我国煤炭的加工与处理主要有几种形式

煤炭洗选属于煤炭加工利用领域，煤炭开采出来后并不是全部会经过洗选的，中国煤炭的入洗率也就30%左右。实现煤炭洗选的厂叫选煤厂。根据种类不同，煤可以分为炼焦煤和动力煤。炼焦煤一般都要洗选，动力煤不一定。

洗选后的煤有的拿去炼焦、有的拿去烧，有的拿去煤制油或煤制气，也有的用作化工原料。

重介和跳汰是现今两种最主流的煤炭洗选方法。

一般来说，选煤厂由以下主要工艺组成：

（1）原煤准备：包括原煤的接受、储存、破碎和筛分。

（2）原煤的分选：目前国内的主要分选工艺包括跳汰-浮选联合流程；重介-浮选联合流程；跳汰-重介-浮选联合流程；块煤重介-末煤重介旋流器分选流程；此外还有单跳汰和单重介流程。

（3）产品脱水：包括块煤和末煤的脱水，浮选精煤脱水，煤泥脱水。

（4）产品干燥：利用热能对煤进行干燥，一般在比较严寒的地区采用。

（5）煤泥水的处理。

选煤原则流程

煤炭洗选的作用：

（1）提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放

煤炭洗选可脱除煤中50%－80％的灰分、30%－40％的全硫（或60%~80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿t动力煤一般可减排60～70万tSO2，去除矸石16Mt。

（2）提高煤炭利用效率，节约能源

煤炭质量提高，将显著提高煤炭利用效率。一些研究表明：炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁高炉的利用系数可提高3.99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200～360J/g,每度电的标准煤耗增加2～5g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%~8%；

（3）优化产品结构，提高产品竞争能力

发展煤炭洗选有利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。我国煤炭消费的用户多，对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%，若不发展选煤便无法满足市场要求。

（4）减少运力浪费

由于我国的产煤区多远离用煤多的经济发达地区，煤炭的运量大，运距长，平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可节省运力9600Mt.km。

洗选方式一般有跳汰工艺、重介工艺、风力选煤等。

当然，随着科技的进步及时代的发展，处于攻关或业已投入生产的某些特殊洗选工艺也将得到进一步的发展并替代传统工艺。

受煤是在井口附近设有一定容量的煤仓，接受井下提升到地面的煤炭，保证井口上下均衡连续生产。

将各种原煤按一定比例，为使最终产品符合精煤客户要求而相互掺配。

常用的配煤工具软件有

《胜龙配煤量化分析系统》

《胜龙配煤通》

《伟天炼焦配煤软件》。

用带孔的筛面把颗粒大小不同的混合物料分成各种粒极的作业叫筛分。筛分所用的机器叫筛分机或者筛子。

在选煤厂中，筛分作业广泛地用于原煤准备和处理上。按照筛分方式不同，分为干法筛分和湿法筛分。

把大块物料粉碎成小颗粒的过程叫做破碎。用于破碎的机器叫做破碎机。在选煤厂中破碎作业主要有以下要求：

1）适应入选颗粒的要求；精选机械所能处理的煤炭颗粒有一定的范围度，超过这个范围的大块要经过破碎才能洗选。

2）有些煤块是煤与矸石夹杂而生的夹矸煤，为了从中选出精煤，需要破碎成更小的颗粒，使煤和矸煤分离。

3）满足用户的颗粒要求，把选后的产品或煤快粉碎到一定的粒度。

物料粉碎主要用机械方法，有压碎、劈碎、折断、击碎、磨碎等几种主要方式。

是利用与其它物质的不同物理、物理－化学性质，在选煤厂内用机械方法去除混在原煤中的杂质，把它分成不同质量、规格的产品，以适应不同用户的需求。

按照选煤厂的位置与煤矿的关选煤厂可以分为：矿井选煤厂、群矿选煤厂、中心选煤厂和用户选煤厂；我国现有的洗煤厂大多是矿井洗煤厂。现代化的洗煤厂是一个由许多作业系统组成的连续机械加工系统。

跳汰选煤是指在垂直脉动的介质中按颗粒密度差别进行选煤过程。跳汰选煤的介质是水或空气，个别的也用悬浮液。目前，选煤中以水力跳汰的最多。

跳汰机是利用跳汰分选原理将入选原料按密度大小分选为精煤、中煤和矸煤等的产品设备。

在密度大于1g/cm3的介质中，按颗粒密度的的大小差异进行选煤，叫做重介质选煤或重介选煤。选煤所用的重介质有重液和重选浮液两类。重介选煤的主要优点是分选效率高、入选粒度范围宽，其分选机入料粒为1000-6mm3，漩流器为80-0.15mm生产控制易于自动化。重介选煤的缺点是生产工艺复杂，生产费用高，设备磨损快，维修量大。

重介选煤一般都分级入选。分选块煤一般在重力作用下用重介质分选机进行；分选沫煤在离心力作用下用重介质漩流器进行。

储煤仓：为调节产、运、销之间产生的不平衡，保证矿井和运输部门正常和均衡生产而设定的有一定容量的煤仓，接受生产成品煤炭，保证能顺利出厂，进入最后的装车阶段。

装车:包括装车（船）、吊车和计量。

原煤在生成过程中混入了各种矿物杂质，在开采和运输过程中不可避免地又混入顶板和底板的岩石及其他杂质（木材、金属及水泥构件等）。随着采煤机械化程度的提高和地质条件的变化，原煤质量将越来越差，表现在混入原煤的矸石增加、灰分提高、末煤及粉煤含量增加、水分增高。为了降低原煤中的杂质，同时把煤炭按质量、规格分成各种产品，就要对煤炭进行机械加工，以适应不同用户对煤炭质量的要求，有效地、合理地利用煤炭资源，减少燃煤对大气的污染，保证国民经济的可持续发展。选煤厂是煤炭工业的重要部门。 一、选煤的主要目的

（1）除去原煤中的杂质，降低灰分和硫分，提高煤炭质量，适应用户的需要；

（2）把煤炭分成不同质量、规格的产品，适应用户需要，以便有效合理地利用煤炭，节约用煤10%～15%；

（3）煤炭经过洗选，矸石可以就地废弃，可以减少无效运输10%～20%，同时为综合利用煤矸石创造条件；

（4）煤炭洗选可以除去大部分的灰分和50%～70%的黄铁矿硫，减少燃煤对大气的污染。它是洁净煤技术的前提。

二、我国煤炭主要用户对煤炭质量的要求

（1）电厂用煤

不同设备的火力发电厂所燃用的煤种和质量规格也不同。层状锅炉用块煤，新建的电厂均采用粉煤进行喷吹，一般采用粒度小于25mm或13mm的末煤。也有一些燃用水煤浆。一般来说，只要挥发分大于6.5%的煤浆（无烟煤、烟煤、褐煤）都可以作为发电用煤。

大型燃用烟煤的电厂，对煤质的要求可分为两大类：一类是要求用“中高挥发分煤”，其挥发分为28%～35%；另一类是采用“低挥发分的贫瘦煤：，其挥发分为12%～18%。要求低位发热量在21MJ/kg（5000kcal/kg）以上，有的要求更高，23 MJ/kg（5500 kcal/kg）或25.3 MJ/kg（6000 kcal/kg）以上。

用褐煤的电厂通常要求低位发热量在12 MJ/kg（2870 kcal/kg）以上。用无烟煤的电厂通常要求低位发热量在21 MJ/kg（5000 kcal/kg）以上。

发电用煤对灰分的要求一般不超过25%，从环保的角度考虑应该采用选后的动力煤，以减少炉渣、烟尘和二氧化硫的排放。烟煤的全水分一般不应高于12%，褐煤的水分不应高于40%。硫分一般不应超过1%，超过1%的燃煤电厂，国家要求采用脱硫装置，减少二氧化硫的排放。灰的熔化温度不低于1150℃，最好高于1350℃.哈氏可磨性指标要求在50以上。

我国电厂用煤平均发热量为21.0 MJ/kg，灰分为25%左右，硫分约为1.0%。 （2）冶金焦炭用煤

用于生产冶金焦炭的精煤灰分必须低于12.5%，硫分一般低于1.5%。冶金部门提供的资料表明，精煤灰分每降低1%，焦炭灰分可降低1.35%；而焦炭灰分降低1%,,炼铁焦比可降低2%，高炉利用系数可提高3%，同时可以降低，石灰石的耗量，提高生铁的质量。因此， 要求尽量降低精煤的灰分，以提高焦炭的质量，增加经济效益。炼焦用精煤对硫份的要求十分严格，它使钢铁变脆，通常每提高硫分0.1%相当于灰分提高1%。水分对焦炉寿命有不良影响，而且延长结焦时间，消耗热量。冬季在寒冷地区水分使精煤冻结，对运输造成影响，所以水分要尽量降低。

（3）工业锅炉用煤

工业锅炉多为层床燃烧，有链条炉、往复炉及振动炉，煤粉燃烧炉较少。层床燃烧炉宜采用6～15mm的块煤，其中小于3mm不得超过30%。烟煤的挥发分大于20%，全水分不超过10%，灰分不超过30%，全硫不超过1.0%。蒸发量大的链条炉要求煤的低位发热量高，为21～23 MJ/kg（5000～5500 kcal/kg），蒸发量小的炉要求低位发热量18.8MJ/kg（4500 kcal/kg）即可。

一般工业锅炉可用无烟煤、烟煤、贫煤和褐煤。 （4）合成氨造气用煤

合成氨造气适用煤炭有烟煤和无烟煤两大类，粒度在13～100mm之间，如中块、大块、混中块及小块。它对灰分、水分、硫分、发热量、挥发分、机械强度、热稳定性、化学活性、黏结性等均有要求。块煤灰分应不高于24%，最好低于18%；硫分应不高于2.0%，最好低于1%；水分一般低于12%；灰熔融性不应低于1150℃；块煤的机械强度和热稳定性均应大于60%；低位发热量应大于21 MJ/kg，胶质层最大厚度应小于12mm。

（5）蒸汽机车用煤

蒸汽机车因为炉膛小、烟囱短，炉箅子孔隙大，一般要求粒度13～50mm的气煤、长焰煤或弱黏煤，灰分小于25%；硫分小于2.5%，挥发分16%左右，发热量大于25.10MJ/kg，灰熔融温度大于1200℃。

（6）高炉喷吹用煤

采用高炉喷吹可以节省焦炭用量，既保护稀缺的炼焦煤资源，又具有很好的经济效益，1t高炉喷吹煤可以代替0.75～0.8t焦炭。其用量不断增长，过去一直采用无烟粉煤，近年来也采用挥发分较低的贫瘦煤，甚至气煤，一般采用无烟煤和烟煤的混合喷吹煤，其比例约为7：3或6：4.

一般要求灰分低于12%，且越低越好；硫分要求低于1%，最好在0.5%以下；全水分越低越好，一般应低于10%；磷的含量应低于0.02%；粒度应小于13mm（或25mm）的末煤，煤的可磨性要好，哈氏可磨性指数一般应大于45，固定碳要大于75%，煤灰中的SiO2/CaO的比值越小越好。

（7）液化用煤

煤的液化分为直接液化和间接液化。这两种液化方法对煤炭质量的要求各不相同。 1.直接液化对煤质的基本要求

（1）煤中的灰分要低，一般小于5%。 （2）煤的可磨性要好。

（3）煤中的氢含量越高越好，氧的含量越低越好。 （4）煤中的硫分和氮等杂原子含量越低越好。 （5）煤岩的组成也是液化的一项主要指标。

煤的间接液化是将煤气化，生成H2/CO的原料气，再在一定压力和温度下加催化剂，合成液体油，因此对煤质的要求相对要低些。

2.间接液化对煤质的要求 （1）煤的灰分要低于15%。

（2）煤的可磨性要好，水分要低。

（3）对于水煤浆制气的工艺，要求煤的成浆性能要好。

（4）煤的灰熔融性要求。固定床气化要求煤的灰熔融性软化温度越高越好，一般不小于1250℃；流化床气化要求小于1300℃。

（8）建材用煤

建材用煤主要用于水泥生产、制砖、生产玻璃和陶瓷。 水泥回转窑一般要求挥发分稍高的烟煤，发热量要求21 MJ/kg（（5000 kcal/kg）以上，硫分应不高于1.5%，粒度为-13mm为宜，哈氏可磨性指数越高越好。水泥立窑要求用无烟煤粒度13～100mm之间，灰分要求小于25%，低位发热量在23.0 MJ/kg，固定碳大于60%，热稳定性要好。

玻璃及陶瓷要求用低硫、低灰的块烟煤。

（9）民用煤

一般采用无烟块煤，或者用无烟末煤成型的煤球和蜂窝煤。从环保角度及安全考虑，其硫分应尽量低。 三、选煤方法

选煤方法种类很多，可概括分为两大类：干法选煤和湿法选煤。选煤过程在空气中进行的，叫做干法选煤。选煤过程在水、重液或悬浮液中进行的，叫做湿法选煤。

选煤方法还可以分为重力选煤、浮游选煤和特殊选煤等。

重力选煤主要是依据煤和矸石的密度差别而实现煤和矸石分选的方法。煤的密度通常在1.2～1.8g/cm3之间，而矸石的密度在1.8g/cm3以上，在选煤机内借助重力把不同密度的煤和矸石分开。重力选煤又可分为跳汰选、重介质选、溜槽选、斜槽选和摇床选等。

浮游选煤简称浮选，主要是依据煤和矸石表面润湿性的差别，分选细粒（小于0.5mm）煤的选煤方法。

特殊选煤主要是利用煤与矸石的导电率、磁导率、摩擦因素、射线穿透能力等的不同，把煤和矸石分开。包括静电选、磁选、摩擦选、放射性同位选和X射线选等。

此外，还有手选，即人工拣矸，它是根据块煤与矸石在颜色、光泽及外形上的差别由人工拣除。对煤与矸石硬度差别较大的块煤，可以采用滚筒碎选机进行选择性破碎，以实现煤与矸石的分离。

我国选煤厂中采用最广泛的选煤方法是跳汰选，其次是重介质选和浮选，其他方法均用得较少。

选煤的主要产品是精煤，副产品有中煤、混煤、煤泥等。选后的矸石和尾煤为废弃物，由于它含有一些夹矸煤等可燃物，也可作为制砖、烧水泥的原料，进行综合利用。

选煤厂是对煤进行分选，生产不同质量、规格产品的加工厂。按精煤使用的目的不同，选煤厂可分为炼焦煤选煤厂和动力煤选煤厂。炼焦煤选煤厂的工艺过程比较复杂，生产的精煤灰分低、质量高，主要供给焦化厂生产焦炭。动力煤选煤厂的工艺过程一般比较简单，生产的精煤主要作为动力燃料，大部分动力煤选煤厂只选块煤，末煤和粉煤不入选。 四、选煤厂的类型

选煤厂是对煤进行分选，生产不同质量、规格产品的加工厂。按照选煤厂的位置及其与煤矿的关系，选煤厂可分为5种类型：

（1） 矿井选煤厂

矿井选煤厂是厂址位于煤矿工业场地内，只选该矿所产毛煤或原煤的选煤厂。这里所说的毛煤是指煤矿生产出来未经任何加工处理的煤；原煤则是从毛煤中选出规定粒度的矸石（包括黄铁矿等杂物）以后的煤。

（2） 群矿选煤厂

群矿选煤厂是厂址位于某一煤矿的工业场地内，可同时选该矿及附近煤矿所产毛（原）煤的选煤厂。

（3） 矿区选煤厂

矿区选煤厂是指在煤矿矿区范围内，厂址设在单独的工业场地上，入选外来煤的选煤厂。

（4） 中心选煤厂

中心选煤厂是指厂址设在矿区范围外独立的工业场地上，入选外来煤的选煤厂。

（5） 用户选煤厂

用户选煤厂是指厂址设在用户（如焦化厂等）工业场地上的选煤厂。 我国现有选煤厂大部分是矿井选煤厂。

现代化的选煤厂的生产过程是一个由许多作业所组成的连续机械加工过程。

煤不仅是重要的燃料，更是冶金、化学工业的重要原料。随着国民经济的发展，煤炭综合利用的大力开展，就更需要研究煤的工艺性质，判断它是否符合各种加工工业的要求，选择最合理的利用途径，正确地作出工业评价。煤的工艺性质主要包括粘结性、发热量、化学反应性、热稳定性、焦油产率和可选性等。

一、煤的粘结性和结焦性

煤的粘结性是指煤粒(直径小于0.2mm)在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质形成焦块的能力煤的结焦性是指煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭(焦炭强度和块度符合冶金焦的要求)的性质。煤的粘结性是结焦的必要条件，结焦性好的煤，粘结性也好粘结性差的煤，其结焦性一定很差。但粘结性好的煤，其结焦性不一定好，例如气肥煤，其粘结性很强，但生成的焦炭裂纹多、强度低，故结焦性不好。煤的粘结性和结焦性是炼焦用煤的重要质量指标，也是评价低温干馏、气化或动力用煤的重要依据之一。

冶金工业需要大量优质焦炭作为燃料和还原剂。焦炭作为高炉燃料必须有一定的块度和机械强度。炼焦就是把粉碎的炼焦用煤放在密闭的炼焦炉中加热、干馏，使其形成焦炭的热加工过程。炼焦用煤必须具有粘结性，即在干馏热分解过程中能产生一定量的胶质体，使煤粒相互粘结融合而成整块焦炭。炼焦用煤也必须具备结焦性，即在煤干馏时，能产生一定块度和足够强度的焦炭。可见煤的粘结性是煤结焦所必须具备的性质，它和塑性、流动性、膨胀性等性质一样，仅是煤结焦性的一个方面。

实验室测定煤结焦性和粘结性的方法很多。在我国，煤田地质勘探中目前常用的是胶质层指数测定法，此外还有罗加指数法、粘结指数法(G)、奥亚膨胀法、葛金干馏试验、自由膨胀序数测定法、基氏塑性计法等方法。

(一)胶质层指数测定法

这种方法模拟炼焦的工业条件，测定时，把粒度小于1.5mm的精煤样100g放在钢杯中，然后从下部对煤样进行单侧加热。到一定温度后，钢杯内形成一系列的等温层面，温度由上向下递增。温度到达软化点的层面，煤软化形成胶质体层，胶质层之下温度达到胶质体固化点的层面，煤固化为半焦，胶质层之上的煤仍保持未软化状态(图6-12，图6-13)。从250℃以后，每分钟升温3℃，每隔10min测一次胶质层的上、下层面的高度，直至650℃时为止。测定过程中，起初的胶质层比较薄，以后逐渐变厚，后期又逐渐变薄，所以胶质层会出现最大厚度值。用探针定期测量煤杯中胶质层上部和下部水平面的位置，用所测数据作图，以确定胶质层最大厚度Y值(mm)、最终收缩率X值(mm)和体积变化曲线(图6-14)。其中胶质层最大厚度Y值是我国现行的煤的工业分类两项指标之一。

图6-12 胶质层煤杯中的结焦过程示意图(据杨起等，1979)

图6-13 带平衡的砣的胶质层测定仪示意图(据能源地质学，2004)

图6-14 胶质层测定曲线示意图(据杨起等，1979)

Y值随煤化程度加深做有规律的变化。图615中以镜质组的最大反射率(Romax)煤化程度，可见Y值在Romax=0.8%～1.2%范围内最大，随着煤化程度增高或降低，Y值降低。

测定胶质层的煤样应在1.4的比重液中精选，每次要作双样，该法测试的时间长，所需原煤煤样甚多(一次需200g精煤样)，一些薄煤层或小口径钻进所取得的煤心煤样往往难以满足测定需要的量。胶质层指数法对中等粘结性煤的区分能力强，多数煤的Y值具可加性，利于炼焦配煤的计算。这种方法对Y值＞25mm，或Y值＜10mm的煤不易测准，对弱粘结性煤分辨能力差。

(二)罗加指数法

将粒度小于0.2mm的空气干燥烟煤样1g与5g标准的无烟煤样(宁夏汝箕沟无烟煤，Ad＜4%，Vdaf＞7%，粒度为0.3～0.4mm)均匀混合，放入坩埚内，煤样上加上压块，然后加上坩埚盖，放入(850±10)℃的马弗炉内，焦化15min后取出坩埚，冷却，称取焦渣总质量。把焦渣放在1mm圆孔筛上筛分，筛上部分称重后，放入转鼓内，进行第一次转鼓试验，以转速50转/分钟，转5min后，用1mm圆孔筛进行筛分，再称筛上部分的质量后，放入转鼓进行第二次转鼓试验，重复筛分，称重操作，共进行3次转鼓试验。按下式计算罗加指数:

煤地质学

式中:Q为焦渣总质量，ga为第一次转鼓前大于1mm的焦渣重，gb为第一次转鼓后大于1mm的焦渣重，gc为第二次转鼓后大于1mm的焦渣重，gd为第三次转鼓后大于1mm的焦渣重，g。

罗加指数表示粒度大于1mm的焦块占总质量的百分比，罗加指数越大，表示粒度大于1mm的焦块越多，煤的粘结性越好。R.I.(或以LR表示)值＞45为中等至强粘结煤，R.I.=20～45为中等粘结煤R.I.=5～20为弱粘结煤R.I.=0～5属不粘结至微粘结煤。R.I.值与Y值的关系见图6-16。从图6-16可以看出，当y=10～15毫米时，R.I.值的变动范围相当大，在20～70之间，表明罗加指数法对中等粘结煤的鉴别能力比y值好。甚至当Y值接近于0时，R.I.也能分辨。如陕西蒲白矿区某煤层一些煤样Y为15%～18%，Y均为0，但根据R.I.值的不同可加以区分，R.I.=0，为贫煤R.I.=15，定为瘦煤。

图6-15 Y值与煤化程度(Romax)的关系(据杨起等，1979)

图6-16 罗加指数与Y值的关系(据杨起等，1979)

罗加指数法实验用煤样很少，测定方法简便，快速，易于推广，不足之处是对粘结性强的煤区分能力不好，如Y值＞25mm时，R.I.值都在80～92之间，对粘结性很弱的煤测定的重现性较差。

(三)粘结指数法

测定原理与罗加指数相同，所不同的是无烟煤的粒度改为0.1～0.2mm，分析煤样与无烟煤的配比可以改变，转鼓试验由3次改为两次。粘结指数G按下式计算:

煤地质学

式中:m为焦渣总重，gm1为第一次转磨后＞1mm的焦渣重，gm2为第二次转磨后＞1mm的焦渣重，g。

如果计算结果G＜18，则将分析煤样和标准无烟煤的配比改为3∶3，再重复上述实验。G值按下式计算:

煤地质学

粘结指数适合区分弱和中粘结性煤，测试也比较简便。但对于强粘结煤区分能力欠佳，对弱粘结性煤测定时需要改变配比，比较麻烦。

(四)奥亚膨胀度试验

奥亚膨胀度试验也是国际煤分类指标之一。奥亚膨胀度b表示煤加热软化成胶质体状态时的最大膨胀率(图6-17)。b值的大小，主要和胶质体的数量、粘结度及挥发分析出速度有关。Y值与b值的关系见图6-18。从图6-18来看，当Y值＞25mm时，b值的变化规律还是很明显的，如我国一些地区的一号肥煤，Y值为28mm，但所测得的b值分别在160～270之间，可见奥亚膨胀度对强粘结煤具有较好的鉴别能力。

图6-17 几种煤的奥亚膨胀度曲线(据杨起等，1979)

这几项指标各有其特点，但都存在着对某一粘结性范围的煤区分不清的缺点。此外，自由膨胀序数、葛金干馏试验法都是在严格规定的条件下把煤加热，直接观察所得焦块的性质，与标准焦型相比，确定煤的粘结性、结焦性。这两个指标在评定时易带主观性，造成人为的误差，同时只能定性地定出序号，准确性差。

图6-18 b值与Y值的关系(据《中国煤田地质学》(上册)，1979)

为了拟定我国新的煤的工业分类指标，北京煤炭科学研究院煤化研究所和鞍山热能研究院等单位在改进粘结性指标方面进行了研究。新指标应该用严格的定量数据把不同粘结性的煤划分清楚。根据我国多年来引用罗加指数试验方法积累的大量资料，表明罗加指数对煤的粘结性较Y值和b值表现能力更好，如果针对罗加指数法的不足之处，加以重要的改进，可以得到较好的新指标。改进的途径是分别增加和减少测定强粘结煤和弱粘结煤时所用的标准无烟煤的表面积。

北京煤化研究所改进的主要要点是:把标准无烟煤的粒度由0.3～0.4mm改为0.1～0.2mm，接近烟煤的粒度，这样容易混合均匀，同时由于无烟煤的粒度变小，表面积大大增加，使具粘结性的煤的区别能力能反映更明显。对于弱粘结煤(测值＜20)，改用了3∶3配比，使无烟煤表面积相对地减少，测得的数据除以经验系数折算为1∶5配比的值。改进后的方法称为烟煤粘结指数测定法。

鞍山热能研究院改进的主要要点是:按试验煤样粘结性的强弱不同，试验时分别采用3种不同的试验煤和无烟煤的比例，1∶5，2.5∶3.5，6∶0。对于粘结性极弱的煤，试验时，除不加无烟煤外，还规定专门的转鼓试验法。为了使测试条件接近炼焦生产，把加热速度改为3℃/min。改进后的方法称为煤的粘结度试验法。

这两种改进方法，根据半焦块耐磨强度的高低和添加无烟煤的多少，分别用一定的公式和常数计算出指数，表示试验煤样的粘结性强弱。试验表明，改进的方法提高了再现性和区分能力。

20世纪60年代以来，随着钢铁工业的急剧发展，世界上很多国家都运用煤岩分析方法有效地预测和检验炼焦用煤的结焦性能。根据炼焦时各显微组分所起的作用不同，可分出:①活性组分(也称可熔性组分)，包括镜质组、稳定组，它们在热解时都能形成胶质体，稳定组分形成的胶质体易挥发，粘结性比镜质组稍差②惰性组分(也称不熔性组分)，包括丝质组、半丝质组和矿物质，它们在热解时不能形成胶质体。半镜质组的粘结性介于两者之间，计算时，其含量之三分之一划入活性组分。煤中活性组分对惰性组分的比例越高，所得焦炭质量越好。不同变质阶段煤中活性组分粘结惰性组分的能力不同，以肥煤阶段(Ro=0.9%)最强。近年来，由于煤岩分析自动化的进展，西德、美国、日本等国钢铁企业已经普遍地对商品煤样进行煤岩分析。

二、煤的发热量

煤燃烧时放出大量热量。煤的发热量就是每单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量，常用cal/g或kcal/kg表示。发热量是供热用煤的一个质量指标，它是燃烧的工艺过程的热平衡、耗煤量、热效率等计算的依据。

(一)定义及单位

发热量是动力用煤的主要质量指标，煤的燃烧和气化要用发热量计算热平衡、热效率和耗煤量，它是燃烧和气化设备的设计依据之一。发热量是低煤级煤的分类指标之一，也可根据发热量判断煤级和煤的其他性质。煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧所产生的全部热量，以符号Q表示。热量的国际单位为焦耳(J)，1J=1N·m(牛顿·米)。过去我国用的热量单位是卡(cal)，热量的英制单位为Btu/lb(英国热制单位/磅)。这几个热量单位的关系为:

1cal≌1.8Btu≌4.1868J，1J=0.239cal，1000kcal=41868MJ

(二)发热量的测定原理将粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1g放在氧弹中燃烧，如图6-19所示。氧弹中充有2.5×106Pa压力的氧气，通电使氧弹内的金属丝点燃煤样，煤样在高压氧气中完全燃烧，燃烧产生的热量被内套筒中的水吸收，根据水上升的温度，计算出煤样产生的热量，该热量称为弹筒发热量，用符号Qb，ad表示。为防止测试时热量的散失和交换，测试时使外筒水温自动跟踪内筒水温而变化，使内外筒没有热交换，这种方法称为绝热式量热计测试法。

图6-19 使用铅垫密封的旧式氧弹(据能源地质学，2004)

(三)煤的弹筒发热量、高位发热量和低位发热量

1.弹筒发热量

弹筒发热量是指单位质量的煤在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其终态产物为25℃下的二氧化碳、过量氧气、氮气、硝酸、硫酸、液态水以及固态灰时放出的热量，弹筒发热量也即实验室内用氧弹热量计直接测得的发热量单位质量的煤在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其终态产物为25℃下的二氧化碳、过量氧气、氮气、二氧化硫、液态水以及固态灰时放出的热量称为恒容高位发热量，恒容高位发热量也即由弹筒发热量减去硝酸形成热以及硫酸与二氧化硫形成热之差后得到的发热量单位质量的煤在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其终态产物为25℃下的二氧化碳、过量氧气、氮气、二氧化硫、气态水以及固态灰时放出的热量称为恒容低位发热量，低位发热量也即由高位发热量减去水(煤中原有的水和煤中氢生成的水)的气化潜热后得到的发热量。

由于煤样是在高压氧气条件下燃烧，因此产生了空气中燃烧时不能产生的化学反应。煤中的氮及氧弹空气中的氮，在弹筒高温高压作用下，生成NO2或N2O5，与水反应生成稀HNO3，该反应为放热反应。煤在空气中燃烧时，煤中的氮变成游离氮逸出，不产生这个反应煤中的硫在空气中燃烧时，生成SO2逸去，但在弹筒高压氧气作用下，SO2与水作用生成稀H2SO4，也是放热反应。稀硝酸和稀硫酸溶于水也是放热反应。煤在空气中燃烧时，煤中的水(包括煤中氢在燃烧时生成的水)，变为水蒸气逸去，这是吸热反应。但在弹筒的高压下，水不能变为水蒸气，所以不吸热。可以看出，煤在弹筒中燃烧产生的热量要高于在空气中或在工业锅炉中燃烧时实际产生的热量。因此，实际应用中要对煤的弹筒发热量进行换算。

2.煤的高位发热量(符号Qgr，ad)

用煤的弹筒发热量减去稀硝酸和稀硫酸的生成热后，便是煤的高位发热量。计算公式:

Qgr，ad=Qb，ad－(95Sb，ad+α·Qb，ad)

式中:Sb，ad为弹筒洗液中硫占空气干燥煤样的百分比，%(当煤中Sb，ad≤2%时，可用St，ad代替Sb，ad进行计算)α为硝酸生成热的校正系数，当Qb，ad≤16.7kJ/g时，α=0.0010当16.7kJ/g＜Qb，ad≤25.1kJ/g时，α=0.0012当Qb，ad＞25.1kJ/g时，α=0.0016。

3.煤的低位发热量(符号Qnet，ad)

用煤的高位发热量减去水的汽化热，便是煤的低位发热量。计算公式:

Qnet，ad=(Qgr，ad－206Had)－23Mad

式中:Had为空气干燥煤样氢含量，%Mad为空气干燥煤样水分，%。

一般讲，煤的收到基低位发热量(Qnet，ar)最接近于煤实际燃烧时产生的发热量。计算公式:

煤地质学

式中:Mt为煤样的全水分。

4.煤的发热量计算

煤的发热量有弹筒发热量、高位发热量和低位发热量3种，而且有4种基准，即收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基，所以共有12种方式可报出测试结果。但一般常用的发热量指标有5种:

1)空气干燥基弹筒发热量Qb，ad，这是测试的直接结果，需要换算。

2)空气干燥基高位发热量Qgr，ad，用于报出测试结果。

3)干燥基高位发热量Qgr，d，用于评定煤的质量，研究煤质。

4)干燥无灰基高位发热量Qgr，daf，用于评定煤中有机质的性质，可反映煤级。

5)收到基低位发热量Qnet，ar，反映煤的实际质量，是煤炭计价的依据，也用于燃煤工业锅炉的设计。

在煤炭计价时，一定要注意所用的发热量指标的基准，不然将造成经济上的损失。

煤的发热量除了直接测定外，还可以根据元素分析或工业分析的数据进行计算，供无实测发热量的用煤单位参考。煤炭科学研究院煤化学研究所所根据我国煤质资料研究结果推导了一系列发热量计算公式。

(1)利用元素分析数据，计算高位发热量的公式

低煤化程度的煤:

Qgr，daf=80Cdaf+305(310)Hdaf+22Sdaf－26Odaf－4(Adaf－10)

式中:Hdaf前面的系数对褐煤为305，对长焰煤、不粘煤为310。对Ad≤10%的煤，不计算最后一项的灰分校正值。

炼焦煤:

Qgr，daf=80Cdaf+310Hdaf+22Sdaf－25Odaf－7(Adaf－10)

(2)利用工业分析数据，计算低热值煤高位发热量的公式

高灰分(Aad=45%～90%)烟煤:

煤地质学

(四)影响煤发热量的因素

煤的发热量与煤成因类型、煤岩成分、煤化程度(煤级)、煤中矿物杂质的含量、煤的风氧化程度有关。残植煤和腐泥煤的发热量比腐植煤要高，如江西乐平鸣山的树皮残植煤Qb，daf为9060cal/g。

煤岩成分:腐植煤同一煤级中，壳质组分的发热量最高，气煤阶段达8680cal/g，镜质组次之，为7925cal/g，而惰质组仅7841cal/g。在低煤级时，惰质组的发热量可以比镜质组高，因为镜质组的碳含量低，而氧含量高，故总发热量较低。而惰质组的氧含量不太高，碳含量很高，弥补了氢含量低的不足。至中煤级烟煤时，镜质组的氧含量减少，而碳含量增加很快，氢变化不大，故发热量超过惰质组。

煤化程度:当煤以镜质组为主时，随煤级升高，煤的发热量逐渐增高，至中煤级的焦煤、瘦煤时达到高峰，以后又稍有下降(图6-20)。这与煤的元素组成变化有关。低煤级时，氧高而碳低，故Q低中煤级时，氧低而碳高，如焦煤阶段Cdaf为87%～90%，虽不及无烟煤高，但Hdaf高达4.8%～5.5%，故Q最高高煤级时碳虽高，但氢降低快，氢的发热量比碳高3.5倍，故Q又有所下降。煤的发热量随煤级的变化见表6-10。

图6-20 煤的挥发分产率与发热量的关系(据能源地质学，2004)

表6-10 煤发热量随煤级升高的变化

(据李增学等，2005)

煤的发热量随煤中矿物杂质含量的增加而降低。矿物杂质不发热，其含量越多，煤的发热量越低。对煤种变化不大的同一矿区而言，由矿物杂质形成的灰分与发热量往往保持十分规律的反比关系(图6-21)。煤受风氧化后，煤中的C和H变成CO2和H2O逸去，故煤的C和H含量降低，氧含量增高，煤的发热量下降。如果风氧化严重，煤变成不可燃。

图6-21 霍林河煤田露天矿区煤的灰分与发热量的关系(据杨起等，1979)

三、煤的气化指标

煤经过气化可产生做燃料用的动力煤气和供化学合成煤气。通常把煤的反应性、机械强度、热稳定性、灰熔点、灰粘度和结渣性作为气化用煤的质量指标。

(一)煤的反应性

煤的反应性，又称活性，指在一定温度条件下，煤与不同气化介质，如二氧化碳、氧、水蒸气相互作用的反应能力。反应能力强的煤，在气化和燃烧过程中，反应速度快、效率高。尤其一些高效能的新型气化工艺(如沸腾床、悬浮床气化)，反应性强弱更直接影响到煤在炉中反应的情况、耗煤量、耗氧量及煤气中有效成分等。在流化燃烧新技术中，煤的反应性强弱与其反应速度也有着密切的关系。因此，反应性是一项重要的气化和燃烧的特性指标。

测定煤的反应性的方法很多。目前我国采用的方法是测定在高温下煤焦还原CO2的性能，以CO2还原率表示煤的反应性。

将CO2还原率(α，%)与相应的测定温度绘成曲线(图6-22)，可见煤的反映性随温度升高而增强。各种煤的反应性随煤化程度加深而减弱。这是由于碳与CO2反应不仅在燃料的外表面进行，而且也在燃料的微细毛细管壁上进行，气孔愈多，反应表面积愈大。不同煤化程度煤及所得的煤焦的气孔率是不同的。褐煤的反应性最强，但到较高的温度(900℃以上)，反应性增高缓慢。无烟煤的反应性最弱，但在较高温度时，随温度升高而显著增强。煤的灰分数量等因素对反应性也有明显的影响。

(二)煤的机械强度

煤的机械强度包括煤的抗碎、耐磨和抗压等物理机械性质及其综合性质。气化用煤和燃烧用煤多数情况下要求用粒度均匀的块煤。机械强度低的煤投入气化炉时，容易碎成小块和粉末，从而破坏了块煤粒度的均匀性，影响气化炉的正常操作，因此，要求煤有一定的机械强度。另外，设计部门可以根据煤的机械强度，正确估计块煤用量及确定使用前是否需要再行筛分。所以，煤田勘探时，应提供气化用煤或燃烧用煤的机械强度资料。

煤的机械强度测试方法有几种，应用比较普遍的落下试验法是根据煤块在运输、装卸、入炉过程中落下、互相撞击而破碎等特点拟定的，它与表示煤的抗压、耐磨等机械强度试验法有所区别。测定方法为:选取60～100mm的块煤10块，称重。然后一块一块地从2m高的地方落到厚度＞15mm的金属板上。这样自由跌落3次，用25mm的方孔筛筛分，以＞25mm的块煤质量占试样总质量的百分数来表示煤的机械强度，其分级标准见表6-11。

我国大多数无烟煤的机械强度好，一般为60%～92%，还有一些煤受构造破坏成片状、粒状，煤质松软，机械强度差或很差，一般为40%～20%，甚至在20%以下。

图6-22 褐煤、烟煤、无烟煤的活性曲线示意图(据杨起等，1979)

表6-11 煤的机械强度分级

(据杨起等，1979)

(三)煤的热稳定性

煤的热稳定性是指煤在高温燃烧或气化过程中保持原来粒度的性能。热稳定性好的煤，在燃烧或气化过程中能以其原来的粒度烧掉或气化而不碎成小块，或破碎较少热稳定性差的煤在燃烧或气化过程中迅速裂成小块或煤粉，轻则增加炉内阻力和带出物，降低气化和燃烧效率，重则破坏整个气化过程，甚至造成停炉事故。因此，要求煤有足够的热稳定性。

各种工业锅炉和气化炉对煤的粒度有不同要求，因此测定煤的热稳定性的方法也有所不同。常用的是13～25mm级块煤测定法和小粒度6～13mm级块煤测定法。

13～25mm级块煤测定法是把煤样放在预热到850℃的马弗炉内热处理15min，求出各筛分级别残焦占总残焦的百分比，以各级累计百分数与筛分级别作出曲线，以大于13mm级残焦的百分数S+13作为热稳定性指标，以小于1mm级残焦的百分数S－1及热稳定性曲线作辅助指标(图6-23)。

小粒度6～13mm级块煤测定法是把煤样放在预热到850℃的马弗炉内加热90min，然后称重、筛分。将所得6～3mm，3～1mm及小于1mm的残焦占总残焦量的百分比，作为热稳定性的指标，分别以KPG，KPJ和KP1表示。指标数值愈大，表明热稳定性愈差，因此，更确切地说，这些指标是代表不稳定性的。按KPG的分级标准见表6-12。

图6-23 热稳定性曲线图(据杨起等，1979)

表6-12 煤的热稳定性分级

(据杨起等，1979)

我国大多数无烟煤的热稳定性较好。KPG均在35%以下，但在高变质无烟煤中也有少数煤的热稳定性不好或很不好(如京西大安山煤、福建天湖山大蔗沟煤)，其原因尚待进一步查明。这种热稳定性不好的无烟煤，经预热处理后，其热稳定性都有显著改善。

(四)煤的结渣性

在气化中，煤灰结渣会给正常操作带来不利的影响，结渣严重时将会导致停产。由于煤灰熔点(T2)并不能完全反映煤在气化炉中的结渣情况，因此还须用煤的结渣性来判断煤在气化过程中的结渣难易程度。

煤的结渣性测定要点，是用空气为气化介质，来气化预热到800～850℃的赤热煤样，气化过程的后期温度降到100℃时即停止气化。以＞6mm的灰渣占灰渣总重的百分数及其相应的最高温度作为煤样的结渣性指标。

四、煤的低温干馏焦油产率

为评价各种煤和油页岩的炼油适应性以及在低温干馏工业生产中鉴定原料煤或油页岩的性质并预测各种产品的产率，都要求进行低温干馏试验。实验室测定煤的低温干馏焦油产率一般采用“铝甑法”。收集干馏出来的焦油，计算出焦油产率，代号为T。评定煤的低温干馏焦油产率时用分析基指标Tad。低温干馏用煤的Tad一般不应小于7%。一般Tad＞12%者称高油煤Tad=7%～12%者为富油煤Tad≤7%者为含油煤。

煤的低温干馏焦油产率与煤的成因类型有关。腐泥煤、残植煤的低温干馏焦油产率相当高，如山东兖州煤田腐泥煤的Tad为13.50%～45.53%，浙江长广煤田某矿树皮残植煤的Tad为10.70%～21.00%，大多数为高油煤。腐植煤的焦油产率与煤化程度和煤岩组成有关，褐煤和长焰煤的Tad较高，如山东黄县煤田褐煤的Tad为14%左右。当稳定组分含量较高时，焦油产率也比较高，如淮南煤田气煤中，当稳定组分为15%～26%时，Tad为12%～15%而当稳定组分＜10%时，Tad多半小于10%。

五、壳质组的荧光性

在低煤化阶段，壳质组的荧光性是较好的煤化程度指标。煤的荧光性与反射率之间具有互相消长的关系，即反射率越低，荧光性愈强，二者并非线性关系。

Otteniann(1975)曾详细地研究了孢子体荧光光谱与煤化阶段的关系(图6-24)。光谱峰随煤化程度的增高有规律地移向更长波段。泥炭阶段λmax在500nm以下，挪动范围较宽褐煤阶段λmax大致在560～580nm之间，峰形陡峭随煤化程度的进一步提高，光谱曲线在630nm上逐渐形成一个小突峰，它在亚烟煤阶段(相当老褐煤阶段)迅速增大，在相当长焰煤阶段640nm波长段出现了第二个峰，直到气煤阶段640nm峰取代了580nm峰，煤化程度继续增高，640nm峰继续迁移向红光谱段，到肥煤阶段λmax移到670nm以上。

图6-24 孢子体荧光光谱随煤化程度增高的变化(据邵震杰等，1993)

银灰色至银黑色坚硬多孔固体，含碳96%以上，热值约29×103kJ/kg。用于生铁和有色金属冶炼、铸造，以及制造电石、气化造气等。煤经高温干馏而得。

焦炭，炼焦煤料在高温作用下，经过热解、缩聚、固化、收缩等一系列复杂的物理化学过程而形成的固体燃料。焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。炼铁高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基础，是冶金史上的一个重大里程碑。为使高炉操作达到较好的技术经济指标，冶炼用焦炭（冶金焦）必须具有适当的化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质。