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煤炭的各種指標詳解
時間:2015-07-28 17:24:26來源:鄭州三博煤炭測控儀器儀表有限公司
1.水份： 是煤中無用成分，同時還影響煤的發(fā)熱量和可磨性。因此，無論是對煉焦用煤或對蒸汽用煤來講，它都是一個重要的指標。對于用戶來講，具有實際意義的是應用基水份，既從洗煤廠運到工廠時的煤炭所含有的水份。關于煤的水份含量的極限，還沒有統(tǒng)一的限制。水份的大小隨當?shù)貤l件和運輸距離而定。對于外銷煤炭，裝船時允許的水份一般為6-8%。由于水份就煉焦煤來說是無效的，它還需熱量使其蒸發(fā)，同時還會降低煉焦爐裝煤容量，因此越低越好。某些新型煉焦爐在裝煤前進行預熱，雖然增高了費用，但能顯著地提高生產率。另一方面，如果煤太干時。也會產生問題；尤其是在風大的地區(qū)，裝卸時煤粉會污染環(huán)境。
2.揮發(fā)分：可燃基揮發(fā)分幾乎是世界各國用來進行煤炭分類的指標之一。一般認為揮發(fā)分低于14%的煤將不能煉焦，或只能煉出質量差的焦炭；如果太高，也不能煉焦。雖然沒有固定的界限，但38%被認為是上限，也有把上限定到43%。通常認為15-31%的煤炭屬于很好的煉焦煤；美國有一種煉焦爐要求最理想的揮發(fā)分是28-30%。由于符合理想的單個煤炭的數(shù)量有限，因此，不得不采用把幾種不同的煤炭攙和起來，以煉成最理想的焦炭。
3.固定碳： 是美國作煤炭分級的一個普通指標。由于固定碳是全部真正的碳，其含量的多少，對于焦炭是很重要的。適于煉焦的煤炭，固定碳限于69-78%。
4.元素分析：隨煤階的增加，即煤化程度的加深，碳含量逐漸增加，氧含量逐漸減少。褐煤和較低品級的煙煤，氫含量穩(wěn)定在大約5%左右；較高品級的煙煤和無煙煤氫含量降至3-4%。氫含量隨煤階的增加而減少，是與揮發(fā)分減少有關。煙煤的氮含量最高，大約是1.7%；較低煤階和較高煤階的氮含量要低一些。碳是煤中最重要的元素，完全是碳含量提高了焦炭的價值。但高氧煤則只能煉出質量較次的焦炭。 5.硫分： 由于硫能進入焦炭而危害金屬的質量，以及隨煤炭燃燒時會進入大氣，污染環(huán)境。因此，無論是冶金用煤，還是蒸汽用煤，都需要給以極大重視的一個指標。煉焦時，煤中的硫含量大約有80-85%進入焦炭，比灰分更有害于高爐。為了使硫不進入鐵中，讓其隨爐渣排除，這樣就會增加爐渣量，也就是需要消耗更多的焦炭，根據(jù)某些計算，焦炭中硫含量從1.0%增加到1.5%，要多消耗焦炭15%。 用作煉焦煤的硫分，其上限一般在1.0%。不過，某些硫分稍高的煤炭，如果是用來與低硫煤攙和煉焦時，其平均硫含量不超過1%的話，也是可用的。有文章指出，如果煤炭經(jīng)洗選后不能把硫降到1.5%以下，就不適合于作為煉焦煤摻合使用。
至于蒸汽用煤的硫分，在國際煤炭市場上，主要視當?shù)氐沫h(huán)境保護法而定。如有的地區(qū)把它限制在1%。此外，有的用戶還從鍋爐的結污觀點去關心煤中硫含量。
為了評價煤中的硫含量，有必要測定各形態(tài)硫。煤中硫的賦存形態(tài)主要有硫酸鹽硫、硫化鐵硫和有機硫。硫酸鹽硫的正常數(shù)值應是很小的，一般不大于0.1%，超過時則很可能是煤已受了氧化。硫化物硫主要是黃鐵礦和白鐵礦，它們一般呈細粒狀、結核狀賦存。把煤經(jīng)過破碎、研磨，再進行洗選，這部分硫有一半以上可以除去。有機硫是碳氫化合物結構中的一部分，只能用代價高昂的溶劑才能分離出去，一般只能隨燃燒過程揮發(fā)。因此，在估計將來洗煤硫的可能含量時，可以用硫化物硫的一半加有機硫。然后經(jīng)可選性試驗，就會得到更準確的資料。
6.磷：對于煉焦煤，磷是有害成分，弄清其含量是非常重要的。由于高爐爐料中所有的磷可以還原進入鐵水。因此，鐵水中的磷含量 取決于耗焦率、灰分和礦石。煤灰中磷含量通常是很低的。對于耗焦率為900磅、灰分為7%的焦炭，最大允許限度是焦炭灰分中的磷含量為0.09%，呈現(xiàn)在鐵水中的磷含量是0.073%，這是大多數(shù)鋼鐵廠多半會接受的平均水平。由于焦炭灰分大多高于7%，因此，對煤中磷含量最好安全極限應是0.05-0.06%。
7.氯：對煉焦和蒸汽用煤都是有害元素(腐蝕管道和爐壁)。因此對各種煤中的氯含量測定值應予以重視。大多數(shù)煤中的氯含量是很低的，一般低于0.1%。雖然還沒有一個上限，但對于任何氯含量較高的煤炭，應認為是可疑的。
8.可磨性：一般來說，現(xiàn)代煤炭生產的最終產品的尺寸是很小的。這是由于：(1)煤炭利用方面，要求越來越多的粉煤。例如：產生蒸汽的鍋爐，裝煤時是以強大的壓力把粉煤噴入燃爐內；冶金高爐噴吹煤粉；近年來開始發(fā)展的煤炭管道運輸，要求把煤炭研磨成粉煤后，才能在管道中以煤漿送走。(2)通過研磨可以把與礦物雜質分離出一部分，然后經(jīng)過洗選，降低灰分、硫分等有害雜質，以減少運輸費用和提高煤炭的利用效率。(3)可以使不同的煤炭，例如采自同一礦井(礦區(qū))的不同煤層的煤炭，經(jīng)研磨和洗選后，按要求進行攙和，可以獲得不同級別的煤炭產品，供不同目的的用戶使用，以達到煤炭最佳的利用效果。 在設計和改進制粉系統(tǒng)、估計磨煤機的產量和耗電率時，都需用到煤的可磨性。因此，煤的可磨性是評價煤炭工藝性能的重要的控制性參數(shù)之一。
美國測定煤的可磨性采用哈德葛羅夫法。它是以一種易磨碎的煙煤為標準，把它的可磨性定為100，以此作為標準，來對其它被測定的煤樣的相對可磨性或破碎的難易程度。
可磨性指數(shù)越大，表明該煤軟，越容易被破碎。一般要求哈德葛羅夫可磨性指數(shù)大于50。一般情況下，大多數(shù)煙煤的可磨性指數(shù)最大，褐煤和無煙煤較小。 煤的水份含量和雜質可以影響可磨性指數(shù)。
由于煤炭—特別是煤階較低的次煙煤和褐煤—受內在水份的影響，因此在報告可磨性指數(shù)時要報告水份含量。未經(jīng)干燥的高水份煤炭，會引起研磨時的困難；烘干的煤對于研磨當然是理想的，但這難免要增加費用。
各煤層以及采自同一煤層的不同樣品，可磨性指數(shù)會有很大的變化，這是由于一般存在于煤中的雜質引起的。
哈德葛羅夫可磨性指數(shù)是在理想的煤炭破碎和煤粒分級的假設條件下進行的，它僅僅代表了那些取了煤樣或粒級樣品的測定結果。煤炭是非均質體，是以顯著的易變性為其特征。這樣一旦判斷錯了，對將來的生產必然會引起嚴重影響。雖然存在這個問題，但在不久的將來，還沒有切實可行的方法來替代。 9.篩分試驗：是洗煤廠設計所需考慮的問題，在焦炭生產中也是很重要的。因此，不僅要求在生產煤礦、采樣工程中采取煤層大樣進行試驗，還要求用6英寸或8英寸直徑的鉆孔中取樣進行這種試驗。 大多數(shù)煉焦煤用戶愿意接到小于35-50毫米的煤炭。有些購煤合同把小于0.5毫米物料的數(shù)量限制在20-25%。進入煉焦爐的粒級，一般在進爐前，把煤破碎到通過3.3毫米(1/8英寸)的煤級達90%。 10.煤的可選性： 經(jīng)過篩分后的各粒級煤樣，再進行浮沉試驗，以了解煤的可洗性。為洗煤廠設計提供選煤方法、工藝流程和選用設備等方面的技術數(shù)據(jù)。
煤炭經(jīng)過洗選，除了在前面“可磨性”一項中已敘述的可以降低有害組分、減少運輸量、提高熱能利用之外，還可以：(1)從其它被認為是蒸汽用煤或非煉焦用煤中，獲得一些煉焦煤。在國際煤炭市場，煉焦煤的價格比非煉焦煤要高的多。同時還可以充分發(fā)揮煤炭資源的潛力，尤其對缺乏煉焦煤資源的地區(qū)，更具有實際意義。因此，對于接近煉焦煤的非煉焦煤煤種，有必要進行自由膨脹序數(shù)、基氏塑性計等結焦性試驗。(2)由于對各比重級的灰分、硫分、發(fā)熱量進行了測定，如果再配以結焦性試驗和煤巖分析資料，就有可能計算出兩種或多種煤炭攙和后所能煉出最理想焦炭的最佳百分比。(3)對于多煤層的礦井(或礦區(qū))，根據(jù)洗選資料可以計算出：進行怎樣的攙和，才能使各類煤炭的強弱性達到平衡。以滿足市場需要，并獲得最大的經(jīng)濟效益。(4)可以供應或銷售多種煤炭產品。特別是可以計算出優(yōu)質產品所占的百分比。此外，目前采用較大馬力的設備，這些設備具有切割所碰到的任何物料的能力。它所切割下來的物料，既是較小尺寸的產物，又混雜有非可燃的物料。這樣也就增加了洗選的必要性。
11.灰分及煤灰性質：煤中的灰分是有害成分。主要的害處就是增加了運輸量和爐渣量。為了減輕運輸量，現(xiàn)在國際上一般都是經(jīng)過洗選后才運出。
煤灰性質是指煤灰成分、煤灰熔融溫度和煤灰粘度。煤灰成分是以化學分析方法了解其化學性質，煤灰的熔融溫度和煤灰粘度是測定煤灰的物理性質，煤灰的化學成分又影響著煤灰的物理性質。
美國在使用煤炭產生蒸汽方面，特別注意通過釋放更多熱量的方法來提高熱效率的利用。這樣就產生了極為嚴重的結渣和結污方面的問題，并導致了對煤炭性質的較為詳細的研究。
煤灰在爐中燃燒時的狀況，對于蒸汽鍋爐的設計、選型、效率和決定技術參數(shù)方面有著非常重要的關系。實用的鍋爐是使用特地的煤炭設計的，也就是說，煤炭的物理性質和化學性質要附和特地的范圍。這樣鍋爐制造廠就能根據(jù)煤灰特性來改進鍋爐的設計。這樣，在簽訂購銷合同時，煤灰特性是合同的內容之一。同時，這種合同期限一般是30年左右，以保證設備的服務年限，然后再挑選新的設備和煤源。
2.揮發(fā)分：可燃基揮發(fā)分幾乎是世界各國用來進行煤炭分類的指標之一。一般認為揮發(fā)分低于14%的煤將不能煉焦，或只能煉出質量差的焦炭；如果太高，也不能煉焦。雖然沒有固定的界限，但38%被認為是上限，也有把上限定到43%。通常認為15-31%的煤炭屬于很好的煉焦煤；美國有一種煉焦爐要求最理想的揮發(fā)分是28-30%。由于符合理想的單個煤炭的數(shù)量有限，因此，不得不采用把幾種不同的煤炭攙和起來，以煉成最理想的焦炭。
3.固定碳： 是美國作煤炭分級的一個普通指標。由于固定碳是全部真正的碳，其含量的多少，對于焦炭是很重要的。適于煉焦的煤炭，固定碳限于69-78%。
4.元素分析：隨煤階的增加，即煤化程度的加深，碳含量逐漸增加，氧含量逐漸減少。褐煤和較低品級的煙煤，氫含量穩(wěn)定在大約5%左右；較高品級的煙煤和無煙煤氫含量降至3-4%。氫含量隨煤階的增加而減少，是與揮發(fā)分減少有關。煙煤的氮含量最高，大約是1.7%；較低煤階和較高煤階的氮含量要低一些。碳是煤中最重要的元素，完全是碳含量提高了焦炭的價值。但高氧煤則只能煉出質量較次的焦炭。 5.硫分： 由于硫能進入焦炭而危害金屬的質量，以及隨煤炭燃燒時會進入大氣，污染環(huán)境。因此，無論是冶金用煤，還是蒸汽用煤，都需要給以極大重視的一個指標。煉焦時，煤中的硫含量大約有80-85%進入焦炭，比灰分更有害于高爐。為了使硫不進入鐵中，讓其隨爐渣排除，這樣就會增加爐渣量，也就是需要消耗更多的焦炭，根據(jù)某些計算，焦炭中硫含量從1.0%增加到1.5%，要多消耗焦炭15%。 用作煉焦煤的硫分，其上限一般在1.0%。不過，某些硫分稍高的煤炭，如果是用來與低硫煤攙和煉焦時，其平均硫含量不超過1%的話，也是可用的。有文章指出，如果煤炭經(jīng)洗選后不能把硫降到1.5%以下，就不適合于作為煉焦煤摻合使用。
至于蒸汽用煤的硫分，在國際煤炭市場上，主要視當?shù)氐沫h(huán)境保護法而定。如有的地區(qū)把它限制在1%。此外，有的用戶還從鍋爐的結污觀點去關心煤中硫含量。
為了評價煤中的硫含量，有必要測定各形態(tài)硫。煤中硫的賦存形態(tài)主要有硫酸鹽硫、硫化鐵硫和有機硫。硫酸鹽硫的正常數(shù)值應是很小的，一般不大于0.1%，超過時則很可能是煤已受了氧化。硫化物硫主要是黃鐵礦和白鐵礦，它們一般呈細粒狀、結核狀賦存。把煤經(jīng)過破碎、研磨，再進行洗選，這部分硫有一半以上可以除去。有機硫是碳氫化合物結構中的一部分，只能用代價高昂的溶劑才能分離出去，一般只能隨燃燒過程揮發(fā)。因此，在估計將來洗煤硫的可能含量時，可以用硫化物硫的一半加有機硫。然后經(jīng)可選性試驗，就會得到更準確的資料。
6.磷：對于煉焦煤，磷是有害成分，弄清其含量是非常重要的。由于高爐爐料中所有的磷可以還原進入鐵水。因此，鐵水中的磷含量 取決于耗焦率、灰分和礦石。煤灰中磷含量通常是很低的。對于耗焦率為900磅、灰分為7%的焦炭，最大允許限度是焦炭灰分中的磷含量為0.09%，呈現(xiàn)在鐵水中的磷含量是0.073%，這是大多數(shù)鋼鐵廠多半會接受的平均水平。由于焦炭灰分大多高于7%，因此，對煤中磷含量最好安全極限應是0.05-0.06%。
7.氯：對煉焦和蒸汽用煤都是有害元素(腐蝕管道和爐壁)。因此對各種煤中的氯含量測定值應予以重視。大多數(shù)煤中的氯含量是很低的，一般低于0.1%。雖然還沒有一個上限，但對于任何氯含量較高的煤炭，應認為是可疑的。
8.可磨性：一般來說，現(xiàn)代煤炭生產的最終產品的尺寸是很小的。這是由于：(1)煤炭利用方面，要求越來越多的粉煤。例如：產生蒸汽的鍋爐，裝煤時是以強大的壓力把粉煤噴入燃爐內；冶金高爐噴吹煤粉；近年來開始發(fā)展的煤炭管道運輸，要求把煤炭研磨成粉煤后，才能在管道中以煤漿送走。(2)通過研磨可以把與礦物雜質分離出一部分，然后經(jīng)過洗選，降低灰分、硫分等有害雜質，以減少運輸費用和提高煤炭的利用效率。(3)可以使不同的煤炭，例如采自同一礦井(礦區(qū))的不同煤層的煤炭，經(jīng)研磨和洗選后，按要求進行攙和，可以獲得不同級別的煤炭產品，供不同目的的用戶使用，以達到煤炭最佳的利用效果。 在設計和改進制粉系統(tǒng)、估計磨煤機的產量和耗電率時，都需用到煤的可磨性。因此，煤的可磨性是評價煤炭工藝性能的重要的控制性參數(shù)之一。
美國測定煤的可磨性采用哈德葛羅夫法。它是以一種易磨碎的煙煤為標準，把它的可磨性定為100，以此作為標準，來對其它被測定的煤樣的相對可磨性或破碎的難易程度。
可磨性指數(shù)越大，表明該煤軟，越容易被破碎。一般要求哈德葛羅夫可磨性指數(shù)大于50。一般情況下，大多數(shù)煙煤的可磨性指數(shù)最大，褐煤和無煙煤較小。 煤的水份含量和雜質可以影響可磨性指數(shù)。
由于煤炭—特別是煤階較低的次煙煤和褐煤—受內在水份的影響，因此在報告可磨性指數(shù)時要報告水份含量。未經(jīng)干燥的高水份煤炭，會引起研磨時的困難；烘干的煤對于研磨當然是理想的，但這難免要增加費用。
各煤層以及采自同一煤層的不同樣品，可磨性指數(shù)會有很大的變化，這是由于一般存在于煤中的雜質引起的。
哈德葛羅夫可磨性指數(shù)是在理想的煤炭破碎和煤粒分級的假設條件下進行的，它僅僅代表了那些取了煤樣或粒級樣品的測定結果。煤炭是非均質體，是以顯著的易變性為其特征。這樣一旦判斷錯了，對將來的生產必然會引起嚴重影響。雖然存在這個問題，但在不久的將來，還沒有切實可行的方法來替代。 9.篩分試驗：是洗煤廠設計所需考慮的問題，在焦炭生產中也是很重要的。因此，不僅要求在生產煤礦、采樣工程中采取煤層大樣進行試驗，還要求用6英寸或8英寸直徑的鉆孔中取樣進行這種試驗。 大多數(shù)煉焦煤用戶愿意接到小于35-50毫米的煤炭。有些購煤合同把小于0.5毫米物料的數(shù)量限制在20-25%。進入煉焦爐的粒級，一般在進爐前，把煤破碎到通過3.3毫米(1/8英寸)的煤級達90%。 10.煤的可選性： 經(jīng)過篩分后的各粒級煤樣，再進行浮沉試驗，以了解煤的可洗性。為洗煤廠設計提供選煤方法、工藝流程和選用設備等方面的技術數(shù)據(jù)。
煤炭經(jīng)過洗選，除了在前面“可磨性”一項中已敘述的可以降低有害組分、減少運輸量、提高熱能利用之外，還可以：(1)從其它被認為是蒸汽用煤或非煉焦用煤中，獲得一些煉焦煤。在國際煤炭市場，煉焦煤的價格比非煉焦煤要高的多。同時還可以充分發(fā)揮煤炭資源的潛力，尤其對缺乏煉焦煤資源的地區(qū)，更具有實際意義。因此，對于接近煉焦煤的非煉焦煤煤種，有必要進行自由膨脹序數(shù)、基氏塑性計等結焦性試驗。(2)由于對各比重級的灰分、硫分、發(fā)熱量進行了測定，如果再配以結焦性試驗和煤巖分析資料，就有可能計算出兩種或多種煤炭攙和后所能煉出最理想焦炭的最佳百分比。(3)對于多煤層的礦井(或礦區(qū))，根據(jù)洗選資料可以計算出：進行怎樣的攙和，才能使各類煤炭的強弱性達到平衡。以滿足市場需要，并獲得最大的經(jīng)濟效益。(4)可以供應或銷售多種煤炭產品。特別是可以計算出優(yōu)質產品所占的百分比。此外，目前采用較大馬力的設備，這些設備具有切割所碰到的任何物料的能力。它所切割下來的物料，既是較小尺寸的產物，又混雜有非可燃的物料。這樣也就增加了洗選的必要性。
11.灰分及煤灰性質：煤中的灰分是有害成分。主要的害處就是增加了運輸量和爐渣量。為了減輕運輸量，現(xiàn)在國際上一般都是經(jīng)過洗選后才運出。
煤灰性質是指煤灰成分、煤灰熔融溫度和煤灰粘度。煤灰成分是以化學分析方法了解其化學性質，煤灰的熔融溫度和煤灰粘度是測定煤灰的物理性質，煤灰的化學成分又影響著煤灰的物理性質。
美國在使用煤炭產生蒸汽方面，特別注意通過釋放更多熱量的方法來提高熱效率的利用。這樣就產生了極為嚴重的結渣和結污方面的問題，并導致了對煤炭性質的較為詳細的研究。
煤灰在爐中燃燒時的狀況，對于蒸汽鍋爐的設計、選型、效率和決定技術參數(shù)方面有著非常重要的關系。實用的鍋爐是使用特地的煤炭設計的，也就是說，煤炭的物理性質和化學性質要附和特地的范圍。這樣鍋爐制造廠就能根據(jù)煤灰特性來改進鍋爐的設計。這樣，在簽訂購銷合同時，煤灰特性是合同的內容之一。同時，這種合同期限一般是30年左右，以保證設備的服務年限，然后再挑選新的設備和煤源。
煤灰在爐中的燃燒狀態(tài)，取決于化學組分。根據(jù)煤灰的化學成分可以計算出結渣指數(shù)(slagging index)和結污指數(shù).
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