煤不僅是重要的燃料，更是冶金、化學工業(yè)的重要原料。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，煤炭綜合利用的大力開展，就更需要研究煤的工藝性質(zhì)，判斷它是否符合各種加工工業(yè)的要求，選擇最合理的利用途徑，正確地作出工業(yè)評價。煤的工藝性質(zhì)主要包括粘結(jié)性、發(fā)熱量、化學反應性、熱穩(wěn)定性、焦油產(chǎn)率和可選性等。一、煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性煤的粘結(jié)性是指煤粒(直徑小于0.2mm)在隔絕空氣受熱后能否粘結(jié)其本身或惰性物質(zhì)形成焦塊的能力;煤的結(jié)焦性是指煤粒隔絕空氣受熱后能否生成優(yōu)質(zhì)焦炭(焦炭強度和塊度符合冶金焦的要求)的性質(zhì)。煤的粘結(jié)性是結(jié)焦的必要條件，結(jié)焦性好的煤，粘結(jié)性也好;粘結(jié)性差的煤，其結(jié)焦性一定很差。但粘結(jié)性好的煤，其結(jié)焦性不一定好，例如氣肥煤，其粘結(jié)性很強，但生成的焦炭裂紋多、強度低，故結(jié)焦性不好。煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性是煉焦用煤的重要質(zhì)量指標，也是評價低溫干餾、氣化或動力用煤的重要依據(jù)之一。冶金工業(yè)需要大量優(yōu)質(zhì)焦炭作為燃料和還原劑。焦炭作為高爐燃料必須有一定的塊度和機械強度。煉焦就是把粉碎的煉焦用煤放在密閉的煉焦爐中加熱、干餾，使其形成焦炭的熱加工過程。煉焦用煤必須具有粘結(jié)性，即在干餾熱分解過程中能產(chǎn)生一定量的膠質(zhì)體，使煤粒相互粘結(jié)融合而成整塊焦炭。煉焦用煤也必須具備結(jié)焦性，即在煤干餾時，能產(chǎn)生一定塊度和足夠強度的焦炭。可見煤的粘結(jié)性是煤結(jié)焦所必須具備的性質(zhì)，它和塑性、流動性、膨脹性等性質(zhì)一樣，僅是煤結(jié)焦性的一個方面。實驗室測定煤結(jié)焦性和粘結(jié)性的方法很多。在我國，煤田地質(zhì)勘探中目前常用的是膠質(zhì)層指數(shù)測定法，此外還有羅加指數(shù)法、粘結(jié)指數(shù)法(G)、奧亞膨脹法、葛金干餾試驗、自由膨脹序數(shù)測定法、基氏塑性計法等方法。(一)膠質(zhì)層指數(shù)測定法這種方法模擬煉焦的工業(yè)條件，測定時，把粒度小于1.5mm的精煤樣100g放在鋼杯中，然后從下部對煤樣進行單側(cè)加熱。到一定溫度后，鋼杯內(nèi)形成一系列的等溫層面，溫度由上向下遞增。溫度到達軟化點的層面，煤軟化形成膠質(zhì)體層，膠質(zhì)層之下溫度達到膠質(zhì)體固化點的層面，煤固化為半焦，膠質(zhì)層之上的煤仍保持未軟化狀態(tài)(圖6-12，圖6-13)。從250℃以后，每分鐘升溫3℃，每隔10min測一次膠質(zhì)層的上、下層面的高度，直至650℃時為止。測定過程中，起初的膠質(zhì)層比較薄，以后逐漸變厚，后期又逐漸變薄，所以膠質(zhì)層會出現(xiàn)最大厚度值。用探針定期測量煤杯中膠質(zhì)層上部和下部水平面的位置，用所測數(shù)據(jù)作圖，以確定膠質(zhì)層最大厚度Y值(mm)、最終收縮率X值(mm)和體積變化曲線(圖6-14)。其中膠質(zhì)層最大厚度Y值是我國現(xiàn)行的煤的工業(yè)分類兩項指標之一。圖6-12 膠質(zhì)層煤杯中的結(jié)焦過程示意圖(據(jù)楊起等，1979)圖6-13 帶平衡的砣的膠質(zhì)層測定儀示意圖(據(jù)能源地質(zhì)學，2004)圖6-14 膠質(zhì)層測定曲線示意圖(據(jù)楊起等，1979)Y值隨煤化程度加深做有規(guī)律的變化。圖615中以鏡質(zhì)組的最大反射率(Romax)煤化程度，可見Y值在Romax=0.8%～1.2%范圍內(nèi)最大，隨著煤化程度增高或降低，Y值降低。測定膠質(zhì)層的煤樣應在1.4的比重液中精選，每次要作雙樣，該法測試的時間長，所需原煤煤樣甚多(一次需200g精煤樣)，一些薄煤層或小口徑鉆進所取得的煤心煤樣往往難以滿足測定需要的量。膠質(zhì)層指數(shù)法對中等粘結(jié)性煤的區(qū)分能力強，多數(shù)煤的Y值具可加性，利于煉焦配煤的計算。這種方法對Y值＞25mm，或Y值＜10mm的煤不易測準，對弱粘結(jié)性煤分辨能力差。(二)羅加指數(shù)法將粒度小于0.2mm的空氣干燥煙煤樣1g與5g標準的無煙煤樣(寧夏汝箕溝無煙煤，Ad＜4%，Vdaf＞7%，粒度為0.3～0.4mm)均勻混合，放入坩堝內(nèi)，煤樣上加上壓塊，然后加上坩堝蓋，放入(850±10)℃的馬弗爐內(nèi)，焦化15min后取出坩堝，冷卻，稱取焦渣總質(zhì)量。把焦渣放在1mm圓孔篩上篩分，篩上部分稱重后，放入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，進行第一次轉(zhuǎn)鼓試驗，以轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)5min后，用1mm圓孔篩進行篩分，再稱篩上部分的質(zhì)量后，放入轉(zhuǎn)鼓進行第二次轉(zhuǎn)鼓試驗，重復篩分，稱重操作，共進行3次轉(zhuǎn)鼓試驗。按下式計算羅加指數(shù):煤地質(zhì)學式中:Q為焦渣總質(zhì)量，g;a為第一次轉(zhuǎn)鼓前大于1mm的焦渣重，g;b為第一次轉(zhuǎn)鼓后大于1mm的焦渣重，g;c為第二次轉(zhuǎn)鼓后大于1mm的焦渣重，g;d為第三次轉(zhuǎn)鼓后大于1mm的焦渣重，g。羅加指數(shù)表示粒度大于1mm的焦塊占總質(zhì)量的百分比，羅加指數(shù)越大，表示粒度大于1mm的焦塊越多，煤的粘結(jié)性越好。R.I.(或以LR表示)值＞45為中等至強粘結(jié)煤，R.I.=20～45為中等粘結(jié)煤;R.I.=5～20為弱粘結(jié)煤;R.I.=0～5屬不粘結(jié)至微粘結(jié)煤。R.I.值與Y值的關(guān)系見圖6-16。從圖6-16可以看出，當y=10～15毫米時，R.I.值的變動范圍相當大，在20～70之間，表明羅加指數(shù)法對中等粘結(jié)煤的鑒別能力比y值好。甚至當Y值接近于0時，R.I.也能分辨。如陜西蒲白礦區(qū)某煤層一些煤樣Y為15%～18%，Y均為0，但根據(jù)R.I.值的不同可加以區(qū)分，R.I.=0，為貧煤;R.I.=15，定為瘦煤。圖6-15 Y值與煤化程度(Romax)的關(guān)系(據(jù)楊起等，1979)圖6-16 羅加指數(shù)與Y值的關(guān)系(據(jù)楊起等，1979)羅加指數(shù)法實驗用煤樣很少，測定方法簡便，快速，易于推廣，不足之處是對粘結(jié)性強的煤區(qū)分能力不好，如Y值＞25mm時，R.I.值都在80～92之間，對粘結(jié)性很弱的煤測定的重現(xiàn)性較差。(三)粘結(jié)指數(shù)法測定原理與羅加指數(shù)相同，所不同的是無煙煤的粒度改為0.1～0.2mm，分析煤樣與無煙煤的配比可以改變，轉(zhuǎn)鼓試驗由3次改為兩次。粘結(jié)指數(shù)G按下式計算:煤地質(zhì)學式中:m為焦渣總重，g;m1為第一次轉(zhuǎn)磨后＞1mm的焦渣重，g;m2為第二次轉(zhuǎn)磨后＞1mm的焦渣重，g。如果計算結(jié)果G＜18，則將分析煤樣和標準無煙煤的配比改為3∶3，再重復上述實驗。G值按下式計算:煤地質(zhì)學粘結(jié)指數(shù)適合區(qū)分弱和中粘結(jié)性煤，測試也比較簡便。但對于強粘結(jié)煤區(qū)分能力欠佳，對弱粘結(jié)性煤測定時需要改變配比，比較麻煩。(四)奧亞膨脹度試驗奧亞膨脹度試驗也是國際煤分類指標之一。奧亞膨脹度b表示煤加熱軟化成膠質(zhì)體狀態(tài)時的最大膨脹率(圖6-17)。b值的大小，主要和膠質(zhì)體的數(shù)量、粘結(jié)度及揮發(fā)分析出速度有關(guān)。Y值與b值的關(guān)系見圖6-18。從圖6-18來看，當Y值＞25mm時，b值的變化規(guī)律還是很明顯的，如我國一些地區(qū)的一號肥煤，Y值為28mm，但所測得的b值分別在160～270之間，可見奧亞膨脹度對強粘結(jié)煤具有較好的鑒別能力。圖6-17 幾種煤的奧亞膨脹度曲線(據(jù)楊起等，1979)這幾項指標各有其特點，但都存在著對某一粘結(jié)性范圍的煤區(qū)分不清的缺點。此外，自由膨脹序數(shù)、葛金干餾試驗法都是在嚴格規(guī)定的條件下把煤加熱，直接觀察所得焦塊的性質(zhì)，與標準焦型相比，確定煤的粘結(jié)性、結(jié)焦性。這兩個指標在評定時易帶主觀性，造成人為的誤差，同時只能定性地定出序號，準確性差。圖6-18 b值與Y值的關(guān)系(據(jù)《中國煤田地質(zhì)學》(上冊)，1979)為了擬定我國新的煤的工業(yè)分類指標，北京煤炭科學研究院煤化研究所和鞍山熱能研究院等單位在改進粘結(jié)性指標方面進行了研究。新指標應該用嚴格的定量數(shù)據(jù)把不同粘結(jié)性的煤劃分清楚。根據(jù)我國多年來引用羅加指數(shù)試驗方法積累的大量資料，表明羅加指數(shù)對煤的粘結(jié)性較Y值和b值表現(xiàn)能力更好，如果針對羅加指數(shù)法的不足之處，加以重要的改進，可以得到較好的新指標。改進的途徑是分別增加和減少測定強粘結(jié)煤和弱粘結(jié)煤時所用的標準無煙煤的表面積。北京煤化研究所改進的主要要點是:把標準無煙煤的粒度由0.3～0.4mm改為0.1～0.2mm，接近煙煤的粒度，這樣容易混合均勻，同時由于無煙煤的粒度變小，表面積大大增加，使具粘結(jié)性的煤的區(qū)別能力能反映更明顯。對于弱粘結(jié)煤(測值＜20)，改用了3∶3配比，使無煙煤表面積相對地減少，測得的數(shù)據(jù)除以經(jīng)驗系數(shù)折算為1∶5配比的值。改進后的方法稱為煙煤粘結(jié)指數(shù)測定法。鞍山熱能研究院改進的主要要點是:按試驗煤樣粘結(jié)性的強弱不同，試驗時分別采用3種不同的試驗煤和無煙煤的比例，1∶5，2.5∶3.5，6∶0。對于粘結(jié)性極弱的煤，試驗時，除不加無煙煤外，還規(guī)定專門的轉(zhuǎn)鼓試驗法。為了使測試條件接近煉焦生產(chǎn)，把加熱速度改為3℃/min。改進后的方法稱為煤的粘結(jié)度試驗法。這兩種改進方法，根據(jù)半焦塊耐磨強度的高低和添加無煙煤的多少，分別用一定的公式和常數(shù)計算出指數(shù)，表示試驗煤樣的粘結(jié)性強弱。試驗表明，改進的方法提高了再現(xiàn)性和區(qū)分能力。20世紀60年代以來，隨著鋼鐵工業(yè)的急劇發(fā)展，世界上很多國家都運用煤巖分析方法有效地預測和檢驗煉焦用煤的結(jié)焦性能。根據(jù)煉焦時各顯微組分所起的作用不同，可分出:①活性組分(也稱可熔性組分)，包括鏡質(zhì)組、穩(wěn)定組，它們在熱解時都能形成膠質(zhì)體，穩(wěn)定組分形成的膠質(zhì)體易揮發(fā)，粘結(jié)性比鏡質(zhì)組稍差;②惰性組分(也稱不熔性組分)，包括絲質(zhì)組、半絲質(zhì)組和礦物質(zhì)，它們在熱解時不能形成膠質(zhì)體。半鏡質(zhì)組的粘結(jié)性介于兩者之間，計算時，其含量之三分之一劃入活性組分。煤中活性組分對惰性組分的比例越高，所得焦炭質(zhì)量越好。不同變質(zhì)階段煤中活性組分粘結(jié)惰性組分的能力不同，以肥煤階段(Ro=0.9%)最強。近年來，由于煤巖分析自動化的進展，西德、美國、日本等國鋼鐵企業(yè)已經(jīng)普遍地對商品煤樣進行煤巖分析。二、煤的發(fā)熱量煤燃燒時放出大量熱量。煤的發(fā)熱量就是每單位質(zhì)量的煤在完全燃燒時所產(chǎn)生的熱量，常用cal/g或kcal/kg表示。發(fā)熱量是供熱用煤的一個質(zhì)量指標，它是燃燒的工藝過程的熱平衡、耗煤量、熱效率等計算的依據(jù)。(一)定義及單位發(fā)熱量是動力用煤的主要質(zhì)量指標，煤的燃燒和氣化要用發(fā)熱量計算熱平衡、熱效率和耗煤量，它是燃燒和氣化設(shè)備的設(shè)計依據(jù)之一。發(fā)熱量是低煤級煤的分類指標之一，也可根據(jù)發(fā)熱量判斷煤級和煤的其他性質(zhì)。煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒所產(chǎn)生的全部熱量，以符號Q表示。熱量的國際單位為焦耳(J)，1J=1N·m(牛頓·米)。過去我國用的熱量單位是卡(cal)，熱量的英制單位為Btu/lb(英國熱制單位/磅)。這幾個熱量單位的關(guān)系為:1cal≌1.8Btu≌4.1868J，1J=0.239cal，1000kcal=41868MJ(二)發(fā)熱量的測定原理將粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣1g放在氧彈中燃燒，如圖6-19所示。氧彈中充有2.5×106Pa壓力的氧氣，通電使氧彈內(nèi)的金屬絲點燃煤樣，煤樣在高壓氧氣中完全燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量被內(nèi)套筒中的水吸收，根據(jù)水上升的溫度，計算出煤樣產(chǎn)生的熱量，該熱量稱為彈筒發(fā)熱量，用符號Qb，ad表示。為防止測試時熱量的散失和交換，測試時使外筒水溫自動跟蹤內(nèi)筒水溫而變化，使內(nèi)外筒沒有熱交換，這種方法稱為絕熱式量熱計測試法。圖6-19 使用鉛墊密封的舊式氧彈(據(jù)能源地質(zhì)學，2004)(三)煤的彈筒發(fā)熱量、高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量1.彈筒發(fā)熱量彈筒發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其終態(tài)產(chǎn)物為25℃下的二氧化碳、過量氧氣、氮氣、硝酸、硫酸、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量，彈筒發(fā)熱量也即實驗室內(nèi)用氧彈熱量計直接測得的發(fā)熱量;單位質(zhì)量的煤在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其終態(tài)產(chǎn)物為25℃下的二氧化碳、過量氧氣、氮氣、二氧化硫、液態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為恒容高位發(fā)熱量，恒容高位發(fā)熱量也即由彈筒發(fā)熱量減去硝酸形成熱以及硫酸與二氧化硫形成熱之差后得到的發(fā)熱量;單位質(zhì)量的煤在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，其終態(tài)產(chǎn)物為25℃下的二氧化碳、過量氧氣、氮氣、二氧化硫、氣態(tài)水以及固態(tài)灰時放出的熱量稱為恒容低位發(fā)熱量，低位發(fā)熱量也即由高位發(fā)熱量減去水(煤中原有的水和煤中氫生成的水)的氣化潛熱后得到的發(fā)熱量。由于煤樣是在高壓氧氣條件下燃燒，因此產(chǎn)生了空氣中燃燒時不能產(chǎn)生的化學反應。煤中的氮及氧彈空氣中的氮，在彈筒高溫高壓作用下，生成NO2或N2O5，與水反應生成稀HNO3，該反應為放熱反應。煤在空氣中燃燒時，煤中的氮變成游離氮逸出，不產(chǎn)生這個反應;煤中的硫在空氣中燃燒時，生成SO2逸去，但在彈筒高壓氧氣作用下，SO2與水作用生成稀H2SO4，也是放熱反應。稀硝酸和稀硫酸溶于水也是放熱反應。煤在空氣中燃燒時，煤中的水(包括煤中氫在燃燒時生成的水)，變?yōu)樗魵庖萑?，這是吸熱反應。但在彈筒的高壓下，水不能變?yōu)樗魵?，所以不吸熱?？梢钥闯?，煤在彈筒中燃燒產(chǎn)生的熱量要高于在空氣中或在工業(yè)鍋爐中燃燒時實際產(chǎn)生的熱量。因此，實際應用中要對煤的彈筒發(fā)熱量進行換算。2.煤的高位發(fā)熱量(符號Qgr，ad)用煤的彈筒發(fā)熱量減去稀硝酸和稀硫酸的生成熱后，便是煤的高位發(fā)熱量。計算公式:Qgr，ad=Qb，ad－(95Sb，ad+α·Qb，ad)式中:Sb，ad為彈筒洗液中硫占空氣干燥煤樣的百分比，%(當煤中Sb，ad≤2%時，可用St，ad代替Sb，ad進行計算);α為硝酸生成熱的校正系數(shù)，當Qb，ad≤16.7kJ/g時，α=0.0010;當16.7kJ/g＜Qb，ad≤25.1kJ/g時，α=0.0012;當Qb，ad＞25.1kJ/g時，α=0.0016。3.煤的低位發(fā)熱量(符號Qnet，ad)用煤的高位發(fā)熱量減去水的汽化熱，便是煤的低位發(fā)熱量。計算公式:Qnet，ad=(Qgr，ad－206Had)－23Mad式中:Had為空氣干燥煤樣氫含量，%;Mad為空氣干燥煤樣水分，%。一般講，煤的收到基低位發(fā)熱量(Qnet，ar)最接近于煤實際燃燒時產(chǎn)生的發(fā)熱量。計算公式:煤地質(zhì)學式中:Mt為煤樣的全水分。4.煤的發(fā)熱量計算煤的發(fā)熱量有彈筒發(fā)熱量、高位發(fā)熱量和低位發(fā)熱量3種，而且有4種基準，即收到基、空氣干燥基、干燥基和干燥無灰基，所以共有12種方式可報出測試結(jié)果。但一般常用的發(fā)熱量指標有5種:1)空氣干燥基彈筒發(fā)熱量Qb，ad，這是測試的直接結(jié)果，需要換算。2)空氣干燥基高位發(fā)熱量Qgr，ad，用于報出測試結(jié)果。3)干燥基高位發(fā)熱量Qgr，d，用于評定煤的質(zhì)量，研究煤質(zhì)。4)干燥無灰基高位發(fā)熱量Qgr，daf，用于評定煤中有機質(zhì)的性質(zhì)，可反映煤級。5)收到基低位發(fā)熱量Qnet，ar，反映煤的實際質(zhì)量，是煤炭計價的依據(jù)，也用于燃煤工業(yè)鍋爐的設(shè)計。在煤炭計價時，一定要注意所用的發(fā)熱量指標的基準，不然將造成經(jīng)濟上的損失。煤的發(fā)熱量除了直接測定外，還可以根據(jù)元素分析或工業(yè)分析的數(shù)據(jù)進行計算，供無實測發(fā)熱量的用煤單位參考。煤炭科學研究院煤化學研究所所根據(jù)我國煤質(zhì)資料研究結(jié)果推導了一系列發(fā)熱量計算公式。(1)利用元素分析數(shù)據(jù)，計算高位發(fā)熱量的公式低煤化程度的煤:Qgr，daf=80Cdaf+305(310)Hdaf+22Sdaf－26Odaf－4(Adaf－10)式中:Hdaf前面的系數(shù)對褐煤為305，對長焰煤、不粘煤為310。對Ad≤10%的煤，不計算最后一項的灰分校正值。煉焦煤:Qgr，daf=80Cdaf+310Hdaf+22Sdaf－25Odaf－7(Adaf－10)(2)利用工業(yè)分析數(shù)據(jù)，計算低熱值煤高位發(fā)熱量的公式高灰分(Aad=45%～90%)煙煤:煤地質(zhì)學(四)影響煤發(fā)熱量的因素煤的發(fā)熱量與煤成因類型、煤巖成分、煤化程度(煤級)、煤中礦物雜質(zhì)的含量、煤的風氧化程度有關(guān)。殘植煤和腐泥煤的發(fā)熱量比腐植煤要高，如江西樂平鳴山的樹皮殘植煤Qb，daf為9060cal/g。煤巖成分:腐植煤同一煤級中，殼質(zhì)組分的發(fā)熱量最高，氣煤階段達8680cal/g，鏡質(zhì)組次之，為7925cal/g，而惰質(zhì)組僅7841cal/g。在低煤級時，惰質(zhì)組的發(fā)熱量可以比鏡質(zhì)組高，因為鏡質(zhì)組的碳含量低，而氧含量高，故總發(fā)熱量較低。而惰質(zhì)組的氧含量不太高，碳含量很高，彌補了氫含量低的不足。至中煤級煙煤時，鏡質(zhì)組的氧含量減少，而碳含量增加很快，氫變化不大，故發(fā)熱量超過惰質(zhì)組。煤化程度:當煤以鏡質(zhì)組為主時，隨煤級升高，煤的發(fā)熱量逐漸增高，至中煤級的焦煤、瘦煤時達到高峰，以后又稍有下降(圖6-20)。這與煤的元素組成變化有關(guān)。低煤級時，氧高而碳低，故Q低;中煤級時，氧低而碳高，如焦煤階段Cdaf為87%～90%，雖不及無煙煤高，但Hdaf高達4.8%～5.5%，故Q最高;高煤級時碳雖高，但氫降低快，氫的發(fā)熱量比碳高3.5倍，故Q又有所下降。煤的發(fā)熱量隨煤級的變化見表6-10。圖6-20 煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與發(fā)熱量的關(guān)系(據(jù)能源地質(zhì)學，2004)表6-10 煤發(fā)熱量隨煤級升高的變化(據(jù)李增學等，2005)煤的發(fā)熱量隨煤中礦物雜質(zhì)含量的增加而降低。礦物雜質(zhì)不發(fā)熱，其含量越多，煤的發(fā)熱量越低。對煤種變化不大的同一礦區(qū)而言，由礦物雜質(zhì)形成的灰分與發(fā)熱量往往保持十分規(guī)律的反比關(guān)系(圖6-21)。煤受風氧化后，煤中的C和H變成CO2和H2O逸去，故煤的C和H含量降低，氧含量增高，煤的發(fā)熱量下降。如果風氧化嚴重，煤變成不可燃。圖6-21 霍林河煤田露天礦區(qū)煤的灰分與發(fā)熱量的關(guān)系(據(jù)楊起等，1979)三、煤的氣化指標煤經(jīng)過氣化可產(chǎn)生做燃料用的動力煤氣和供化學合成煤氣。通常把煤的反應性、機械強度、熱穩(wěn)定性、灰熔點、灰粘度和結(jié)渣性作為氣化用煤的質(zhì)量指標。(一)煤的反應性煤的反應性，又稱活性，指在一定溫度條件下，煤與不同氣化介質(zhì)，如二氧化碳、氧、水蒸氣相互作用的反應能力。反應能力強的煤，在氣化和燃燒過程中，反應速度快、效率高。尤其一些高效能的新型氣化工藝(如沸騰床、懸浮床氣化)，反應性強弱更直接影響到煤在爐中反應的情況、耗煤量、耗氧量及煤氣中有效成分等。在流化燃燒新技術(shù)中，煤的反應性強弱與其反應速度也有著密切的關(guān)系。因此，反應性是一項重要的氣化和燃燒的特性指標。測定煤的反應性的方法很多。目前我國采用的方法是測定在高溫下煤焦還原CO2的性能，以CO2還原率表示煤的反應性。將CO2還原率(α，%)與相應的測定溫度繪成曲線(圖6-22)，可見煤的反映性隨溫度升高而增強。各種煤的反應性隨煤化程度加深而減弱。這是由于碳與CO2反應不僅在燃料的外表面進行，而且也在燃料的微細毛細管壁上進行，氣孔愈多，反應表面積愈大。不同煤化程度煤及所得的煤焦的氣孔率是不同的。褐煤的反應性最強，但到較高的溫度(900℃以上)，反應性增高緩慢。無煙煤的反應性最弱，但在較高溫度時，隨溫度升高而顯著增強。煤的灰分數(shù)量等因素對反應性也有明顯的影響。(二)煤的機械強度煤的機械強度包括煤的抗碎、耐磨和抗壓等物理機械性質(zhì)及其綜合性質(zhì)。氣化用煤和燃燒用煤多數(shù)情況下要求用粒度均勻的塊煤。機械強度低的煤投入氣化爐時，容易碎成小塊和粉末，從而破壞了塊煤粒度的均勻性，影響氣化爐的正常操作，因此，要求煤有一定的機械強度。另外，設(shè)計部門可以根據(jù)煤的機械強度，正確估計塊煤用量及確定使用前是否需要再行篩分。所以，煤田勘探時，應提供氣化用煤或燃燒用煤的機械強度資料。煤的機械強度測試方法有幾種，應用比較普遍的落下試驗法是根據(jù)煤塊在運輸、裝卸、入爐過程中落下、互相撞擊而破碎等特點擬定的，它與表示煤的抗壓、耐磨等機械強度試驗法有所區(qū)別。測定方法為:選取60～100mm的塊煤10塊，稱重。然后一塊一塊地從2m高的地方落到厚度＞15mm的金屬板上。這樣自由跌落3次，用25mm的方孔篩篩分，以＞25mm的塊煤質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分數(shù)來表示煤的機械強度，其分級標準見表6-11。我國大多數(shù)無煙煤的機械強度好，一般為60%～92%，還有一些煤受構(gòu)造破壞成片狀、粒狀，煤質(zhì)松軟，機械強度差或很差，一般為40%～20%，甚至在20%以下。圖6-22 褐煤、煙煤、無煙煤的活性曲線示意圖(據(jù)楊起等，1979)表6-11 煤的機械強度分級(據(jù)楊起等，1979)(三)煤的熱穩(wěn)定性煤的熱穩(wěn)定性是指煤在高溫燃燒或氣化過程中保持原來粒度的性能。熱穩(wěn)定性好的煤，在燃燒或氣化過程中能以其原來的粒度燒掉或氣化而不碎成小塊，或破碎較少;熱穩(wěn)定性差的煤在燃燒或氣化過程中迅速裂成小塊或煤粉，輕則增加爐內(nèi)阻力和帶出物，降低氣化和燃燒效率，重則破壞整個氣化過程，甚至造成停爐事故。因此，要求煤有足夠的熱穩(wěn)定性。各種工業(yè)鍋爐和氣化爐對煤的粒度有不同要求，因此測定煤的熱穩(wěn)定性的方法也有所不同。常用的是13～25mm級塊煤測定法和小粒度6～13mm級塊煤測定法。13～25mm級塊煤測定法是把煤樣放在預熱到850℃的馬弗爐內(nèi)熱處理15min，求出各篩分級別殘焦占總殘焦的百分比，以各級累計百分數(shù)與篩分級別作出曲線，以大于13mm級殘焦的百分數(shù)S+13作為熱穩(wěn)定性指標，以小于1mm級殘焦的百分數(shù)S－1及熱穩(wěn)定性曲線作輔助指標(圖6-23)。小粒度6～13mm級塊煤測定法是把煤樣放在預熱到850℃的馬弗爐內(nèi)加熱90min，然后稱重、篩分。將所得6～3mm，3～1mm及小于1mm的殘焦占總殘焦量的百分比，作為熱穩(wěn)定性的指標，分別以KPG，KPJ和KP1表示。指標數(shù)值愈大，表明熱穩(wěn)定性愈差，因此，更確切地說，這些指標是代表不穩(wěn)定性的。按KPG的分級標準見表6-12。圖6-23 熱穩(wěn)定性曲線圖(據(jù)楊起等，1979)表6-12 煤的熱穩(wěn)定性分級(據(jù)楊起等，1979)我國大多數(shù)無煙煤的熱穩(wěn)定性較好。KPG均在35%以下，但在高變質(zhì)無煙煤中也有少數(shù)煤的熱穩(wěn)定性不好或很不好(如京西大安山煤、福建天湖山大蔗溝煤)，其原因尚待進一步查明。這種熱穩(wěn)定性不好的無煙煤，經(jīng)預熱處理后，其熱穩(wěn)定性都有顯著改善。(四)煤的結(jié)渣性在氣化中，煤灰結(jié)渣會給正常操作帶來不利的影響，結(jié)渣嚴重時將會導致停產(chǎn)。由于煤灰熔點(T2)并不能完全反映煤在氣化爐中的結(jié)渣情況，因此還須用煤的結(jié)渣性來判斷煤在氣化過程中的結(jié)渣難易程度。煤的結(jié)渣性測定要點，是用空氣為氣化介質(zhì)，來氣化預熱到800～850℃的赤熱煤樣，氣化過程的后期溫度降到100℃時即停止氣化。以＞6mm的灰渣占灰渣總重的百分數(shù)及其相應的最高溫度作為煤樣的結(jié)渣性指標。四、煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率為評價各種煤和油頁巖的煉油適應性以及在低溫干餾工業(yè)生產(chǎn)中鑒定原料煤或油頁巖的性質(zhì)并預測各種產(chǎn)品的產(chǎn)率，都要求進行低溫干餾試驗。實驗室測定煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率一般采用“鋁甑法”。收集干餾出來的焦油，計算出焦油產(chǎn)率，代號為T。評定煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率時用分析基指標Tad。低溫干餾用煤的Tad一般不應小于7%。一般Tad＞12%者稱高油煤;Tad=7%～12%者為富油煤;Tad≤7%者為含油煤。煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率與煤的成因類型有關(guān)。腐泥煤、殘植煤的低溫干餾焦油產(chǎn)率相當高，如山東兗州煤田腐泥煤的Tad為13.50%～45.53%，浙江長廣煤田某礦樹皮殘植煤的Tad為10.70%～21.00%，大多數(shù)為高油煤。腐植煤的焦油產(chǎn)率與煤化程度和煤巖組成有關(guān)，褐煤和長焰煤的Tad較高，如山東黃縣煤田褐煤的Tad為14%左右。當穩(wěn)定組分含量較高時，焦油產(chǎn)率也比較高，如淮南煤田氣煤中，當穩(wěn)定組分為15%～26%時，Tad為12%～15%;而當穩(wěn)定組分＜10%時，Tad多半小于10%。五、殼質(zhì)組的熒光性在低煤化階段，殼質(zhì)組的熒光性是較好的煤化程度指標。煤的熒光性與反射率之間具有互相消長的關(guān)系，即反射率越低，熒光性愈強，二者并非線性關(guān)系。Otteniann(1975)曾詳細地研究了孢子體熒光光譜與煤化階段的關(guān)系(圖6-24)。光譜峰隨煤化程度的增高有規(guī)律地移向更長波段。泥炭階段λmax在500nm以下，挪動范圍較寬;褐煤階段λmax大致在560～580nm之間，峰形陡峭;隨煤化程度的進一步提高，光譜曲線在630nm上逐漸形成一個小突峰，它在亞煙煤階段(相當老褐煤階段)迅速增大，在相當長焰煤階段640nm波長段出現(xiàn)了第二個峰，直到氣煤階段640nm峰取代了580nm峰，煤化程度繼續(xù)增高，640nm峰繼續(xù)遷移向紅光譜段，到肥煤階段λmax移到670nm以上。圖6-24 孢子體熒光光譜隨煤化程度增高的變化(據(jù)邵震杰等，1993)
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。