1、Coal chemistry煤 化 學 篇第12章 煤分類、煤質評價與中國的煤炭資源 能源化學工程（能源化工） 西北大學 二o 一 三年12.1 煤的分類指標12.2 中國煤炭的技術分類方案12.3 中國煤炭分類的商業編碼系統12.4 中國煤層煤的科學成因分類Coal chemistry本章內容12.7 中國的煤炭資源與煤質特征12.6 煤質評價12.5 煤的國際分類Coal chemistry12.1 煤炭分類 煤炭分類是煤化學的一個主要研究內容。人們從不同的研究目的出發，對煤炭進行過不同的分類。 主要的有如下三種：煤的成因分類分類依據：成煤的原始物質和堆積環境分為腐殖煤、腐泥煤和殘殖煤用途

2、：在地質上用的較多；煤的科學分類分類依據：元素組成、基本性質和現代工業用途對全部煤炭進行系統的分類用途：學科的總結；煤的技術分類分類依據：變質程度和工藝性質對全部煤炭進行系統的分類用途：工業實用，也稱實用分類或工業分類。Coal chemistry12.1 煤炭分類 1998年，中國煤層煤的分類標準（GB/T 176071998)）頒布，標志著中國煤炭分類形成了由技術分類、商業編碼和煤層煤分類三個國家標準組成的完整體系。 本章主要介紹中國和國際煤炭的技術分類和中國煤層煤的科學/成因分類方案，其中技術分類是以應用商業為目的。 煤質評價是煤炭和相關各工業部門非常重要的問題，本章簡單介紹煤質評價的階

3、段、任務和評價的內容與方法等，并介紹中國煤炭資源的分布和煤質特點。Coal chemistry12.1 煤分類的意義和分類指標 煤分類在科學研究和實用技術方面都有重大的意義。由于煤的復雜性和對煤質的認識有待深化，目前國內外使用的煤分類方案都不是完整、科學的系統分類。 煤的技術分類對于煤炭的勘探、生產、分配、合理利用和國際學術交流與貿易等都有重要的作用。 由于煤的成因、產地、種類、組成和性質等的多樣性，以及分類的角度與目的的不同，因此煤分類的指標繁多，歸納起來可有如下四類。（1）煤化度（rank），能在一定階段反映煤化度的諸指標（2）煤炭顯微組分的組成（3）粘結性與結焦性指標（4）其他指標 分類

4、表達方法 多指標編碼系統，便于計算機處理Coal chemistry12.2 中國煤炭的技術分類方案 12.2.1 歷史沿革 20世紀50年代以后，中國煤產量和消耗量迅速增加，為了合理利用煤炭資源，1952年1953年提出東北區和華北區兩個煉焦煤分類方案。 1956年又制訂了統一的中國煤（以煉焦煤為主）分類方案，以大致代表煤的變質程度的揮發分Vdaf（%）和表征煤的黏性的膠質層最大厚度Y (mm)兩個參數為分類指標，將中國煤分為10大類24小類。 該方案于1958年經國家技術委員會向全國推薦試行，起了統一中國煤分類的作用。 這一分類方案在20多年的使用過程中起到過一些積極作用，但存在問題較多。

5、Coal chemistry12.2.1 歷史沿革 1974年開始，以原煤炭部、冶金部下屬四個起草單位組織了40多個單位共同研究。1986年以國家標準中國煤炭分類(GB 57511986)予以頒布實施。 該煤炭分類方案主要采用表征煤化度的干燥無灰基揮發分Vdaf（%）將煤劃分為無煙煤、煙煤和褐煤共3個大類，然后再采用干燥無灰基氫含量Hdaf（%）將無煙煤分為3個亞類；采用黏結指數G、膠質層最大厚度Y (mm)和奧阿膨脹度b( %)將煙煤分為24個亞類；采用恒濕無灰基高位發熱量Qgr,maf將褐煤分為2個亞類。 1986年頒布的中國煤炭分類方案克服了1958年頒布的舊方案中存在的一系列缺點，無疑

6、是科技的一個進步。經過多年來各系統的試用，證明新標準基本適合中國煤炭資源狀況的要求，可以指導煤炭的勘探、開發、生產和利用。Coal chemistry中國煤炭分類(GB 57511986)存在問題（1）對煤樣的要求沒有明確的規定。事實上，灰分對G的影響十分敏感，而確定煤種時浮選的標準不一，同一煤種有時可能跨三個牌號，造成供需雙方爭議大，并且用浮煤分類的煤，實際上精煤的質量較差。（2）對1/3焦煤、焦煤和瘦煤所定的G下限值偏低，由此造成：1/3焦煤質量波動大，部分1/3焦煤質量低下，影響其正確使用；焦煤、瘦煤界限劃不清，部分瘦煤劃為焦煤而實際是不起焦煤作用的低質量焦煤，并造成了受經濟利益驅動的人

7、為混煤，使瘦煤人為地“提質”，造成瘦煤資源的浪費。（3）分類方案中有些煤的分類指標只需一個而不必兩個或三個分類指標。例如：無煙煤只用Hdaf指標就可以，不必再用Vdaf；煙煤中G85即可定為肥煤，而不必測Y或b等。Coal chemistry中國煤炭分類（GB/T 57512009） 該標準是對GB 57511986的修訂，在基本沿用GB 57511986的分類指標和分類體系的同時，主要進行了如下修改。（1）標準的屬性由強制性改為推薦性。（2）與ISO 11760：2005國際煤分類保持一致，增加了對術語“煤”及其定義的描述：主要由植物遺體經煤化作用轉化而成的富含碳的固體可燃有機沉積巖，含有一

8、定量的礦物質，相應的灰分產率小于或等于50 %(干基質量分數)。（3）增加了關于標準分類體系的性質和用途的說明。（4）增加了對煤炭分類用煤樣要求的規定：判定煤炭類別時要求所選煤樣為單種煤，煤樣可以是勘查煤樣、煤層煤樣、生產煤樣或商品煤樣，分類用煤樣的干燥基灰分產率應小于或等于10 %。煙煤類別貧煤貧瘦煤瘦煤焦煤肥煤1/3焦煤氣肥煤氣煤1/2中黏煤弱黏煤不黏煤長焰煤符號PMPSSMJMFM1/3JMQFQM1/2ZNRNBNCY煤的大類褐煤煙煤無煙煤符號HMYMWYCoal chemistry12.2.2 煤類劃分代號與編碼 GB/T 57512009中，先根據干燥無灰基揮發分等指標，將煤炭分為

9、無煙煤、煙煤和褐煤；再根據干燥無灰基揮發分及黏結指數等指標，將煙煤劃分為12小類。 各類煤的名稱用漢語拼音字母為代號表示：Vdaf/%10.0 20.020.0 28.028.037.037.0數碼1234Coal chemistry各類煤用兩位阿拉伯數碼表示 十位數系按煤的揮發分分組： 無煙煤為0（Vdaf10.0 %）； 煙煤分為4組 褐煤為5（Vdaf37.0 %）。 個位數 無煙煤類為13，表示煤化程度；煙煤類為16，表示黏結性；褐煤類為12，表示煤化程度。Coal chemistry（3）符號與數碼個位數表工藝性質Coal chemistry12.2.3 中國煤炭技術分類體系 GB/

10、T 57512009包括五個表：無煙煤、煙煤及褐煤的分類表，無煙煤亞類的劃分，煙煤的分類，褐煤亞類的劃分和中國煤炭分類簡表。并有一個附圖：中國煤炭分類圖，該圖表明各煤種的相互關系及它們在中國煤炭分類圖中的位置。無煙煤、煙煤及褐煤的分類表PM/%類別無煙煤代號WY編碼01，02，03分類指標Vdaf/%10.0煙煤YM11，12，13，14，15，1610.020.021，22，23，24，25，2620.028.031，32，33，34，35，3641，42，43，44，45，4628.037.037.0褐煤HM51，5237.0a50bCoal chemistry無煙煤亞類的劃分亞類無煙煤一

11、號代號WY1編碼01分類指標Vdaf/% Hdaf/%3.5 2.0無煙煤二號無煙煤三號WY2WY302033.56.56.510.02.03.03.0由表3無煙煤的分類表可見，無煙煤小類的劃分是采用Vdaf和Hdaf作為指標，將無煙煤分為三個亞類。在已確定無煙煤亞類的生產礦、廠的日常工作中，可以只按Vdaf分類；在地質勘查工作中，為新區確定亞類或生產礦、廠和其他單位需要重新核定亞類時，應同時測定Vdaf和Hdaf，按上表分亞類。如兩種結果有矛盾，以按Hdaf劃亞類的結果為準。Coal chemistry煙煤的分類類別貧煤貧瘦煤瘦煤焦煤肥煤1/3焦煤氣肥煤代號PMPSSMJMFM1/3JMQF

12、編碼111213141524251626363546Vdaf/%10.020.010.020.010.020.010.020.010.020.020.028.020.028.010.020.020.028.028.037.028.037.037.0分類指標G55202050506565a506565a(85) a(85) a(85) a65a(85) aY/mm25.025.025.025.025.025.025.0b/%150150150150220220220Coal chemistry煙煤的分類類別代號編碼分類指標Y/mmb/%氣煤QM34434445Vdaf/%28.037.037.0

13、37.037.0G50653550506565a25.02201/2中黏煤弱黏煤不黏煤長焰煤1/2ZNRNBNCY233322322131414220.028.028.037.020.028.028.037.020.028.028.037.037.037.030503050530530555535Coal chemistry褐煤亞類的劃分類別代號編碼PM/%分類指標Qgr,maf/(MJkg-1)a褐煤一號褐煤二號HM1HM2515230305024由表可見，褐煤的煤化度參數采用透光率PM，并采用恒濕無灰基高位發熱量Q作為輔助指標，將褐煤分為兩小類。凡Vdaf37.0 %，PM30 %50 %

14、的煤，如恒濕無灰基高位發熱量Qgr,maf24 MJ/kg，則劃分為長焰煤。Coal chemistryGB/T 57512009仍然存在的不足 可能限于經濟與技術水平發展不平衡的原因，新標準未能采用鏡質組反射率作為煤化度參數。 對1/3焦煤、焦煤和瘦煤所定的G下限值偏低，由此造成：1/3焦煤質量波動大，部分1/3焦煤質量低下，影響其正確使用；焦煤、瘦煤界限劃不清，部分瘦煤劃為焦煤而實際是不起焦煤作用的低質量焦煤，并造成了受經濟利益驅動的人為混煤，使瘦煤人為地“提質”，造成瘦煤資源的浪費。建議提高上述三種煤的G下限值。 分類方案中有些煤的分類指標只需一個而不必兩個或三個分類指標。例如：無煙煤只

15、用Hdaf指標就可以，不必再用Vdaf；煙煤中G 85即可定為肥煤，而不必測Y或b等。Coal chemistry12.3 中國煤炭分類的商業編碼系統 目的 煤炭質量的商業信息交流，并與國際標準接軌 提出GB/T167721997與技術方案GB57511986并用 分類指標選擇原則(1)良好的重現性與重復性(2)適當的精度(3)主觀因素少，客觀性強(4)具有良好的可信度和區分性(5)操作簡易方便(6)儀器價廉易于購置(7)具有測試自動化的潛力(8)對于配煤指標具有可加和性Coal chemistry編碼參數三類 A 煤階參數四個：a.b.c.d.鏡質組平均隨機反射率Rran，揮發分Vdaf，發

16、熱量 Qgr，daf,對于低價煤（恒濕無灰基高位發熱量Qgr，m，af）24MJ/Kg全水分Mt B 工藝參數 四個a.V，Q，G（對中、高階煤），干燥無灰基焦油產量b. Tar,daf(對低階煤)c.環境參數 二個d. 灰分 Ad，全硫St，dCoal chemistryD.編碼順序與規定 對中、高階煤第一、二位數碼，Rran10， 取整；二位數；第三、四位數碼， Q，第五、六位數碼， Vdaf ，第七、八位數碼， G/10，取整；二位數；取整；二位數；取整；二位數； 對低階煤第七位Mt 020%，記為1；20%以上，除10取整第八位Tar，10%，記為1；1015%，記為2 ；1520%，

17、記為3第九、十位數碼， Ad，取整；二位數第十一、十二位數碼， St,d10， 取整；二位數Coal chemistryE.書寫順序 均十二位數碼，無測值時記為“”高階煤RQVGAS 例峰峰二礦焦煤編碼Rran=1.24Qgr,daf=36.0MJ/kgVdaf=24.46%G=88Ad=14.49%St,d=0.59%123624081405即峰峰二礦焦煤的編碼 12 36 24 08 14 05Coal chemistryE.書寫順序 均十二位數碼，無測值時記為“”低階煤 RQVMTAS例 山東黃縣煤編碼Rran=0.53%Qgr,m,af=22.3MJ/kgVdaf=47.51%Mt=2

18、4.58%Tar,daf=11.80%Ad=9.32%St,d=0.64%052247220906即山東黃縣煤編碼 05 22 47 2 2 09 06Coal chemistry12.4 中國煤層煤的科學成因分類 GB/T176071998（1）目的：在煤炭資源，儲量統計與質量評價方面與國際標準接軌（2）分類指標煤階低階煤 Qgr,m,af；低階褐煤、高階褐煤、次煙煤三小類中、高煤階煤 Rran 煙煤四小類：低、中、高、超高階無煙煤三小類：低、中、高階Coal chemistry煤巖顯微組分組成 無礦物質鏡質組含量（體積），tdmmf （Vol），；tdmmf%40低鏡質組煤4060中鏡質組

19、煤6080較高鏡質組煤80高鏡質組煤煤品位：干基灰分AdAd101020203030404050低灰分煤 較低灰分煤 中灰分煤 較高灰分煤 高灰分煤(3) 冠名順序：品位、顯微組分組成、煤階Coal chemistry命名示例圖Qgr,m,af/MJkg-116.823.8Ad/%16.718.5022.0010.013.00Vtdmmf(Vol)/%8265506095命名表述較低灰分、高鏡質組、高階褐煤低灰分、較高鏡質組、次煙煤中灰分、中等鏡質組、中階煙煤較低灰分、較高鏡質組、高階煙煤低灰分、高鏡質組、低階無煙煤Rran /%0.300.580.701.042.70Coal chemist

20、ry中國煤層煤分類Coal chemistry12.5 煤的國際分類12.7.1煤炭國際分類的發展 由于國際間煤炭貿易和信息交流的需要，1955年由聯合國歐洲經濟委員會(ECE)提出了“硬煤國際分類”方案，該方案在1956年由聯合國發布。 硬煤是指恒濕無灰基高位發熱量24 MJkg(5700 cal/g)的煙煤和無煙煤。 該分類方案是以三位數字表示煤的牌號。 第一位數（百位數）表示煤的類別，用揮發分（daf）和發熱量（恒濕無灰基）表示煤化度。 第二位數（十位數）表示煤的組別，用快速加熱下測定煤的黏結性的坩堝膨脹序數或羅加指數來確定。 第三位數（個位數）表示煤的亞組別，用慢速加熱下測定煤的結焦性

21、的奧阿膨脹度或葛金焦型來確定。該方案是針對熱能用煤和煉焦用煤為主的分類體系，為便于工業上的應用，在分類表上還用羅馬數字來劃分工業統計組，其中組為強黏結煤，根據其結焦性又細分為VAVD。Coal chemistry12.7.1煤炭國際分類的發展 1974年國際標準化組織(ISO)又組織制定了國際褐煤分類編碼系統(ISO 29501974)，該系統以焦油產率Tdaf，%和無灰基總水分( %)為分類指標，將褐煤分為五個組和六個類別，劃分成以兩位阿拉伯數字為代號的30個小類。 前述兩個煤的國際分類方案都是以煤炭貿易為目的的分類系統，自發表以來促進了各國的煤炭分類和各產煤國之間煤質特征的對比，有利于世界

22、各國測定煤黏結性、結焦性方法的統一，并對國際煤炭貿易和煤質研究與信息交流起到良好的作用。 但是，隨著科技的進步實踐中人們對煤質認識的深化，發現這兩個方案存在對煤的定義不夠明確，沒有考慮煤巖指標和煤利用的環境因素等多方面問題而顯得落后。Coal chemistry12.7.1煤炭國際分類的發展 煤炭是世界上的主要能源，在發電、鋼鐵冶金等方面廣泛應用。 但是用煤過程中的熱效率和環境存在嚴重的問題。 正是從上述的背景出發，1993年國際標準化組織(ISO)煤炭委員會(TC27)成立了第18工作組，專門從事國際煤分類的制定工作。 參加的國家有澳大利亞、加拿大、中國、捷克、法國、德國、日本、荷蘭、波蘭、

23、葡萄牙、南非、瑞典、英國和美國共14個國家。 目的是提出一個簡明的分類系統，便于煤炭的重要性質、參數在國際間可以相互比較，同時正確無誤地評估世界各地區的煤炭資源。 2005年，ISO 11760:2005頒布，成為現行國際煤分類標準。Coal chemistry12.7.2 現行國際煤分類標準 首先對分類涉及的主要術語進行了定義，包括：煤、鏡質組、惰質組、穩定組、褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤、硬煤和煤層煤水分。 其中，關于“煤”的定義：“主要由植物遺體轉化而成的碳質沉積巖，含有一定量的礦物質，相應的灰分產率小于或等于50 %(干基質量分數)” 被中國煤炭分類GB/T 57512009采用。 注意

24、：目前我國用于煤炭儲量計算時所統計的煤炭灰分上限為40 %。 考慮到煤的物理和化學性質實質上決定于地質成熟度（煤階），巖相組成和礦物質的數量（以及礦物質的種類和賦存方式）。 為了簡單起見，國際煤分類根據以下性質進行煤分類： 以鏡質組反射率（平均隨機反射率百分數） 表征煤階； 以鏡質組含量（無礦物質基體積百分數）表征煤巖組成； 以灰分產率（某基準下的百分數）表征煤中無機礦物的含量。Rr2.0% RrR v,max 8.0 %) 高煤階煤A（無煙煤A）Coal chemistry（1）煤階主要煤類別的一級煤類和亞類的煤階分類一級煤類低煤階（褐煤和次煙煤）定義煤層煤水分75 %及亞類低煤階煤C（褐煤

25、C）低煤階煤B（褐煤B）中煤階（煙煤）高煤階（無煙煤）(或中煤階煤C(煙煤C)中煤階煤B(煙煤B)中煤階煤A(煙煤A)高煤階煤C（無煙煤C） 6.0% 高煤階煤B（無煙煤C）Rr 0.5 % 低煤階煤A（次煙煤）中煤階煤D(煙煤D)0.5% Rr 2.0%特征Rr 35%和 75%，無灰基Rr 0.4%和煤層煤水分35%，無灰基0.4 % Rr 0.5 %0.5 % Rr 0.6 %0.6 % Rr 1.0 %1.0 % 1.4 %1.4 % Rr 2.0 %2.0 % Rr 3.0 %3.0 % Rr 4.0 %4.0 % Rr 6.0 %(或 R v,max 10 %）導致揮發分產率高于按

26、鏡質組反射率預期的值。因此，當殼質組異常時，應該謹慎用鏡質組含量表征煤分類中的煤巖組成。鏡質組體積含量/%，無礦物質基 4040和 6060和 8080鏡質組類別低鏡質組煤中鏡質組煤較高鏡質組煤高鏡質組煤Coal chemistry（3）灰分產率 國際煤分類以灰分產率表征的煤的無機成分，將煤劃分為五類，如下表所示。灰分產率（Ad）55 Ad 1010 Ad 2020 Ad 3030 Ad 20MJ/kg中高熱值煤其它占尚未利用資源量/%91.808.20Coal chemistry12.7.2 中國的煤炭資源煤質特點 我國煤的灰分、硫分、和發熱量的基本狀況Coal chemistry（2）我國

27、煤類的煤質特征 褐煤 最大特點是水分含量高，灰分含量高，發熱量低。根據176個井田或勘探區統計資料，褐煤全水分高達20 %50 %，灰分一般為20 %30 %，收到基低位發熱量一般為11.7116.73MJ/kg。 低變質煙煤（不粘煤、弱粘煤、長焰煤） 不僅資源量豐富，而且這類煤灰分低，硫分低，發熱量高，可選性好煤質優良。各主要礦區原煤灰分均在15 %以內，硫分小于1 %。其中不粘煤的平均灰分為10.85 %，平均硫分為0.75；弱粘煤平均灰分為10.11 %，平均硫分為0.87 %。根據71個礦區統計資料，長焰煤收到基低位發熱量為16.7320.91MJ/kg；弱粘煤、不粘煤收到基低位發熱量

28、為20.9125.09MJ/kg。低變質煙煤化學反應性優良。Coal chemistry（2）我國煤類的煤質特征 中變質煙煤原煤灰分一般在20 %以上，基本無特低灰煤和低灰煤；硫分也較高，已發現保有資源量的20 %以上的硫分高于2 %，而低硫高灰者，其可選性也較差。我國華北是中變質煤的主要分布地區，其中山西組煤的灰分、硫分相對較低，可選性較好，是我國煉焦用煤的主要煤源。而太原組煤屬中硫、中高硫居多，脫硫困難，但結焦性比山西組煤好。 在高變質煤中，貧煤的灰分和硫分都較高，如山西西山貧煤灰分15%-30 %，硫分1 %3 %；貴州六枝貧煤灰分17 %36 %，硫分高達3 %6 %，貧煤屬中高熱值煤，其Qnet.ar一般可達23.0027.18MJ/kg。我國無煙煤的特點是低中灰、中灰，低硫-中硫，Qnet.ar一般高達22.702.70MJ/kg，煤灰熔融溫度高，煤機械強度高，熱穩定性中等-高熱穩定性，化學反應性較差。Coal chemistry12.7.3 中國的煉焦煤資源及其可選性 （1）煉焦煤資源地域分布 我國煉焦煤資源相對豐富，但分布很不平衡。行政區儲量/億t占全國比例/%基礎儲量/億t占全國比例/%資源量/億t占全國比例/%華北379.5957.37703.5257.68996.2