chap9 煤的工艺性质.ppt

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1、第五部分第五部分 煤的性质煤的性质 第七章第七章第七章第七章 煤的物理性质和物理化学性质煤的物理性质和物理化学性质煤的物理性质和物理化学性质煤的物理性质和物理化学性质 第八章第八章第八章第八章 煤的化学性质煤的化学性质煤的化学性质煤的化学性质 第九章第九章第九章第九章 煤的工艺性质煤的工艺性质煤的工艺性质煤的工艺性质 第一节第一节 煤的发热量煤的发热量第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质第三节第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质第九章第九章 煤的工艺性质煤的工艺性质煤的工艺性质的概念煤的工艺性质的概念煤的工艺性质的概念煤的工艺性质的概念 是指煤在一定的

2、加工利用过程中所呈现出的性质，如是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如发热量、粘结性等。发热量、粘结性等。发热量、粘结性等。发热量、粘结性等。研究煤的工艺性质的重要意义研究煤的工艺性质的重要意义研究煤的工艺性质的重要意义研究煤的工艺性质的重要意义 煤的主要工艺性质煤的主要工艺性质煤的主要工艺性质煤的主要工艺性质 煤加工煤加工煤加工煤加工粒度组成、密度组成、可选性等粒度组成、密度组成、可选性等粒度组成、密度组成、可选性等粒度组成、密度组成、可选性等 煤作为燃料煤作为燃料煤作为燃料煤作为燃料发热量、

3、灰熔融性、可磨性等发热量、灰熔融性、可磨性等发热量、灰熔融性、可磨性等发热量、灰熔融性、可磨性等 煤作为原料煤作为原料煤作为原料煤作为原料粘结性、结焦性、腐植酸产率粘结性、结焦性、腐植酸产率粘结性、结焦性、腐植酸产率粘结性、结焦性、腐植酸产率,工艺性质概述第一节第一节 煤的发热量煤的发热量一、煤的发热量的定义一、煤的发热量的定义 单位重量的煤完全燃烧后释放出的热量，单位：单位重量的煤完全燃烧后释放出的热量，单位：kJ/g或或MJ/kg。二、煤的发热量的测定原理二、煤的发热量的测定原理 （1）称量称量1g煤样置于氧弹中，并将氧弹充入纯氧煤样置于氧弹中，并将氧弹充入纯氧2.63.0MPa，然后放入

4、有水的内桶中；，然后放入有水的内桶中；（2）点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；（3）测定内桶水温，校正热损失，即可计算弹筒发热测定内桶水温，校正热损失，即可计算弹筒发热量，用量，用Qb,ad表示。表示。测定装置示意图测定装置示意图测定装置示意图测定装置示意图。第一节第一节 煤的发热量煤的发热量三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别三、煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别（1）燃烧条件的区别：）燃烧条件的区别：温度、气氛、压力、恒容、恒压温度、气氛、压力、恒容、恒压（2）燃烧结果的区别：）燃烧结果的区别：反应、产物反应、产物（3）对发热量的影响

5、：）对发热量的影响：四、发热量的校正四、发热量的校正（1）弹筒发热量：）弹筒发热量：弹筒直接测得的发热量。弹筒直接测得的发热量。（2）高位发热量：）高位发热量：由弹筒发热量扣除氮、硫特殊反应热。由弹筒发热量扣除氮、硫特殊反应热。（3）低位发热量：）低位发热量：由高位发热量扣除水蒸汽冷凝热。由高位发热量扣除水蒸汽冷凝热。第一节第一节 煤的发热量煤的发热量五、五、对对对对NN、S S特殊热效应的校正特殊热效应的校正特殊热效应的校正特殊热效应的校正恒容高位发热量恒容高位发热量恒容高位发热量恒容高位发热量 从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容

6、从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，简称高位发热量，用符号高位发热量，简称高位发热量，用符号高位发热量，简称高位发热量，用符号高位发热量，简称高位发热量，用符号QQgrgr,v,ad,v,ad表示：表示：表示：表示：式中：式中：Sb,ad由弹筒洗液测得的硫含量，满足下列条件之由弹筒洗液测得的硫含量，满足下列条件之一时，即可用全硫代替：一时，即可用全硫代替：Qb,ad 14.6kJ/g，或，或St,ad 4%。硝酸生成热校正系数。试验证明，硝酸生成热校正系数。试验证明，与与Qb,ad 有关，取值如有关，取值如下：下：Qb,a

7、d 16.7kJ/g时，时，=0.0010 16.7kJ/g 25.10 kJ/g时，时，=0.0016第一节第一节 煤的发热量煤的发热量六、六、对水不同状态热效应的校正对水不同状态热效应的校正恒容低位发热量恒容低位发热量 从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发生成的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用符号热量，用符号Qnet,v,ad表示，计算公式如下：表示，计算公式如下：Qnet,v,ad=Qgr,v,ad206Had23Mad 式中：式中：Qnet,v,ad空气干燥基的

8、恒容低位发热量，空气干燥基的恒容低位发热量，J/g；Mad煤样的空气干燥基水分，煤样的空气干燥基水分，%；2060.01g氢生成的水的汽化热，氢生成的水的汽化热，J；230.01g吸附水的汽化热，吸附水的汽化热，J。第一节第一节 煤的发热量煤的发热量七、七、恒湿无灰基高位发热量恒湿无灰基高位发热量恒湿无灰基高位发热量恒湿无灰基高位发热量 恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒假想状

9、态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发热量进行换算，公式如下：热量进行换算，公式如下：热量进行换算，公式如下：热量进行换算，公式如下：式中：式中：Qgr,maf 恒湿无灰基高位发热量，恒湿无灰基高位发热量，kJ/g；MHC煤样的最高内在水分，煤样的最高内在水分，%。

10、第一节第一节 煤的发热量煤的发热量八、发热量基准换算八、发热量基准换算发热量基准换算的目的发热量基准换算的目的换算公式换算公式（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式第一节第一节 煤的发热量煤的发热量八、发热量基准换算八、发热量基准换算换算公式换算公式（2）低位发热量的基准换算公式）低位发热量的基准换算公式 第一节第一节 煤的发热量煤的发热量成因类型的影响成因类型的影响：腐泥煤、残植煤：腐泥煤、残植煤 和腐植煤和腐植煤 煤岩组成煤岩组成的影响的影响：镜质组、稳定组、丝质组：镜质组、稳定组、丝质组 矿物质的影响：矿物质分解吸热、矿物质不发热矿物质的影响：矿

11、物质分解吸热、矿物质不发热 风化的影响风化的影响：氧含量增加、灰分增加：氧含量增加、灰分增加 煤化程度的影响煤化程度的影响煤化程度的影响煤化程度的影响：元素组成的变化：元素组成的变化 第一节煤的发热量九、九、影响煤发热量的因素影响煤发热量的因素 煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的发热量有不同程度的影响。发热量有不同程度的影响。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质一一、煤的热解、煤的热解概念概念煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的物理变化和化学反应，生成气体物理变化和化

12、学反应，生成气体(煤气煤气)、液体、液体(焦油焦油)、固、固体体(半焦或焦炭半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干干馏或炭化馏或炭化(carbonization)。热解分类热解分类 按热解终温按热解终温 低温干馏低温干馏(500-600)以液体产物为目标以液体产物为目标 中温干馏中温干馏(700-800)制取燃料煤气制取燃料煤气 高温干馏高温干馏(950-1050)炼焦炼焦第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型 煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应 一次热解产物的二次热解反应

13、一次热解产物的二次热解反应 煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应 第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型 煤的热解中的裂解反应煤的热解中的裂解反应 结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片；结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片；结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片；结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片；脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CHCH4 4 C C2 2HH6 6等；等；等；等；含氧官能团的裂解，含氧官能

14、团的热稳定性顺序为：含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为：含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为：含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为：OH OH C=O C=O COOH COOH OCHOCH3 3。煤煤煤煤中中中中低低低低分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物的的的的裂裂裂裂解解解解，是是是是以以以以脂脂脂脂肪肪肪肪化化化化合合合合物物物物为为为为主主主主的的的的低低低低分分分分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。第二节第二节 煤的热解和粘结

15、成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应 C2H6 C2H4H2 裂解反应，如裂解反应，如 脱氢反应脱氢反应，如，如 加氢反应加氢反应，如，如 缩合反应缩合反应，如，如第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质二二、煤热解过程主要的反应类型、煤热解过程主要的反应类型煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应 胶质体固化过程的胶质体固化过程的缩聚反应缩聚反应缩聚反应缩聚反应，主要是在热解生成的自由，主要是在热解生成的自由基之间的缩聚，其结

16、果生成半焦。基之间的缩聚，其结果生成半焦。半焦分解，半焦分解，残留物之间缩聚残留物之间缩聚残留物之间缩聚残留物之间缩聚，生成焦炭。缩聚反应是芳，生成焦炭。缩聚反应是芳香结构脱氢。香结构脱氢。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程三、粘结性烟煤热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温干燥脱吸阶段（室温300）（2）胶质体的生成和固化阶段（胶质体的生成和固化阶段（300550）（3）半焦转化为焦炭的阶段半焦转化为焦炭的阶段第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程三、粘结性烟煤热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温）干燥脱吸阶段（室

17、温300）120：煤炭脱水、干燥煤炭脱水、干燥 120200：解吸，脱除吸附的解吸，脱除吸附的CH4、CO、CO2等气等气体。体。300：低变质程度的煤开始热解，生成低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO等，等，生成放出热解水和微量的焦油。生成放出热解水和微量的焦油。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程三、粘结性烟煤热解过程（2）胶质体的生成和固化阶段（胶质体的生成和固化阶段（300550）300480：煤分解、解聚，析出大量焦油和气体煤分解、解聚，析出大量焦油和气体 其中：其中：在在450左右的温度区间，焦油的析出量最大。左右的温度区间，焦油的析

18、出量最大。在该阶段由于热解，生成了气在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油煤气和呈气态的焦油)、液、液、固固(未分解的煤未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体。三相共存的物质，称为胶质体。450550(600)胶质体固化成为半焦：胶质体分解加胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。焦。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质三、烟煤热解过程三、烟煤热解过程（3）半焦转化为焦炭的阶段）半焦转化为焦炭的阶段（550 1000）该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。该阶段以缩聚

19、反应为主，由半焦转化为焦炭。550750，半半焦焦分分解解析析出出大大量量的的气气体体，主主要要是是H2和和少少量量的的CH4，成成为为热热解解的的二二次次气气体体。半半焦焦分分解解释释放放出出大大量量气气体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。7501000，半焦进一步分解，继续析出少量气体，半焦进一步分解，继续析出少量气体，主要是主要是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。第二节

20、第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质四、非粘结性煤热解过程四、非粘结性煤热解过程 煤煤化化程程度度低低的的非非粘粘结结性性煤煤如如褐褐煤煤、长长焰焰煤煤等等，其其热热解解过过程程与与烟烟煤煤大大体体类类似似，同同样样有有分分解解、裂裂解解和和缩缩聚聚等等反反应应发发生生，生生成成大大量量气气体体和和焦焦油油，只只是是在在热热解解过过程程中中没没有有胶胶质质体体生生成成，不不会会产产生生熔熔融融、膨膨胀胀等等现现象象，热热解解前前后后煤煤粒粒仍仍然然呈呈分分离离状状态，不会粘结成块。态，不会粘结成块。煤化程度高的非粘结性煤，煤化程度高的非粘结性煤，如贫煤、无烟煤，其热解过如贫煤、

21、无烟煤，其热解过程较为简单，以裂解为主，释放出少量的热解气体，其中程较为简单，以裂解为主，释放出少量的热解气体，其中热值高的烃类如甲烷含量较低，氢含量则较高，煤气热值热值高的烃类如甲烷含量较低，氢含量则较高，煤气热值相对较低。相对较低。第二节煤的热解和粘结成焦性质五、煤热解产生胶质体的性质五、煤热解产生胶质体的性质 胶质体的概念胶质体的概念胶质体的概念胶质体的概念胶质体的热稳定性（温度间隔胶质体的热稳定性（温度间隔）胶质体的透气性胶质体的透气性胶质体的流动性胶质体的流动性胶质体的膨胀性胶质体的膨胀性第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评

22、定方法（一）（一）粘结性和结焦性粘结性和结焦性的概念的概念定义：定义：煤的煤的粘结性粘结性是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和自身和/或惰性物料的能力。煤的或惰性物料的能力。煤的结焦性结焦性是指单种煤或配是指单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。度和强度的焦炭的能力。研究煤的粘结性和结焦性的意义：研究煤的粘结性和结焦性的意义：煤的粘结性是评价烟煤能否用于炼焦的主要依据，

23、也煤的粘结性是评价烟煤能否用于炼焦的主要依据，也是评价低温干馏、气化、或动力用煤的重要依据。是评价低温干馏、气化、或动力用煤的重要依据。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（二）罗加指数（二）罗加指数R.I.测测定定：称称取取1g煤煤样样与与5g标标准准无无烟烟煤煤放放入入特特制制坩坩埚埚内内搅搅拌拌均均匀匀并并铺铺平平，放放上上钢钢质质砝砝码码，在在6kg负负荷荷下下压压实实30秒秒，加加盖盖，连连同同砝砝码码一一起起放放入入已已预预热热至至850的的马马弗弗炉炉灼灼烧烧15分分钟钟，取取出出，冷冷却却后后称称量量焦焦渣渣总总

24、质质量量为为m0，用用孔孔径径为为1mm的的圆圆孔孔筛筛筛筛分分，称称量量筛筛上上物物质质量量为为m，然然后后进进行行每每次次5分分钟钟的的转转鼓鼓转转磨磨（转转鼓鼓转转速速为为50 2rpm），共共3次次，每每次次转转磨磨结结束束后后将将焦焦渣渣用用1mm圆圆孔孔筛筛筛筛分分，并并称称量量筛筛上上物物质质量量，分分别别得到得到m1、m2和和m3。计算：计算：罗加指数罗加指数RI用用下式进行计算下式进行计算下式进行计算下式进行计算：第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘

25、结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（二）罗加指数（二）罗加指数R.I.优缺点优缺点优点：优点：罗加指数法具有明显的优点，表现在设备简单快罗加指数法具有明显的优点，表现在设备简单快速、所需试验煤样少、它不但能反映煤的粘结能力还能在速、所需试验煤样少、它不但能反映煤的粘结能力还能在一定程度上反映焦炭的强度。一定程度上反映焦炭的强度。缺点：缺点：但罗加指数也有缺点，如加热速度远远高于工业但罗加指数也有缺点，如加热速度远远高于工业炼焦的加热速度，使粘结性测值偏高，对强粘结性煤区分炼焦的加热速度，使粘结性测值偏高，对强粘结性煤区分能力差，对弱粘结性煤的重现性差，不同的标准无烟煤导能力

26、差，对弱粘结性煤的重现性差，不同的标准无烟煤导致测定结果的不一致，使得各国间的测值不具可比性。致测定结果的不一致，使得各国间的测值不具可比性。适用性：适用性：中等粘结性的煤中等粘结性的煤六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（三）粘结指数（三）粘结指数GR.I.1、来历：、来历：针对罗加指数的缺点改进而来的。针对罗加指数的缺点改进而来的。2、测测定定要要点点：原原理理和和仪仪器器与与罗罗加加指指数数法法完完全全相相同同。标标准准无无烟煤、配比、测定步骤等有不少变化和改进。烟煤、配比、测定步骤等有不少变化和改进。第二节煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（三）

27、粘结指数（三）粘结指数GR.I.3、改进点及优点：、改进点及优点：（1）将将标标准准无无烟烟煤煤的的粒粒度度降降为为0.10.2mm，一一方方面面与与试试验验煤煤样样粒粒度度接接近近，可可防防止止发发生生煤煤样样粒粒度度偏偏析析，影影响响测测定定结结果果，另另一一方方面面，降降低低无无烟烟煤煤粒粒度度，可可增增加加其其吸吸纳纳胶胶质质体体的的能能力力，有有利利于于提提高高对对强强粘粘结结性性煤煤的的区区分分能能力力；（2）根根据据煤煤样样的的粘粘结结性性强强弱弱灵灵活活改改变变配配比比，粘粘结结性性较较强强的的煤煤用用1:5的的比比例例，粘粘结结性性较较弱弱的的煤煤用用3:3的的比比例例，可可

28、以以提提高高强强粘粘结结性性煤煤的的区区分分能能力力和和弱弱粘粘结结性性煤煤的的测测定定准准确确性性和和重重现现性性；（3）转转鼓鼓试试验验由由3次改为次改为2次，提高了测定效率。次，提高了测定效率。结果计算公式结果计算公式结果计算公式结果计算公式：第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（四）胶质层指数（四）胶质层指数Y 1、测测定定要要点点是是：将将煤煤样样装装入入特特制制的的煤煤煤煤杯杯杯杯中中中中，并并在在上上面面加加一一可可移移动动压压盘盘，压压盘盘通通过过杠杠杆杆和和重重锤锤相相连连，使使压压盘盘对对煤煤样样产产生生0.

29、1MPa的的压压力力。然然后后模模拟拟煤煤样样在在焦焦炉炉中中的的受受热热过过程程，以以3/min的的升升温温速速度度从从煤煤杯杯底底部部单单侧侧加加热热，使使煤煤杯杯中中的的煤煤样样形形成成一一系系列列温温度度不不同同的的等等温温层层。等等温温层层的的温温度度从从上上到到下下依依次次递递增增。当当温温度度升升到到煤煤的的软软化化点点时时，煤煤开开始始软软化化形形成成具具有有塑塑性性的的胶胶质质体体，当当温温度度升升到到固固化化温温度度时时，胶胶质质体体开开始始固固化化形形成成半半焦焦。这这样样，煤煤杯杯中中的的煤煤样样就就逐逐层层软软化化、熔熔融融再再固固化化。在在试试验验过过程程中中要要用

30、用特特制制的的探探针针定定时时测测量量胶胶质质层层的的厚厚度度，以胶质层最大厚度作为以胶质层最大厚度作为Y值。值。第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质第二节煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（四）胶质层指数（四）胶质层指数Y 2、胶质层指数测定得到的体积曲线。、胶质层指数测定得到的体积曲线。优点：优点：其优点是其优点是Y值具有可加性。值具有可加性。缺点：缺点：（1）胶质层厚度只能反映胶质体的数量，不能反胶质层厚度只能反映胶质体的数量，不能反映胶质体的质量；映胶质体的质量；（2）测定过

31、程的规范性强，影响测定结测定过程的规范性强，影响测定结果的因素多；果的因素多；（3）测定时所需煤样量大；测定时所需煤样量大；（4）对弱粘煤对弱粘煤(Y7 mm)和胶质体流动性大的煤和胶质体流动性大的煤(Y 25 mm)测定的精度测定的精度差、重现性差。差、重现性差。适用性：适用性：胶质层指数法较适合于中等粘结性的煤，胶质层指数法较适合于中等粘结性的煤，第二节煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（四）胶质层指数（四）胶质层指数Y 3、胶质层指数之优缺点、胶质层指数之优缺点 测定要点：测定要点：将煤样按规定方法制成形状和大小类似于粉将煤样按规定方法制成形状和大小类似于

32、粉笔的煤笔，放入专用膨胀管内，煤笔上部放置一根能自由笔的煤笔，放入专用膨胀管内，煤笔上部放置一根能自由滑动的膨胀杆。将上述装置放入专用电炉后，在膨胀杆上滑动的膨胀杆。将上述装置放入专用电炉后，在膨胀杆上端连接一枝记录笔，记录笔与卷在匀速转动的转筒上的记端连接一枝记录笔，记录笔与卷在匀速转动的转筒上的记录纸相接触，以录纸相接触，以3/min的升温速度加热，在记录纸上就记的升温速度加热，在记录纸上就记录下膨胀杆上下移动的位移曲线。测量并计算位移的最大录下膨胀杆上下移动的位移曲线。测量并计算位移的最大距离占煤笔原始长度的百分数，作为煤样的膨胀度，即奥距离占煤笔原始长度的百分数，作为煤样的膨胀度，即奥

33、亚膨胀度指标（亚膨胀度指标（b）。第二节煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥亚膨胀度（五）奥亚膨胀度b第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥亚膨胀度（五）奥亚膨胀度b仪器仪器第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥亚膨胀度（五）奥亚膨胀度b 仪器仪器第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥亚膨胀度（五）奥亚膨胀度b 膨胀管膨胀管第二节第二节 煤的热

34、解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥亚膨胀度（五）奥亚膨胀度b 体积曲线体积曲线第二节第二节 煤的热解和粘结成焦性质煤的热解和粘结成焦性质六、煤粘结性的评定方法六、煤粘结性的评定方法（五）奥亚膨胀度（五）奥亚膨胀度b 优缺点优缺点 优点：优点：奥亚膨胀度对中、强粘结性煤的区分能力强，对奥亚膨胀度对中、强粘结性煤的区分能力强，对强粘结性煤，区分能力好于强粘结性煤，区分能力好于Y值，测定时人为误差小，结果值，测定时人为误差小，结果重现性好。重现性好。缺点：缺点：缺点：缺点：对弱粘结性煤区分能力差，以及实验仪器加工精对弱粘结性煤区分能力差，以及实

35、验仪器加工精度要求高，规范性太强。度要求高，规范性太强。适用性：适用性：适用性：适用性：强粘结性煤强粘结性煤第三节第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质 与煤炭气化、燃烧有关的工艺性质，主要包括煤的与煤炭气化、燃烧有关的工艺性质，主要包括煤的发热量、煤与气化介质的反应活性、煤的着火点、煤的发热量、煤与气化介质的反应活性、煤的着火点、煤的机械强度、煤灰性质（灰熔点，结渣性和灰粘度）、煤机械强度、煤灰性质（灰熔点，结渣性和灰粘度）、煤的热稳定性等。这里主要介绍煤的的热稳定性等。这里主要介绍煤的机械强度、二氧化碳机械强度、二氧化碳反应性。反应性。一、概述一、概述第三节第三节 煤炭气

36、化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质 煤的机械强度的意义煤的机械强度的意义测定要点：测定要点：煤的机械强度测定方法是取粒度为煤的机械强度测定方法是取粒度为60100mm的煤块的煤块25kg，放在带有活动底板的铁箱中。在地面，放在带有活动底板的铁箱中。在地面上放置一块厚度上放置一块厚度20mm的钢板，在其上方将装有煤块的铁的钢板，在其上方将装有煤块的铁箱升高到箱升高到2m的高度，然后打开活门使煤块跌落到钢板上。的高度，然后打开活门使煤块跌落到钢板上。用用2525的筛子过筛，然后将筛上物重新按上法作跌落试的筛子过筛，然后将筛上物重新按上法作跌落试验并筛分，再将筛上物依上法跌落并筛分。将大于验

37、并筛分，再将筛上物依上法跌落并筛分。将大于25mm的块煤称重，计算它占原始煤块重量的百分数，这就是煤的块煤称重，计算它占原始煤块重量的百分数，这就是煤炭的机械强度。炭的机械强度。二、煤的机械强度二、煤的机械强度 1、煤的反应性的定义：、煤的反应性的定义：是指在一定温度条件下，煤炭与不是指在一定温度条件下，煤炭与不同气体介质（同气体介质（CO2、O2、H2O等）相互作用的反应能力。等）相互作用的反应能力。2、测定要点：、测定要点：煤炭反应性的表示方法很多，如用活化能、煤炭反应性的表示方法很多，如用活化能、反应速度、反应物分解率等。比较简便准确的方法是反应速度、反应物分解率等。比较简便准确的方法是

38、CO2还原率（分解率）。还原率（分解率）。CO2还原率测定方法要点是：先将煤还原率测定方法要点是：先将煤进行干馏，取一定粒级的焦渣装入特制的刚玉反应管中，进行干馏，取一定粒级的焦渣装入特制的刚玉反应管中，通入通入CO2气在一定温度下反应，取反应后气体分析其中的气在一定温度下反应，取反应后气体分析其中的CO2浓度，浓度，根据公式计算出根据公式计算出根据公式计算出根据公式计算出COCO2 2还原率还原率还原率还原率。第三节煤炭气化与燃烧的工艺性质三、煤的反应性三、煤的反应性 第三节煤炭气化与燃烧的工艺性质三、煤的反应性三、煤的反应性 3、煤的反应性的影响因素、煤的反应性的影响因素 煤炭反应性与煤化

39、程度、煤中的矿物质等因素有关。煤煤炭反应性与煤化程度、煤中的矿物质等因素有关。煤化程度高，煤的反应性低，煤灰中钾、钠、钙等含量高，化程度高，煤的反应性低，煤灰中钾、钠、钙等含量高，由于它们对反应过程有催化作用，使煤的反应性就高。由于它们对反应过程有催化作用，使煤的反应性就高。煤炭反应性与煤化程度关系煤炭反应性与煤化程度关系煤炭反应性与煤化程度关系煤炭反应性与煤化程度关系4 煤灰成分煤灰成分4.14.1 煤灰中的元素煤灰中的元素煤灰中的元素煤灰中的元素 煤煤煤煤灰灰灰灰中中中中的的的的元元元元素素素素有有有有几几几几十十十十种种种种，地地地地球球球球上上上上所所所所有有有有天天天天然然然然存存存

40、存在在在在的的的的元元元元素素素素几几几几乎乎乎乎在在在在煤煤煤煤灰灰灰灰中中中中均均均均可可可可发发发发现现现现，但但但但常常常常见见见见的的的的只只只只有有有有硅硅硅硅、铝铝铝铝、铁铁铁铁、钙钙钙钙、镁镁镁镁、钛钛钛钛、钾钾钾钾、钠钠钠钠、硫硫硫硫、磷等磷等磷等磷等，在一般的灰成分测定中也只分析这几种。，在一般的灰成分测定中也只分析这几种。，在一般的灰成分测定中也只分析这几种。，在一般的灰成分测定中也只分析这几种。第四节第四节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质4.24.2 煤灰成分的表示方法煤灰成分的表示方法煤灰成分的表示方法煤灰成分的表示方法 煤煤煤煤灰灰灰灰化化化化学学

41、学学组组组组成成成成十十十十分分分分复复复复杂杂杂杂，很很很很难难难难测测测测定定定定其其其其中中中中的的的的化化化化合合合合物物物物，一一一一般般般般用用用用主主主主要要要要元元元元素素素素的的的的氧氧氧氧化化化化物物物物形形形形式式式式表表表表示示示示，如如如如SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2OO3 3、TiOTiO2 2、K K2 2OO、NaNa2 2OO、SOSO3 3、P P2 2OO5 5。其其其其中中中中，最最最最主主主主要要要要的的的的是是是是SiOSiO2 2、AlAl2 2OO3 3、CaOCaO、MgOMgO、Fe

42、Fe2 2OO3 3几几几几种种种种。灰灰灰灰分分分分中各成分的含量取决于原始的矿物组成。中各成分的含量取决于原始的矿物组成。中各成分的含量取决于原始的矿物组成。中各成分的含量取决于原始的矿物组成。第四节第四节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质5、煤灰熔融性、煤灰熔融性 煤煤灰灰熔熔融融性性是是指指煤煤灰灰在在高高温温条条件件下下软软化化、熔熔融融、流流动动时时的的温温度度特特性性。通通常常，煤煤灰灰熔熔融融性性采采用用角角锥锥法法进进行行测测定定，即即将将煤煤灰灰制制成成三三棱棱锥锥形形状状的的灰灰锥锥，放放入入高高温温炉炉，在在一一定定气气氛氛下下加加热热，观观察察在在加加

43、热热过过程程中中灰灰锥锥的的变变形形情情况况，依依此此确定煤灰熔融性。确定煤灰熔融性。如下图所示如下图所示。第四节第四节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质测定煤灰熔融性的仪器测定煤灰熔融性的仪器第四节第四节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质5.1 煤灰熔融性的表示：煤灰熔融性的表示：变形温度变形温度(Deformation temperature,DT)煤灰锥体尖煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度。端开始弯曲或变圆时的温度。软化温度软化温度(Softening temperature,ST)煤灰锥体弯曲煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形或半球形时的温度。至锥尖触

44、及底板变成球形或半球形时的温度。半球温度半球温度(Half ball temperature,HT)试样形变至近试样形变至近似半球形，即高等于底长的一半时的温度。似半球形，即高等于底长的一半时的温度。流动温度流动温度(Flow temperature,FT)煤灰锥体完全熔化煤灰锥体完全熔化展开成高度小于展开成高度小于1.5 mm薄层时的温度。薄层时的温度。一般以煤灰软化的温度一般以煤灰软化的温度ST作为衡量煤灰熔融性的主要作为衡量煤灰熔融性的主要指标，即灰熔点。指标，即灰熔点。第四节第四节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质5.2 影响煤灰熔融性的因素影响煤灰熔融性的因素5、煤灰

45、熔融性灰灰灰灰分分分分化化化化学学学学组组组组成成成成灰灰灰灰渣渣渣渣部部部部位位位位气气气气氛氛氛氛煤灰熔融性主要取决于煤灰成分的组成比例煤灰熔融性主要取决于煤灰成分的组成比例，灰成分中，灰成分中SiO2和和Al2O3含量高，灰熔点也高。而含量高，灰熔点也高。而CaO、MgO、Fe2O3、K2O、Na2O等碱性成分高则灰熔点就低。等碱性成分高则灰熔点就低。氧氧化化、弱弱还还原原和和强强还还原原气气氛氛下下，Fe元元素素分分别别以以Fe2O3、FeO和和Fe的的形形式式存存在在，其其熔熔点点也也各各不不同同。Fe2O3的的熔熔点点是是1560，FeO是是1535，Fe是是1420。在在弱弱还还

46、原原性性气气氛氛下下，FeO能能与与SiO2形形成成一一系系列列低低共共熔熔混混合合物物，如如4FeO SiO2，2FeO SiO2和和FeO SiO2等等，它它们们的的熔熔融融范范围围均均在在11381180之之间间。在在工工业业条条件件下下，煤煤炭炭燃燃烧烧或或气气化化成成渣渣部部位位的的气气氛氛一一般般是是弱弱还还原原性性的的，因因此此，在在测测定煤灰熔融性时，一般模拟弱还原性气氛进行。定煤灰熔融性时，一般模拟弱还原性气氛进行。半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭胶质体固化过程的缩聚反应胶质体固化过程的缩聚反应煤化程度对煤的发热量的影响煤化程度对煤的发热量

47、的影响表表5-1 各种煤的发热量各种煤的发热量煤种煤种Qgr,v,daf,kJ/g泥泥 炭炭2024年青褐煤年青褐煤2428 年老褐煤年老褐煤2830.6长长 焰焰 煤煤3033.5气气 煤煤32.235.6肥肥 煤煤34.336.8焦焦 煤煤35.237.1瘦瘦 煤煤3536.6贫贫 煤煤34.836.4年青无烟煤年青无烟煤34.836.2典型无烟煤典型无烟煤34.335.2年老无烟煤年老无烟煤32.234.3Qnet,dafVdaf,%发热量测定示意图发热量测定示意图胶质体的形成胶质体的形成 粘结性烟煤在热解过程中，在粘结性烟煤在热解过程中，在300550范围内，煤范围内，煤粒会软化熔融，

48、在煤粒的表面形成含有气泡的液相膜，大粒会软化熔融，在煤粒的表面形成含有气泡的液相膜，大量煤粒聚积时，液相相互融合在一起，形成气、液、固三量煤粒聚积时，液相相互融合在一起，形成气、液、固三相一体的粘稠的混合物，即所谓的相一体的粘稠的混合物，即所谓的“胶质体胶质体”I 软化开始阶段软化开始阶段 II 开始形成半焦阶段开始形成半焦阶段 III 煤粒强烈软化和半焦破裂阶段煤粒强烈软化和半焦破裂阶段 在结焦过程的不同阶段单个煤粒的变化示意图在结焦过程的不同阶段单个煤粒的变化示意图1煤；煤；2含有气泡的液态物质；含有气泡的液态物质；3半焦半焦罗加指数的计算罗加指数的计算 式中：式中：RI罗加指数，罗加指数

49、，%；m0焦化后焦渣总质量，焦化后焦渣总质量，g；m转磨前大于转磨前大于1mm焦渣的质量，焦渣的质量，g；m1第一次转磨后大于第一次转磨后大于1mm焦渣的质量，焦渣的质量，g；m2第二次转磨后大于第二次转磨后大于1mm焦渣的质量，焦渣的质量，g；m3第三次转磨后大于第三次转磨后大于1mm焦渣的质量，焦渣的质量，g。粘结指数的计算粘结指数的计算 式中：式中：G粘结指数；粘结指数；m0焦化后焦渣总质量，焦化后焦渣总质量，g；m1第一次转磨后大于第一次转磨后大于1mm焦渣的质量，焦渣的质量，g；m2第二次转磨后大于第二次转磨后大于1mm焦渣的质量，焦渣的质量，g。如果结果如果结果G 18，煤样的配比改为煤样的配比改为3:3，G按下式计算：按下式计算：煤的配比为煤的配比为1:5时，粘结指数时，粘结指数G按下式计算：按下式计算：胶质层指数测定煤杯示意图胶质层指数测定煤杯示意图煤的工艺性质奥亚膨胀度曲线 式中：式中：二氧化碳还原率，二氧化碳还原率，a通入炉内二氧化碳中杂质含量，通入炉内二氧化碳中杂质含量，反应后气体中剩余的二氧化碳含量，反应后气体中剩余的二氧化碳含量，第三节第三节 煤炭气化与燃烧的工艺性质煤炭气化与燃烧的工艺性质 褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤,%温度，温度，第三节煤炭气化与燃烧的工艺性质煤化程度对反应性的影响煤化程度对反应性的影响