煤炭基本知识【参考】

煤炭基础知识

煤是一种沉积作用形成的可燃有机岩，是由地质历史时期的古植物体经过复杂的生物化学和物理化学作用转变而成的。为帮助我公司员工对煤炭基本属性的了解，现参考国内相关资料编撰了《煤炭基础知识》，共包括三部分：煤的形成；煤的化学成分和工艺性质；煤的工业分类及综合利用。以供大家参考。

第一部分煤的形成

一、成煤的原始物质

煤是由植物遗体转变而成的。成煤的原始物质——植物，可分为高等植物和低等植物两大类。

低等植物包括水生的菌类和藻类低等生物，大量生存在湖泊、积水较深的沼泽和泻湖环境，死亡后与泥沙一起沉积，转化而成的煤叫腐泥煤。

形成煤的高等植物主要生长在沼泽环境中，死亡后遗体能够及时得以转化，所形成的煤叫腐植煤。

二、煤的形成过程

植物从死亡及其遗体堆积到转变成煤的一系列演变过程，称为成煤作用。成煤作用大致分为泥炭化（或腐泥化作用）阶段和煤化作用阶段。

1、泥炭化（或腐泥化）作用阶段

（1）泥炭化作用阶段

生长在沼泽中的高等植物不断繁殖，其死亡后的遗体堆积在积水沼泽中，随着沼泽覆水程度的增强及植物遗体的不断堆积，使得正在分解的植物遗体逐渐与空气隔绝并处于水体下层，氧化环境逐渐被还原环境所代替，分解作用逐渐减弱。在沼泽水体深部厌氧细菌的作用下，分解产物之间和分解产物与植物残体之间又不断发生一系列复杂的生物化学反应作用，逐渐化合其他成新的产物，如腐殖酸、腐植酸盐、沥青质、硫化氢、二氧化碳、甲烷及氢等。这些产物中，部分不稳定的气体或液体逸出后，剩下的物质沉积下来，形成了泥炭。这种由高等植物转化为泥炭的生物化学作用过程，称之为泥炭化作用。

泥炭一般呈黄褐、棕褐或棕黑等色，无光泽，质软且富含水机腐殖酸，晒干后可作燃料、化工原料及肥料等用途。

(2)腐泥化阶段（略）

2、煤化阶段

煤化阶段是成煤的第二阶段。根据作用过程和影响因素的不同，煤化阶段可分为成岩作用和变质作用。

(1)成岩作用

泥炭形成之后，由于地壳沉降速度加快，沉积环境改变，转为其他沉积物的堆积，使泥炭或腐泥层被其他沉积物所覆盖。随着覆盖层逐渐加厚，泥炭在以不断增大的压力为主、升高的温度为辅的物理化学作用下，逐渐被压紧，失去水分并放出部分气体，变得致密起来。当生物化学作用减弱以致消失后，泥炭中碳元素含量逐渐增加，氧、氢元素的含量逐渐减少，腐殖酸的含量不断降低直至完全消失，经过

一系列的变化，泥炭变为褐煤。这个过程，被称为煤的成岩作用。

腐泥经过成岩作用转变为腐泥煤。

（2）变质作用

地壳继续下降，褐煤埋藏深度进一步增加，在不断增加的温度和压力影响下，煤中有机质分子重新排列，聚合成度增高，使煤的内部分子结构、物理性质、化学成分和公益性质进一步发生变化。碳含量逐渐增高，氢、氧含量进一步降低；煤的水分、挥发分逐步减少，腐殖酸含量降低并至烟煤阶段开始完全消失；发热量总体趋势增高，粘结性由低到高再到低；煤的颜色加深，光泽增强，视密度增大。在这个过程中，温度发挥主要作用。随温度高低机作用时间长短的不同，变质程度不同，从而形成不同的煤。这个过程称为煤的变质作用。

三、煤的形成条件

1、植物条件

植物大量繁殖生长是成煤的物质基础。高等植物的繁盛时期从石炭纪开始，其中石炭二叠纪、三叠侏罗纪、古近纪与新近纪分别是孢子植物、裸子植物、被子植物的繁盛时期，这三个时期是我国地史上的主要聚煤期。

2、自然地理条件

形成一定厚度和分布面积的煤层，需要有既能使植物长期茂盛生长又能使植物遗体得以保存进入成煤作用的自然地理条件。自然界中，满足这个条件的只有沼泽。

3、气候条件

气候条件主要指空气温度和湿度。一方面，只有在温暖湿润的气候条件下，植物才能茂盛生长；另一方面，潮湿温暖的气候条件也是促使沼泽形成和维持沼泽环境的基本条件。

4、地壳运动条件

长期保持与沉积速度基本一致的地壳缓慢下降运动是维持沼泽环境不变和进而形成一定厚度泥炭堆积的必须条件。如果地壳下降速度小于泥炭堆积速度，由于沼泽中泥炭的堆积，会使沼泽水体变浅，植物遗体无法保存，直至沼泽消失，形成的煤炭厚度薄；如果地壳下降速度大于泥炭堆积速度，会使沼泽水体变深，演化成湖泊或滨海环境，取代泥炭堆积的是相应环境的其他堆积，形成煤层中的夹矸或顶板岩层；地壳运动速度与泥炭堆积速度保持均衡，可维持沼泽环境不变，沉降均衡保持时间越长，泥炭堆积越厚，形成的煤层也越厚。

四、煤的变质作用

煤的变质作用是指在温度、压力作用下，促使煤的化学成分、物理性质和工艺性质发生显著变化的过程。变质作用的结果，使褐煤变成不同煤种的煤。

影响煤变质的主要因素有温度、压力和前两者作用的持续时间。

第二部分煤的化学成分和工艺性质

一、煤的元素组成

煤是由有机物质和无机物质混合组成的，有机物质为主要成分。

1、碳

碳是煤中有机物质的主要组成元素，也是燃烧过程中产生热量的重要元素，每千克纯碳完全燃烧能放出34080.6KJ热量。腐植煤中碳元素的含量随变质程度的加深而增加。泥炭的碳含量为50%~60%，褐煤为60%~77%，烟煤为74%~92%，无烟煤为90%~98%。

2、氢

氢是煤中有机质的重要元素。每千克氢完全燃烧时能产生143138.3KJ的热量，约为碳的4倍。腐植煤的氢含量一般为0.8%~6.5%,随着变质程度的加深，氢含量有逐渐减少的趋势。

3、氧

氧是煤中有机质的不可燃成分。煤中氧的含量变化很大，并随变质程度的加深而降低。褐煤中氧的含量高达15%~30%，烟煤为1%~16%，无烟煤更小，一般小于2%。当煤氧化时，氧含量迅速增加，碳、氢含量明显降低。因此，氧含量是煤层风、氧化带深度的主要指标之一。

4、氮

氮在煤中的含量很少，一般为0.3%~2.5%，且氮含量随变质程度增高稍有降低。

5、硫

硫是煤中的有害元素。它在煤中存在形式分为无机硫和有机硫两类。两者总称为全硫（S t）。根据全硫含量的多少，将原煤分为特低硫煤、低硫煤、中硫煤、富硫煤、高硫煤五类。一般炼焦用煤的含硫量小于1%。分析煤样全硫用S ad,t表示，干燥煤样全硫用S d,t表示。

煤的全硫含量分级

6、磷

磷也是煤中的有害成分。它在煤中的含量极少，一般为

0.001~0.1%，最高不超过1%。干燥煤样磷用P d表示。

二、煤的工业指标

为了合理的开发利用地下资源，要求对煤进行工业评价。首先，地质勘探中对煤进行煤质分析，测定煤中的水分、灰分、挥发分等煤质指标数值，确定煤的工业价值和综合利用途径；其次，煤的工业分析指标数值是检验企业生产管理及产品质量的标志，也是计价标准。

1、水分

煤中的水分对煤的质量而言是一种有害物质。煤中都含有水分，水在煤中存在的状态有游离水、化合水和结晶水，化合水和结晶水是存在于煤中矿物质内部的水分，一般工业分析中不做测定。煤中所含的游离水分为外在水和内在水两种。外在水是指在开采、运输、储存、洗选等过程中，附着在煤炭表面的水分；内在水分是指吸附、凝聚在煤炭毛细空隙中的水分，温度在100°C以上时才能把它们蒸发出来。

内在水分的含量与煤的变质程度有关，变质程度低的煤中内在水分含量高。

在煤的工业分析中，一般用M ar,t表示煤样的全水分，它包括外在水分（M f）和内在水分（M inh）；用M ad表示分析煤样水分，实际也就是内在水分。煤样的全水分是评价煤炭质量和使用价值的指标，分析煤样水分是评定煤质、判断煤变质程度的指标。

煤的含水量分级

2、灰分

煤完全燃烧后剩下的残渣，称为灰分。是煤中无机矿物质燃烧时剩余的固体残留物。

灰分有内在灰分和外在灰分两种。内在灰分是指存在于成煤物质中的无机物。煤的洗选过程中很难将内在灰分洗掉。外在灰分是指在采煤、运输过程中混入煤中的顶底板岩石碎块，这种灰分可以通过洗选除掉。

在工业分析中，评价煤质一般测定干燥煤样灰分，用A d表示。

煤的灰分级别

3、挥发分

在隔绝空气的状态下，将煤样置于900℃的温度下加热7min，煤中的有机物质和矿物发生热分解，分解出来的热物质称为挥发分。其组成成分主要有氢、氧、氮、甲烷、乙烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。挥发分一般用可燃基（无水、无灰分煤样）挥发分（V daf）表示，一般情况下，腐植煤的变质程度越高，挥发分越低。

煤的挥发分产率级别

4、焦渣

在测定挥发分过程中，残留在坩埚中的固态物质，称为焦渣。它是由煤中灰分和有机物质分解后的残余物质组成。从焦渣中扣除灰分，即为固定碳。

焦渣特征（CRC）：煤炭热分解以后剩余物质的形状。根据不同形状分为8个序号，其序号即为焦渣特征代号。焦渣的形状和特性是鉴定煤的结焦性能好坏的依据。

1—粉状。全部是粉末，没有相互粘着的颗粒；

2—粘着。用手指轻碰即成为粉末状或基本上是粉末状，其中较

大的团块轻轻一碰机即成粉末；

3—弱粘性。用手指轻压即成小块；

4—不熔融粘结。用手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍微有银白色光泽；

5—不膨胀熔融粘结。焦渣形成扁平的块，煤粒的界限不易分清。焦渣上表面有明显的银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显；

6—微膨胀熔融粘结。用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽。但是焦渣表面具有较小的膨胀泡；

7—膨胀熔融粘结。焦渣上下表面均有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm；

8—强膨胀熔融粘结。焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度超过15mm。

一般认为1～2号没有粘结性，3～4号为弱粘结性，5～8号有较强的粘结性，但该方法误差较大，人为因素可能会影响结果。焦渣特征不小于3应该是对炼焦煤最基本的要求了，因为1～2号是没有粘结性的。焦渣特征与粘结性指数等其他参数都有一定的线性或非线性关系，但因煤而异，可通过试验得出它们之间的线性或非线性关系，这样二者之间的转换就可以根据公式转换了。.焦渣特征可用于各种煤质牌号的煤，但对于没有粘结性的无烟煤很少有人提及焦渣特征.

褐煤和无烟煤的焦渣均不粘结，呈粉末状。长焰煤、瘦煤、贫煤属于不粘结或弱粘结性，其焦渣为不粘结的小块，强度低；肥煤、焦煤粘结性好，焦渣呈膨胀或强膨胀熔融粘结，这种煤可作为炼焦用煤。

5、发热量

发热量是指单位重量的煤完全燃烧室放出的热量，常用焦耳/克（J/g）、千焦耳/千克（KJ/kg）、或兆焦耳/千克（MKJ/kg）表示。

日常人们习惯于用卡（cal）来描述煤的发热量，1卡（cal）等

于4.1868焦耳（j）。

弹筒发热量（Q b）——煤的发热量用弹筒热量计测定，测得的发热量称为弹筒发热量。

高位发热量（Q gr）——由于煤在燃烧时，煤中的氮和硫分别转化为硝酸和硫酸，其化学反应是放热反应，所以，测定的发热量值比实际燃烧放出的热量略高。从弹筒发热量中扣除酸的生成热，称为高位发热量。

低位发热量（Q net）——当煤在炉中燃烧时，煤中的水分及氢燃烧生成的水，均由液态转变成水蒸气逸出，从而吸收一定热量。从高位发热量中减去水的汽化热，即为低位发热量。

煤的发热量常用指标有分析基（分析煤样）高位发热量（Q gr,ad）、干燥基（无水煤样）高位发热量（Q gr,d）、可燃基（无水、无灰煤样）高位发热量（Q ge,daf）和应用基（应用煤样）低位发热量（Q net,ar）。应用基低位发热量是动力用煤的煤质评价指标。

5、胶质层厚度

煤样放置在密闭的胶质层测定仪中加热到350℃，煤中有机质开始分解，形成胶质体，持续加热到510℃时，重新固结成焦炭为止，期间连续测得的胶质体最大厚度称为胶质层厚度（Y），以毫米表示。在形成焦炭的过程中，煤的粘结性越强，其胶质层的厚度也越大。

煤的粘结性按胶质层厚度分级

第三部分煤的工业分类及综合利用

一、煤的工业分类

我国煤的工业分类方案，把我国的煤从褐煤到无烟煤共划分为14个大类和17个小类。各类煤均用汉语拼音代号表示，即以煤类名称前两个汉字的拼音第一个字母表示，如无烟煤用WY表示。各类煤采用两位阿拉伯数码表示，十位数按煤的V daf大小分组，无烟煤为0，烟煤为1~4，褐煤为5；个位数在无烟煤类为1~3,表示煤化程度，在烟煤类为1~6，表示粘结性，在褐煤类为1~2，表示煤化程度。

V daf为干燥无灰基挥发分；

H daf为干燥无灰基氢含量；

G R,I（简记为G）为煤的粘结性指数；

Y为胶质层厚度；b为烟煤的奥亚膨胀度，反映煤的粘结性,b值越大，粘结性越强；PM为煤样的透光率；

Q gr,maf为煤的无灰基高位发热量。

中国煤炭分类国家标准（GB5751---86）

二、各类煤的基本特征和主要用途

1、无烟煤（WY）

属最高变质的煤。挥发分低，含碳量高，相对密度大，无粘结性，燃点高，燃烧时不冒烟。01号为年老无烟煤，02号为典型无烟煤，03号为年轻无烟煤。无烟煤主要用于民用燃料和制造合成氨的造气原料；低硫、低灰、可磨性好的无烟煤，能做高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，还可用于制造各种碳素材料，如碳电极、活性炭、电石等。

2、贫煤(PM)

变质程度最高的烟煤，因加热时不产生胶质体而称贫煤，不粘结

或微弱粘结。一般作动力或民用燃料。

3、贫瘦煤（PS）

粘结性较弱的高变质、低挥发分烟煤，结焦性比典型瘦煤差；在炼焦配煤中加入一定比例贫瘦煤，能起瘦化剂作用。主要作发电、民用级锅炉燃料。

4、瘦煤（SM）

中等变质烟煤，因加热时仅能产生少量胶质体而得名，是低挥发分、中等粘结性炼焦用煤。单独炼焦时，可得到块度大的、抗碎强度高的焦炭，但耐磨强调稍差，作为炼焦配煤可提高焦炭快度。

5、焦煤（JM）

中等变质烟煤，炼焦时能得到强度大、快度大的焦炭，因此称作焦煤。中等至低挥发分，中等及强粘结性；单独炼焦时所出焦炭块度大、裂纹少、抗碎度高，而且耐磨性也很高，氮膨胀压力大，推焦困难。

6、肥煤（FM）

属中变质烟煤，加热时能产生大量的胶质体而称肥煤。中等及高挥发分，中等及强粘结性，单独炼焦时所获得的焦炭熔融性好、强度高、耐磨性也高，但横纹较多。它是炼焦配煤中的基础煤。

7、1/3焦煤（1/3JM）

指介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有中高挥发分和清粘结性。单独炼焦能产出熔融性能良好、强度较高的焦炭；作炼焦配煤使用时，其配比量可在较宽的范围内波动而获得强度较高的焦炭。它

是良好的炼焦配煤中的基础煤。

8、气肥煤（QF）

是一种挥发分和角质层厚度值均很高的强粘结性肥煤类型。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦是能产生大量的气体及液体化学产品。最适用于高温干馏制造煤气，也可以作为炼焦配煤以提高化学产品产率。

9、气煤

属低变质烟煤，加热时能产生大量的气体和较多的焦油。单独炼焦生成的焦炭抗碎强度和耐磨性较差，易碎且纵裂纹较多。主要用于高温干馏制造煤气，也可以作为炼焦配煤增加气率和化学产品回收率。

10、1/2中粘煤（1/2ZN）

低变质烟煤，中等粘结性，中高挥发分。其中粘结性较强的一部分可作炼焦配煤；粘结性较差的部分可用于气化或动力用煤，也可少量配比作炼焦使用。

11、弱粘煤（RN）

粘结性较弱的低至中等变质烟煤。加热时产生胶质体较少；炼焦时有的能结成强度很差的小块焦，有的只有少部分能结成碎焦屑。此种煤多做气化原料或动力煤。

12、不粘煤（BN）

在成煤初期已受到相当程度氧化作用的低至中变质烟煤，加热时基本不产生胶质体。煤的水分大，含氧量偏高（多在10%以上）。主要作为气化、动力和民用燃料。

13、长焰煤（CY）

是变质程度最低的煤，粘结性从无到弱，其中，最年轻的含有腐殖酸，易风华破碎；变质程度较高的，加热时也能产生少量胶质体，也能生成强度甚差的焦炭，粉焦率很高。通常作为气化、动力用煤，也可用于低温干馏。

14、褐煤（HM）

分为年轻褐煤和年老褐煤两小类。水分大，相对密度小，不粘结，或多或少含有腐殖酸；含氧量高达15%~30%左右，挥发分产率高，化学反应性强；稳定性差，块煤加热时破碎严重，存放在空气中易风化、破碎成小块或粉末；褐煤除作动力用煤外，可进行低温干馏和气化，提取褐煤蜡和腐殖酸。

三、煤的综合利用

煤的综合利用是指通过多种途径将煤中的有用物质都充分、合理利用起来，以提高煤的经济价值。煤作为燃料使用实际利用的只是其能量中的一部分，而大部分可作为化工原料的成分却白白浪费掉了。不仅如此，有些物质在燃烧中变成有害气体进入大气中，对空气造成污染。

当前，煤的综合利用途径主要有炼焦（高温干馏）、低温干馏、直接气化和加氢气化等。

炼焦，即高温干馏，是将煤在隔绝空气条件下加热（最终温度达到1000℃），使煤的有机物质分解，其中挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出，生成焦炉煤气和美焦油，残留物则形成焦炭。

低温干馏，是将煤隔绝空气加热500~600℃，使煤中有机物质分解，形成低温煤焦油、半焦和低温焦炉煤气。

煤的气化是在高温并有氧或含氧化合物发生作用的情况下，使煤的有机质转变为可燃气体。当前使用的气化法，主要有固定层煤气发生炉和沸腾层煤气发生炉。

加氢液化的方法是将煤粉碎，在350-450℃和高压条件下，催化加氢，是煤中有机质破坏并与氢作用，形成低分子的液态物质，进一步加工得到汽油、柴油和其他化工原料。

此外，煤矸石和煤的灰分综合利用的范围也在不断扩大，以称为煤的综合利用组成部分。