1.3 中国无烟煤的资源分布与特征
1.3.1 中国无烟煤的分类
根据中国煤分类国家标准GB/T 5751—2009，把所有中国煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类。无烟煤（anthracite），俗称白煤或红煤，是煤化程度最高的煤。按变质程度的高低，无烟煤又可细分为变质程度最高的无烟煤一号（俗称年老无烟煤）、变质程度中等的无烟煤二号（俗称典型无烟煤）和变质程度相对最浅的无烟煤三号（俗称年轻无烟煤）。凡浮煤干燥无灰基挥发分（Vdaf）<3.5%的划分为无烟煤一号（以符号WY1表示），同时其浮煤干燥无灰基氢含量（Hdaf）必须≤2.0%；Vdaf为3.5%～6.5%、Hdaf为2.0%～3.0%的划分为无烟煤二号（WY2）；Vdaf>6.5%、Hdaf>3.0%的划分为无烟煤三号（WY3）。详见表1-3。
表1-3 中国无烟煤的分类
由于无烟煤一号（WY1）、二号（WY2）和三号（WY3）的变质程度不同，因而它们的性质和用途也有所不同。
（1）无烟煤一号（WY1） 无烟煤一号变质程度最高，有的已具有隐晶石墨状结构，因而它的镜质体平均最大反射率
常高至6%～10%以上，其含碳量也最高，干燥无灰基碳含量（Cdaf）常可达95%～97%以上，氢含量最低，Hdaf<2%，其中有不少在1%以下。因而它的发热量也最低，即其干燥无灰基高位发热量（Qgr，daf）低至32.76～33.6MJ/kg。其可磨性在无烟煤中最差，哈氏可磨性指数（HGI）常低至35～45。燃烧和气化时易产生热爆性而使块煤破裂成小块甚至粉末，且燃点高，不适合单独作为发电燃料，但其中低灰、低硫的可用于制造电极炭、阳极糊等碳素材料和活性炭，也可作为高炉喷吹使用，灰较高的适合于作为民用煤球或蜂窝煤，其优点是燃烧持续时间长，不冒烟。其内在水分明显高于WY2和WY3。北京、福建天湖山、广东四望嶂等矿区是典型的年老无烟煤（WY1）。
（2）无烟煤二号（WY2） 块煤抗碎强度普遍较高，热稳定性好，其挥发分在3.5%～6.5%之间；发热量比无烟煤一号高，浮煤Qgr，daf多在34.4～35.1MJ/kg之间；氢含量也较高，Hdaf多在2.5%～3.0%之间；煤的可磨性好于无烟煤一号，但低于无烟煤三号；着火点低于无烟煤一号。目前块煤大部分作为氮肥厂制合成氨的原料。末煤经成型后制成石灰碳化煤球后可与块煤配合造气。山西晋城和河南焦作是典型的无烟煤二号产地。
（3）无烟煤三号（WY3） 无烟煤三号是无烟煤中变质程度最低的一种，其挥发分、发热量和氢含量比无烟煤二号的还高，浮煤Qgr，daf可高至35.3～36.1MJ/kg，Hdaf可达3%～4%，密度与烟煤十分接近，反应性高，可磨性好，着火点较低，其中低灰、低硫的常可作为高炉喷吹燃料，也可与烟煤等混合喷吹。原煤灰分较高的可作为发电燃料和制民用煤球及蜂窝煤。块煤也可供中小型氮肥厂制合成氨用。我国阳泉、汝箕沟、松藻、永城等矿区都是年轻无烟煤（WY3）产地，这类无烟煤的储量和产量均高于WY1和WY2。
1.3.2 中国无烟煤资源的分布概况
中国是世界煤炭资源最丰富的国家之一，居世界第三，其中无烟煤的储量更居世界第一，其探明地质储量约1400亿吨，且地区分布广泛，在全国有20多个省（直辖市、自治区）都不同程度地赋存无烟煤资源。但其中以山西省的无烟煤储量居全国首位，达500亿吨以上，占全国无烟煤资源的40%左右，且主要分布在阳泉、晋城、高平、阳城和寿阳等矿区，尤其是阳城矿区的储量达百亿吨左右，其余各矿区的储量也多在50亿吨以上。贵州是中国无烟煤资源的第二大省，全省无烟煤储量占全国的20%以上，其中织金-纳雍煤田的储量即达150亿吨。无烟煤资源较多的还有毕节、遵义、安顺、平坝和习水等十多个县、市，但目前均无大型生产无烟煤的矿区，但小矿星罗棋布，全省产量也不少。河南省的无烟煤资源居中国第三，其探明地质储量占全国的5%以上。其中较为著名的有永夏、焦作、郑州、济源和安阳等矿区。
中国无烟煤资源较多的还有四川、重庆、福建、湖南、北京、河北、辽宁、广东、广西、安徽、江西和宁夏等省（区、市）。四川最大的筠连煤田（储量28亿吨）、芙蓉煤田和重庆的松藻煤田等都是正在开发的大中型无烟煤矿区。福建省的无烟煤资源（11.5亿吨）更占全省煤炭储量的97%以上，其中著名的有龙岩、永春、天湖山、永定和邵武等矿区。广东省也约有80%的煤炭资源为无烟煤，但其储量仅1亿吨左右，其中著名的有梅田、兴宁、曲仁等煤田。湖南的白沙、金竹山、冷水江和芦茅江等矿区也都是无烟煤资源较多的地区。广西的罗城、茂兰，江西的萍乡青山、英岗岭和赣南地区也都是该省的主要无烟煤产区。安徽的皖北、钢陵和贵池等地区则是省内无烟煤资源较集中的地区。闻名于世的宁夏太西无烟煤（汝箕沟矿区）更是远销西欧和日本等作为皇室壁炉取暖使用，其质量可与越南鸿基无烟煤相媲美。总之，中国无烟煤资源分布比较均匀，从南到北均有。但以山西省占绝对优势。
1.3.3 中国无烟煤煤质特征
（1）煤层煤样质量特征 我国无烟煤的查明资源储量以年轻的无烟煤三号（WY3）最多，其次为典型的无烟煤二号（WY2），而年老的无烟煤一号（WY1）最少。
我国无烟煤的煤质特征与成煤时代密切相关，如在北京地区的无烟煤资源中，形成于最上部的侏罗纪无烟煤的灰分、硫分最低；处于煤系中部的二叠纪山西统煤系也多为低硫，但属较难选的无烟煤，其干基全硫量（St，d）多在1%以下；生成于下部的石炭纪太原统煤系的硫分相对较高，St，d多在2%～4%左右，而且可选性相对较好，经洗选后硫分多可降至1%～2%左右。
无烟煤的干燥无灰基高位发热量（Qgr，daf）以年轻无烟煤最高，可达35.3～36.1MJ/kg以上；年老无烟煤的Qgr，daf最低，为32.8～33.6MJ/kg；典型无烟煤（WY2）的Qgr，daf一般在34.4～35.3MJ/kg。
无烟煤的可磨性差异较大，其中以年轻无烟煤的哈氏可磨性指数（HGI）最高，一般可达60～70，如阳泉无烟煤的平均HGI可达65左右；年老无烟煤的HGI最低，如北京矿区无烟煤的HGI有的在40以下，一般不超过50；典型无烟煤的可磨性居中，如焦作无烟煤的HGI在50左右。但河南郑州和湖南白沙等地特殊无烟煤的HGI有的高达140以上，一般也在120～140。
无烟块煤的抗碎强度和热稳定性以晋城、焦作和金竹山等矿区的典型无烟煤最好，因而这些矿区的无烟煤主要作为制造化肥的优质原料。北京等年老无烟煤虽然抗碎强度高，但其热稳定性不好，故一般不适于作为大中型化肥厂的原料。阳泉等年轻无烟煤的热稳定性和抗碎强度均明显低于晋城等典型无烟煤。
无烟煤的水分普遍比强黏结的炼焦煤高，其中尤以年老无烟煤的内在水分最高。如北京无烟煤和福建省的大部无烟煤的空气干燥基水分（Mad）多在3%～9%，年轻无烟煤的水分最低，如阳泉煤的Mad仅1%左右，晋城、焦作等典型无烟煤的Mad多在1%～2%之间。
此外，从表1-4可以看出，中国无烟煤的全水分以焦作和四望嶂的最高，分别为9.41%和8.21%。灰分则以四川芙蓉矿区和峰峰万年矿最高，分别达31.99%和29.51%。硫分则以芙蓉和松藻两矿区最高，St，d均在3.5%以上；而硫分最低的为太西早、中侏罗世无烟煤；硫分低于0.30%的特低硫无烟煤还有四望嶂和北京两矿区。挥发分最低的年老无烟煤有峰峰万年和邯郸两矿区，属于早二叠世山西统陆相沉积煤，其平均Vdaf分别为5.48%和4.50%（不包括福建的年老无烟煤）；此外，北京年老无烟煤的挥发分也低于6.5%，以上3矿区的无烟煤均属一号无烟煤（WY1）；属于年轻无烟煤（WY3）的有郑州、芙蓉、松藻和永城、南庄等矿区，平均挥发分均在10%以上（浮煤挥发分均能降至10%以下）；属年轻无烟煤的还有阳泉、荫营、皖北百善和广东梅田等矿区，其Vdaf也均在8%以上；属典型无烟煤的有晋城、焦作和白沙等矿区。收到基低位发热量（Qnet，ar）以太西和永城煤最高，均在28MJ/kg以上；发热量最低的为芙蓉和万年矿区，Qnet，ar分别低至20.83MJ/kg和21.88MJ/kg，且从总的来看，除了灰分决定无烟煤发热量的高低以外，变质程度（即挥发分的高低）也影响其发热量的大小，如阳泉、荫营、百善和南庄等矿区的年轻无烟煤（WY3）的Qnet，ar也均在26MJ/kg以上。
表1-4 中国主要无烟煤矿区煤层的主要煤质特征（原煤样）
注：Mt为全水含量；Mad为空气干燥基水分；Ad为干基灰分；Vdaf为干燥无灰基挥发分。
煤灰熔融性温度与成煤时代密切相关，如生成于早中侏罗世的北京和太西无烟煤的灰熔融性软化温度最低（ST）均小于1250℃，而芙蓉矿区煤的ST更低于1200℃，这是由于其煤中硫铁矿硫含量高，导致其灰中Fe2O3含量高达20%～30%，因而其灰熔融性温度就明显降低。其他石炭、二叠纪无烟煤的灰熔融性软化温度（ST）一般都在1350℃以上。总之，灰熔融性温度的高低主要取决于其煤灰的组成成分。如Al2O3含量大于40%的煤灰，其ST几乎都大于1500℃；Al2O3含量大于30%的煤灰，ST也就多在1300℃以上；而Fe2O3和CaO含量高的煤灰，其灰熔融性温度就低，如北京和太西无烟煤灰熔融性温度较低，就是由于其灰中的CaO和Fe2O3含量（由FeCO3转化而来）较高的缘故；但灰中的CaO含量大于40%的无烟煤灰，其ST则就会超过1500℃，这是产生了高熔点单体CaO的缘故。
（2）无烟煤的化学反应特性 无烟煤的化学反应性是表征其在气化和燃烧过程的反应速率，常以煤对CO2的还原率（a）作为评价其反应性好坏的指标。对无烟煤来说，可按1100℃时的反应性来评价，发现以太西侏罗纪无烟煤的反应性最好，其对CO2的还原率a达77.9%，其次为芙蓉矿区（a=75%）。北京侏罗纪无烟煤的变质程度虽然最高，但其反应性却比晋城和阳泉煤矿还高，其1100℃时对CO2的还原率达67.25%，而阳泉煤的a值则低至43.5%，属典型无烟煤的晋城矿区的a值高于阳泉煤而又明显低于北京煤，为50.64%。上述情况表明，似乎是侏罗纪的无烟煤反应性较好，石炭、二叠纪无烟煤的反应性则似乎年轻的比年老的还差，这一现象与侏罗纪无烟煤在成煤初期所受到的不同程度的氧化有关。反应性较高的还有年轻的英岗岭和典型的焦作矿区，a值均在60%以上。a值在40%～50%之间的则有白沙、罗城和南庄等矿区。a值低于40%的还有松藻、红茂和湖南金竹山等矿区。反应性最低的为年轻的荫营无烟煤，其a值仅24.12%。从上述分析统计数据可以看出，无烟煤的反应性变化比较复杂，显然它不完全随着变质程度的升高而降低。
1.3.4 中国主要矿区无烟煤的利用途径
（1）阳泉矿区 阳泉无烟煤挥发分较高，易于点燃，同时发热量高，具有较高的经济价值。因此，阳泉无烟煤大量用于制蜂窝煤和煤球以供民用，远销天津和石家庄等城市的燃料公司。其筛末煤也供燃用无烟煤的电厂和烧结矿用。洗块煤供中小型化肥厂制气生产合成氨用，同时也供立窑烧水泥用。优质洗末煤主要供高炉喷吹使用，宝钢、鞍钢、首钢、宣钢、南钢、唐钢等全国10多个钢铁企业都用阳泉煤喷吹。此外，国内不少机械厂也都采用阳泉块煤作为制发生炉煤气的原料煤，仅华北地区就有天津机车车辆厂、山西机床厂、太钢煤气厂等近10家企业采用阳泉块煤制发生炉煤气用。经过深度减灰后的阳泉无烟煤还可以作为制造活性炭和炭电极、阳极糊等碳素材料的原料。
（2）晋城矿区 根据晋城煤的抗碎强度高、热稳定性和化学反应性较好的特点，其块煤是较为理想的化肥用煤，末煤成型后制成煤球可与块煤按一定比例配合也可作为制造合成氨用。目前许多大中型化肥厂都采用晋城煤作为制造合成氨的原料煤。其洗末煤可作为烧结矿用，其中低灰的洗精末煤可供高炉喷吹使用以代替部分焦炭，如宝钢、马钢、安钢、莱钢、天津铁厂等都采用晋城煤作为高炉喷吹使用，且大部与烟煤混合喷吹，都已取得了较好的效果。此外，晋城块煤也常作为发生炉煤气的原料煤，如洛阳第一拖拉机厂、洛阳耐火材料厂和株洲冶炼厂等的ΦA-21型煤气发生炉都用晋城和焦作等典型无烟煤制造发生炉煤气。
（3）北京矿区 北京矿区的无烟煤由于含碳量高，十分适合于作为民用煤球和蜂窝煤使用。虽然其着火点高，但点燃后，其持续燃烧时间高于阳泉、焦作等其他矿区无烟煤。长沟峪矿的低灰、低硫煤则是较好的高炉喷吹用煤，首钢和太钢都采用该矿煤进行喷吹以代替焦炭。北京无烟煤还适合于立窑烧水泥和石灰等建材工业的燃料，也可供烧结矿和冶炼有色金属使用。此外，北京煤虽不适合于作为工业锅炉燃料，但经过配煤后同样可用于工业锅炉和取暖锅炉，如按神华3/4的不黏煤与北京的1/4年老低挥发分无烟煤配煤可在矿区的锅炉中得到正常燃烧。而且北京煤与河北兴隆的肥煤和蔚县的不黏煤配煤后还远销山东等地，用于工业锅炉燃烧都能得到正常运行。配入北京煤的优点是可以降低燃煤的硫分和灰分，有利于改善大气质量。此外，北京块煤也可用于烤烟等农业加工业。
（4）永夏矿区 永夏矿区的无烟煤经洗选后的优质洗精末煤主要供高炉喷吹使用，目前国内主要供宝钢、马钢、南钢、莱钢和杭钢等的高炉喷吹使用，同时还远销日本、韩国和西班牙等国。如日本的伊滕忠、丸红、NKK、新日铁等钢铁企业和德国的SSM等公司，都进口永城矿区无烟煤用作喷吹。此外，还可供烧结矿使用。块煤则可供合成氨厂造气制氮肥。洗混煤产品则是良好的发电用煤。通过与烟煤配煤后还可作为回转窑（旋窑）烧水泥用，小粒度煤则可单独作为立窑烧水泥的燃料，块煤则可作为石灰窑烧石灰的燃料，也可以用作发生炉煤气的用煤，生产的煤气供钢铁企业和机械厂作为燃料气使用。目前矿区产煤的主要用户是冶金、化工、建材、电厂等企业，还有一部分则就地作为压制民用煤球和蜂窝煤用。
（5）焦作矿区 焦作矿区无烟煤的用途十分广泛。其筛末煤可大量地用作制造民用煤球和蜂窝煤。洗末煤则是钢铁企业的高炉喷吹用煤，也可用于烧结铁矿使用。如朱村洗煤厂的洗精末煤具有低灰、低硫、可磨性好，灰熔融性温度高的优点，供作马钢、梅钢、上钢和武钢等高炉炼铁的喷吹煤以取代大量高价的焦炭。洗块煤可作为合成氨厂的原料。洗粒煤可供立窑烧水泥用，煤泥可制成民用煤球和蜂窝煤。此外，其块煤还是良好的发生炉煤气用煤以供洛阳拖拉机厂等生产燃料气用于机械加工。筛末煤与高挥发分烟煤（平顶山煤）相配还可以作工业锅炉、窑炉燃料。洗末煤还是很好的烧结燃料，可代替焦炭以降低炼铁成本。
（6）宁夏汝箕沟矿区 太西的洗精末煤是国内主要钢铁企业（如鞍钢、酒钢等）的优质高炉喷吹用煤，其置换比（代替焦炭）可达1.0～1.28。用于制造碳素和人造石墨制品以及原子反应堆减速材料。其中常用的是作为石墨化电极的材料、石墨化阳极的材料、高炉炉衬炭块的材料、铝电解槽槽膛的侧炭块和槽底（兼作阴极）用的炭块、生产电极糊的原料。用于制造过滤水的活性滤料，无论是酸性还是碱性溶液，经过处理后，溶液中的CN-、As、Cu、Pb、Zn、总铁、F-和SiO2等离子和重金属等残留物均达到并超过了标准的要求；其破碎率、磨损率、抗碎强度、真相对密度、视相对密度和孔隙度等物理特性也都达到了活性滤料的要求。利用汝箕沟无烟煤经过高温水蒸气和空气处理而制成的炭质吸附剂，作为喷洒农药的“储备器”，对防治马铃薯的晚疫病具有良好的效果，其防治效率达到98%以上。还可作为制造活性炭、制造合成氨的原料。另外，太西无烟煤作为测定我国烟煤黏结指数和罗加指数的专用无烟煤，并已被原国家标准局批准为标准物质，对确定我国煤的牌号具有关键性作用。