煤化学复习资料

化程度的无烟煤，煤分子缩聚加剧，使煤的体积收缩，由于收缩不均，产生的内应力大于煤的强度时，就会在局部形成裂隙，这些裂隙基本上以微孔为主。

润湿性：对水而言；煤化程度的加深，接触角增大，润湿性降低：对苯而言：煤化程度的加深，接触角减小，润湿性提高。

原因：介质的种类，矿物质的含量均有影响，但是主要与比表面积有关。

16． 煤的风化及对煤的性质和应用的影响？举例说明

答：煤的风化是指离地表较近的煤层，经受风,雪，雨，露，冰冻，日光和空气中氧的长时间作用，使煤 的性质发生一系列不利变化，如发热量下降，灰分增加，粘结性消失，强度块度下降等，这种现象叫煤的风化。被开采出来存放在地表面上的煤，也会发生缓慢的氧化作用，使煤质发生变化，这一过程也称为风化。

17． 煤的加氢？煤的性质如何影响加氢的反应？（149—150页）

答：煤的加氢：在一定条件下，通过化学反应在煤的有机质分子上增加氢元素的比列，以改变煤的分子结构和性质。

影响（1）煤化程度的影响：煤化程度越深，加氢液化越难。高挥发分烟煤和年老的褐煤最适宜加氢液化的原料，中等变质程度以上的煤很难加氢液化（2）煤岩组成影响：煤岩显微组分中镜质组和壳质组是煤液化的活性组分，两者的含量在很大程度上决定着该煤种液化的难易程度，即煤岩显微组分中镜质组和壳质组的含量越高越容易液化。煤化程度低时，镜质组和壳质组是活性组分，易加氢液化，其中镜质组壳质组比镜质组容易加氢。（3）煤中矿物质的影响：煤中矿物质的种类和含量与加氢的难易程度有关。矿物质含量越低越好，5%左右最好，最大不超过10%。（4）煤中氢碳原子比的影响：加氢时选择H/C较高的煤，一般H/C在0.8—0.9左右时，液化油的产率最高。（5）煤中官能团的影响：煤中或衍生物中的官能团及某些成分促进煤化反应方面的重要性为：酯>苯并呋喃>内酯>含硫成分 >二苯并呋喃>酯环酮。

18． 煤的发热量及其影响因素

答：煤的发热量又称煤的热值，是指单位质量的煤完全燃烧后所释放出的热量，用KJ/g或MJ/kg表示。 影响因素：（1）成因类型：腐泥煤和残植煤的发热量较腐殖煤高，主要原因是腐泥煤、残殖煤的含氧量低，氢含量高。（2）煤化程度：煤的发热量随煤化程度的加深先增加后减小。（3）煤岩组成：壳质组的发热量高，镜质组次之，惰质组最低，导致相同煤化程度的煤田煤岩组成不同而发热量不同。（4）煤中矿物：煤在燃烧时，其中绝大部分的矿物质将发生化学反应，如碳酸钙的分解，石膏的脱水等。这些反应一般都是吸热反应，造成煤燃烧时释放的热量减少，热值降低。（5）风化：煤受风化后，产生热量的碳氢元素含量下降，不放热的氧的含量增加，因而煤风化后的热值明显降低。

19． 粘结性烟煤的热解过程？煤的粘结成焦机理?胶质体的来源与性质？

答：粘结性烟煤的热解过程可分为三个阶段，即干燥脱吸阶段，粘结形成半焦阶段，成焦阶段。① 干燥脱吸阶段：从室温到300°C，煤中吸附的水分和气体在此阶段脱除，其中，室温到200°C是煤的脱水干燥阶段;120°C到200°C是煤中吸附的CH4，CO2，N2等气体的脱吸阶段；200°C到300°C时，褐煤会发生轻微的热解，释放出CO2等气体，无烟煤和烟煤则无明显变化。②粘结性成焦阶段：该阶段以煤的分解，解聚为主，粘结性烟煤形成以液体为主的胶质体。阶段末期，胶质体固化形成半焦。③成焦阶段：该阶段以缩聚为主，由半焦转化为缩聚焦炭，550°C到750°C，半焦分解析出大量H2和少量CH4气体，成为热解的二次气体，并且半焦体积收缩产生裂纹。750°C到1000°C，半焦进一步分解析出少量H2同时半焦发生缩聚，结构单元排列有序变化进一步增强，最终半焦转化为焦炭。

5

煤的黏结过程

要形成黏结好的半焦，必须具备以下条件：（1）有足够数量的液相，能使分解的煤粒表面润湿并充满颗粒间的空隙；（2）胶质体的温度间隔足够大；（3）胶质体的流动性好；（4）胶质体有一定的黏度，能产生一定的膨胀压力，将软化的煤粒压紧；（5）液相分解缩聚所形成的固相产物和未分解为液相的固体颗粒，本身应具有足够的强度；（6）黏结性不同的煤粒在空间要均匀分布。

煤的成焦机理

形成半焦后加强，使芳香碳网不断增大，碳网间的排列也越来越规则化。当温度达到1000℃时，形，温度继续升高，半焦进一步分解： ①析出分子量最小的气态产物而不生成焦油。

②产生许多游离基，游离基发生缩聚反应，随着温度的升高，缩聚反应不断成具有一定机械强度和一定块度的银灰色并具有金属光泽的焦炭。

胶质体液相的来源

(1)煤分子结构单元之间各种桥键的断裂形成自由基碎片，其中分子量不太大的、含氢较多的生成液态产物。 (2)脂肪化合物的分解，其中分子量较大的那部分形成液态产物。(3)基本结构单元周围的脂肪族侧链和各官能团脱落，其中小部分可形成液体。(4)残留煤（未分解的煤）在胶质体液相中部分溶解。

胶质体的性质

温度间隔、透气性、流动性、膨胀性概念及对粘结性的影响。

20． 煤的粘结性及评价指标？各指标间的相互关系如何？

答：煤的粘结性是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和惰性物料的能力。

评价指标：①罗加指数②粘结指数③胶质层指数④奥阿膨胀度⑤坩埚膨胀序数⑥格金焦型⑦吉氏流动度

相互关系：（1）粘结指数G与胶质层最大厚度Y之间的关系：

Y值与G值之间呈二次曲线的正比关系变化，即G<80时，G值随Y值的增大而增高，G>80后，Y值仍可急剧增加，而G值的增加变得不很明显。此外，1055的中等强黏结煤 R．I=0.66G+22.5

②18

R．I=0.976G+8 ③G<=18的若黏结煤 R．I=0.5G+10

（3）胶质层最大厚度Y值与奥阿膨胀度b值之间的关系：b值随Y值的增大而增大，如Y值大于25mm的煤，其b值均大于100%，其中大部分在140%以上；Y值大于30mm的强黏结煤，b值都达200%以上；Y值大于35mm时，b值更高至250%以上；当Y值大于45mm的特强黏结煤时，其b值可达780%左右。但若为高挥发分逸出太多则b值反而降至300%左右。Y值小于20mm的中强粘结煤，b值均低于190%，当Y值小于10mm时，b值多为负值。（4）胶质层最大厚度Y值与坩埚膨胀序数CSN之间的关系：总体来讲，煤的坩埚膨胀序数只能近似的表征煤的黏结性，但它的测定方法简单易行。（5）胶质层最大厚度Y值与格金焦型之间的关系：格金焦型也是国际煤炭分类的指标之一，Y值与格金焦型之间的总趋势是格金焦型（以G——K表示）随Y值增加而增大。它们之间的关系是当Y=0时，G——K一般为A-B型，个别的为C型；Y>30mm的强黏结性煤，G——K则多在G3-G11型之间变化。相同G——K值的煤，其Y值可能相差很大；同样，相

6

同Y值的煤，其G——K值也可能相差很大，尤其是Y<15mm的煤，其G——K值相差幅度更大。显然，这是由于这两个指标的测定原理不一致所造成的。

21． 煤的灰熔点及影响因素？煤的结渣性及影响因素？（P183）

答：煤灰熔融性是指煤灰在高温条件下软化、熔融、流动时的温度特性。煤灰熔融性过去曾被称为煤的灰熔点，但严格来讲这是不确切的。

煤灰熔融性取决于煤灰成分的组成比例及气氛的氧化还原性。高温条件下，煤灰所在部位的氧化还原气氛对煤灰熔融性有很大的影响，在相同的气氛下条件下，煤灰熔融性由其灰分的化学组成决定。

煤的结渣性：在煤的气化、燃烧过程中，煤中的碳与氧反应，放出热量产生高温使煤中的灰分熔融成渣。

结渣性影响因素：主要是煤中矿物质的含量及其组成，一般矿物质含量高的煤容易结渣，矿物质中钙、铁含量高容易结渣，而三氧化二铝含量高不易结渣。此外，结渣性还随鼓风强度的提高而增高。

22． 煤的可磨性及其影响因素？（P192）

答：煤的可磨性是指煤磨碎成粉的难易程度。在有关的工业实践中，测定煤的可磨性具有重要的意义。 煤的可磨性指数HGI反映的是煤的综合物理特性，它不仅受化学组成的影响，同时受煤岩形态、显微组分分布、矿物质颗粒大小和赋存状态等因素控制

在低煤化度阶段，随煤化程度的增加，煤的可磨性缓慢增加，在碳含量为87%～90%时，可磨性迅速增大，在碳含量为90%左右达到最大值，此后随煤化程度的进一步提高而迅速下降。

23． 中国煤炭分类的指标及分类情况？（P204）

答：中国煤炭分类指标有两种：一是表示煤化程度的干燥无灰基挥发分Vdaf，用于区分无烟煤、烟煤和褐煤；二是表示煤的工艺性能的黏结性指标。根据黏结性大小的不同，分别选用黏结指数G、胶质层最大厚度Y和奥阿膨胀度b作为指标。

24． 煤炭评价的阶段、任务及内容？

答：一、煤炭评价的阶段与任务：1）煤质初步评价：煤质初步评价相当于煤田普查时期对煤质的研究和评价。该阶段研究成煤的原始物质、煤岩组成和煤的成因类型，比较全面的分析煤的各项物理化学性质。其测定的指标包括：煤的工业分析、煤中全水分、最高内在水分、全硫及各种形态硫的测定、发热量、元素分析、灰成分、煤灰熔融温度、粘结指数、胶质层指数、奥阿膨胀度、自由膨胀序数、吉氏流动度、抗碎强度、有害元素及微量元素、碳酸盐二氧化碳含量、苯抽出物、腐植酸含量、透光率、真相对密度和视相对密度等。通过对上述测定指标的综合分析和研究，了解可采煤层的煤质特征，初步确定煤的种类，对煤的加工利用方向提出初步评价。2）煤质详细评价：煤质详细评价阶段相当于煤田勘探时期对煤质的研究和评价。该阶段煤质化验的项目更加全面，除了煤质初步评价阶段所测定的上述指标外，还需测定煤的热稳定性、煤的反应性、可磨性、低温干馏试验和200kg焦炉试验等工艺性质。煤制工作的重点是全面研究勘探区内可采煤层的煤质特征及变化规律，研究煤的变质因素和煤类分布规律，了解可采煤层各种工艺性质和煤的可选性，并对煤做出加工利用的评价，了解沉矸的质量及其变化情况。了解沉矸、煤灰渣的综合利用方向。3）煤质最终评价：煤质最终评价相当于煤田开采和加工利用阶段对煤质的研究和评价。该阶段煤的加工利用方向已经确定，加工利用流程有了明确规定，所以煤质研究工作是定期或随机取样分许，根据开采和加工利用的需要，对某些指标进行测定，检查并控制煤的质量。

二、煤质评价的内容：1）地质评价：地质工作者在煤田普查和勘探时期，通过取样对煤质进行分析研究，阐明煤质变化规律，并了解影响变化规律的地质因素，如成煤的原始物质。沼泽水介质的性质、植物遗体

7

的聚积环境、煤化作用、风化作用以及氧化作用等。2）工艺技术评价：工艺技术评价，一是通过分析煤的工艺性质，以确定煤的加工利用方向；二是在已知煤质特性和加工利用方式的条件下，研究如何通过工艺技术途径，如煤的预热、配煤、分选、成型、制水煤浆或改变工艺操作条件（改变炉型、加工方式）等来改善煤的性质，使其达到最好的利用效果，以提高煤炭的使用价值。3）经济评价：经济评价是从经济的角度来分析研究如何最合理的利用煤炭，包括煤炭开采方面的经济评价，如研究开采方法、开采机械、矿井运输等以保证矿井生产煤炭质量的稳定；产销平衡和避免长距离运输方面的研究；研究煤炭加工，利用方式是否经济、合理；煤炭综合利用的研究，如煤灰利用以及稀有元素锗、镓、铀、钒等提取的可能性，高硫煤中硫的回收率等；环境保护方面的研究，如因开采导致地面的下沉，劣质煤燃烧时对大气污染，必要时限量开采或不准开采；研究技术政策，如何贯彻国家对煤炭开发、加工利用的方针政策，有序开发，保证合理有效的利用煤炭资源。

25． 掌握代表性、特征性的指标或数据。

答：反映煤化程度的指标主要有干燥无灰基挥发分（Vdaf）、干燥无灰基氢元素含量（Hdaf）、目视比色透光率（Pm）、恒湿无灰基高位发热量（Q gr, maf）等。

反应粘结性的指标:粘结指数（G）,胶质层最大厚度（Y值）,奥阿膨胀度（b）等。

Vdaf≤10%为无烟煤 ＞10%为烟煤或褐煤 当大于37%时换用Pm区分Pm≤50%为褐煤大于50%为烟煤（建议看看课本内容）

26． 动力配煤、炼焦配煤的主要约束条件？

答：配煤是将几种质量不同的煤炭以物理方法混合，从而改变配煤质量的方法。研究配煤的基础就是要分析与燃烧有关的煤炭的主要性质在配煤中的变化规律。

锅炉对煤炭的主要要求指标有水分、灰分、挥发分、固定碳、发热量、灰融点等。 一、煤的水分 煤中都含有一定量的水分，它是煤中的无机成分。煤中的水有自由水分、湿存水分、结晶水分三种不同的存在状态，并具有不同的物流化学性质。自由水分是指附着在煤粒表面的水分，湿存水分是指存在于煤的小毛细管中队水分，这两种水分以机械方式和物理化学方式（附着、吸附）与煤结合，通常称为游离水。这些游离水分在105 oC-110OC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的深浅，随着煤的变质程度不同，水分的变化很大。泥炭中水分最大，可达40%-50%，褐煤次之，约在10%-40%，烟煤含量较低，无烟煤则又有增高的趋势，这是由于煤中的水分除与煤的变质程度有关外，还与媒的结构有关，因此水分也是决定媒质优劣的重要参数之一，结晶水分是以化学方式结合的水，在严格的高温下才能除去，煤中该水分含量不大。吸附或凝聚在有机质颗粒内部毛孔中的水分称为煤的内在水分；附着在煤粒表面的水分称为外在水分。内在水分比外在水分较难除去，内在水分只有在外在水分除去相当一部分后才会缓慢向外逸散，且在室温下几乎不可能全部除去。 根据煤样状态，煤的水分测定可分为应用煤样水分（Mt）及分析煤样水分（Mad）。应用煤样水分是指即将应用的煤的全水分，它包括内水和外水。煤中水分高，运输时会增加运力；炼焦时消耗热量，延长炼焦时间；燃烧时降低发热量，每增加1%的水分，降低发热量的0.1%，从而增加了煤耗。煤中的水分还有给破碎、筛分造成很大困难，降低效率，损坏设备。但煤中有一定的水分可防止煤运输过程中粉煤的损失，改善炉膛的热辐射效能。 二、煤的灰分 煤的灰分是指煤中所有的可燃物完全燃烧，煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。这些反应包括硫化矿物的氧化、碳酸盐的分解和粘土类矿物脱去结晶水等。上述反应的生成物组分常由煤的灰化条件及煤中各种矿物质的含量决定。煤的灰分绝大部分是煤中矿物质燃烧时生成的无机氧化物和盐类。无机氧化物主要有Si02、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3等，占灰成分的95%以上。煤中矿物质极其复杂，故煤经完全燃烧后，煤灰成分也变得复杂，不同煤灰分产率变化很大，不同媒质所转化的煤灰特性也不相同。根据煤灰成分可以大致推测原煤的矿物组成，初步判断煤灰融点的高低，还可大致判断锅炉燃烧室的腐蚀情况。 煤灰的特性会直接影响煤的利用，灰分愈高，煤中矿物质含量就越多，煤炭运输的效率就越低。灰分反映煤中矿物质的数量和成分，对燃烧过程产生不良影响。

8

除矿物质可能产生的催化作用外，它的存在都起着负面影响。主要表现在以下几个方面。灰分高，不仅使煤的热值降低，严重时可能会引起媳炉、停电事故。煤的灰分高也使煤的破碎难度加大。燃烧高灰分的煤灰增加飞灰和灰渣的热损失，降低燃烧效率和锅炉热效率。此外，燃煤的灰分高，粉煤灰和灰渣的排放量增大。粉煤灰和灰渣量影响烟囱排放及占地，微尘及微量有害元素对大气的污染，以及灰渣有害元素的积聚对水质的污染。1993年我国排放的灰渣总量为8602 万吨，2000年已达到1.5亿多吨；煤中As、F、Pb、Hg、Cd、Cl等有害元素在燃烧过程中向大气排放，以及灰渣造成的环境污染在局部地区已经非常严重，已引起有关部门的重视，例如西南个别地区燃煤引起的F、As中毒；北京某地燃煤的Cr异常等等。 三、煤的挥发分 煤样在高温隔绝空气的条件下，经过一定时间的加热，

煤中有机质受热分解出一部分分子量较小的液态（此时为蒸气状态）和气态产物，这些产物称为挥发物。挥发物占煤样重量的百分数称为挥发分产率或简称为挥发分，一般以符号V表示。挥发分是煤炭分类的主要指标，根据挥发分可以大致判断煤的变质程度。挥发分愈低，则煤的变质程度愈高。 四、煤的固定碳 固定碳是指除去分析煤样水分、灰分和挥发分后的残留物。它的组成以元素碳为主，固定碳和元素碳两者之间，存在有规律的正比关系。固定碳中仍然有少部分氢、氧、氮、硫等元素。煤中固定碳的高低除了与水分、灰分等杂质多少直接相关外，它还与煤化程度成正比，即煤化程度高，其挥发分低，固定碳高。由于煤的发热量与固定碳成正比，因而工业部门常把固定碳作为媒质分析的重要指标。如化肥用煤规定，固定碳必须大于65%，因为煤的挥发分受热后很快析出，很难得到充分燃烧，而固定碳高的煤则能在锅炉中得到较长时间燃烧，其热利用率高，因此工业锅炉用煤也要考虑其固定碳大小。 五、煤的硫分 硫是煤中的元素组成之一。煤中硫根据其存在状态可分为有机硫和无机硫两大类。有机硫存在于煤的有机质中；无机硫以黄铁矿、白铁矿和硫酸盐的形式存在于煤的矿物质中，其中以黄铁矿和白铁矿形式存在的硫，又称硫化物硫，因硫化物硫和有机硫可燃故称可燃硫；硫酸盐硫又称非可燃硫。煤中各种形态硫的总和称为全硫，以符号St表示。 硫含量也是评价煤质的重要指标之一。在评价煤中硫含量时，全硫要换算成干燥基、有机硫换算为可燃基，这是由于煤中的硫只存在于有机质和矿物质中，而与分析煤样的水分无关。 硫是存在于煤中的一种有害杂质，对煤的工业利用有不利的影响。动力用中的硫在煤燃烧过程中形成SO2，不仅腐蚀金属设备，而且还会造成大气污染。SO2在大气中形成酸雨，我国的酸雨现象已十分严重，每年因此而造成经济损失达百亿元以上。控制燃煤的含硫量是我国环保的主要措施之一。另外硫铁矿硫的存在，能促使煤的氧化和自燃。 六、煤的发热量 煤的发热量是评价媒质的一项重要指标。根据纯煤的发热量，可以大致推测煤的变质程度以及其他某些媒质特征。收到基低位发热（Qnet,ar）是评价动力用煤质量的主要参数之一。无论是动力煤的计价，或是电站粉煤锅炉和工业锅炉及窑炉的设计制造等都需要煤的发热量数据。煤的发热量有弹筒发热量、高位发热量、低位发热量三种定义。煤的弹筒发热量也称煤的氧弹发热量，它的含义是单位质量的煤样在热量计的弹筒中的过量高压氧气中燃烧后产生的热量（燃烧产物的最终温度规定为25oC）。由于煤样是在高压氧气的条件下燃烧的，因此它产生了在大气中燃烧时不能发生的化学热反应，例如煤中的氮（以及充入氧气前在弹筒空气中含有的氮气）在空气中燃烧时，一般以气态氮逸出，而在弹筒中燃烧时却能生成 N2O5或NO2等高价的氮氧化物，这些物质溶于弹筒中的水后即变成硝酸，这一化学反应为放热反应。此外，煤中的可燃硫在空气中燃烧时只能生成SO2,而在氧弹中却能生成SO3，它溶于水生成硫酸。SO2生成SO3以及 SO3溶于水生成硫酸等都是放热反应，所以煤的氧弹发热量要高于煤在空气中、在工业锅炉中等燃烧时产生的热量。为此，在实用中，必

须把氧弹发热量折算成符合于煤在空气中燃烧时产生的热量，即煤的高位发热量。 七、煤的灰熔融特性 煤灰熔融特性是煤灰在高温下达到熔融状态的温度。过去习惯上称为灰融点。严格来讲，煤灰是一种多组分的混合物，没有一个固定的融点，而只有一个熔融的温度范围，因此它不是用一个温度点所能表示的，而是在煤灰熔融过程中所呈现的几种物理形态时的温度，国家标准是用4个不同形态下的温度表示，即 DT（变形温度）、ST(软化温度)、HT(半球温度)和FT（流动温度）。在工业上通常以煤灰的软化温度ST作为衡量煤灰熔融性（灰融点）的指标。 煤灰熔融性和煤灰粘度是动力用煤的重要指标。煤的灰熔点大体能说明煤在锅炉中灰渣的熔融结渣特性。不同的锅炉要求不同的灰融点，当锅炉采用液体方式排渣时，要求煤的灰融点必须低于一定的值，否则给排渣带来困难。

9