論煤炭分類的實際應用

寧門翠，李 理，朱宏偉

(昆明冶金高等?？茖W校環(huán)境與化工學院， 云南 昆明 650033)

0 引 言

煤不僅是重要的能源，也是重要的化工原料。煤類繁多，不同的煤有不同的用途。凡以煤為燃料或原料的工業(yè)部門，為了充分發(fā)揮設備的效率，保證產(chǎn)品的質量，對煤的品種和質量都有特定的要求。煤炭分類使煤炭的生產(chǎn)者、銷售者及用戶根據(jù)實際需要對煤質的需求準確無誤地進行交流與選擇并指導生產(chǎn)。煤分類指標應能反映煤的生成、組成、結構以及重要的工藝性質等特點，科學合理地指導工業(yè)生產(chǎn)用煤的需求。煤分類無論是對煤炭資源勘查階段劃分煤類，還是對煤炭的開發(fā)和合理利用都起到指導作用。

云南煤炭資源十分豐富而且煤種齊全，其煤炭資源查明及預測資源總量約739.58億t，其中探明儲量252.87億t以上，至目前保有資源儲量345.77億t，另有預測的潛在資源量為314億t以上；其保有資源儲量居全國第9位，在南方諸省中排第2位。這就決定了云南能源工業(yè)在相當長的一段時間內(nèi)仍以煤炭為主，為了對煤炭資源進行合理的開發(fā)和利用，需要有一個科學的、適合本省資源特點和生產(chǎn)實際情況的煤炭分類方案。煤炭分類是指導煤炭資源合理利用的基本法規(guī)，是統(tǒng)計資源儲量，計劃、分配供應和評價煤炭資源的利用合理性的根本依據(jù)，也是反映各國在煤炭加工利用方面的科學技術水平的指南。理想的分類方法既要有充分的科學依據(jù)，又要結合實際應用情況。

目前，大多數(shù)文獻都是從理論的角度進行煤炭分類論述，鮮有文獻從實際應用的角度進行論述。本文從煤質分類的方法和特性指標結合實際應用方面進行分析，力圖給出簡潔、實用的煤炭分類方法。

1 特性指標分類

我國煤炭資源品種齊全，煤的種類很多，劃分方法不一。本文按現(xiàn)行的《中國煤炭分類國家標準》(GB5751—2009)。依據(jù)無水無灰基揮發(fā)分(Vdaf)、氫含量Hdaf、粘結指數(shù)(G)、透光率(PM)、煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量(Qgr，maf)、膠質層指數(shù)(Y)等分類指標進行劃分。

1.1 揮發(fā)分(Vdaf)

測定煤樣的揮發(fā)分需要在很嚴格的條件下進行，每個環(huán)節(jié)都需要隔絕空氣，對測試所用的瓷坩堝的質量也有要求，測試完畢后對煤中所含的水分進行折算校正，就得到所要測定的揮發(fā)分。煤的揮發(fā)分反應著煤的變質程度——隨著變質程度的加深，揮發(fā)分逐漸降低，因此根據(jù)煤的揮發(fā)分產(chǎn)率可以估計煤的種類。在我國及蘇聯(lián)、美國、法國、波蘭和國際煤炭分類方案中，都以揮發(fā)分作為第一分類指標。

1.2 氫元素(Hdaf)

煤中氫的含量隨著變質程度的變化而不同，煤變質程度高則氫的質量分數(shù)低。測定煤中氫質量分數(shù)的變化，對于了解煤的變質程度有重要意義。由于氫質量分數(shù)與變質程度關系密切，所以我國煤分類標準，就把無水無灰基氫作為劃分無煙煤小類的指標。

1.3 透光率(PM)

透光率一般是對煤化程度低的煤如褐煤、長焰煤和不粘煤進行測定。測定時在一定的溫度下用磷酸和稀硝酸混合配制成一定比例的水溶液來處理煤樣。處理后的樣品是有色溶液，一定波長的光透過有色溶液的百分率，就是需要測定的值。煤化程度高，則透光率高，能較好地表征年輕煤的煤化程度，所以中國煤炭分類國家標準中規(guī)定用透光率來劃分褐煤和長焰煤，褐煤小類的劃分也以透光率為主要指標。同時，透光率也能較好地區(qū)分不粘煤和弱粘煤。對浮選降低灰分無水無灰基揮發(fā)分Vdaf>37%的低煤化度煤，如果它的粘結指數(shù)GR≤5,就需根據(jù)透光率結果來確定其為褐煤或長焰煤，透光率PM>50%,即為長焰煤，PM≤30%則劃分為褐煤。當PM介于30%～50%時，再用煤的“恒濕無灰基高位發(fā)熱量”來區(qū)分為褐煤或長焰煤；即Qgr,maf≤24.0 MJ/kg 時劃分為褐煤；Qgr,maf>24.0 MJ/kg 時劃分為長焰煤。

1.4 煤的最高內(nèi)在水分(MHC)

在劃分煤類時，如果要判定是褐煤還是長焰煤，就要用到煤的最高內(nèi)在水分(MHC)。MHC是煤在充分相對濕度下，讓煤樣充分吸收水分，經(jīng)一段時間達到吸濕平衡時，扣除煤樣表面以外的水分；或者是在測定中，煤的毛細孔吸收水分達到飽和時的吸水狀態(tài)，也就是達到飽和時所吸收的水分。煤的最高內(nèi)在水分的高低，主要決定于煤的煤化程度，所以必要時可增測輔助指標MHC來定Qgr,maf值，以幫助判定是褐煤還是長焰煤。

1.5 粘結指數(shù)(G)

粘結指數(shù)測定主要是對煙煤進行測量，也是煙煤分類的主要指標。在測定時將一定質量的待測煤樣和專用無煙煤，按一定的比例攪拌混合，在規(guī)定的時間內(nèi)快速加熱反應，對得到的焦塊在粘結指數(shù)測定儀里轉動一定的時間以測定強度。因此，粘結指數(shù)實質是待測煤樣在受熱后，煤粒與專用無煙煤顆粒間或煤顆粒之間相互結合粘在一起的牢固程度。所以，中國煤分類標準，就將粘結指數(shù)作為判斷煙煤粘結性的主要指標，也是煙煤分類的主要工藝指標。測定出煤的粘結性指數(shù)，根據(jù)數(shù)值的大小就能判斷其相應的煤炭類別。

1.6 膠質層指數(shù)(Y)

在生產(chǎn)中，通常用膠質層指數(shù)測定的過程來模擬工業(yè)焦爐焦化的全過程。按規(guī)定加熱裝有煤樣的角質層測試裝置，裝置中的煤會形成一系列等溫層；用探針來探測膠體的最大厚度，所測得的厚度Y指標用于表示煤的焦化性能。膠體層的最大厚度Y值的大小直接反映了煤膠體的特性，是煤焦化性能的標志， 因此它被列為中國煙煤分類的一個指標。當粘結指數(shù)G>85時，可以通過揮發(fā)分值和Y值來確定煤的種類。

2 應用實例

實例1：云南昭通某煤樣，其浮煤的Vdaf為5.88%,Hdaf為1.12%。

按GB5751—2009，Vdaf≤10%的屬無煙煤大類。接著劃分無煙煤的小類，按該樣的Vdaf值屬無煙煤二號，按Hdaf值又應該屬于無煙煤一號，此時二者出現(xiàn)矛盾，應以Hdaf值的劃分為準，所以該樣的煤類應該定為無煙煤一號。

實例2：云南富源某煤樣，其浮煤的Vdaf值為26.88%,G值為87,Y值為 28.5 mm, 奧阿膨脹度b值為138%。

按GB5751—2009，該樣的Vdaf值和G值，可屬焦煤類(25號)，也可屬肥煤類(36號)。但當G值>85時，應用Y和b并列作為分類指標。從該樣的b值看，焦煤(25號)符合標準，肥煤(36號)不符合標準;從Y值看，焦煤(25號)不符合標準，肥煤(36號)符合標準，二者有矛盾。此時應以Y為準，該樣的煤類應該定為肥煤(36號)。

實例3：云南彌勒某煤樣，其浮煤的Vdaf值為45.77% ,G值為0，PM為46 % ,Qgr,maf為 26.25 MJ/kg。

單從GB5751—2009中所列的分類指標(即Vdaf>37% ,PM≤50%)看，該樣的煤類似乎應劃為褐煤；但是，PM介于30%～50%的煤，還須參考恒濕無灰基高位發(fā)熱量(Qgr,maf)，若Qgr,maf>24 MJ/kg，應劃分為長焰煤。該樣的Qgr、maf值符合此規(guī)定，故應定為長焰煤(41號)。

實例4：云南宜良某礦區(qū)送檢煤樣，經(jīng)檢測浮煤的Vdaf值為18.60% ,G值為67 ,Y值為 18.5 mm 。

按GB5751—2009，該樣的Vdaf值、G值和Y值，毫無疑問應屬焦煤類(15號)。但根據(jù)該礦區(qū)以往的大量化驗資料顯示，該礦區(qū)的煤類為貧瘦煤。出現(xiàn)這種異常情況，原因可能是多方面的,比如風化氧化的影響，采樣的代表性，煤巖的組分，巖漿巖熱源作用的影響等。

從以上4例可看出，在按“國標”確定煤類時，不能只看分類表中的指標，應結合礦區(qū)實際，充分考慮以下情況：

1)對煤炭進行分類時，當原煤灰分≤10%，不需降低灰分。但如果灰分>10%的煤樣，需按國標煤樣制備方法，用氯化鋅配制成一定比例的溶液，浮煤降低灰分后再進行劃分煤類(對易泥化的褐煤就可直接選用灰分較低的原煤)。

2)Vdaf≤10%的煤都是無煙煤。

3) 在地質勘探中，劃分煤類時，焦渣特征號須在不壓餅的條件下測定。

4)對在已經(jīng)確定了無煙煤小類的生產(chǎn)礦區(qū)的日常工作中，可以只用無水無灰基揮發(fā)分(Vdaf)分類。

5)如果是為新的礦區(qū)確定劃分煤的小類或生產(chǎn)礦區(qū)需要重新確定小類，需要同時測定Vdaf和Hdaf2個指標來劃分小類。如果判斷結果有矛盾，就以Hdaf為準來劃分小類的結果。

6) 對Vdaf>37%、G≤5的煤，再以透光率PM來區(qū)分其為長焰煤或褐煤。

7) 對Vdaf>37%、PM介于30%～50%的煤，再測Qgr,maf,如其值>24.0 MJ/kg，應劃分為長焰煤，即增測一輔助指標MHC來定Qgr,maf值。

8)G=85，Y=25時為指標分界線。即G>85的煙煤，需要借助Y值來區(qū)分肥煤、氣肥煤與其他煤類；當Y>25.0 mm ，應劃分為肥煤或氣肥煤；當Y≤25.0 mm，則根據(jù)其數(shù)值大小而劃分為相應的其他煤類。

3 結 語

煤是十分復雜的非均一物質。通過以上論述，實際工作中確定煤炭種類時，如果僅對來樣負責，根據(jù)不同的待定煤樣，用相應的揮發(fā)分(Vdaf)、氫含量(Hdaf)、透光率(PM)、煤的最高內(nèi)在水分(MHC)、粘結指數(shù)(G)和膠質層指數(shù)(Y)直接判斷即可。但如果劃分煤炭種類是為了整個礦區(qū)的煤類劃定，就要結合該礦區(qū)的實際情況加以確定，比如風化氧化的影響、采樣的代表性、煤巖的組分、巖漿巖熱源作用等因素的影響。