煤化学第12章-煤的分类和煤质评价.ppt

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1、Coal chemistry煤 化 学 篇第12章 煤分类、煤质评价与中国的煤炭资源 能源化学工程（能源化工）西北大学 二o 一 三年12.1 煤的分类指标12.2 中国煤炭的技术分类方案12.3 中国煤炭分类的商业编码系统12.4 中国煤层煤的科学成因分类Coal chemistry本章内容12.7 中国的煤炭资源与煤质特征12.6 煤质评价12.5 煤的国际分类Coal chemistry12.1 煤炭分类 煤炭分类是煤化学的一个主要研究内容。人们从不同的研究目的出发，对煤炭进行过不同的分类。主要的有如下三种：煤的成因分类分类依据：成煤的原始物质和堆积环境分为腐殖煤、腐泥煤和残殖煤用途：在

2、地质上用的较多；煤的科学分类分类依据：元素组成、基本性质和现代工业用途对全部煤炭进行系统的分类用途：学科的总结；煤的技术分类分类依据：变质程度和工艺性质对全部煤炭进行系统的分类用途：工业实用，也称实用分类或工业分类。Coal chemistry12.1 煤炭分类 1998年，中国煤层煤的分类标准（GB/T 176071998)）颁布，标志着中国煤炭分类形成了由技术分类、商业编码和煤层煤分类三个国家标准组成的完整体系。本章主要介绍中国和国际煤炭的技术分类和中国煤层煤的科学/成因分类方案，其中技术分类是以应用商业为目的。煤质评价是煤炭和相关各工业部门非常重要的问题，本章简单介绍煤质评价的阶段、任务

3、和评价的内容与方法等，并介绍中国煤炭资源的分布和煤质特点。Coal chemistry12.1 煤分类的意义和分类指标 煤分类在科学研究和实用技术方面都有重大的意义。由于煤的复杂性和对煤质的认识有待深化，目前国内外使用的煤分类方案都不是完整、科学的系统分类。煤的技术分类对于煤炭的勘探、生产、分配、合理利用和国际学术交流与贸易等都有重要的作用。由于煤的成因、产地、种类、组成和性质等的多样性，以及分类的角度与目的的不同，因此煤分类的指标繁多，归纳起来可有如下四类。（1）煤化度（rank），能在一定阶段反映煤化度的诸指标（2）煤炭显微组分的组成（3）粘结性与结焦性指标（4）其他指标 分类表达方法 多

4、指标编码系统，便于计算机处理Coal chemistry12.2 中国煤炭的技术分类方案 12.2.1 历史沿革 20世纪50年代以后，中国煤产量和消耗量迅速增加，为了合理利用煤炭资源，1952年1953年提出东北区和华北区两个炼焦煤分类方案。1956年又制订了统一的中国煤（以炼焦煤为主）分类方案，以大致代表煤的变质程度的挥发分Vdaf（%）和表征煤的黏性的胶质层最大厚度Y(mm)两个参数为分类指标，将中国煤分为10大类24小类。该方案于1958年经国家技术委员会向全国推荐试行，起了统一中国煤分类的作用。这一分类方案在20多年的使用过程中起到过一些积极作用，但存在问题较多。Coal chemi

5、stry12.2.1 历史沿革 1974年开始，以原煤炭部、冶金部下属四个起草单位组织了40多个单位共同研究。1986年以国家标准中国煤炭分类(GB 57511986)予以颁布实施。该煤炭分类方案主要采用表征煤化度的干燥无灰基挥发分Vdaf（%）将煤划分为无烟煤、烟煤和褐煤共3个大类，然后再采用干燥无灰基氢含量Hdaf（%）将无烟煤分为3个亚类；采用黏结指数G、胶质层最大厚度Y(mm)和奥阿膨胀度b(%)将烟煤分为24个亚类；采用恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf将褐煤分为2个亚类。1986年颁布的中国煤炭分类方案克服了1958年颁布的旧方案中存在的一系列缺点，无疑是科技的一个进步。经过多年来

6、各系统的试用，证明新标准基本适合中国煤炭资源状况的要求，可以指导煤炭的勘探、开发、生产和利用。Coal chemistry中国煤炭分类(GB 57511986)存在问题（1）对煤样的要求没有明确的规定。事实上，灰分对G的影响十分敏感，而确定煤种时浮选的标准不一，同一煤种有时可能跨三个牌号，造成供需双方争议大，并且用浮煤分类的煤，实际上精煤的质量较差。（2）对1/3焦煤、焦煤和瘦煤所定的G下限值偏低，由此造成：1/3焦煤质量波动大，部分1/3焦煤质量低下，影响其正确使用；焦煤、瘦煤界限划不清，部分瘦煤划为焦煤而实际是不起焦煤作用的低质量焦煤，并造成了受经济利益驱动的人为混煤，使瘦煤人为地“提质”

7、，造成瘦煤资源的浪费。（3）分类方案中有些煤的分类指标只需一个而不必两个或三个分类指标。例如：无烟煤只用Hdaf指标就可以，不必再用Vdaf；烟煤中G85即可定为肥煤，而不必测Y或b等。Coal chemistry中国煤炭分类（GB/T 57512009）该标准是对GB 57511986的修订，在基本沿用GB 57511986的分类指标和分类体系的同时，主要进行了如下修改。（1）标准的属性由强制性改为推荐性。（2）与ISO 11760：2005国际煤分类保持一致，增加了对术语“煤”及其定义的描述：主要由植物遗体经煤化作用转化而成的富含碳的固体可燃有机沉积岩，含有一定量的矿物质，相应的灰分产率小

8、于或等于50%(干基质量分数)。（3）增加了关于标准分类体系的性质和用途的说明。（4）增加了对煤炭分类用煤样要求的规定：判定煤炭类别时要求所选煤样为单种煤，煤样可以是勘查煤样、煤层煤样、生产煤样或商品煤样，分类用煤样的干燥基灰分产率应小于或等于10%。烟煤类别贫煤贫瘦煤瘦煤焦煤肥煤1/3焦煤气肥煤气煤1/2中黏煤弱黏煤不黏煤长焰煤符号PMPSSMJMFM1/3JMQFQM1/2ZNRNBNCY煤的大类褐煤烟煤无烟煤符号HMYMWYCoal chemistry12.2.2 煤类划分代号与编码 GB/T 57512009中，先根据干燥无灰基挥发分等指标，将煤炭分为无烟煤、烟煤和褐煤；再根据干燥无灰

9、基挥发分及黏结指数等指标，将烟煤划分为12小类。各类煤的名称用汉语拼音字母为代号表示：Vdaf/%10.0 20.020.0 28.028.037.037.0数码1234Coal chemistry各类煤用两位阿拉伯数码表示 十位数系按煤的挥发分分组：无烟煤为0（Vdaf10.0%）；烟煤分为4组 褐煤为5（Vdaf37.0%）。个位数 无烟煤类为13，表示煤化程度；烟煤类为16，表示黏结性；褐煤类为12，表示煤化程度。Coal chemistry（3）符号与数码个位数表工艺性质Coal chemistry12.2.3 中国煤炭技术分类体系 GB/T 57512009包括五个表：无烟煤、烟煤及

10、褐煤的分类表，无烟煤亚类的划分，烟煤的分类，褐煤亚类的划分和中国煤炭分类简表。并有一个附图：中国煤炭分类图，该图表明各煤种的相互关系及它们在中国煤炭分类图中的位置。无烟煤、烟煤及褐煤的分类表PM/%类别无烟煤代号WY编码01，02，03分类指标Vdaf/%10.0烟煤YM11，12，13，14，15，1610.020.021，22，23，24，25，2620.028.031，32，33，34，35，3641，42，43，44，45，4628.037.037.0褐煤HM51，5237.0a50bCoal chemistry无烟煤亚类的划分亚类无烟煤一号代号WY1编码01分类指标Vdaf/%Hda

11、f/%3.5 2.0无烟煤二号无烟煤三号WY2WY302033.56.56.510.02.03.03.0由表3无烟煤的分类表可见，无烟煤小类的划分是采用Vdaf和Hdaf作为指标，将无烟煤分为三个亚类。在已确定无烟煤亚类的生产矿、厂的日常工作中，可以只按Vdaf分类；在地质勘查工作中，为新区确定亚类或生产矿、厂和其他单位需要重新核定亚类时，应同时测定Vdaf和Hdaf，按上表分亚类。如两种结果有矛盾，以按Hdaf划亚类的结果为准。Coal chemistry烟煤的分类类别贫煤贫瘦煤瘦煤焦煤肥煤1/3焦煤气肥煤代号PMPSSMJMFM1/3JMQF编码1112131415242516263635

12、46Vdaf/%10.020.010.020.010.020.010.020.010.020.020.028.020.028.010.020.020.028.028.037.028.037.037.0分类指标G55202050506565a506565a(85)a(85)a(85)a65a(85)aY/mm25.025.025.025.025.025.025.0b/%150150150150220220220Coal chemistry烟煤的分类类别代号编码分类指标Y/mmb/%气煤QM34434445Vdaf/%28.037.037.037.037.0G50653550506565a25.0

13、2201/2中黏煤弱黏煤不黏煤长焰煤1/2ZNRNBNCY233322322131414220.028.028.037.020.028.028.037.020.028.028.037.037.037.030503050530530555535Coal chemistry褐煤亚类的划分类别代号编码PM/%分类指标Qgr,maf/(MJkg-1)a褐煤一号褐煤二号HM1HM2515230305024由表可见，褐煤的煤化度参数采用透光率PM，并采用恒湿无灰基高位发热量Q作为辅助指标，将褐煤分为两小类。凡Vdaf37.0%，PM30%50%的煤，如恒湿无灰基高位发热量Qgr,maf24 MJ/kg，则

14、划分为长焰煤。Coal chemistryGB/T 57512009仍然存在的不足 可能限于经济与技术水平发展不平衡的原因，新标准未能采用镜质组反射率作为煤化度参数。对1/3焦煤、焦煤和瘦煤所定的G下限值偏低，由此造成：1/3焦煤质量波动大，部分1/3焦煤质量低下，影响其正确使用；焦煤、瘦煤界限划不清，部分瘦煤划为焦煤而实际是不起焦煤作用的低质量焦煤，并造成了受经济利益驱动的人为混煤，使瘦煤人为地“提质”，造成瘦煤资源的浪费。建议提高上述三种煤的G下限值。分类方案中有些煤的分类指标只需一个而不必两个或三个分类指标。例如：无烟煤只用Hdaf指标就可以，不必再用Vdaf；烟煤中G 85即可定为肥煤

15、，而不必测Y或b等。Coal chemistry12.3 中国煤炭分类的商业编码系统 目的 煤炭质量的商业信息交流，并与国际标准接轨 提出GB/T167721997与技术方案GB57511986并用 分类指标选择原则(1)良好的重现性与重复性(2)适当的精度(3)主观因素少，客观性强(4)具有良好的可信度和区分性(5)操作简易方便(6)仪器价廉易于购置(7)具有测试自动化的潜力(8)对于配煤指标具有可加和性Coal chemistry编码参数三类 A 煤阶参数四个：a.b.c.d.镜质组平均随机反射率Rran，挥发分Vdaf，发热量 Qgr，daf,对于低价煤（恒湿无灰基高位发热量Qgr，m，

16、af）24MJ/Kg全水分Mt B 工艺参数 四个a.V，Q，G（对中、高阶煤），干燥无灰基焦油产量b.Tar,daf(对低阶煤)c.环境参数 二个d.灰分 Ad，全硫St，d Coal chemistryD.编码顺序与规定 对中、高阶煤第一、二位数码，Rran10，取整；二位数；第三、四位数码，Q，第五、六位数码，Vdaf，第七、八位数码，G/10，取整；二位数；取整；二位数；取整；二位数；对低阶煤第七位Mt 020%，记为1；20%以上，除10取整第八位Tar，10%，记为1；1015%，记为2；1520%，记为3第九、十位数码，Ad，取整；二位数第十一、十二位数码，St,d10，取整；二

17、位数 Coal chemistryE.书写顺序 均十二位数码，无测值时记为“”高阶煤RQVGAS 例峰峰二矿焦煤编码Rran=1.24Qgr,daf=36.0MJ/kgVdaf=24.46%G=88Ad=14.49%St,d=0.59%123624081405即峰峰二矿焦煤的编码 12 36 24 08 14 05 Coal chemistryE.书写顺序 均十二位数码，无测值时记为“”低阶煤 RQVMTAS例 山东黄县煤编码Rran=0.53%Qgr,m,af=22.3MJ/kgVdaf=47.51%Mt=24.58%Tar,daf=11.80%Ad=9.32%St,d=0.64%05224

18、7220906即山东黄县煤编码 05 22 47 2 2 09 06 Coal chemistry12.4 中国煤层煤的科学成因分类 GB/T176071998（1）目的：在煤炭资源，储量统计与质量评价方面与国际标准接轨（2）分类指标煤阶低阶煤 Qgr,m,af；低阶褐煤、高阶褐煤、次烟煤三小类中、高煤阶煤 Rran 烟煤四小类：低、中、高、超高阶无烟煤三小类：低、中、高阶Coal chemistry煤岩显微组分组成 无矿物质镜质组含量（体积），tdmmf（Vol），；tdmmf%40低镜质组煤4060中镜质组煤6080较高镜质组煤80高镜质组煤煤品位：干基灰分AdAd101020203030

19、404050低灰分煤 较低灰分煤 中灰分煤 较高灰分煤 高灰分煤(3)冠名顺序：品位、显微组分组成、煤阶Coal chemistry命名示例图Qgr,m,af/MJkg-116.823.8Ad/%16.718.5022.0010.013.00Vtdmmf(Vol)/%8265506095命名表述较低灰分、高镜质组、高阶褐煤低灰分、较高镜质组、次烟煤中灰分、中等镜质组、中阶烟煤较低灰分、较高镜质组、高阶烟煤低灰分、高镜质组、低阶无烟煤Rran/%0.300.580.701.042.70Coal chemistry中国煤层煤分类 Coal chemistry12.5 煤的国际分类12.7.1煤炭国

20、际分类的发展 由于国际间煤炭贸易和信息交流的需要，1955年由联合国欧洲经济委员会(ECE)提出了“硬煤国际分类”方案，该方案在1956年由联合国发布。硬煤是指恒湿无灰基高位发热量24 MJkg(5700 cal/g)的烟煤和无烟煤。该分类方案是以三位数字表示煤的牌号。第一位数（百位数）表示煤的类别，用挥发分（daf）和发热量（恒湿无灰基）表示煤化度。第二位数（十位数）表示煤的组别，用快速加热下测定煤的黏结性的坩埚膨胀序数或罗加指数来确定。第三位数（个位数）表示煤的亚组别，用慢速加热下测定煤的结焦性的奥阿膨胀度或葛金焦型来确定。该方案是针对热能用煤和炼焦用煤为主的分类体系，为便于工业上的应用，

21、在分类表上还用罗马数字来划分工业统计组，其中组为强黏结煤，根据其结焦性又细分为VAVD。Coal chemistry12.7.1煤炭国际分类的发展 1974年国际标准化组织(ISO)又组织制定了国际褐煤分类编码系统(ISO 29501974)，该系统以焦油产率Tdaf，%和无灰基总水分(%)为分类指标，将褐煤分为五个组和六个类别，划分成以两位阿拉伯数字为代号的30个小类。前述两个煤的国际分类方案都是以煤炭贸易为目的的分类系统，自发表以来促进了各国的煤炭分类和各产煤国之间煤质特征的对比，有利于世界各国测定煤黏结性、结焦性方法的统一，并对国际煤炭贸易和煤质研究与信息交流起到良好的作用。但是，随着科

22、技的进步实践中人们对煤质认识的深化，发现这两个方案存在对煤的定义不够明确，没有考虑煤岩指标和煤利用的环境因素等多方面问题而显得落后。Coal chemistry12.7.1煤炭国际分类的发展 煤炭是世界上的主要能源，在发电、钢铁冶金等方面广泛应用。但是用煤过程中的热效率和环境存在严重的问题。正是从上述的背景出发，1993年国际标准化组织(ISO)煤炭委员会(TC27)成立了第18工作组，专门从事国际煤分类的制定工作。参加的国家有澳大利亚、加拿大、中国、捷克、法国、德国、日本、荷兰、波兰、葡萄牙、南非、瑞典、英国和美国共14个国家。目的是提出一个简明的分类系统，便于煤炭的重要性质、参数在国际间可

23、以相互比较，同时正确无误地评估世界各地区的煤炭资源。2005年，ISO 11760:2005颁布，成为现行国际煤分类标准。Coal chemistry12.7.2 现行国际煤分类标准 首先对分类涉及的主要术语进行了定义，包括：煤、镜质组、惰质组、稳定组、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤、硬煤和煤层煤水分。其中，关于“煤”的定义：“主要由植物遗体转化而成的碳质沉积岩，含有一定量的矿物质，相应的灰分产率小于或等于50%(干基质量分数)”被中国煤炭分类GB/T 57512009采用。注意：目前我国用于煤炭储量计算时所统计的煤炭灰分上限为40%。考虑到煤的物理和化学性质实质上决定于地质成熟度（煤阶），岩相组

24、成和矿物质的数量（以及矿物质的种类和赋存方式）。为了简单起见，国际煤分类根据以下性质进行煤分类：以镜质组反射率（平均随机反射率百分数）表征煤阶；以镜质组含量（无矿物质基体积百分数）表征煤岩组成；以灰分产率（某基准下的百分数）表征煤中无机矿物的含量。Rr2.0%RrR v,max 8.0%)高煤阶煤A（无烟煤A）Coal chemistry（1）煤阶主要煤类别的一级煤类和亚类的煤阶分类一级煤类低煤阶（褐煤和次烟煤）定义煤层煤水分75%及亚类低煤阶煤C（褐煤C）低煤阶煤B（褐煤B）中煤阶（烟煤）高煤阶（无烟煤）(或中煤阶煤C(烟煤C)中煤阶煤B(烟煤B)中煤阶煤A(烟煤A)高煤阶煤C（无烟煤C）6

25、.0%高煤阶煤B（无烟煤C）Rr 0.5%低煤阶煤A（次烟煤）中煤阶煤D(烟煤D)0.5%Rr 2.0%特征Rr 35%和 75%，无灰基Rr 0.4%和煤层煤水分35%，无灰基0.4%Rr 0.5%0.5%Rr 0.6%0.6%Rr 1.0%1.0%1.4%1.4%Rr 2.0%2.0%Rr 3.0%3.0%Rr 4.0%4.0%Rr 6.0%(或 R v,max 10%）导致挥发分产率高于按镜质组反射率预期的值。因此，当壳质组异常时，应该谨慎用镜质组含量表征煤分类中的煤岩组成。镜质组体积含量/%，无矿物质基 4040和 6060和 8080镜质组类别低镜质组煤中镜质组煤较高镜质组煤高镜质组

26、煤Coal chemistry（3）灰分产率 国际煤分类以灰分产率表征的煤的无机成分，将煤划分为五类，如下表所示。灰分产率（Ad）55 Ad 1010 Ad 2020 Ad 3030 Ad 20MJ/kg中高热值煤其它占尚未利用资源量/%91.808.20Coal chemistry12.7.2 中国的煤炭资源煤质特点 我国煤的灰分、硫分、和发热量的基本状况 Coal chemistry（2）我国煤类的煤质特征 褐煤 最大特点是水分含量高，灰分含量高，发热量低。根据176个井田或勘探区统计资料，褐煤全水分高达20%50%，灰分一般为20%30%，收到基低位发热量一般为11.7116.73MJ/

27、kg。低变质烟煤（不粘煤、弱粘煤、长焰煤）不仅资源量丰富，而且这类煤灰分低，硫分低，发热量高，可选性好煤质优良。各主要矿区原煤灰分均在15%以内，硫分小于1%。其中不粘煤的平均灰分为10.85%，平均硫分为0.75；弱粘煤平均灰分为10.11%，平均硫分为0.87%。根据71个矿区统计资料，长焰煤收到基低位发热量为16.7320.91MJ/kg；弱粘煤、不粘煤收到基低位发热量为20.9125.09MJ/kg。低变质烟煤化学反应性优良。Coal chemistry（2）我国煤类的煤质特征 中变质烟煤原煤灰分一般在20%以上，基本无特低灰煤和低灰煤；硫分也较高，已发现保有资源量的20%以上的硫分高

28、于2%，而低硫高灰者，其可选性也较差。我国华北是中变质煤的主要分布地区，其中山西组煤的灰分、硫分相对较低，可选性较好，是我国炼焦用煤的主要煤源。而太原组煤属中硫、中高硫居多，脱硫困难，但结焦性比山西组煤好。在高变质煤中，贫煤的灰分和硫分都较高，如山西西山贫煤灰分15%-30%，硫分1%3%；贵州六枝贫煤灰分17%36%，硫分高达3%6%，贫煤属中高热值煤，其Qnet.ar一般可达23.0027.18MJ/kg。我国无烟煤的特点是低中灰、中灰，低硫-中硫，Qnet.ar一般高达22.702.70MJ/kg，煤灰熔融温度高，煤机械强度高，热稳定性中等-高热稳定性，化学反应性较差。Coal chem

29、istry12.7.3 中国的炼焦煤资源及其可选性（1）炼焦煤资源地域分布 我国炼焦煤资源相对丰富，但分布很不平衡。行政区储量/亿t占全国比例/%基础储量/亿t占全国比例/%资源量/亿t占全国比例/%华北379.5957.37703.5257.68996.2266.35东北37.087.6086.516.8536.482.43华东114.0017.24233.8818.51215.9114.38中南27.084.0950.954.0349.303.28西南69.2210.46110.158.7263.874.25西北34.697.2478.446.21139.779.31全国合计661.661

30、00.001263.45100.001501.55100.00查明资源储量/亿t 1699.73122.99449.77100.28174.03218.202765.00占全国比例/%61.474.4516.273.636.297.89100.00Coal chemistry（2）炼焦煤资源煤种分布 中国炼焦煤品种齐全，但分布也不均匀。气煤和13焦煤在炼焦煤种查明资源储量中占较大比例，达到45%以上；焦煤与肥煤是炼焦的主力煤种，占比例较小，其中焦煤仅占约24%，肥煤和气肥煤合计仅占约13%(表7-15)。在中国炼焦煤种中，焦煤和肥煤是稀缺资源。煤种瘦煤、贫瘦煤焦煤肥煤、气肥煤气煤、1/3焦煤未

31、分类合计占煤炭查明资源储量/%4.176.203.3612.000.5126.24占炼焦煤查明资源储量/%15.8923.6112.8147.731.96100.00Coal chemistry（3）中国炼焦煤的煤质特点 炼焦煤的可选性差。难洗与极难洗煤约占62%。我国目前主要矿区生产的洗精煤其灰分以气煤为最低，焦煤的灰分为最高。全国洗精煤的平均灰分约为10.5%(国外精煤灰分平均为6%8%)。我国入洗原煤的灰分一般为20%30%；少数达30%40%。含硫高的炼焦煤约占炼焦煤总量20%。在炼焦煤的储量中，肥、焦、瘦煤的硫分较高，其中高硫煤(St,d2%)分别占本煤种的48.0%，29.6%和56.4%。即储量中有一半的肥煤和瘦煤是高硫煤，约有1/3的焦煤是高硫煤。而高硫气煤的储量不足4%。洗选后炼焦精煤的平均灰分基本控制在10%以内。不同精煤灰分差别不大。平均硫分随煤种差别较大，气肥煤精煤硫分最高，平均超过1.50%，其次为肥煤精煤，为0.92%；焦煤、1/3焦煤、气煤精煤在0.60%左右，瘦煤精煤最低，为0.43%。