ارزش گرمایی یا حرارتی زغال سنگ معیاری از محتوای انرژی حرارتی است و نشان دهنده حرارت حاصل از احتراق کربن، هیدروژن، نیتروژن و گوگرد موجود در ماده آلی و گوگرد پیریتی است که به دو صورت قابل تعیین است: ارزش حررتی خالص (NCV) یا ارزش حرارتی پایین‌تر  (LHV) و ارزش حرارتی ناخالص (GCV) یا مقدار حرارت بالاتر (HHV). ارزش حرارتی در آزمایشگاه‌ها معمولا به صورت GCV بیان می­شود. تفاوت بین GCV  و NCV گرمای نهان چگالش بخار آب تولید شده در طول فرآیند احتراق است.GCV  نشان می­دهد که تمام بخار تولید شده در طول فرآیند احتراق به طور کامل متراکم شده است. در صورتی که ارزش حرارتی خالص (NCV) مد نظر باشد با تصحیحی مقدار آن گزارش می‌شود. NCV نشان می­دهد که آب با محصولات احتراق بدون متراکم شدن کامل حذف می­شود. بنابراین مقدار NCV کم تر از GCV است و هنگامی که GCV تعیین شد،NCV  (یعنی ارزش گرمایی خالص) را می­توان از GCV محاسبه کرد. محاسبه بدین صورت است که داده‌ها را از یک مقدار ناخالص در حجم ثابت به یک مقدار خالص در فشار ثابت کاهش دهیم.  بنابراین، تفاوت بین GCV و NCV از این قرار است:

.NCV(Btu∕lb) = GCV – (1030 × total hydrogen × ۹) ∕۱۰۰

برای یکسان سازی همه اثرات، ارزش گرمایی زغال سنگ باید بر اساس NCV مقایسه شود. برای آنالیز زغال سنگ، ارزش حرارتی در یک بمب کالریمتری به روش استاتیک (ایزوترمال یا هم دما) و یا به روش آدیاباتیک تعیین می­شود.

بمب کالریمتری مناسب‌ترین و دقیق ترین دستگاه برای تعیین ارزش حرارتی سوخت‌های جامد و مایع است.

ارزش گرمایی نه بخشی از آنالیز تقریبی است و نه بخشی از آنالیز عنصری زغالسنگ به حساب می­آید. در واقع یکی از خواص فیزیکی زغال سنگ است و به همین دلیل، اغلب در بخش­های مختلفی که با خواص فیزیکی زغال سنگ سر و کار دارند، یافت می­شود. واحد سنجش ارزش حرارتی، کالری بر گرم است که با واحدهای جایگزین دیگر نیز بیان می‌شود.

(۱.۰ kcal/kg = 1.8 Btu/lb. = 4.187 kJ/kg)

در شکل ۱ ارزش حرارتی زغال­های مختلف بر حسب BTU گزارش شده است. روش­های استاندارد رایج برای تعیین ارزش حرارتی عبارتند از:

ASTM D121, ASTM D2015, ASTM D3286, ASTM D5865, ISO 1928

شکل ^۱۱

ارزش گرمایی زغال سنگ بسته به خاکستر، رطوبت و نوع زغال سنگ به طور قابل توجهی تغییر می­کند. برای تمام اندازه­گیری‌های ارزش حرارتی، احتیاط در طول آماده سازی نمونه ضروری است زیرا اکسیداسیون زغال سنگ پس از نمونه برداری می­تواند منجر به کاهش ارزش حرارتی شود. به طور خاص، نمونه­های زغال سنگ با رتبه پایین مثل لیگنیت و شبه بیتومینه ممکن است اثرات اکسیداسیون بیشتری را نسبت به نمونه‌های زغال سنگ رتبه بالاتر تجربه کنند. بنابراین از قرار گرفتن غیرضروری نمونه‌ها در معرض هوا تا به هنگام نمونه برداری یا تاخیر در آنالیز باید اجتناب شود.

ارزش گرمایی زغال سنگ یک ویژگی بسیار مهم است. برای مثال، می­توان از آن برای محاسبه ارزش حرارتی در مقابل مقدار گوگرد استفاده کرد تا مشخص شود که آیا زغال سنگ الزامات قانونی برای سوخت­های صنعتی را برآورده می­کند یا خیر. همچنین می­تواند برای ارزیابی اثربخشی فرآیندهای فرآوری مورد استفاده قرار گیرد.

GCV  می­تواند برای طبقه بندی زغال سنگ مورد استفاده قرارگیرد. زیرا ارزش حرارتی زغال سنگ تابعی از درجه آن است و طبقه بندی استاندارد زغال سنگ‌ها براساس درجه زغال شدن آن‌ها به ترتیب صعودی از لیگنیت به آنتراسیت از مولفه ارزش گرمایی استفاده می­کند (ASTM D388). مقدار کربن و GCV از طریق فرآیند زغالی شدن افزایش خواهد یافت. GCV به عنوان فاکتور درجه بندی زغال سنگ به ترکیب ماسرال و معدنی زغال سنگ بستگی دارد. همبستگی متقابل بین آنالیز زغال سنگ و GCV نشان می‌دهد که افزایش ماده معدنی و مقدار لیپتینایت در زغال سنگ می‌تواند باعث کاهش مقدار GCV شود و مقدار ویترینایت و اینرتینایت بالاتر موجود در زغال سنگ می‌تواند منجر به GCV بالاتر شود. در نتیجه آنالیز پتروگرافی زغال سنگ می‌تواند به عنوان فاکتوری کیفی برای پیش بینی مقدار GCV مورد استفاده قرار گیرد.

استاندارد درجه بندی زغالسنگ بر اساس ارزش حرارتی خالص (NCV) :^۶

کاربرد انواع زغالسنگ:

آنتراسیت برای مصارف سوخت (بدون دود) بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بیتومینه می‌تواند برای کاربردهای حرارتی یا متالورژیکی مورد استفاده قرار گیرد.

شبه بیتومینه بیشتر در نیروگاه ها جهت تولید برق استفاده می‌شود.

^:References

1. ^{Handbook of Coal Analysis by JAMES G. SPEIGHT}
2. ^{The Chemistry and Technology of Coal by JAMES G. SPEIGHT}
3. ^{Given PH, Weldon D, Zoeller JH. Calculation of calorific values of coals from ultimate analyses: Theoretical basis and geochemical implications. Fuel 1986; 65:849–۵۴}
4. ^{Hower, J. C., and C. F. Eble. 1996. Coal quality and coal utilization. Energy Miner. Div. Hourglass 30: 1–۸}
5. ^{Chehreh Chelgani, S., B. Hart, W. C. Grady, and J. C. Hower. 2011c. Study relationship between inorganic and organic coal analysis with gross calorific value by multiple regression and ANFIS. International Journal of Coal Preparation and Utilization 31 (1):9–۱۹}
6. ^{https://www.engineeringtoolbox.com/coal-heating-values-d_1675.html}