分别列出秩（即频数多少的次序），然后按秩的大小顺序排列。并分别计算其频率和累积频率，最后按累积频率绘制曲线，这种曲线称为洛伦兹曲线。曲线越平直（线性）表示数据点越分散，反之曲线越陡，表示数据点越集中。 Δ 煤的粘结性及结焦性 煤的粘结性是指煤粒在密闭（隔绝空气）条
35、件下加热到一定温度后，能够熔融和相互粘结成块的性质。而结焦性则是指煤能炼成具有高强度的焦炭的性能。 粘结性只是煤的结焦性的一个方面，如肥煤粘结性最强，但其结焦性却不如焦煤。对于弱粘结煤来说，一般粘结性和结焦性是一致的。 煤的粘结性和结焦性与煤的变质程度、煤岩类型和矿物杂质含量等有关，光亮型、半光亮型的中变质烟煤的粘结性和结焦性最好。 粘结性是鉴定炼焦用煤的重要指标，也是评价低温干馏、气化或动力用煤的主要根据之一。 100 m2＋m5 粘结性指数= ( ＋m3＋m4) 3 m1 2 m1____冷却后焦块总重量 m2____1毫米圆孔筛上的焦块
36、重量 m3____转鼓中第一次转5分钟后筛上物重量 m4____转鼓中第二次转5分钟后筛上物重量 m5____转鼓中第三次转5分钟后筛上物重量 煤的粘结性与焦渣外观特征（测定煤的挥发分）关系见《煤田地质学》P47 坩锅膨胀系数法[挥发分产率测定（900±20℃）的焦渣特征]见《煤田地质普查勘探手册》（下）P279 根据测定煤挥发分时，残留在坩埚中的焦渣的特征,可大致判断煤的粘结性。我国将坩埚膨胀序数划分为七级，其特征见下表。 粘结性编 号 名 称 焦渣外观特征说明 焦渣外形示意 1 粉状 毫不粘结与原来煤样相似 2
37、粘着 以手指轻压即碎成粉状 3 弱粘结 用手指轻压即裂成小块 4 不熔融粘结 以手指用力压方裂成小块 5 不膨胀熔融粘结 成扁平饼状表面有银灰色金属光泽 6 微膨胀熔融粘结 用手压不碎，表面有银白色金属光泽和小气泡 7 膨胀熔融粘结 焦渣的表面有银灰色金属光泽，高度不超过15mm 8 强膨胀熔融粘结 焦渣的表面有银灰色金属光泽，高度大于15mm Δ 煤灰的熔渣指数和结污指数（见《煤质及化验基础知识》P220） 所谓“熔渣”，就是煤在燃烧过程中粘集在燃烧炉的耐火砖壁上以及其它明显地暴露于热辐射的面壁上的熔融的灰渣。熔渣指数是由
38、煤灰的碱酸比乘以煤的干基全硫来进行计算的。 Fe2O3＋CaO＋MgO＋K2O＋Na2O 煤灰的碱酸比= SiO2＋Al2O3＋TiO2 煤灰的熔渣指数（S.I）=碱酸比×St,d 所谓“结污”是指煤灰中有可能粘集在锅炉的对流管束上面的粘性较大的碱性氧化物，尤其是粘在那些不暴露于辐射热中的过热器和加热器上面的碱性氧化物。结污指数是根据煤灰的碱酸比和氧化钠含量进行计算的。即：煤灰的结污指数（F.I）=煤灰的碱酸比×Na2O(%) 此外，煤灰的铁钙比（Fe2O3/ CaO）、硅铝比（SiO2/ Al2O3）、铁与钙镁比[Fe2O3/ （CaO＋MgO）]、含硅率（硅值）等指数对煤灰在锅
39、炉内的动态也都有关。 SiO2 硅值= SiO2＋Fe2O3＋CaO＋MgO 美国机械工程师协会对于煤灰特性的分类 项 目 类 别 低 的 中 等 的 高 的 严 重 的 结污类 结污指数(碱酸比×Na2O%) ＜0.2 0.2～0.5 ＞0.5～1.0 ＞1.0 Na2O含量(%) ＜0.5 0.5～1.0 ＞1.0～2.5 ＞2.5 煤中的碱性氧化物总量(%) ＜0.3 0.3～0.45 ＞0.45～0.6 ＞0.6 煤中的氯含量(%) ＜0.2 0.2～0.3 ＞0.3～0.5 ＞0.
40、5 煤灰烧结强度 在925℃时(公斤/厘米2) ＜6.89 6.89～34.47 ＞34.47～110.32 ＞110.32 在1700℉时(磅/英寸2) ＜1000 1000～5000 ＞5000～16000 ＞16000 熔渣类 T250 ℃ ＞1275 1400～1150 1245～1120 ＜1200 ℉ ＞2325 2550～2100 2275～2050 ＜2200 熔渣指数(碱酸比×St,d) ＜0.6 0.6～2.0 ＞2.0～2.6 ＞2.6 Δ 煤的低温干馏 测定总水分（Mad）、焦油产率（Td）、半焦产率（CRad
41、气体产率（rad）。焦油产率的变化与原为煤挥发分大致呈正相关系，在相同挥发分煤中，粘结性强的煤焦油产率较高。 Δ 煤的气化指标： 1、煤的化学活性（煤对CO2的反应性）是指在一定的温度条件下，煤对CO2的还原能力。它直接影响煤在炉中的反应情况、耗煤量和煤气中的有效成分等，是气化和燃烧特性的一个重要指标（温度—二氧化碳还原率曲线）。评价煤的化学活时，用试验最终温度1100℃测得的二氧化碳还原率作为评价指标。 2、煤的结渣性是指在气化过程中结渣的难易程度，是评价气化用煤的指标之一。煤的结渣性曲线（用炉栅强度为200、400及800公斤/米2·时的结渣百分数）。 根据>6毫米级的灰渣结
42、渣率对煤的结渣性分为以下几个级别： <5%难结渣煤 5～25%(400公斤/米2·时)中等结渣煤 >25%强结渣煤 煤的结渣性与煤灰熔点有关,即灰熔点愈低,结渣率愈高,结渣性愈强,同时与灰分含量及灰成分有关,灰分愈高,愈易结渣。 3、煤的抗碎强度、块度 作为气化用煤，其块度不能过小，并在运输、装料过程中不发生过多的破碎，即具有足够的机械强度。 筛下物重量 块煤的下限率（含末率）= ×100% 筛上物重量＋筛下物重量 >50mm的矸石重量 煤的含矸率（%）= ×100% 煤样总重量
43、煤的抗碎强度是指煤块受挤压、碰撞等作用而破碎的难易程度。它是动力用煤和气化用煤的质量评价指标（>25mm的块煤占原样试验块煤的重量百分数）。 抗碎强度和煤化程度(Vdaf%)的关系：大于25mm的煤百分比越大，表示抗碎强度越大。在焦煤和肥煤的位置出现最低值，即脆性最大，而年轻烧年老煤则由于各自不同的结构原因，脆度均小于中等变质程度烟煤。按泰茨的规定：最脆的煤的指标小于10；脆的煤10～30；坚固的30～50；最坚固的大于50。在四种宏观煤岩组分中丝炭最脆，其次是镜煤和亮煤，脆度最小的是暗煤。这是煤岩选择破碎法的依据。（抗碎强度和煤化程度关系见《煤化学》P90） 4、煤的热稳定性（又称耐热强
44、度）是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳定程度，即块煤在高温作用下保持原来粒度的性质。热稳定性是评价气化和动力用煤的指标之一。 一般烟煤的热稳定性较好，褐煤和无烟煤的热稳定性较差。褐煤因为含水较多，受热后水分蒸发，使煤变碎。无烟煤由于结构紧密，受热后内外温差大，膨胀不均匀产生应力而使煤碎裂。 5、煤的可磨性，标志着粉碎煤炭的难易程度。是根据磨碎定律来测定煤炭的可磨性，即研磨煤粉所消耗的功与煤炭产生的新表面的面积成正比。在设计和改进制粉系统，估算磨煤机的产量和耗电率时，需测定煤的可磨性，煤的可磨系数愈大，表示煤容易磨碎。煤的可磨性指数在煤中C含量90%附近出现最大值,即最容易磨碎. 煤的可
45、磨性指数和煤化程度的关系见《煤化学》P90。 Δ 希尔特定律（见《煤田地质学》P219）：在同一煤田大致相同的构造条件下，煤的挥发分向地壳深处依层逐渐减少。可以用挥发分梯度，即地层深度每加大一百米挥发分（Vdaf）减少的数值来表示。不同煤田中由于地热条件等的不同，挥发分梯度（也有人称之为变质梯度）是不同的。 随地层深度的加大，除挥发分有规律地减少外，固定碳、碳含量和镜质组反射率等则有规律地增高，其它煤变质指标也作有规律的变化。由于单一采用挥发分梯度指标容易受煤岩成分和成因类型的干扰而出现背离希尔特定律的情况，使煤变质规律表现得不明显或甚至“反常”（特别是当煤层相隔很近，变质程度相差甚微时）
46、所以最好综合采用包括挥发分梯度、碳含量梯度和反射率梯度等各项指标来表示煤变质程度的变化，这样可以更准确地反映煤变质程度随地层深度而加大的规律。事实上，当前也正是从这一种更广泛的涵义上来理解和使用希尔特定律的。 Δ 煤层的风化带和氧化带 到目前为止，对煤层的风化带和氧化带的划分尚无一致的意见，但一般习惯于把接近地表浅处煤的物理性质和化学性质都变化的地带叫作风化带，把较深处煤的物理性质变化不大而化学工艺性质变化了的地带称为次风化带。风化带和次风化带合称为氧化带，见下图： 风化带 次风化带 氧化带 未变化煤 风化煤的成分和性质变化表 煤的成分和 性 质 变
47、化 情 况 煤的成分 和 性 质 变 化 情 况 碳含量 减 少 粘结性 降低以至完全失去粘结性 氢含量 减 少 胶质层厚度 降低以至完全消失 氧含量 增 加 在碱性溶液中的溶解度 增加 湿 度 增 加 焦油产率 减少 灰 分 在一般情况下增加，某些情况下减少 干馏气体 的 成 分 CO2和CO含量增加，氢和烃的含量减少 挥发分 高变质煤中增加，低～中变质煤在开始风化时减少 燃烧温度 降低 发热量 降 低 吸附能力 增加 氧化煤肉眼鉴定标志 煤岩特征 氧化带 光 泽 结构、构造 内生裂隙 机械强度 在裂隙内
48、最普通的矿物 上部 （风化带的强烈氧化煤） 无论在内生裂隙面上或新鲜断面上光泽皆比非氧化煤弱甚至暗淡无光 在个别小块中发现有轻微破坏 被风化裂隙所掩盖 松软，稍捻即碎成粉沫状 多数情况下，没有氢氧化铁，有很多的泥质的风化产物，有时它胶结了个别的煤块 中部 （次风化带上部的中期氧化煤） 在内生裂隙面上比非氧化煤弱，在新鲜断面上与非氧化煤同 与非氧化煤相同 由于风化，内生裂隙很明显，具有与非氧化煤相同的常见度 上部的煤机械强度弱，往往渐增可达到与非氧化带煤相同 有大量的褐色的氢氧化铁充填在煤的裂隙中。碳酸盐薄膜常是受溶蚀的。也可发现
49、大量的晕彩状的氢氧化铁 下部 （次风化带下部的初期氧化煤） 在新鲜断面上与非氧化煤相似，在裂隙面上有时与非氧化煤相似，有时较弱 与非氧化煤相同 常比非氧化煤表现更明显，裂隙的常见度与非氧化煤相同 在大多数情况下与非氧化煤的强度相同 可见新鲜的碳酸盐薄膜，小量晕彩状的氢氧化铁。有时也可发现尚有少量未氧化的黄铁矿薄膜存在 风化煤不仅不能炼焦和干馏，甚至作为燃料用煤，其价值也大大降低。越近地表，风化作用进行得越强烈，风化煤中的有机质部分变为气体逸去，部分则被水溶解带走了，致使煤层在露头及近地表处厚度显著变薄，甚至尖灭成“煤线”。强烈风化的煤由于次生腐植酸化合物的存在并受氢
50、氧化铁的污染而呈褐色，结构也变疏松甚至呈粉沫状，这种褐色粉沫状的风化煤被称为“煤华”。有时因煤中含有铁明钒石，风化后呈白色粉沫，称为“煤垩”。煤华和煤垩都是找煤的良好标志。 煤的燃点：在有氧化剂（固体氧化剂亚硝酸钠和硝酸银等）共存的情况下把煤加热到开始燃烧的温度，叫做煤的燃点。燃点与煤的变质程度有明显的关系，变质程度高，煤的燃点高；变质程度低，煤的燃点低。氧化以后的煤的燃点明显下降。 可分别测定用联苯胺处理过的煤样（还原样），用过氧化氢处理过的煤样（氧化样）和未经处理过的煤样的燃点，然后按下式来确定煤样的氧化程度： 还原样燃点（℃）－原样燃点（℃） 氧化程度=
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