第五章煤的工业分析

第五章煤的工业分析一、煤的工业分析包括四个试验项目：煤中水分的测定;煤的灰分测定;煤的挥发份测定;固定碳含量的计算。第五章煤的工业分析二、工业分析的目的：煤的工业分析方法是了解煤的实用性的最基本，最简单的分析试验方法，根据测试数据可以初步判断煤的性质、种类和加工利用效果及其工业用途。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定一、煤中水分对煤的利用和煤质的影响煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。1.降低煤的发热量2.延长炼焦时间3.增加了运输成本第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定一、煤中水分的来源煤中水的来源有三方面：1.成煤环境中的水2.煤层形成后，地下水渗入3.煤被开采（喷水除尘、地下水涌出）、洗选加工和储运过程中（雨雪），直接接触水或吸附空气中的水分。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定二、煤中水的分类1.按照水在煤中的存在形态（或结合状态）分类：(1)游离水游离水是以物理或物理化学方式与煤结合的水。它存在于煤粒表面的内部毛细裂隙以及空穴中。(2)化合水化合水是以化合方式与煤中的某些矿物质结合的水。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定二、煤中水的分类2.按实际应用的需要而分类(1)外在水是指在一定的环境温度和湿度下，煤与空气达到湿度平衡时，煤失去的那一部分水，即煤达到空气干燥状态时失去的水。(2)内在水是指失去外在水后，仍留存于煤中的水。即煤在空气干燥状态时所含有的水。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法在煤炭的工业利用和贸易方面对于煤中水分的测定，通常是测定空气干燥状态煤的水分Mad（即内在水分）和煤的全水分Mt。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法煤中水分测定方法较多，大多数都是简便的“加热干燥失重法”（间接测定法）。其基本原理是将已知重量的煤样，在一定温度下干燥一定时间至恒重，根据煤样减轻的重量（失重）计算出水分（%）。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法1.煤中全水分的测定（GB/T211）煤的全水分测定方法，GB/T211规定有下列三种方法：(1)A法（两步法）(2)方法B(一步法)(3)方法C(微波干燥法)第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法1.煤中全水分的测定（GB/T211）（1）A法（两步法）两步法的步骤：第一步测定外在水，第二步测定内在水。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法1.煤中全水分的测定（GB/T211）（1）A法（两步法）操作要点：在氮气或空气流中，一定量的粒度＜13mm的煤样，在温度不高于40℃的环境下干燥到质量恒定，再将煤样破碎到粒度＜3mm，于(105～110)℃下，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样两步干燥后的质量损失计算出全水分。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法1.煤中全水分的测定（GB/T211）(1)A法（两步法）结果计算第一步外在水分：第二步内在水分：全水分：100mmM23inhinhftMMMM100100f1001mmMf第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法1.煤中全水分的测定（GB/T211）(2)B法（一步法）在氮气或空气流中，称取一定量的粒度＜6mm(空气流中可以采用＜13mm或＜6mm)的煤样，于(105～110)℃下，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。结果计算式%1001mmMt第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法1.煤中全水分的测定（GB/T211）(3)C法（微波干燥法）适用于烟煤、褐煤的全水分测定。方法提要：称取10~12g粒度6mm煤样，置于微波干燥水分测定仪内，在微波发生器的交变电场作用下，煤中水分子因自身高速震动产生摩擦热而迅速蒸发，然后根据干燥后的重量损失计算出全水分。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法2.空气干燥煤样水分的测定空气干燥煤样水分（Mad）的测定方法，GB/T212中规定了三种方法：(1)A法（通氮干燥法）(2)B法（空气干燥法）(3)C法（微波干燥法）第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法2.空气干燥煤样水分的测定(1)A法（通氮干燥法）称取—定量的一般分析试验煤样，置于(105～110)℃的干燥箱中，在干燥氮气流中干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法2.空气干燥煤样水分的测定(2)B法（空气干燥法）称取—定量的一般分析试验煤样，置于(105～110)℃的鼓风干燥箱内，于空气流中干燥到质量恒定，根据煤样的质量损失计算出水分的质量分数。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法2.空气干燥煤样水分的测定(3)C法（微波干燥法）称取一定量的一般分析试验煤样，置于微波水分测定仪内，炉内磁控管发射非电离微波，使水分子超高速振动，产生摩擦热，使煤中水分迅速蒸发，根据煤样的质量损失计算水分的质量分数。第五章煤的工业分析第一节煤的水分及其测定三、煤中水分的测定方法2.空气干燥煤样水分的测定结果结算100mmM1ad第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分1.煤中的矿物煤中矿物质，是存在于煤中的除水分之外的全部无机物质的总称。(1)煤中矿物质按化学组成分类粘土类矿物第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分1.煤中的矿物(1)煤中矿物质按化学组成分类硫化物矿物第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分1.煤中的矿物(1)煤中矿物质按化学组成分类硫酸盐矿物如，石膏CaSO4.2H2O，重晶石BaSO4，水铁矾FeSO4.H2O，芒硝NaSO4.10H2O氯化物矿物如，岩盐NaCl，钾盐KCl第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分1.煤中的矿物(1)煤中矿物质按化学组成分类碳酸盐矿物如，方解石CaCO3，菱铁矿FeCO3，铁白云石(Ca/Fe/Mg)CO3氧化物、氢氧化物矿物如赤铁矿Fe2O3，磁铁矿Fe3O4，褐铁矿FeO.OH.nH2O第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定1.煤中的矿物(1)煤中矿物质按化学组成分类结构矿物质与煤中有机质分子结合的无机元素，主要是以钙、钠或其他碱金属、碱土金属的羧基盐等存在于煤中。由于它们参与煤的分子结构中，所以一般称为“结构矿物质”。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分1.煤中的矿物(2)按煤中矿物质的来源分类内在矿物：原生矿物、次生矿物外来矿物：外来矿物质，是指在采煤过程中混入煤中岩石。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分2.煤的灰分(1)定义煤的灰分，是指煤在规定条件下完全燃烧时，煤中矿物质经过一系列分解、化合等复杂反应而形成的固态残留物。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分2.煤的灰分(2)燃烧时，煤中矿物质发生的主要反应有：脱水反应OH2OAlSiO2OH2OAlSiO223222322OH2CaSOOH2CaSO2424第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分2.煤的灰分(2)燃烧时，煤中矿物质发生的主要反应有：氧化反应23222SO8OFe2O11FeS4322SO2OSO2第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分2.煤的灰分(2)燃烧时，煤中矿物质发生的主要反应有：热分解反应23COCaOCaCO第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分2.煤的灰分(2)燃烧时，煤中矿物质发生的主要反应有：化合反应43CaSOSOCaO32CaSiOSiOCaO第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定一、煤中矿物质和煤的灰分2.煤的灰分(3)根据灰分产率用经验公式估计出，煤中矿物质的含量pSAMM5.010.1第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定二、灰分的测定方法1、方法要点及原理：一定量的空气干燥煤样放入箱式电炉（马弗炉或灰分测定仪）中，以一定的升温速度加热到815±10℃，煤被灰化，残留物并灼烧到重量恒定。最后以残留物的重量占煤样重量的百分数作为煤的灰分产率。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定二、灰分的测定方法2、测定方法GB/T212规定的灰分测定方法有：(1)缓慢灰化法（简称慢灰法）用于仲裁灰分测定结果，以及核对快灰法的误差。(2)快速灰化法（简称快灰法）适用于选煤厂生产检查，但需要经慢灰法反复核对，证明其误差不大时方可使用。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定二、灰分的测定方法2、测定方法(1)慢灰法称1g一般分析试验煤样，放入低于100℃的马弗炉中，在30min时间内升温至500℃，在此温度下保温30min，再升至(815±10)℃，烧1h至质量恒定。以灰渣的质量占煤样质量的百分数为灰分产率。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定二、灰分的测定方法2、测定方法(2)快灰法将装有煤样的灰皿放在预先加热到(815±10)℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动按一定程序送入仪器中完全灰化，然后送出。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定三、影响灰分测定值的主要因素1.黄铁矿等硫化物矿物的氧化程度；4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2↑2.碳酸盐矿物的热分解程度；CaCO3→CaO+CO2↑3.固定在灰渣中的硫的多少；2CaO+2SO2+O2→2CaSO4，2CaCO3+2SO2+O2→2CaSO4+2CO2第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定四、采取哪些措施降低灰分测定值影响因素的负面影响？1.采用慢灰法2.使炉内有良好的通风状态3.灰皿中的煤样要均匀摊开，不应厚度不一。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定五、快灰与慢灰对对比通常，对同一煤样快灰法的测值偏高于慢灰法的测值。这是由于快灰法是将煤样直接送入炉温已达800℃以上的马弗炉炉膛内，煤中硫化物矿物的氧化反应和碳酸盐的分解反应几乎同时发生，因此大量的SO2和CaO（以及尚未分解的吸收CaCO3）化合生成CaSO4，从而导致灰分测值偏高，尤其是硫化物矿物和碳酸盐矿物含量高的煤。第五章煤的工业分析第二节煤的灰分测定六、灰分计算七、精密度%100mmA1ad第五章煤的工业分析第三节煤的挥发份测定一、什么是煤的挥发份煤的挥发份是煤样在规定条件下隔绝空气加热，煤中有机质热分解生成的气态物质的产率（占煤样重量的百分数）。挥发份是煤中有机质的热分解产物，不是煤中固有的挥发性物质。第五章煤的工业分析第三节煤的挥发份测定二、测定煤的挥发份的意义挥发分是煤分类的主要指标，根据挥发分产率可以大致判断煤的变质程度；根据挥发分产率和焦渣特征可初步判断煤的加工利用性质和热值的高低；挥发份是国际煤炭分类的重要指标。第五章煤的工业分析第三节煤的挥发份测定三、煤的挥发份测定方法和测值计算1.方法提要将装有空气干燥煤样的专用坩埚放入900±10℃的马弗炉内隔绝空气加热7min。取出坩埚，冷却至室温，称重。以煤样的重量损失占煤样重量百分数作为煤的挥发份产率。第五章煤的工业分析第三节煤的挥发份测定三、煤的挥发份测定方法和测值计算2.测值的计算(1)水分校正由于在加热过程中，煤中游离水会气化成气态水蒸气，但它不是煤中有机质热分解产物，应予以扣除，即“水分校正”。adadMmmV%1001第五章煤的工业分析第三节煤的挥发份测定三、煤的挥发份测定方法和测值计算2.测值的计算(2)CO2校正除了水分不是煤的挥发份之外，煤在被隔绝空气加热过程中，煤中的碳酸盐矿物也会热分解放出CO2，它不是煤中有机质的热分解气态物质，因此在计算挥发份测值时，也予以扣除，否则会使测值