5煤质分析

第五章煤质分析§5.1概述§5.2煤的工业分析§5.3煤中硫的测定§5.4煤发热量的测定一、煤的组成和分类二、煤的分析项目§5.1概述煤包含有很多种元素，由可燃物和不可燃物两部分组成。可燃物主要包括有机质和少量的矿物质;不可燃物包括水和大部分矿物质，象碱金属、碱土金属、铁、铝等的盐类。一、煤的组成和分类煤的元素组分即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。碳氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为1～6%，越是年轻的煤，其含量也越高。氢氧氧元素是组成煤有机质的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从1～30%均有。氮元素在煤中的比例较少，一般为0.5～3%。氮硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。硫煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤；只有碳含量在84～88%，氢含量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。煤的分类煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。炼焦用煤：结焦性好或粘结性好的煤。合成氨厂：热稳定性好的无烟块煤。动力用煤：挥发分和发热量都高的煤的。煤的成因分类：腐泥煤腐殖煤陆殖煤残殖煤泥炭褐煤烟煤无烟煤按煤的成因分类按成煤的原始植物进行分类的方法；常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤分为三个小类：年老无烟煤、典型无烟煤、年轻无烟煤，主要是按照各小类工艺利用特性的不同而划分。划为2个小类：年老褐煤和年轻褐煤，也是根据其性质和利用特征不同而划分的。无烟煤褐煤贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤共12个煤类。烟煤工业分析元素分析物理性能测定工艺性能测定煤灰成分分析二、煤的分析项目工业分析煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤的基本依据。它包括煤的水分、灰分、挥发分产率和固定碳四个项目的测定。通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。主要测定煤中碳、氢、氧、氮、硫等元素，了解煤的元素组成。元素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据。在工业上，是计算发热量、计算热量平衡的依据。元素分析（1）粘结性和结焦性指数（2）发热量和燃点（3）反应性（4）煤灰熔融性和结渣性煤的工艺性质煤的一定化学组成和分子结构的外部表现。包括：颜色、光泽、密度、硬度、脆度、断口及导电性等。可以作为初步评价煤质的依据。煤的物理性质煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰分。灰分是由SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等成分组成。在煤的工业分析中，只测定灰分的产率，而不测定灰分的成分。煤灰成分分析§5.2煤的工业分析一、常用的符号和基准二、水分的测定三、灰分的测定四、挥发分产率的测定五、固定碳含量的计算表1分析试验项目及符号项目水分灰分挥发分固定碳发热量矿物质符号MAVFCQMMC、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。ashvolatilecompoundfixedcarbonquantityofproducedheatmineralmattermoisture一、常用的符号和基准表2常用指标及符号项目外在或游离内在全高位低位恒容恒压符号finhtgrnetvpfreeinherencetotalnether基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤样分析试验，将得出不同的结果收到基（ar）asreceived空气干燥基（ad）airdry干基（d）dry干燥无灰基（daf）dryaf干燥无矿物质基（dmmf）mineralmattertree收到基（ar）是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样，以此种状态的煤样测定的结果，称为收到基。空气干燥基（ad）是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样。在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥1小时后质量变化不超过0.10%，则认为达到空气干燥状态。以无水状态的煤样为标准的分析结果表示方法。它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果表示方法。干基（ar）干燥无灰基（ar）二、水分的测定煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。煤中水分含量越多，有用成分减少，发热量降低。煤中水分的存在形态煤中全水分（Mt）的测定分析煤样的水分测定煤中水分的存在形态以化合方式和煤中矿物质结合的水，即通常所说的结晶水，例如硫酸钙CaSO42H2O、高岭土（Al2O32SiO42H2O）中的结晶水。结晶水要在200℃以上才能分解析出。化合水游离水1、外在水分（Mf）是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔（直径＞10cm）中的水分。2、内在水分（Minh）内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径＜10cm）中的水分。这部分水分较难蒸发。以物理状态（如附着、吸附等形式）和煤结合的水。根据存在的不同结构状态，分为煤中全水分（Mt或Mar）的测定煤中全水分的测定有三种方法:A、B、C、D方法A（通氮干燥法）方法B（空气干燥法）方法C（微波干燥法）方法D（一步法、两步法）测定方法干燥并称量过的称量瓶迅速称取10～12g粒度小于6mm的煤样通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中取出，放入干燥器中，冷却到室温后称量，进行检查性干燥，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g为止结果计算mmM1t式中Mt——煤样的全水分；m——煤样的质量，g；m1——煤样干燥后减轻的质量，g两步法计算inhfftMMMM100100Mt——煤样的全水分，%；Mf——煤中外在水分，%；Minh——煤样的内在水分，%。分析煤样的水分测定分析煤样的水分就是空气干燥基水分Mad，测定方法分为常规方法、快速方法和蒸馏方法三种。方法A（通氮干燥法）方法B（空气干燥法）方法C（甲苯蒸馏法）测定方法干燥并称量过的称量瓶迅速称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1.0g，精确至0.0002g通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中取出，放入干燥器中，冷却到室温后称量，进行检查性干燥，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g为止结果计算%mmMad1001Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；m1——煤样干燥后失去的质量，g；m——煤样的质量，g。甲苯蒸馏法蒸馏装置示意图100mVρMadMad——空气干燥煤样的水分含量，%；V——由回收曲线图上查出的水的体积，mL；ρ——水的密度，20℃时取1.00g/mL；m——煤样的质量，g。煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质（除水分以外的所有无机质的总称）在一定温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣，用符号A表示。灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率”。三、灰分的测定灰化仪器－长方形灰皿测定灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1）g（精确至0.0002g）取出，放入干燥器中，冷却到室温后称量，进行检查性干燥，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g为止箱形电炉中，在不少于30min内将炉温缓慢上升至500℃，保持30min。继续升到（815±10）℃，灼烧1h。1、缓慢灰化法测定注意事项在测定灰分的温度下，煤中矿物质许多组分都发生了变化。减少SO2被CaO固定在灰中，应采取了以下措施①炉后装有25~30mm的烟囱②煤样在100℃以下送入高温炉中，并在半小时内缓慢升至500℃，并保温30min。③煤样在灰皿中厚度＜0.15g/cm22、快速灰化法（1）方法A灰皿放在预先加热至（815±10）℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动送入仪器内完全灰化快速灰分测定仪1-管式电炉；2-传送带；3-控制仪（2）方法B盛有煤样的灰皿预先分排放在耐热瓷板或石棉板上由炉外逐渐送入预先加热至（815±10）℃的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒定。计算%1001mmAadAad——空气干燥煤样的灰分产率，%；m1——残留物的质量，g；m——煤样的质量，g。在隔绝空气，经高温加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V表示。四、挥发分产率的测定1、磨口坩埚坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。测定挥发分坩埚带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在90010℃范围内。2、高温炉坩埚架用镍铬丝制成，大小应与炉内90010℃稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离20～30mm。3、坩埚架方法灼烧至质量恒定的盖瓷坩埚，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.01）g（精确至0.0002g）迅速将放有坩埚的架子送入预先加热至920℃左右的马弗炉内，准确加热7min。从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后称量。注意事项必须严格控制试验条件，尤其是加热温度和加热时间。坩埚从马弗炉取出后，在空气中冷却时间不宜过长，，以防焦渣吸水。褐煤、长焰煤水分和挥发分很高，应将煤样压成饼，使试样紧密可减缓挥发分的释放速度计算adadMmmV1001Vad——空气干燥煤样的挥发分产率，%；m1——煤样加热后减少的质量，g；m——煤样的质量，g；Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；固定碳—是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物，用符号FCad表示。固定碳的化学组分，主要是C元素，另外还有一定数量的H、O、N、S等其它元素。五、固定碳含量的计算空气干燥基固定碳含量是某些工业用煤的一个重要指标，如对合成氨用煤，要求FCad＞65%。固定碳含量，一般不直接测定，而是通过计算得到FCad=100-（Mad+Aad+Vad）FCad——空气干燥煤样的固定碳含量，%；Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；Aad——空气干燥煤样的灰分含量，%；Vad——空气干燥煤样的挥发分含量，%。FCad=100%-Mad-Aad–VadFCd=100%-Ad–VdFCdaf=100%-Vdaf六、不同基准分析结果的换算干基=空气干燥基-空气干燥基水分干燥无灰基=空气干燥基-空气干燥基水分-空气干燥基灰分煤的干燥无灰基组成不受水分和灰分的影响。因此煤矿的煤质资料常以此基组成表示。而实际使用时则为收到基。因此，不同基准时的组成需要进行换算.换算关系换算系数是由物料平衡关系计算得到的例如空气干燥基与干燥无灰基的转换:设已知Vdaf、Mad、Aad，求Vad解：计算基准：100kg的空气干燥基煤折合成干燥无灰基煤100-（Mad+Aad）kg，但含挥发分的绝对量相等，即：空气干燥基挥发分含量=干燥无灰基挥发分量故：100×Vad=[100-(Mad+Aad)]×Vdaf∴Vdaf=Vad[100-（Mad+Aad）]／100例：煤的工业分析结果如下：空气干燥基的水分Mad=1.76%灰分Aad=23.17%，挥发分Vad=8.59%计算：（1）干基的灰分Ad=?（2）干燥无灰基的挥发分Vdaf=？例题：解：adadd100100MAA%59.2376.1100100%17.23)(100100adadaddafAMVV%44.11)17.2376.1(10