浅谈影响煤发热量的几种因素

摘要：煤的发热量高低不仅是研究煤质变化规律、煤炭分类的必要手段，也是评价煤品质的重要指标。本文从煤的成因类型、煤化程度、煤岩组成、矿物质含量高低、风化程度等方面，简单分析这些因素对煤发热量所产生的影响，对实际生产具有一定的指导意义。

煤的发热量又称煤的热值，用来表示单位质量的煤完全燃烧后所释放出来的热能，是评价煤质特性的综合指标，用kJ·g-1或MJ·kg-1表示。煤质本身的特性是决定煤发热量的主要因素，煤的成因类型、煤化程度、煤岩组成、矿物质含量高低等对煤的发热量均有不同程度的影响。

关键词：发热量 成因类型 煤化程度 煤岩组成

1 成因类型的影响

腐泥煤由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。残植煤是由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分（孢子、角质层、树皮、树脂）富集而成。残植煤在自然界中的储量很少，常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中。腐植腐泥煤由高等植物、低等植物共同形成的煤。腐植煤是由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成，自然界中分布最广，蕴藏量最大。植物的化学组成包括碳水化合物（包括纤维素、半纤维素及果胶质）、木质素、蛋白质脂、类化合物。腐泥煤和残植煤的发热量较腐植煤的高，主要原因是腐泥煤是由低等植物及浮游生物遗骸，残植煤是由孢子、花粉、角质层、树脂、树皮等稳定组分富集形成，因此，相对于由高等植物遗骸形成的腐植煤来说，含氧量低、含氢量高。

2 煤化程度的影响

腐植煤的发热量与煤化程度有很好的相关性。从低煤化程度的褐煤开始，随着煤化程度的提高，煤的发热量逐渐增加，到肥煤、焦煤阶段，发热量达到最大，最高可达37kg/g，此后，随煤化程度提高，煤的发热量则呈下降趋势。这一规律与煤的元素组成的变化是吻合的。

影响煤发热量的元素主要是碳、氢、氧三种元素，其中氧不产生热量。从低煤化度的褐煤开始，随煤化程度的提高，其中的氧元素含量迅速下降，碳含量则逐渐增加，氢元素含量变化不大，所以煤的发热量是增加的，到中等变质程度的肥煤和焦煤达到最高值；此后，煤中的氧含量的减少趋缓，而含氢量则明显下降，碳含量虽然明显增加，但它的发热量仅为氢的四分之一左右，因此，使煤的发热量呈下降趋势。

3 煤岩组成的影响

相同煤化程度的煤，煤岩组成不同时煤的发热量也有差别。这是因为各煤岩成分的发热量不同所致。镜质组是由植物的木质纤维组织经凝胶化作用转化而成的显微组分。镜质组包括无结构镜质体、结构镜质体和碎屑镜质体等显微组分。镜质体由于吸附了类脂组降解物或者镜质体本身含有大量的超微类脂体，镜质体就会更加富氢从而显示出较强的荧光性，同时他们也是很好的生烃组分，镜质组含有较高的芳香烃和氢，低煤化的镜质组经过干馏会具有很好的粘结性和可塑性。壳质组又称作稳定组，主要是高等植物的树皮、藻类、繁殖器官以及分泌物等形成的反射率最低的硬煤显微组分组。角质体、渗出沥青体、树皮体、树脂体、藻类体、荧光体等组分是氢含量较高的显微组分组。壳质组在干馏时副产品较多，其中氢行列和挥发分也一般较高。惰质组是经过丝炭化作用形成的，由于植物残体的木质纤维组织暴露在空气中，细胞腔中的原生质在氧化环境下很快被好氧微生物破坏，而细胞壁在氧化环境下仅仅发生脱水而残留了下来。随着地质条件的变化，堆积的环境由氧化性变为还原性，因此，残留的物质不再继续氧化破坏从而形成了具有一定细胞结构的丝炭。通常，发热量最高的是壳质组，惰质组最低，镜质组介于两者之间。但是低煤化程度煤的惰质组的发热量有可能高于镜质组。随着煤化程度的提高，这种差别逐步减小，到无烟煤阶段，几乎没有差别了。

4 矿物质的影响

煤中矿物质一般有黏土、高岭石、黄铁矿和方解石等。煤在燃烧时，其中绝大部分的矿物质将发生化学反应，如高岭石在较低温度下吸收热量发生脱水反应，转变成无水高岭石，当温度达到1010℃时后无水高岭石逐步转变为红柱石并吸收热量。其中还有碳酸钙的分解、石膏的脱水等现象，这些反应一般是吸热反应，造成煤燃烧时释放出的热量减少，热值降低。刘红缨等通过TGA和DTA对煤中矿物对发热量的影响进行研究，认为石英、黄铁矿、方解石、石膏和高岭石五种矿物在煤炭中含量增加都会使煤炭的发热量降低。

5 风化作用影响

风化后的煤失去光泽，硬度降低，变脆而易崩裂，煤的散密度增加；碳和氢含量降低，氧含量增加，含氧酸性官能团增加含有再生腐植酸，低煤化度的煤在风化后挥发分减少，而高煤化度煤的挥发分却增加；粘结性变差，燃点降低，热加工产物的产率减少。煤在氧、二氧化碳以及水的作用下，发生化学分解作用，产生新的物质。受风化后，产生热量的碳、氢元素含量下降，不放热的氧含量增加，因而煤风化后的热值明显降低。

6 结语

煤的发热量高低不仅是研究煤质变化规律、煤炭分类的必要手段，也是评价煤品质的重要指标。因此，从煤的成因类型、煤化程度、煤岩组成、矿物质含量高低、风化程度等方面分析这些因素对煤发热量所产生的影响对于生产实际具有一定意义。

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