文｜汇锦数能-掌上煤焦

煤炭气化工艺是将固体的煤最大限度地加工成为气体燃料的过程，为了使气化过程顺利进行、气化反应安全，并满足不同气化工艺过程与气化炉对煤质的不同要求，通常需要测定煤的反应性、机械强度、热稳定性、结渣性、灰熔点和灰黏度等指标，这些指标作为气化用煤的质量指标。

煤的反应性

煤的反应性又称为煤的化学活性，指在一定温度条件下煤与不同气体介质（如二氧化碳、氧、水蒸气等）发生化学反应的能力。反应性强的煤在气化和燃烧过程中反应速度快、效率高。尤其对采用沸腾床和气流床等高效的新型气化技术，煤的反应性强弱直接影响到煤在气化炉中反应的快慢、完成程度、耗煤量、耗氧量及煤气中的有效成分等。高反应性的煤可以在生产能力基本稳定的情况下，使气化炉可以在较低温度下操作，从而避免灰分结渣和破坏煤的气化过程。在硫化燃烧新技术中，煤的反应性强弱与其燃烧速度也有密切关系。因此，反应性是煤气化和燃烧的重要特性指标。

图1 煤的反应性曲线

煤的机械强度

煤的机械强度指煤对外力作用时的抵抗能力，包括煤的抗碎强度、耐磨强度和抗压强度等物理性质。试验方法有落下试验法，转鼓试验法，耐压试验法等。应用比较广泛是落下试验法。

表1 煤的机械强度分级标准

多数情况下要求气化和燃烧用煤为均匀的块煤。机械强度低的煤投入气化炉时容易碎成小块和粉末，从而使料柱透气性变差影响气化炉的正常操作。

煤的机械强度与煤化度、煤岩组成、矿物质含量以及风化等因素有关。高煤化度煤和低煤化度煤的机械强度较大，而中等煤化度的肥煤、焦煤机械强度最小。宏观煤岩成分中丝炭的机械强度最小，镜煤次之，暗煤最坚韧。矿物质含量高的煤机械强度较大。煤经风化后机械强度将降低。

中国大多数无烟煤的机械强度好，一般为60%~92%。但也有一些煤成片状、粒状，煤质松软机械强度差，一般为40%~20%、甚至20%以下。

煤的热稳定性

煤的热稳定性是指块煤在高温气化或燃烧过程中对热的稳定程度，即块煤在高温作用下保持其原有粒度的能力。热稳定性好的煤在气化或燃烧过程中能保持原来的粒度，而不碎成小块或破碎较少；热稳定性差的煤则在气化或燃烧时迅速爆裂成小块或煤粉。轻则炉内结渣，增加炉内阻力和带出物，降低气化或燃烧效率，重则破坏整个气化过程，甚至造成停炉事故。因此，块煤气化或燃烧要求煤有足够的热稳定性。

表2 煤的热稳定性分级

中国大多数无烟煤的热稳定性较好，TS+6均在65%以上。如山西晋城无烟煤的TS+6高达94.4%~97.2%，阳泉无烟煤的TS+6在85.1%~95.5%。但在高变质无烟煤中也有少数煤的热稳定性不好，如京西大安山煤等。无烟煤的热稳定性差是由于其结构致密，加热时内外温度差大，引起膨胀不均而破裂。热稳定性不好的无烟煤经预热处理后，大多数其热稳定性可显著改善。

煤的结渣性

煤的结渣性实际上是指煤中矿物质在高温燃烧或气化过程中，煤灰软化、熔融而结渣的性能。在气化过程中煤灰的结渣会影响正常操作，降低气化效率，结渣严重时将会导致停产。因此，必须选择不易结渣或只轻度结渣的煤炭作为气化原料。由于煤灰熔点并不能完全反映煤在气化炉中的结渣情况，因而要用煤的结渣性来判断气化过程中煤灰结渣的难易程度。

煤的结渣性的测定方法(GB1572)是将3~6mm粒度的煤样装入特制的气化装置中，用同样粒度的木炭引燃。以空气作为气化介质，在三种不同的鼓风强度下使试样气化(燃烧)。待试样燃尽熄灭后停止鼓风，取出灰渣称量，经过筛分后测定其中大于6mm灰渣质量占灰渣总质量的百分数作为结渣性指标。煤的结渣性与煤中矿物质含量和组成有关。矿物质高的煤较易结渣，矿物质中钙、铁等低熔点氧化物容易结渣，而SiO2、Al2O3等高熔点氧化物含量高则不易结渣。

煤灰的熔融性和灰黏度

煤灰是煤中矿物质燃烧后生成的各种金属和非金属氧化物以及硫酸盐等复杂的混合物，它们没有一个固定的熔化温度，而只有一个较宽的熔化温度范围。并且这些煤灰成分在一定温度下能形成共熔体，这种共熔体在熔化状态时有熔解煤灰中其它高熔点物质的能力，并改变了熔体成分和熔化温度。但煤灰的这种熔融特性习惯上仍称为煤灰熔点。

煤灰的熔融性取决于煤灰的组成。煤灰成分十分复杂，主要有: SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO, MgO和SO3等，如表3所示。煤灰主要成分的含量波动很大，根据煤灰成分可以大致推测煤中矿物质的组成，初步判断灰熔点的高低。一般情况下煤灰中Al2O3和SiO2含量的比例愈大，其熔化温度愈高;而Fe2O3、CaO和MgO等碱性成分的比例愈大，则熔化温度较低。煤灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计算。

表3 煤灰主要成分的一般范围

煤灰黏度是指煤灰在高温熔融状态下流动时的内摩擦系数。煤灰黏度是气化用煤和动力用煤的重要指标。煤灰黏度的大小主要取决于煤中矿物组成及组成间的相互作用。一般来说，随灰渣成分中SiO2和Al2O3含量的提高，灰渣黏度增大；而Fe2O3、CaO、MgO或N2O等增加，则煤灰黏度降低。生产中可采用加入助熔剂和配煤等方法改变灰渣黏度，以适应气化或燃烧的需要。

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