水分与煤质的关系

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水分与煤质的关系





煤中各种水分的多少在一定程度上反映了煤质状况。煤中的内在水分，与煤化度密切相关。低煤化度煤结构疏松，结构中极性官能团多，内部毛细管发达，内表面积大，因此内在水分大。例如褐煤的内在水分可高达20％以上。随着煤化度的提高，内在水分减少。在烟煤中的肥煤与焦煤变质阶段，内在水分达到最小值（小于1%)。到高变质的无烟煤阶段，由于缩聚的收缩应力使煤粒内部的裂隙增加，内在水分又有所增加，内在水分可达到4％左右。
煤的最高内在水分与煤化度的关系基本与内在水分相同，具有明显的规律性如图1-1.

(1) 水分对煤利用的影响
??? 一般说来，水分是煤中无利有害的无机物质。这是因为：在运输时，煤的水分增加了运输负荷；对煤进行机械加工时，煤中水分过多将造成粉碎、筛分困难，降低生产效率，损坏设备；炼焦时，煤中水分的蒸发需消耗热量，增加焦炉能耗，延长了结焦时间，降低了焦炉生产能力。水分过大时，还会损坏焦炉，使焦炉使用年限缩短。此外，炼焦煤中的各种水分，包括热解水全部转入焦化剩余氨水，增大了焦化废水处理的负荷：气化与燃烧时，煤中的水分降低了煤的有效发热量。
（2）?煤中矿物质和煤的灰分产率
??? 煤中矿物质（mineral matter，简记符号MM）是除水分外所有无机质的总称。主要成分一般有粘土、高岭石、黄铁矿和方解石等。矿物类型属硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、金属硫化物和硫酸亚铁等。
煤的灰分( ash，简记符号A）是指煤中所有可燃物质完全燃烧时，煤中矿物质在一定温度下经过一系列分解、化合等复杂反应后剩下的残渣，因此称为灰分产率更确切。
??? 煤的灰分与煤中矿物质有密切的关系。国标规定的工业分析只包括煤的灰分测定，但因为不仅灰分，而且矿物质对煤的利用也有直接影响，所以有必要分别讨论。
? (3) 煤中矿物质
煤中的矿物质一般有三个来源。
①原生矿物质—即原始成煤植物含有的矿物质。它参与成煤，与煤有机质紧密结合，很难除去。一般不超过1—2%。
②次生矿物质—在成煤过程中进入煤层的矿物质，有通过水力和风力搬运到泥炭沼泽中而沉积的碎屑矿物和从胶体溶液中沉积出来的化学成因矿物。通常类矿物在煤中的含量也不很高，约10％以下。
上述原生和次生矿物质都属煤的内在矿物质，故较难用洗选法脱除。
③外来矿物质—采掘过程中混入煤中的底板、顶板和夹石层的矸石。它的含量随煤层结构的复杂程度和采掘方法而异，一般为5—10％，高的可达20％以上。这类矿物质用重力洗选法容易除去。
（4）煤的灰分
① 煤的灰分产率测定
通常采用灼烧灰化法测定煤的灰分产率。
灰化法要点：称取一定量的空气干燥煤样，放入温度低于100℃的马弗炉中。
以一定速度加热到815士10℃，灰化并灼烧至质量恒定，以残留物的质量占煤样的百分数作为灰分产率。
?
Aad=m1/m×100％
式中? Aad————空气干燥煤样的灰分产率，％；
m1? ——残留物的质量，g；

——煤样的质量，g。
② 煤灰对加工利用的影响
??? 无论是将煤作为能源还是作为原材料的来源，煤中的矿物质或灰分一般都是不利的。
A? 对炼焦和炼铁的影响——炼焦煤灰分高，造成焦炭灰分高，炼铁时就要多消耗焦炭和作为助熔剂的石灰石。一般认为，焦炭灰分每增加1％，焦比增加2～2.5，石灰石增加4％ ，高炉产量降低3%。如果再加上因灰分增加而带来的含硫量增加，那后果就更为严重了。所以，炼焦用煤的灰分一般不应＞10％。
B? 对燃烧和气化的影响——煤中的灰分高，造成灰渣量增加，势必带走一部分潜热（碳）和显热，使热效率降低。动力用煤的灰分每增加1％，大约使煤耗量增加2.0～2.5％。煤灰的熔融温度低，易引起电厂锅炉挂渣、结垢和沾污，易造成干法排灰的移动床气化炉结渣。对干法排渣的气化炉，煤灰熔融温度高有利，对液态排渣的气化炉则相反，煤灰熔融温度低和流动性好有利。煤灰的熔融性对气化工艺的选择有时有决定性影响。另外，某些灰成分，如碱金属和碱土金属化合物对煤气化有催化作用。
C? 对直接液化的影响一直接液化一般要求煤的灰分＜10％，黄铁矿对加氢有催化作用，因此它的存在是有利的。这一点与炼焦、气化和燃烧不同