论煤炭分类的实际应用

宁门翠，李 理，朱宏伟

(昆明冶金高等专科学校环境与化工学院， 云南 昆明 650033)

0 引 言

煤不仅是重要的能源，也是重要的化工原料。煤类繁多，不同的煤有不同的用途。凡以煤为燃料或原料的工业部门，为了充分发挥设备的效率，保证产品的质量，对煤的品种和质量都有特定的要求。煤炭分类使煤炭的生产者、销售者及用户根据实际需要对煤质的需求准确无误地进行交流与选择并指导生产。煤分类指标应能反映煤的生成、组成、结构以及重要的工艺性质等特点，科学合理地指导工业生产用煤的需求。煤分类无论是对煤炭资源勘查阶段划分煤类，还是对煤炭的开发和合理利用都起到指导作用。

云南煤炭资源十分丰富而且煤种齐全，其煤炭资源查明及预测资源总量约739.58亿t，其中探明储量252.87亿t以上，至目前保有资源储量345.77亿t，另有预测的潜在资源量为314亿t以上；其保有资源储量居全国第9位，在南方诸省中排第2位。这就决定了云南能源工业在相当长的一段时间内仍以煤炭为主，为了对煤炭资源进行合理的开发和利用，需要有一个科学的、适合本省资源特点和生产实际情况的煤炭分类方案。煤炭分类是指导煤炭资源合理利用的基本法规，是统计资源储量，计划、分配供应和评价煤炭资源的利用合理性的根本依据，也是反映各国在煤炭加工利用方面的科学技术水平的指南。理想的分类方法既要有充分的科学依据，又要结合实际应用情况。

目前，大多数文献都是从理论的角度进行煤炭分类论述，鲜有文献从实际应用的角度进行论述。本文从煤质分类的方法和特性指标结合实际应用方面进行分析，力图给出简洁、实用的煤炭分类方法。

1 特性指标分类

我国煤炭资源品种齐全，煤的种类很多，划分方法不一。本文按现行的《中国煤炭分类国家标准》(GB5751—2009)。依据无水无灰基挥发分(Vdaf)、氢含量Hdaf、粘结指数(G)、透光率(PM)、煤的恒湿无灰基高位发热量(Qgr，maf)、胶质层指数(Y)等分类指标进行划分。

1.1 挥发分(Vdaf)

测定煤样的挥发分需要在很严格的条件下进行，每个环节都需要隔绝空气，对测试所用的瓷坩埚的质量也有要求，测试完毕后对煤中所含的水分进行折算校正，就得到所要测定的挥发分。煤的挥发分反应着煤的变质程度——随着变质程度的加深，挥发分逐渐降低，因此根据煤的挥发分产率可以估计煤的种类。在我国及苏联、美国、法国、波兰和国际煤炭分类方案中，都以挥发分作为第一分类指标。

1.2 氢元素(Hdaf)

煤中氢的含量随着变质程度的变化而不同，煤变质程度高则氢的质量分数低。测定煤中氢质量分数的变化，对于了解煤的变质程度有重要意义。由于氢质量分数与变质程度关系密切，所以我国煤分类标准，就把无水无灰基氢作为划分无烟煤小类的指标。

1.3 透光率(PM)

透光率一般是对煤化程度低的煤如褐煤、长焰煤和不粘煤进行测定。测定时在一定的温度下用磷酸和稀硝酸混合配制成一定比例的水溶液来处理煤样。处理后的样品是有色溶液，一定波长的光透过有色溶液的百分率，就是需要测定的值。煤化程度高，则透光率高，能较好地表征年轻煤的煤化程度，所以中国煤炭分类国家标准中规定用透光率来划分褐煤和长焰煤，褐煤小类的划分也以透光率为主要指标。同时，透光率也能较好地区分不粘煤和弱粘煤。对浮选降低灰分无水无灰基挥发分Vdaf>37%的低煤化度煤，如果它的粘结指数GR≤5,就需根据透光率结果来确定其为褐煤或长焰煤，透光率PM>50%,即为长焰煤，PM≤30%则划分为褐煤。当PM介于30%～50%时，再用煤的“恒湿无灰基高位发热量”来区分为褐煤或长焰煤；即Qgr,maf≤24.0 MJ/kg 时划分为褐煤；Qgr,maf>24.0 MJ/kg 时划分为长焰煤。

1.4 煤的最高内在水分(MHC)

在划分煤类时，如果要判定是褐煤还是长焰煤，就要用到煤的最高内在水分(MHC)。MHC是煤在充分相对湿度下，让煤样充分吸收水分，经一段时间达到吸湿平衡时，扣除煤样表面以外的水分；或者是在测定中，煤的毛细孔吸收水分达到饱和时的吸水状态，也就是达到饱和时所吸收的水分。煤的最高内在水分的高低，主要决定于煤的煤化程度，所以必要时可增测辅助指标MHC来定Qgr,maf值，以帮助判定是褐煤还是长焰煤。

1.5 粘结指数(G)

粘结指数测定主要是对烟煤进行测量，也是烟煤分类的主要指标。在测定时将一定质量的待测煤样和专用无烟煤，按一定的比例搅拌混合，在规定的时间内快速加热反应，对得到的焦块在粘结指数测定仪里转动一定的时间以测定强度。因此，粘结指数实质是待测煤样在受热后，煤粒与专用无烟煤颗粒间或煤颗粒之间相互结合粘在一起的牢固程度。所以，中国煤分类标准，就将粘结指数作为判断烟煤粘结性的主要指标，也是烟煤分类的主要工艺指标。测定出煤的粘结性指数，根据数值的大小就能判断其相应的煤炭类别。

1.6 胶质层指数(Y)

在生产中，通常用胶质层指数测定的过程来模拟工业焦炉焦化的全过程。按规定加热装有煤样的角质层测试装置，装置中的煤会形成一系列等温层；用探针来探测胶体的最大厚度，所测得的厚度Y指标用于表示煤的焦化性能。胶体层的最大厚度Y值的大小直接反映了煤胶体的特性，是煤焦化性能的标志， 因此它被列为中国烟煤分类的一个指标。当粘结指数G>85时，可以通过挥发分值和Y值来确定煤的种类。

2 应用实例

实例1：云南昭通某煤样，其浮煤的Vdaf为5.88%,Hdaf为1.12%。

按GB5751—2009，Vdaf≤10%的属无烟煤大类。接着划分无烟煤的小类，按该样的Vdaf值属无烟煤二号，按Hdaf值又应该属于无烟煤一号，此时二者出现矛盾，应以Hdaf值的划分为准，所以该样的煤类应该定为无烟煤一号。

实例2：云南富源某煤样，其浮煤的Vdaf值为26.88%,G值为87,Y值为 28.5 mm, 奥阿膨胀度b值为138%。

按GB5751—2009，该样的Vdaf值和G值，可属焦煤类(25号)，也可属肥煤类(36号)。但当G值>85时，应用Y和b并列作为分类指标。从该样的b值看，焦煤(25号)符合标准，肥煤(36号)不符合标准;从Y值看，焦煤(25号)不符合标准，肥煤(36号)符合标准，二者有矛盾。此时应以Y为准，该样的煤类应该定为肥煤(36号)。

实例3：云南弥勒某煤样，其浮煤的Vdaf值为45.77% ,G值为0，PM为46 % ,Qgr,maf为 26.25 MJ/kg。

单从GB5751—2009中所列的分类指标(即Vdaf>37% ,PM≤50%)看，该样的煤类似乎应划为褐煤；但是，PM介于30%～50%的煤，还须参考恒湿无灰基高位发热量(Qgr,maf)，若Qgr,maf>24 MJ/kg，应划分为长焰煤。该样的Qgr、maf值符合此规定，故应定为长焰煤(41号)。

实例4：云南宜良某矿区送检煤样，经检测浮煤的Vdaf值为18.60% ,G值为67 ,Y值为 18.5 mm 。

按GB5751—2009，该样的Vdaf值、G值和Y值，毫无疑问应属焦煤类(15号)。但根据该矿区以往的大量化验资料显示，该矿区的煤类为贫瘦煤。出现这种异常情况，原因可能是多方面的,比如风化氧化的影响，采样的代表性，煤岩的组分，岩浆岩热源作用的影响等。

从以上4例可看出，在按“国标”确定煤类时，不能只看分类表中的指标，应结合矿区实际，充分考虑以下情况：

1)对煤炭进行分类时，当原煤灰分≤10%，不需降低灰分。但如果灰分>10%的煤样，需按国标煤样制备方法，用氯化锌配制成一定比例的溶液，浮煤降低灰分后再进行划分煤类(对易泥化的褐煤就可直接选用灰分较低的原煤)。

2)Vdaf≤10%的煤都是无烟煤。

3) 在地质勘探中，划分煤类时，焦渣特征号须在不压饼的条件下测定。

4)对在已经确定了无烟煤小类的生产矿区的日常工作中，可以只用无水无灰基挥发分(Vdaf)分类。

5)如果是为新的矿区确定划分煤的小类或生产矿区需要重新确定小类，需要同时测定Vdaf和Hdaf2个指标来划分小类。如果判断结果有矛盾，就以Hdaf为准来划分小类的结果。

6) 对Vdaf>37%、G≤5的煤，再以透光率PM来区分其为长焰煤或褐煤。

7) 对Vdaf>37%、PM介于30%～50%的煤，再测Qgr,maf,如其值>24.0 MJ/kg，应划分为长焰煤，即增测一辅助指标MHC来定Qgr,maf值。

8)G=85，Y=25时为指标分界线。即G>85的烟煤，需要借助Y值来区分肥煤、气肥煤与其他煤类；当Y>25.0 mm ，应划分为肥煤或气肥煤；当Y≤25.0 mm，则根据其数值大小而划分为相应的其他煤类。

3 结 语

煤是十分复杂的非均一物质。通过以上论述，实际工作中确定煤炭种类时，如果仅对来样负责，根据不同的待定煤样，用相应的挥发分(Vdaf)、氢含量(Hdaf)、透光率(PM)、煤的最高内在水分(MHC)、粘结指数(G)和胶质层指数(Y)直接判断即可。但如果划分煤炭种类是为了整个矿区的煤类划定，就要结合该矿区的实际情况加以确定，比如风化氧化的影响、采样的代表性、煤岩的组分、岩浆岩热源作用等因素的影响。