無煙煤是怎么形成的 無煙煤的作用有哪些呢
無煙煤固定碳含量高，揮發(fā)分產(chǎn)率低，密度大，硬度大，燃點(diǎn)高，燃燒時(shí)不冒煙。01號(hào)無煙煤為年老無煙煤；02號(hào)無煙煤為典型無煙煤；03號(hào)無煙煤為年輕無煙煤。如北京、晉城、陽泉分別為01、02、03號(hào)無煙煤
無煙煤俗稱白煤或紅煤。煤化程度最大的煤。黑色堅(jiān)硬，有金屬光澤。以脂摩擦不致染污，斷口成介殼狀，燃燒時(shí)火焰短而少煙。不結(jié)焦。一般含碳量在90%以上，揮發(fā)物在10%以下。無膠質(zhì)層厚度。熱值約8000-8500千卡/公斤。有時(shí)把揮發(fā)物含量特大的稱做半無煙煤；特小的稱做高無煙煤。在山西陽泉和河南焦作是主要產(chǎn)區(qū)。
無煙煤為煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分較少，發(fā)熱量很高，可達(dá)25000~32500kJ/kg，揮發(fā)分釋出溫度較高，其焦炭沒有黏著性，著火和燃盡均比較困難，燃燒時(shí)無煙，火焰呈青藍(lán)色 。
煤樣在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱，煤中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解出一部分分子量較小的液態(tài)（此時(shí)為蒸汽狀態(tài)）和氣態(tài)產(chǎn)物，這些產(chǎn)物稱為揮發(fā)物。揮發(fā)物占煤樣質(zhì)量的分?jǐn)?shù)成為揮發(fā)分產(chǎn)率或簡稱為揮發(fā)分。以干燥無灰基為分析基，揮發(fā)分低于10%的煤稱為無煙煤。揮發(fā)分大于6.5%小于10%的無煙煤稱為無煙煤三號(hào)。
種無煙煤燃燒方法，用于能源技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明由一次風(fēng)噴口組成的四列燃燒器設(shè)置在鍋爐下爐膛靠近四墻中心線的爐墻上，由二次風(fēng)噴口組成另四列燃燒器設(shè)置在爐膛四角上，二次風(fēng)噴口與一次風(fēng)噴口在同一水平高度，一、二次風(fēng)射流在爐內(nèi)形成內(nèi)外兩個(gè)同心切圓旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二次風(fēng)包裹一次風(fēng)，一次風(fēng)中大量氣流流向爐膛中心區(qū)域，二次風(fēng)在水冷壁附近形成氧化性氣氛的氣幕，三次風(fēng)和燃盡風(fēng)噴口布置在主燃區(qū)上部的角部，形成四角切向射流。本發(fā)明可從根本上解決了無煙煤及貧煤著火穩(wěn)燃問題，同時(shí)又能兼顧防結(jié)渣、低污染、高燃燒效率等特點(diǎn)，是解決無煙煤及貧煤燃燒問題的綜合技術(shù)。
一、礦物原料特點(diǎn)
(一) 無煙煤的物理性質(zhì)
無煙煤的物理性質(zhì)是無煙煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。它是由成無煙煤的原始物質(zhì)及其聚積條件、轉(zhuǎn)化過程、無煙煤化程度和風(fēng)、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。其中，除了比重和導(dǎo)電性需要在實(shí)驗(yàn)室測定外，其他根據(jù)肉眼觀察就可以確定。無煙煤的物理性質(zhì)可以作為初步評價(jià)無煙煤質(zhì)的依據(jù)，并用以研究無煙煤的成因、變質(zhì)機(jī)理和解決無煙煤層對比等地質(zhì)問題。
1.顏色
是指新鮮無煙煤表面的自然色彩，是無煙煤對不同波長的光波吸收的結(jié)果。呈褐色—黑色，一般隨無煙煤化程度的提高而逐漸加深。
2.光澤
是指無煙煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。無煙煤化程度越高，光澤越強(qiáng)；礦物質(zhì)含量越多，光澤越暗；風(fēng)、氧化程度越深，光澤越暗，直到完全消失。
3.粉色
指將無煙煤研成粉末的顏色或無煙煤在抹上釉的瓷板上刻劃時(shí)留下的痕跡，所以又稱為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是無煙煤化程度越高，粉色越深。
4.比重和容重
無煙煤的比重又稱無煙煤的密度，它是不包括孔隙在內(nèi)的一定體積的無煙煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。無煙煤的容重又稱無煙煤的體重或假比重，它是包括孔隙在內(nèi)的一定體積的無煙煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。無煙煤的容重是計(jì)算無煙煤層儲(chǔ)量的重要指標(biāo)。褐無煙煤的容重一般為1.05～1.2，煙無煙煤為1.2～1.4，無煙無煙煤變化范圍較大，可由1.35～1.8。無煙煤巖組成、無煙煤化程度、無煙煤中礦物質(zhì)的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質(zhì)含量相同的情況下，無煙煤的比重隨無煙煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指無煙煤抵抗外來機(jī)械作用的能力。根據(jù)外來機(jī)械力作用方式的不同，可進(jìn)一步將無煙煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。無煙煤的硬度與無煙煤化程度有關(guān)，褐無煙煤和焦無煙煤的硬度最小，約2～2.5；無煙無煙煤的硬度最大，接近4。
6.脆度
是無煙煤受外力作用而破碎的程度。成無煙煤的原始物質(zhì)、無煙煤巖成分、無煙煤化程度等都對無煙煤的脆度有影響。在不同變質(zhì)程度的無煙煤中，長焰無煙煤和氣無煙煤的脆度較小，肥無煙煤、焦無煙煤和瘦無煙煤的脆度最大，無煙無煙煤的脆度最小。
7.斷口
是指無煙煤受外力打擊后形成的斷面的形狀。在無煙煤中常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。無煙煤的原始物質(zhì)組成和無煙煤化程度不同，斷口形狀各異。
8.導(dǎo)電性
是指無煙煤傳導(dǎo)電流的能力，通常用電阻率來表示。褐無煙煤電阻率低。褐無煙煤向煙無煙煤過渡時(shí)，電阻率劇增。煙無煙煤是不良導(dǎo)體，隨著無煙煤化程度增高，電阻率減小，至無煙無煙煤時(shí)急劇下降，而具良好的導(dǎo)電性。
(二) 無煙煤的化學(xué)組成
無煙煤的化學(xué)組成很復(fù)雜，但歸納起來可分為有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)兩大類，以有機(jī)質(zhì)為主體。
無煙煤中的有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮和有機(jī)硫等五種元素組成。其中，碳、氫、氧占有機(jī)質(zhì)的95%以上。此外，還有極少量的磷和其他元素。無煙煤中有機(jī)質(zhì)的元素組成，隨無煙煤化程度的變化而有規(guī)律地變化。一般來講，無煙煤化程度越深，碳的含量越高，氫和氧的含量越低，氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與無煙煤的成因類型有關(guān)。碳和氫是無煙煤炭燃燒過程中產(chǎn)生熱量的重要元素，氧是助燃元素，三者構(gòu)成了有機(jī)質(zhì)的主體。無煙煤炭燃燒時(shí)，氮不產(chǎn)生熱量，常以游離狀態(tài)析出，但在高溫條件下，一部分氮轉(zhuǎn)變成氨及其他含氮化合物，可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是無煙煤中的有害元素。含硫多的無煙煤在燃燒時(shí)生成硫化物氣體，不僅腐蝕金屬設(shè)備，與空氣中的水反應(yīng)形成酸雨，污染環(huán)境，危害植物生產(chǎn)，而且將含有硫和磷的無煙煤用作冶金煉焦時(shí)，無煙煤中的硫和磷大部分轉(zhuǎn)入焦炭中，冶煉時(shí)又轉(zhuǎn)入鋼鐵中，嚴(yán)重影響焦炭和鋼鐵質(zhì)量，不利于鋼鐵的鑄造和機(jī)械加工。用含有氟和氯的無煙煤燃燒或煉焦時(shí)，各種管道和爐壁會(huì)遭到強(qiáng)烈腐蝕。將含有砷的無煙煤用于釀造和食品工業(yè)作燃料，砷含量過高，會(huì)增加產(chǎn)品毒性，危及人民身體健康。
無煙煤中的無機(jī)質(zhì)主要是水分和礦物質(zhì)，它們的存在降低了無煙煤的質(zhì)量和利用價(jià)值，其中絕大多數(shù)是無煙煤中的有害成分。
另外，還有一些稀有、分散和放射性元素，例如，鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等，它們分別以有機(jī)或無機(jī)化合物的形態(tài)存在于無煙煤中。其中某些元素的含量，一旦達(dá)到工業(yè)品位或可綜合利用時(shí)，就是重要的礦產(chǎn)資源。
通過元素分析可以了解無煙煤的化學(xué)組成及其含量，通過工業(yè)分析可以初步了解無煙煤的性質(zhì)，大致判斷無煙煤的種類和用途。無煙煤的工業(yè)分析包括對水分、灰分、揮發(fā)分的測定和固定碳的計(jì)算四項(xiàng)內(nèi)容。
1.水分
指單位重量的無煙煤中水的含量。無煙煤中的水分有外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水三種存在狀態(tài)。一般以無煙煤的內(nèi)在水分作為評定無煙煤質(zhì)的指標(biāo)。無煙煤化程度越低，無煙煤的內(nèi)部表面積越大，水分含量越高。水分對無煙煤的加工利用是有害物質(zhì)。在無煙煤的貯存過程中，它能加速風(fēng)化、破裂，甚至自燃；在運(yùn)輸時(shí)，會(huì)增加運(yùn)量，浪費(fèi)運(yùn)力，增加運(yùn)費(fèi)；煉焦時(shí)，消耗熱量，降低爐溫，延長煉焦時(shí)間，降低生產(chǎn)效率；燃燒時(shí)，降低有效發(fā)熱量；在高寒地區(qū)的冬季，還會(huì)使無煙煤凍結(jié)，造成裝卸困難。只有在壓制無煙煤磚和無煙煤球時(shí)，需要適量的水分才能成型。
2.灰分
是指無煙煤在規(guī)定條件下完全燃燒后剩下的固體殘?jiān)?。它是無煙煤中的礦物質(zhì)經(jīng)過氧化、分解而來?；曳謱o煙煤的加工利用極為不利?；曳衷礁?，熱效率越低；燃燒時(shí)，熔化的灰分還會(huì)在爐內(nèi)結(jié)成爐渣，影響無煙煤的氣化和燃燒，同時(shí)造成排渣困難；煉焦時(shí)，全部轉(zhuǎn)入焦炭，降低了焦炭的強(qiáng)度，嚴(yán)重影響焦炭質(zhì)量。無煙煤灰成分十分復(fù)雜，成分不同直接影響到灰分的熔點(diǎn)。灰熔點(diǎn)低的無煙煤，燃燒和氣化時(shí)，會(huì)給生產(chǎn)操作帶來許多困難。為此，在評價(jià)無煙煤的工業(yè)用途時(shí)，必須分析灰成分，測定灰熔點(diǎn)。
3.揮發(fā)分
指無煙煤中的有機(jī)物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體。它是對無煙煤進(jìn)行分類的主要指標(biāo)，并被用來初步確定無煙煤的加工利用性質(zhì)。無煙煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與無煙煤化程度有密切關(guān)系，無煙煤化程度越低，揮發(fā)分越高，隨著無煙煤化程度加深，揮發(fā)分逐漸降低。
4.固定碳
測定無煙煤的揮發(fā)分時(shí)，剩下的不揮發(fā)物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。它是無煙煤中不揮發(fā)的固體可燃物，可以用計(jì)算方法算出。焦渣的外觀與無煙煤中有機(jī)質(zhì)的性質(zhì)有密切關(guān)系，因此，根據(jù)焦渣的外觀特征，可以定性地判斷無煙煤的粘結(jié)性和工業(yè)用途。
(三)無煙煤的工藝性質(zhì)
為了提高無煙煤的綜合利用價(jià)值，必須了解、研究無煙煤的工藝性質(zhì)，以滿足各方面對無煙煤質(zhì)的要求。無煙煤的工藝性質(zhì)主要包括：粘結(jié)性和結(jié)焦性、發(fā)熱量、化學(xué)反應(yīng)性、熱穩(wěn)定性、透光率、機(jī)械強(qiáng)度和可選性等。
1.粘結(jié)性和結(jié)焦性
粘結(jié)性是指無煙煤在干餾過程中，由于無煙煤中有機(jī)質(zhì)分解，熔融而使無煙煤粒能夠相互粘結(jié)成塊的性能。結(jié)焦性是指無煙煤在干餾時(shí)能夠結(jié)成焦炭的性能。無煙煤的粘結(jié)性是結(jié)焦性的必要條件，結(jié)焦性好的無煙煤必須具有良好的粘結(jié)性，但粘結(jié)性好的無煙煤不一定能單獨(dú)煉出質(zhì)量好的焦炭。這就是為什么要進(jìn)行配無煙煤煉焦的道理。粘結(jié)性是進(jìn)行無煙煤的工業(yè)分類的主要指標(biāo)，一般用無煙煤中有機(jī)質(zhì)受熱分解、軟化形成的膠質(zhì)體的厚度來表示，常稱膠質(zhì)層厚度。膠質(zhì)層越厚，粘結(jié)性越好。測定粘結(jié)性和結(jié)焦性的方法很多，除膠質(zhì)層測定法外，還有羅加指數(shù)法、奧亞膨脹度試驗(yàn)等等。粘結(jié)性受無煙煤化程度、無煙煤巖成分、氧化程度和礦物質(zhì)含量等多種因素的影響。無煙煤化程度最高和最低的無煙煤，一般都沒有粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度也很小。
2.發(fā)熱量
是指單位重量的無煙煤在完全燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量，亦稱熱值，常用106J/kg表示。它是評價(jià)無煙煤炭質(zhì)量，尤其是評價(jià)動(dòng)力用無煙煤的重要指標(biāo)。國際市場上動(dòng)力用無煙煤以熱值計(jì)價(jià)。我國自1985年6月起，改革沿用了幾十年的以灰分計(jì)價(jià)為以熱值計(jì)價(jià)。發(fā)熱量主要與無煙煤中的可燃元素含量和無煙煤化程度有關(guān)。為便于比較耗無煙煤量，在工業(yè)生產(chǎn)中，常常將實(shí)際消耗的無煙煤量折合成發(fā)熱量為2.930368×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)無煙煤來進(jìn)行計(jì)算。
3.化學(xué)反應(yīng)性
又稱活性。是指無煙煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應(yīng)能力。它是評價(jià)氣化用無煙煤和動(dòng)力用無煙煤的一項(xiàng)重要指標(biāo)。反應(yīng)性強(qiáng)弱直接影響到耗無煙煤量和無煙煤氣的有效成分。無煙煤的活性一般隨無煙煤化程度加深而減弱。
4.熱穩(wěn)定性
又稱耐熱性。是指無煙煤在高溫作用下保持原來粒度的性能。它是評價(jià)氣化用無煙煤和動(dòng)力用無煙煤的又一項(xiàng)重要指標(biāo)。熱穩(wěn)定性的好壞，直接影響爐內(nèi)能否正常生產(chǎn)以及無煙煤的氣化和燃燒效率。
5.透光率
指低無煙煤化程度的無煙煤(褐無煙煤、長焰無煙煤等)，在規(guī)定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理后，所得溶液對光的透過率稱為透光率。隨著無煙煤化程度加深，透光率逐漸加大。因此，它是區(qū)別褐無煙煤、長焰無煙煤和氣無煙煤的重要指標(biāo)。
6.機(jī)械強(qiáng)度
是指塊無煙煤受外力作用而破碎的難易程度。機(jī)械強(qiáng)度低的無煙煤投入氣化爐時(shí)，容易碎成小塊和粉末，影響氣化爐正常操作。因此，氣化用無煙煤必須具備較高的機(jī)械強(qiáng)度。
7.可選性
是指無煙煤通過洗選，除去其中的夾矸和礦物質(zhì)的難易程度。我國現(xiàn)行的選無煙煤方法，詳見第四節(jié)。
二、用途與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
(一) 無煙煤的工業(yè)分類
1958年，國家頒布了以煉焦用無煙煤為主的分類方案，為工業(yè)部門合理使用無煙煤炭資源創(chuàng)造了有利條件，但在實(shí)踐中也出現(xiàn)了一些問題。在認(rèn)真分析研究和吸收國外先進(jìn)分類方法的基礎(chǔ)上，為了使各項(xiàng)分類的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最能反映無煙煤的質(zhì)量特點(diǎn)，達(dá)到更加合理地利用無煙煤炭資源的目的，1986年，國家重新頒布了從褐無煙煤到無煙無煙煤的全面技術(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)，將自然界中的無煙煤劃分為14大類，其中，褐無煙煤和無煙無煙煤又分別劃分為2個(gè)和3個(gè)小類(表2.2.1)。這就是我國現(xiàn)行的無煙煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)。
表 2.2.1中國無煙煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn) (GB5751-86)
(1) 分類指標(biāo)及其符號(hào)Vr為干燥無灰基揮發(fā)分(%)；Hr為干燥無灰基氫含量(%)；GR.I(簡記G)為煙無煙煤的粘結(jié)指數(shù)；Y為煙無煙煤的膠質(zhì)層最大厚度；PM為無煙煤樣的透光率(%)；b為煙無煙煤的奧亞膨脹度(%)；Q-A.GNGW為無煙煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量(MJ/kg)。
(2) 無煙煤類的編碼各類無煙煤用兩位阿拉伯?dāng)?shù)碼表示。10位表示無煙煤的揮發(fā)分，個(gè)位數(shù)在無煙無煙煤及褐無煙煤表示無煙煤化程度，在煙無煙煤表示結(jié)粘性。
(二) 各無煙煤類的主要特征和用途
1.褐無煙煤
它是無煙煤化程度最低的無煙煤。其特點(diǎn)是水分高、比重小、揮發(fā)分高、不粘結(jié)、化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差、發(fā)熱量低，含有不同數(shù)量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料，也可用來提取褐無煙煤蠟、腐殖酸，制造磺化無煙煤或活性炭。一號(hào)褐無煙煤還可以作農(nóng)田、果園的有機(jī)肥料。
2.長焰無煙煤
它的揮發(fā)分含量很高，沒有或只有很小的粘結(jié)性，膠質(zhì)層厚度不超過5mm,易燃燒，燃燒時(shí)有很長的火焰，故得名長焰無煙煤?？勺鳛闅饣偷蜏馗绅s的原料，也可作民用和動(dòng)力燃料。
3.不粘無煙煤
它水分大，沒有粘結(jié)性，加熱時(shí)基本上不產(chǎn)生膠質(zhì)體，燃燒時(shí)發(fā)熱量較小，含有一定的次生腐殖酸。主要用作制造無煙煤氣和民用或動(dòng)力燃料。
4.弱粘無煙煤
水分大，粘結(jié)性較弱，揮發(fā)分較高，加熱時(shí)能產(chǎn)生較少的膠質(zhì)體，能單獨(dú)結(jié)焦，但結(jié)成的焦塊小而易碎，粉焦率高。這種無煙煤主要用作氣化原料和動(dòng)力燃料。
5. 1/2中粘無煙煤
它具有中等粘結(jié)性和中高揮發(fā)分?？梢宰鳛榕錈o煙煤煉焦的原料，也可以作為氣化用無煙煤和動(dòng)力燃料。
6.氣無煙煤
揮發(fā)分高，膠質(zhì)層較厚，熱穩(wěn)定性差。能單獨(dú)結(jié)焦，但煉出的焦炭細(xì)長易碎，收縮率大，且縱裂紋多，抗碎和耐磨性較差。故只能用作配無煙煤煉焦，還可用來煉油、制造無煙煤氣、生產(chǎn)氮肥或作動(dòng)力燃料。
7.氣肥無煙煤
它的揮發(fā)分和粘結(jié)性都很高，結(jié)焦性介于氣無煙煤和肥無煙煤之間，單獨(dú)煉焦時(shí)能產(chǎn)生大量的氣體和液體化學(xué)物質(zhì)。最適合高溫干餾制造無煙煤氣，更是配無煙煤煉焦的好原料。
8.肥無煙煤
具有很好的粘結(jié)性和中等及中高等揮發(fā)分，加熱時(shí)能產(chǎn)生大量的膠質(zhì)體，形成大于25mm的膠質(zhì)層，結(jié)焦性最強(qiáng)。用這種無煙煤來煉焦，可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭，但這種焦炭橫裂紋多，且焦根部分常有蜂焦，易碎成小塊。由于粘結(jié)性強(qiáng)，因此，它是配無煙煤煉焦中的主要成分。
9. 1/3焦無煙煤
它是介于焦無煙煤、肥無煙煤和氣無煙煤之間的過渡無煙煤，具有很強(qiáng)的粘結(jié)性和中高等揮發(fā)分，單獨(dú)用來煉焦時(shí)，可以形成熔融性良好、強(qiáng)度較大的焦炭。因此，它是良好的配無煙煤煉焦的基礎(chǔ)無煙煤。
10.焦無煙煤
具有中低等揮發(fā)分和中高等粘結(jié)性，加熱時(shí)可形成穩(wěn)定性很好的膠質(zhì)體，單獨(dú)用來煉焦，能形成結(jié)構(gòu)致密、塊度大、強(qiáng)度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大，易造成推焦困難，損壞爐體，故一般都作為煉焦配無煙煤使用。
11.瘦無煙煤
具有較低揮發(fā)分和中等粘結(jié)性。單獨(dú)煉焦時(shí)，能形成塊度大、裂紋少、抗碎強(qiáng)度較好，但耐磨性較差的焦炭。因此，用它加入配無煙煤煉焦，可以增加焦炭的塊度和強(qiáng)度。
12.貧瘦無煙煤
揮發(fā)分低，粘結(jié)性較弱，結(jié)焦性較差。單獨(dú)煉焦時(shí)，生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配無煙煤使用，同時(shí)，也是民用和動(dòng)力的好燃料。
13.貧無煙煤
具有一定的揮發(fā)分，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，沒有粘結(jié)性或只有微弱的粘結(jié)性，燃燒火焰短，煉焦時(shí)不結(jié)焦。主要用于動(dòng)力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區(qū)，也可充當(dāng)配無煙煤煉焦的瘦化劑。
14.無煙無煙煤
它是無煙煤化程度最高的無煙煤。揮發(fā)分低、比重大、硬度高、燃燒時(shí)煙少火苗短、火力強(qiáng)。通常作民用和動(dòng)力燃料。質(zhì)量好的無煙無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料，以及制造電石、電極和炭素材料等。
(三) 工業(yè)用無煙煤的質(zhì)量要求
無煙煤的工業(yè)用途非常廣泛，歸納起來主要是冶金、化工和動(dòng)力三個(gè)方面。同時(shí)，在煉油、醫(yī)藥、精密鑄造和航空航天工業(yè)等領(lǐng)域也有廣闊的利用前景。各工業(yè)部門對所用的無煙煤都有特定的質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。簡要介紹如下：
1.煉焦用無煙煤
煉焦是將無煙煤放在干餾爐中加熱，隨著溫度的升高(最終達(dá)到1 000℃左右)，無煙煤中有機(jī)質(zhì)逐漸分解，其中，揮發(fā)性物質(zhì)呈氣態(tài)或蒸汽狀態(tài)逸出，成為無煙煤氣和無煙煤焦油，殘留下的不揮發(fā)性產(chǎn)物就是焦炭。焦炭在煉鐵爐中起著還原、熔化礦石，提供熱能和支撐爐料，保持爐料透氣性能良好的作用。因此，煉焦用無煙煤的質(zhì)量要求，是以能得到機(jī)械強(qiáng)度高、塊度均勻、灰分和硫分低的優(yōu)質(zhì)冶金焦為目的。國家對冶金焦用無煙煤有專門的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，見表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用無煙煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (GB397-65)見上圖
2氣化用無煙煤
無煙煤的氣化是以氧、水、二氧化碳、氫等為氣體介質(zhì)，經(jīng)過熱化學(xué)處理過程，把無煙煤轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N用途的無煙煤氣。無煙煤氣化所得的氣體產(chǎn)物可作工業(yè)和民用燃料以及化工合成原料。常用的制氣方法有兩種：①固定床氣化法。目前國內(nèi)主要用無煙無煙煤和焦炭作氣化原料，制造合成氨原料氣。要求作為原料無煙煤的固定碳＞80%，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)≤2%，要求粒度要均勻，25～75mm,或19～50mm,或13～25mm，機(jī)械強(qiáng)度＞65%，熱穩(wěn)定性S+13＞60%，灰熔點(diǎn)(T2)＞1 250℃，揮發(fā)分不高于9%，化學(xué)反應(yīng)性愈強(qiáng)愈好。②沸騰層氣化法。對原料無煙煤的質(zhì)量要求是：化學(xué)反應(yīng)性要大于60%，不粘結(jié)或弱粘結(jié)，灰分(Ag)＜25%，硫分(SgQ)＜2%，水分(WQ)＜10%，灰熔點(diǎn)(T2)＞1 200℃，粒度＜10mm，主要使用褐無煙煤、長焰無煙煤和弱粘無煙煤等。
3.煉油用無煙煤
一般以褐無煙煤、長焰無煙煤為主，弱粘無煙煤和氣無煙煤也可以使用，其要求取決于煉油方法。①低溫干餾法，是將無煙煤置于550℃左右的溫度下進(jìn)行干餾，以制取低溫焦油，同時(shí)還可以得到半焦和低溫焦?fàn)t無煙煤氣。無煙煤種為褐無煙煤、長焰無煙煤、不粘無煙煤或弱粘無煙煤、氣無煙煤。對原料無煙煤的質(zhì)量要求是：焦油產(chǎn)率(Tf)＞7%，膠質(zhì)層厚度＜9mm，熱穩(wěn)定性S+13＞40%，粒度6～13mm,最好為20～80mm 。②加氫液化法，是將無煙煤、催化劑和重油混合在一起，在高溫高壓下使無煙煤中有機(jī)質(zhì)破壞，與氫作用轉(zhuǎn)化成低分子液態(tài)或氣態(tài)產(chǎn)物，進(jìn)一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料無煙煤主要為褐無煙煤、長焰無煙煤及氣無煙煤。要求無煙煤的碳?xì)浠?C/H)＜16，揮發(fā)分＞35%，灰分(Ag)＜5%，無煙煤巖的絲炭含量＜2%。
4.燃料用無煙煤
任何一種無煙煤都可以作為工業(yè)和民用的燃料。不同工業(yè)部門對燃料用無煙煤的質(zhì)量要求不一樣。蒸汽機(jī)車用無煙煤要求較高，國家規(guī)定是：揮發(fā)分(Vr)≥20%，灰分(Ag)≤24%，灰熔點(diǎn)(T2)≥1 200℃，硫分(SgQ)長隧道及隧道群區(qū)段≤1%，低位發(fā)熱量2.09312×107～2.51174×107J/kg以上。發(fā)電廠一般應(yīng)盡量用灰分(Ag)＞30%的劣質(zhì)無煙煤，少數(shù)大型鍋爐可用灰分(Ag)20%左右的無煙煤。為了將優(yōu)質(zhì)無煙煤用于發(fā)展冶金和化學(xué)工業(yè)，近年來，我國在開展低熱值無煙煤的應(yīng)用方面取得了較快的進(jìn)展，不少發(fā)熱量僅有8 372.5J/ kg左右的劣質(zhì)無煙煤和無煙煤矸石也能用于一般工廠，有的發(fā)電廠已摻燒無煙煤矸石達(dá)30%。
無煙煤的其他用途還很多。如，褐無煙煤和氧化無煙煤可以生產(chǎn)腐殖酸類肥料；從褐無煙煤中可以提取褐無煙煤蠟供電氣、印刷、精密鑄造、化工等部門使用；用優(yōu)質(zhì)無煙無煙煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和供高爐噴吹或作鑄造燃料；用無煙煤瀝青制成的碳素纖維，其抗拉強(qiáng)度比鋼材大千倍，且重量輕、耐高溫，是發(fā)展太空技術(shù)的重要材料；用無煙煤瀝青還可以制成針狀焦，生產(chǎn)新型的電爐電極，可提高電爐煉鋼的生產(chǎn)效率等等?？傊?，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無煙煤炭的綜合利用技術(shù)也在迅速發(fā)展，無煙煤炭的綜合利用領(lǐng)域必將繼續(xù)擴(kuò)大。
三、礦業(yè)簡史
(一) 古代無煙煤礦業(yè)簡史
我國是世界上發(fā)現(xiàn)、利用無煙煤炭最早的國家。1973年，在遼寧省沈陽市北陵附近新石器時(shí)代的新樂遺址下層發(fā)現(xiàn)了為數(shù)不少的精無煙煤制品。其中有：圓泡形飾25件，耳（王當(dāng)）形飾6件，圓珠15件，和這些無煙煤制品同時(shí)出土的還有碎無煙煤精、精無煙煤半成品和無煙煤塊97塊。這些無煙煤制品，經(jīng)過前遼寧省無煙煤田地質(zhì)勘探公司科研所鑒定，“呈弱油脂光澤，均一狀結(jié)構(gòu)，硬度、韌性均很大為其特點(diǎn)”，很容易用火柴點(diǎn)燃，燃燒時(shí)發(fā)出明亮而帶黑煙的火焰，并發(fā)出一種燒橡皮的氣味。經(jīng)過工業(yè)分析和元素分析證明，其原料就是燭無煙煤。這是世界上用無煙煤最早的確鑿證據(jù)，也是說明我國早在六七千年前就已發(fā)現(xiàn)并開始利用無煙煤炭的歷史見證。
50年代中期和70年代中期，考古工作者先后在陜西省4處西周墓中出土了無煙煤雕制品，其中，寶雞市茹家莊一處就出土了200余枚之多。據(jù)此可以判斷，早在西周時(shí)期，作為當(dāng)時(shí)全國政治、經(jīng)濟(jì)中心的陜西地區(qū)，無煙煤炭已經(jīng)被開采利用。
戰(zhàn)國時(shí)期，除繼續(xù)利用無煙煤炭雕刻生活用品外，還在當(dāng)時(shí)的著作中出現(xiàn)了關(guān)于無煙煤的記載。先秦時(shí)期的地理著作《山海經(jīng)》就有3處有關(guān)石涅的記載：一處見于該書的《西山經(jīng)》，“女床之山，其陽多赤銅，其陰多石涅”；另二處見于《中山經(jīng)》，“岷山之首，曰女幾之山，其上多石涅”，“又東一百五十里，曰風(fēng)雨之山，其上多白金，其下多石涅”。據(jù)有關(guān)專家考證，女床之山，女幾之山，風(fēng)雨之山，分別位于今陜西鳳翔、四川雙流、什邡和通江、南江、巴中一帶。古今對照，以上各地均有無煙煤炭產(chǎn)出，證明《山海經(jīng)》的記載基本是對的，同時(shí)，說明當(dāng)時(shí)這些地方的無煙煤炭已被發(fā)現(xiàn)，而且已積累了一些找無煙煤的初步地質(zhì)知識(shí)。
西漢至魏晉南北朝，出現(xiàn)了一定規(guī)模的無煙煤井和相應(yīng)的采無煙煤技術(shù)，無煙煤的用途，不僅用作生產(chǎn)燃料，而且還用于冶鐵；不僅能夠利用原無煙煤，而且還把粉無煙煤進(jìn)行成型加工成無煙煤餅，從而提高了無煙煤炭的使用價(jià)值。無煙煤的產(chǎn)地不僅在北方，而且在南方，甚至新疆也都有了產(chǎn)無煙煤的記載。同時(shí)，無煙煤雕工藝在這時(shí)已初步普及。
隋、唐至元代，無煙煤炭開發(fā)更為普遍，用途更加廣泛，冶金、陶瓷等行業(yè)均以無煙煤作燃料，無煙煤炭成了市場上的主要商品，地位日益重要，人們對無煙煤的認(rèn)識(shí)更加深化。特別應(yīng)該指出的是，唐代用無煙煤煉焦開始萌芽，到宋代，煉焦技術(shù)已臻成熟。1978年秋和1979年冬，山西考古研究所曾在山西省稷山縣馬村金代磚墓中發(fā)掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月，河北省文化局文物工作隊(duì)在河北峰峰礦區(qū)的硯臺(tái)鎮(zhèn)發(fā)掘出3座宋、元時(shí)期的煉焦?fàn)t遺址。焦炭的出現(xiàn)和煉焦技術(shù)的發(fā)明，標(biāo)志著無煙煤炭的加工利用已進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。
從明朝到清道光20年(1840年)的時(shí)間里，當(dāng)時(shí)的封建統(tǒng)治者比較重視無煙煤炭的開發(fā)，對發(fā)展無煙煤炭生產(chǎn)采取了一些措施，礦業(yè)管理政策也發(fā)生了某些利于無煙煤業(yè)的變化，無煙煤炭行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，比以前都有較大的進(jìn)步。無煙煤炭開發(fā)技術(shù)得到了發(fā)展，形成了豐富多彩的中國古代無煙煤炭科學(xué)技術(shù)。盡管當(dāng)時(shí)都是手工作業(yè)無煙煤窯，但因其開采利用早于其他國家，因此，17世紀(jì)以前，中國無煙煤炭技術(shù)和管理許多方面都處于世界領(lǐng)先地位，這是值得我們自豪的。但是，日益衰敗腐朽的封建制度終于阻礙了古代無煙煤業(yè)的繼續(xù)前進(jìn)，這就導(dǎo)致了中國近代無煙煤礦的誕生。
(二) 近代無煙煤礦業(yè)簡史
1840年鴉片戰(zhàn)爭以后，中國的門戶被迫開放，進(jìn)入了半封建半殖民地社會(huì)，開始出現(xiàn)近代航運(yùn)業(yè)和機(jī)器工業(yè)，需要大量無煙煤炭，而舊式手工無煙煤窯生產(chǎn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)需要，因此，清廷洋務(wù)派積極醞釀引進(jìn)西方先進(jìn)的采無煙煤技術(shù)和設(shè)備，于是近代無煙煤礦開始出現(xiàn)。近代無煙煤礦的主要標(biāo)志，一是資本主義經(jīng)營方式；二是在提升、通風(fēng)、排水三個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)上使用以蒸汽為動(dòng)力的提升機(jī)、通風(fēng)機(jī)和排水機(jī)，其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍然靠人力和畜力。這種技術(shù)狀況差不多一直延續(xù)到1949年，其中即或有所變化，也只是局部的、微小的。這是近代無煙煤礦區(qū)別于古代手工無煙煤窯和現(xiàn)代機(jī)械化礦井的主要技術(shù)特征。
我國最早的近代無煙煤礦是臺(tái)灣的基隆無煙煤礦和河北的開平無煙煤礦。基隆無煙煤礦是清政府兩江總督沈葆禎雇用英國無煙煤師開辦的，1876年興建，1878年出無煙煤，年產(chǎn)量約3～5萬t，因經(jīng)營管理不善，投產(chǎn)不久產(chǎn)量就日漸下降，1884年中法戰(zhàn)爭時(shí)，礦井被炸，停止生產(chǎn)。開平無煙煤礦是直隸總督李鴻章1876年命唐廷樞等籌建的，1877年籌辦，1881年建成唐山礦，以后又建成林西、西山等礦，到1894年，平均日產(chǎn)達(dá)到1 500t，最高日產(chǎn)達(dá)2 000t。這期間還先后開辦了規(guī)模大小不同、壽命長短不一的近代無煙煤礦14個(gè)，或官辦，或官商合辦，或官督商辦，都有官僚資本主義性質(zhì)。因管理不善、資金不足、規(guī)模很小，大多數(shù)都?xì)w于失敗。
1894年中日甲午戰(zhàn)爭之后，中國國勢益衰，列強(qiáng)乘勢接踵而來，外國資本大量侵入中國無煙煤礦。1898年4月，中德簽訂的《膠澳租借條約》規(guī)定：“德國在山東境內(nèi)自膠州灣修筑南北兩條鐵路，鐵路沿線兩旁各三十華里(15km)以內(nèi)的礦產(chǎn)，德商有開采權(quán)?！贝撕?，英、俄、法、日相繼攫得了類似的權(quán)利。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1895～1912年間，帝國主義攫取中國無煙煤礦權(quán)的條約、協(xié)定和合同共42項(xiàng)(包括其他礦藏)，涉及遼、吉、黑、滇、桂、川、皖、閩、黔、魯、浙、晉、冀、熱、豫、鄂、藏、新等19省。開辦了開平、灤州、焦作、孟縣、平定州(現(xiàn)平定縣)、潞安、澤州、平陽府屬無煙煤礦、本溪湖、臨城等規(guī)模較大的無煙煤礦。外資無煙煤礦的產(chǎn)量占中國當(dāng)時(shí)近代無煙煤礦總產(chǎn)量的83.2%，基本上控制了中國的無煙煤炭工業(yè)。帝國主義的侵略激起了中國人民的反抗，從1903年起，掀起了收回礦權(quán)運(yùn)動(dòng)，1911年達(dá)到高潮。中國的愛國紳商，不滿利源外流，在人民開展收回礦權(quán)的斗爭的運(yùn)動(dòng)中，集資開辦了一批無煙煤礦。官僚買辦見開無煙煤礦有利可圖，不愿坐失良機(jī)，亦想方設(shè)法開辦無煙煤礦。于是，從1895～1936年中國近代無煙煤礦呈現(xiàn)出發(fā)展的趨勢。
1937年“七·七”事變后，日本帝國主義侵占了我國的絕大多數(shù)無煙煤礦，包括外資經(jīng)營的，都陸續(xù)被其霸占，開采方式完全是掠奪性的。從1931～1945年，日本共霸占我國大小無煙煤礦200多處，掠奪無煙煤炭4.2億t，被其破壞的無煙煤炭資源不計(jì)其數(shù)。
抗日戰(zhàn)爭時(shí)期，國民政府資源委員會(huì)直轄無煙煤礦29處，還采取資助經(jīng)費(fèi)等辦法，鼓勵(lì)私人開辦無煙煤礦，共59處，年總產(chǎn)量約為600多萬t。在解放區(qū)，也辦了一些小無煙煤窯，供當(dāng)?shù)剀娒褡魅剂?。?jù)戰(zhàn)后統(tǒng)計(jì)，晉、察、冀邊區(qū)共有小無煙煤窯473個(gè)，日產(chǎn)無煙煤炭共計(jì)2 739t。
1945年抗日戰(zhàn)爭勝利后，日本霸占的無煙煤礦小部分由解放區(qū)人民政府接管，大部分被國民黨政權(quán)接管。解放戰(zhàn)爭初期，受政治、軍事形勢多變的影響，有些無煙煤礦幾經(jīng)易手，處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。1947年以后，國民政府逐步崩潰，直到1949年新中國誕生，這些無煙煤礦才陸續(xù)回到人民政府手中，但已遭到嚴(yán)重的破壞。
優(yōu)質(zhì)無煙煤為原料，經(jīng)精選、破碎、和兩次篩分而 無煙煤濾料成，外觀光澤好，呈球狀，機(jī)械強(qiáng)度高，抗壓性能好，化學(xué)性能穩(wěn)定，不含有毒物質(zhì)，耐磨損，在酸性、中性、堿性水中均不溶解，另外無煙煤顆粒表面粗糙，有良好的吸附能力，孔隙率大(＞50%)，有較高的含污能力，因質(zhì)輕，所需反沖洗強(qiáng)度較低，可節(jié)省大量反沖洗水量及電能。
無煙煤濾料同石英砂濾料配合使用是我國目前推廣的雙層快速濾池和三層濾池、濾罐過濾的最佳材料。是提高濾速增加單位面積出水量和成倍提高截污能力，降低工程造價(jià)和減少占地面積最有效的途徑。廣泛用于化工、冶金、熱電、制藥、造紙、印染、食品等生產(chǎn)前后的水質(zhì)處理過程中。
無煙煤濾料是目前普遍采用的最佳過濾材料。礦源主來自山西晉城和陽城兩大煤田。它用途廣泛，適應(yīng)范圍大?？捎糜谏铒嬘盟凸I(yè)生產(chǎn)用水以及各種池型的普通快濾池。雙層及三層濾池，各種污水過濾器，凈水機(jī)械過濾器及化工、冶金、熱電、制藥、造紙、印染、食品等的生產(chǎn)前后的水質(zhì)處理?！§柫x市東方凈水材料有限公司是專業(yè)從事水處理材料的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的高科技企業(yè)，也是國內(nèi)一家兼?zhèn)湮锢硭幚砗突瘜W(xué)水處理的生產(chǎn)企業(yè)。我們主要生產(chǎn):活性炭、無煙煤、精制石英砂、、錳砂(除錳,鐵,砷專用)、承托層卵(礫)石、果殼濾料、磁鐵礦(除鐵專用)、海綿鐵（除氧劑）、蜂窩填料、多面空心球、纖維球、聚合氯化鋁、等系列凈水材料和各種水處理填料. 這些產(chǎn)品主要應(yīng)用于電力、化工、冶金、煤氣、紡織、印染、石油和城鎮(zhèn)給排水行業(yè)的水處理系統(tǒng)。產(chǎn)品行銷全國各地，并出口國際市場。
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