煤炭基础知识
煤炭基础知识
一、煤炭的生成
煤炭的生成。煤炭是古代的有机物（主要是植物）的遗体，经过生物及化学的变质作用而形成的。大体可分为两个阶段，第一阶段是泥煤炭化阶段，即由植物转变成泥炭阶段。当植物枯死之后，堆积在充满水的沼泽中，开始是水存在的氧气不足，后来在水面下隔绝空气，并在细菌的作用下，直到植物的各部分不断分解，相互作用，最后植物的遗体变成了褐色或黑褐色的淤泥物质，这就是泥炭。这个过程，叫做泥炭化过程。这个阶段需要漫长的地质历史时期，需要进行千百万年。第二阶段，由泥炭转变成褐煤，褐煤转变成烟煤，烟煤再转变成无烟煤阶段。当泥炭层形成后。有水经常冲刷大陆的低洼地方，带来了大量的砂、石，在泥潭层逐渐形成岩层（称为顶板）。被埋在顶板下的泥炭层在顶板下的泥潭层在顶板岩石层的压力作用下，发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等一系列变化，同时它的化学组成也发生了缓慢的变化，逐步变成比重较大，较致密的黑褐色的褐煤。当顶板逐渐加厚，顶板的静压力逐渐增高，煤层中温度也逐渐升高后，煤质便发生变化，逐渐由成岩作用变成了以温度影响为主的变质作用。这样褐煤逐渐变成了烟煤、无烟煤。如果有更高的温度，最终可能变成石墨。成煤必须具备四个先决条件：（1）植物条件。（2）气候条件。（3）地理条件。（4）地壳运动条件。
二、煤炭的分类及各类煤的主要特征和用途
(1)煤炭按煤的用途分为：动力煤、炼焦煤、喷吹煤及无烟煤
凡是以发电、机车推进、锅炉燃烧等为目的，产生动力而使用的煤炭都属于动力用煤，简称动力煤；
作为生产原料，用来生产焦炭，进而用于钢铁行业的煤炭种，称为炼焦煤；
钢铁行业高炉喷吹用的喷吹煤；
无烟煤块煤主要应用是化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹。
我国约1/3的煤用于发电，目前平均消耗为标准煤（7000大卡）370g/。
(2)煤炭按粒度分类：经简单筛选后剩下的大块有烟煤,筛选常用通过网目大小来规定最小尺寸的块度。
块煤:﹥13mm,最大块不得大于300mm
主要分为三类混煤
末煤（助燃用）：粒度﹤13mm
(3)煤炭按煤的挥发分，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤三大类，具体分类如下：
1.褐煤（HM）
它是煤化程度最低的煤。其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低，含有不同数量的腐殖酸。多被用作燃料、
气化或低温干馏的原料，也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸，制造磺化煤或活性炭。一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料。
2.长焰煤（CY）
它的挥发分含量很高，没有或只有很小的粘结性，胶质层厚度不超过5mm,易燃烧，燃烧时有很长的火焰，故得名长焰煤。可作为气化和低温干馏的原料，也可作民用和动力燃料。
3.不粘煤（BN）
它水分大，没有粘结性，加热时基本上不产生胶质体，燃烧时发热量较小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造煤气和民用或动力燃料。
4.弱粘煤（RN）
水分大，粘结性较弱，挥发分较高，加热时能产生较少的胶质体，能单独结焦，但结成的焦块小而易碎，粉焦率高。这种煤主要用作气化原料和动力燃料。
5. 1/2中粘煤（1/2ZN）
它具有中等粘结性和中高挥发分。可以作为配煤炼焦的原料，也可以作为气化用煤和动力燃料。
6.气煤（QM）
挥发分高，胶质层较厚，热稳定性差。能单独结焦，但炼出的焦炭细长易碎，
收缩率大，且纵裂纹多，抗碎和耐磨性较差。故只能用作配煤炼焦，还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料。
7.气肥煤（QF）
它的挥发分和粘结性都很高，结焦性介于气煤和肥煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质。最适合高温干馏制造煤气，更是配煤炼焦的好原料。
8.肥煤（FM）
具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分，加热时能产生大量的胶质体，形成大于25mm的胶质层，结焦性最强。用这种煤来炼焦，可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但这种焦炭横裂纹多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小块。由于粘结性强，因此，它是配煤炼焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤（1/3JM）
它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤，具有很强的粘结性和中高等挥发分，单独用来炼焦时，可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭。因此，它是良好的配煤炼焦的基础煤。
10.焦煤（JM）
具有中低等挥发分和中高等粘结性，加热时可形成稳定性很好的胶质体，单独用来炼焦，能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎
的焦炭。但因其膨胀压力大，易造成推焦困难，损坏炉体，故一般都作为炼焦配煤使用。
11.瘦煤（SM）
具有较低挥发分和中等粘结性。单独炼焦时，能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好，但耐磨性较差的焦炭。因此，用它加入配煤炼焦，可以增加焦炭的块度和强度。
12.贫瘦煤（PS）
挥发分低，粘结性较弱，结焦性较差。单独炼焦时，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化剂的作用。故可作炼焦配煤使用，同时，也是民用和动力的好燃料。
13.贫煤（PM）
具有一定的挥发分，加热时不产生胶质体，没有粘结性或只有微弱的粘结性，燃烧火焰短，炼焦时不结焦。主要用于动力和民用燃料。在缺乏瘦料的地区，也可充当配煤炼焦的瘦化剂。
14.无烟煤（WY）
它是煤化程度最高的煤（含碳量可达95%左右）。挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强。通常作民用和动力燃料。质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料，以及制造电石、电极和炭素材料等。
中国煤炭分类国家标准 GB5751-86
注：Vr –干燥无灰基挥发分；GRL-烟煤的粘结指数； Y-烟煤的胶质层最大厚度；
b-烟煤的奥亚膨胀度；P M-煤样的透光率； Qgw-恒湿无灰基高位发热量
1． G>85，再用Y值或b值来区分肥煤、气肥煤与其它煤类，当Y>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它煤类。
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。
>37%，G《5的煤，再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。
>37%，PM>30%-50%的煤，再根据热量Qgr，如其值大于24MJ/kg(5739cal/g)，应划分为长焰
附表：
密度表：Array煤
炭分类图：
动力煤
不同煤化程度煤炭的光泽、颜色和条痕色
三、煤炭指标
通过煤的工业分析结果，可以大致了解煤中有机质和无机质的含量，有机质的性质，用于初步判断煤的种类和加工利用效果及其工业用途。煤的工业分析主要包括以下六个方面：
全水是煤炭中含有的水分，
灰分是煤炭燃烧后剩余的灰分，
挥发份是煤炭燃烧中可挥发成分，
固定碳是指煤炭除去水分、灰分和挥发分后的残留物，
全硫是煤炭中所有硫元素含量（污染指标），
热值是煤炭的发热量，它是确定煤炭质量用途的重要指标。
1、水分（M）
煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。煤中水分过大是不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。
现在我们常报的水份指标有：
1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar 表示。通常规定在8%以下。
2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。煤中水分的赋存状态分为2大类。一类是与矿物质相结合的水，称为化合水或结晶水。如石膏（CaSO4。2H2O）和高岭土（Al2O3。2SiO2。2H2O）中的结晶水就是以化合形式与矿物质相结合。这部分水分通常要在2000C以上的温度下才能分解析出。如CaSO4。2H2O中的2个分子结晶水要在5000C以上才能完全脱除，在1700C时能脱除其中份结晶水。工业分析中的水分则不包括这部分结晶水。另一类水分是以物理状态与煤的有机物质相联系。即水分以附着和吸附等形式存在于煤中，这部分水统称为游离水分。这些游离水分在105-1100C的温度下经过一定时间的蒸发即可全部脱除。游离水分的多少在一定程度上能表征煤炭的煤化程度深浅，也是决定媒质优劣的重要参数之一，当煤的内部毛细孔吸附的水分达到饱和状态时，其所含的水分称为煤的最高内在水分。煤内部毛细孔容积的大小，基本上能表征煤的煤化程度。尤其是低煤化度煤，毛细孔的内表面积很大，其最高内在水分含量也高。
煤的外在水分和内在水分合称为煤的全水分（Mt）。由于煤的外在水分随煤矿地质条件、大气的湿度等外界条件的改变而变化，所以煤炭的全水分含量也是经常发生变化的。收到基水分就是指煤的全水分。包含内在水分和外在水分。如果说空气干燥机水分，只是包含内在水分，不包含外在水分。
2、灰分A
灰分指煤在燃烧的后留下的残渣。不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。
灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。能常的灰分指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad）等。也有用收到基灰分的（Aar）。
灰分是煤炭质量的基本指标之一。煤在彻底燃烧后所剩下的残渣称为灰分，灰分分外在灰分和内在灰分。外在灰分是来自顶底板和夹矸中的岩石碎块，它与采煤方法的合理与否有很大关系。外在灰分通过分选大部分能去掉。内在灰分是成煤的原始植物本身所含的无机物，内在灰分越高，煤的可选性越差。
灰分是有害物质。动力煤中灰分增加，发热量降低、排渣量增加，煤容易结渣；一般灰分每增加2%，发热量降低100kcz1/kg左右。冶炼精煤中灰分增加，高炉利用系数降低，焦炭强度下降，石灰石用量增加；灰分每增加1%，焦炭强度下降2%，高炉生产能力下降3%，石灰石用量增加4%。
3、挥发份全称为挥发份产率V
挥发份指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。常使用的有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vdaf）和收到基挥发份（Var）。其中Vdaf是煤炭分类的重要指标之一。它对燃烧和对锅炉工作有何影响。将煤加热到一定温度时，煤中的部分有机物和矿物质发生分解并逸出，逸出的气体（主要是H2,CmHn,CO,CO2等）产物称为煤的挥发分。挥发
分是煤在高温下受热分解的产物，数量将随加热温度的高低和加热时间的长短而变化。通常所说的挥发分是指煤在特定条件下加热有机物及矿物质的气体产率。即经干燥的煤在隔绝空气下加热至10℃，恒温7分钟所析出的气体占干燥无灰基成分的质量百分数，称干燥无灰基挥发分Vdaf。
挥发分是煤中氢、氧、氮、硫和一部分碳的气体产物，大部分是可燃气体。挥分含量高，煤易于着火，燃烧稳定。因此，挥发分是表征燃烧特性的重要指标，从而也对锅炉工作带来多方面的影响，如，需要根据挥发分大小考虑炉膛容积及形状；挥发分含量影响燃烧器的型式及配风方式的选用，影响磨煤机型式及制粉系统型式的选择。同时，挥发分也是煤进行分类的重要指标之一。煤样与空气隔绝，并在一定温度下加热一定时间，从煤中有机物分解出来的液体（呈蒸汽状态）和气体的总和称为挥发分。
煤的挥发分主要是由水分、碳氢的氧化物和碳氢化合物（以CH4为主）组成，但煤中物理吸附水（包括外在水和内在水）和矿物质二氧化碳不在挥发分之列。
4、固定碳FC
煤中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。煤的固定碳与挥发分一样，也是表征煤的变质程度的一个指标，随变质程度的增高而增高。煤经热解出挥发分之后，余下的是固定碳和灰分。不同煤种，固定碳含量不同。固定碳是参与气化反应的基本成分。在煤炭工业中，指挥发物逸出后所剩余的可烯碳质。在煤或焦炭中固定碳的含量用重量百分数表示，即由常样的重量中减去水分、挥发物和灰分的重量，或由于样的重量中减去挥发物和灰分的重量而得。固定碳的含量是煤的分类以及煤和焦炭等的质量指标之一。一般挥发物愈少，固定碳就愈多。
实验室中将样品粉末约>1克置于有盖的标准坩埚中，在850℃下加热7分钟，逐出水分和挥发物后，由剩余的重量中减去灰分而得。在沥青工业中，指溶解于苯、甲苯或二硫化碳的成分。又称化合碳，以区别于不溶解的游离碳。
固定碳含量是指煤炭除去水分、灰分和挥发分后的残留物,它是确定煤炭质量用途的重要指标。固定碳是煤的发热量的重要来源，所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要参数。固定碳也是合成氨用煤的一个重要指标。
固定碳计算公式：(FC)ad=100-(Mad Aad Vad)
当分析煤样中碳酸盐CO2含量为2-12%时：(FC)ad=100-(Mad-Aad Vad)-CO2,ad(煤)
当分析煤样中碳酸盐CO2含量大于12%时：(FC)ad=100-(Mad Aad Vad)-[CO2,ad(煤)-CO2,ad(焦渣）]
上述公式中：
（FC）ad——分析煤样的固定碳，%；
Mad——分析煤样的水分，%；
Aad——分析煤样的灰分，%；
Vad——分析煤样的挥发分，%；
CO2,ad（煤）——分析煤样中碳酸盐CO2含量，%；
CO2,ad(焦渣)——焦渣中CO2占煤中的含量，%
5、全硫St
硫是煤中的有害元素，包括有机硫、无机硫。1%以下才可用于燃料。部分地区要求在和以下，现在常说的环保煤、绿色能源均指硫份较低的煤。
常用指标有：空气干燥基全硫(St,ad）、干燥基全硫及收到基全硫(St,ar)。
煤炭中硫的含量.硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。
6、发热量 Q
发热量是指煤炭燃烧放热时发出的能量，测定煤炭发热量的仪器设备-热量仪/热量计，煤炭发热量的单位为大卡。煤炭运销中常用的煤炭发热量有：空气干燥基发热量、空气干燥基高位发热量和收到基低位发热量。
热量的单位为J〔焦(耳)〕。1J〔焦(耳)〕=1N·m(牛顿·米)=107erg(尔格)。我国过去惯用的热量单位为20℃卡路里，以下简称卡(cal)。发热量测定结果以kcal/g(千卡/克)或MJ/kg (兆焦/千克)表示。大卡就是千卡（kcal）。1kcal(20℃)=×103J。1MJ/kg= =。
此外，烟煤还有表示粘结性的粘结指数G，回收、特征(CRC)等指标。
粘结性：指烟煤在受热时本体粘结或与外加惰性物质粘结的能力，它是评价工业用煤特别是炼焦煤的主要指标。关于烟煤粘结性，则按粘结指数G区分：0-5为不粘结和微粘结煤；>5-20为弱粘结煤；>20-50为中等偏弱粘结煤；>50-65为中等偏强粘结煤；>65则为强粘结煤。对于强粘结煤，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%）的煤分为特强粘结煤。
回收主要是指煤炭经过洗选后精煤的回收率。洗煤是煤炭深加工的一个不可缺少的工序，从矿井中直接开采出来的煤炭叫原煤，原煤在开采过程中混入了许多杂质，而且煤炭的品质也不同，内在灰分小和内在灰分大的煤混杂在一起。洗煤就是将原煤中的杂质剔除，或将优质煤和劣质煤炭进行分门别类的一种工业工艺。洗煤过程后所产生的产品一般分为有矸石、中煤、乙级精煤、甲级精煤，经过洗煤过程后的成品煤通常叫精煤，通过洗煤，可以降低煤炭洗煤运输成本，提高煤炭的利用率，精煤是一般可做燃料用的能源，烟煤的精煤一般主要用于炼焦，它要去硫，去杂质等工业过程，以达到炼焦用的标准。
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。
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。例：2012年9月4日网上销售报价，均为字母代号表示：
四、山西煤炭的分布
１、山西煤炭资源丰富全省国土面积万平方千米，含煤面积万平方千米，占近40%，全省118个县级行政区中94个县地下有煤，91个县有煤矿。1995年全国第三次煤田预测资料显示全省2000米煤炭资源总量为6400亿t，占全国的16%，截止1996年末累计探明储量2662亿t，占全国27%（其中：煤焦煤占57%），保有储量2613亿t，占全国的27%，境内各类煤矿批准占用储量约1500亿t。
２、煤炭品种齐全，煤质优良，开发自然条件优良。
据1986年中国煤炭分类国家标准，山西拥有14个牌号的煤种，尤其是大同的动力煤，阳泉、晋城的无烟煤，离柳、乡宁的稀有炼焦煤储量大、分布广，开发历史久远，特别是改革开放以来在市场上开创了极佳的品牌效应;山西成煤时期主要在古生代，主要含煤地层为石炭、二迭系和侏罗系;部分为第三系;目前开发的煤炭平均埋深在300—500m，地质构造大部分地区较为简单，开采条件好。煤质优良，大部分为低硫、低灰、高发热量。