工業(yè)分析第四章煤質(zhì)分析

第四章煤質(zhì)分析內(nèi)容4.1概述4.2煤的工業(yè)分析4.2.1水份的測定4.2.2灰分的測定4.2.3揮發(fā)分的測定4.2.4固定碳的測定4.3煤中全硫量的測定

4.4煤發(fā)熱量的測定4.由工業(yè)分析結(jié)果計算煤的發(fā)熱量§4.1

概述◎煤的定義煤是植物遺體覆蓋在地層下，經(jīng)復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)作用，轉(zhuǎn)化而成的固體有機(jī)可燃沉積巖。

一、煤的組成和分類二、煤的分析方法分類

一、煤的組成和分類

1．煤的組成2．煤的分類1．煤的組成

煤的成分主要有各種復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物、水和無機(jī)物。它包含有很多種元素，由可燃物和不可燃物兩部分組成?？扇嘉镏饕ㄓ袡C(jī)質(zhì)和少量的礦物質(zhì)，不可燃物包括水和大部分礦物質(zhì)，象堿金屬、堿土金屬、鐵、鋁等的鹽類。煤的元素組分即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.

碳是組成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。隨著煤化程度的不斷增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超無煙煤，碳含量可超過97%。碳煤的元素組分

即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.

氫是煤中第二個重要的組成元素，它占煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1～6%，越是年輕的煤，其含量也越高。氫煤的元素組分

即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.

氧元素是組成煤有機(jī)質(zhì)的十分重要的元素，越是年輕的煤，氧元素的比例也越大，發(fā)熱量常隨氧元素含量的增高而降低，其含量從1～30%均有。氧煤的元素組分即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.

氮元素在煤中的比例較少，一般為0.5～3%。

氮煤的元素組分

即碳、氫、氧、氮、硫五個元素.

硫元素也是組成煤的有機(jī)質(zhì)的一種常見元素，它在煤中含量的多少，與煤化程度的高低無明顯關(guān)系，其含量從最低的0.1到最高的10%均有。硫2．煤的分類煤的成因分類：按成煤的原始植物進(jìn)行分類的方法；工業(yè)分類或商業(yè)分類：按煤的工業(yè)使用方法分類；煤的科學(xué)分類：按煤的組分結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。我國的分類法是工業(yè)分類法新的煤分類國家標(biāo)準(zhǔn)把我國的煤從褐煤到無煙煤之間又根據(jù)煤化度和工業(yè)利用的特點，共劃分為14個大類和17個小類。

根據(jù)煤的煤化度，將我國所有的煤分為三類：褐煤、煙煤、無煙煤二、煤的分析方法分類煤的分析檢驗，根據(jù)目的不同，一般可分為：1．工業(yè)分析2．元素分析3．其它分析1.工業(yè)分析煤的工業(yè)分析又叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?，是評價煤的基本依據(jù)。

半工業(yè)分析：煤的半工業(yè)分析測定項目主要是水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳含量等4項。

全工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳、發(fā)熱量和硫的測定。

2.煤的元素分析：主要是測定煤中的碳、氫、氧、氮和硫等元素的含量，為煤的科學(xué)分類、合理利用和加工工藝設(shè)計等提供必要的數(shù)據(jù)。元素分析儀3．其它分析

伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取價值的鍺、鎵、鈾、釩、鋁、鉭等常見的稀有元素。煤中的鍺含量在20g?g-1以上時即可計算儲量而有一定的提取價值，鎵含量在50g?g-1以上和鈾含量在300～500g?g-1以上時也有提取價值。有害元素分析。煤中的有害元素種類很多，如硫，磷、氯、砷、氟、鉻、鎘、汞等。硫、磷、氯主要是指工業(yè)利用中對生產(chǎn)有害，后幾種則是對人體和環(huán)境有害，根據(jù)特殊的需要進(jìn)行檢測。

§4.2

煤的工業(yè)分析一、常用的符號和基準(zhǔn)二、水分的測定三、灰分的測定四、揮發(fā)分產(chǎn)率的測定五、固定碳含量的計算一、常用的符號和基準(zhǔn)1．分析項目的名稱及表示符號表1分析試驗項目及符號項目水分灰分揮發(fā)分固定碳發(fā)熱量礦物質(zhì)符號MAVFCQMMC、H、O、N、S及煤灰中化學(xué)成分等仍以元素名稱為代表符號。ashvolatilecompoundfixedcarbonquantityofproducedheatmineralmattermoisture2．存在形態(tài)或操作情況指標(biāo)及符號表2常用指標(biāo)及符號項目外在或游離內(nèi)在全高位低位恒容恒壓符號finhtgrnetvpfreeinherencetotalnether3．各種基準(zhǔn)的表示符號基準(zhǔn)是指煤樣所處的狀態(tài)。用不同狀態(tài)的煤樣分析試驗，將得出不同的結(jié)果，所以基準(zhǔn)又是用以計算和表達(dá)測定值的主要依據(jù)之一。收到基（ar）asreceived空氣干燥基（ad）airdry干基（d）dry干燥無灰基（daf）dryash-free3.1收到基（ar）

就其含義而言，是從收到的一批煤樣中取出具有代表性的煤樣，以此種狀態(tài)的煤樣測定的結(jié)果并以此基表示的值，稱為收到基。

3.2空氣干燥基（ad）是指煤樣所處環(huán)境與水蒸氣壓達(dá)到平衡時的煤樣。在新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：煤樣若在空氣中連續(xù)干燥1小時后質(zhì)量變化不超過0.10%，則認(rèn)為達(dá)到空氣干燥狀態(tài)。3.3干基（d）以無水狀態(tài)的煤樣為標(biāo)準(zhǔn)的分析結(jié)果表示方法。3.4

干燥無灰基（daf）它是以假想的無水無灰狀態(tài)的煤為基準(zhǔn)的分析結(jié)果表示方法。●煤中的水分屬雜質(zhì)組分。在煤的燃燒過程中，水分受熱逸出除降低熱值外還能與燃燒氣中的一些組分互相作用，產(chǎn)生對設(shè)備、管道、觸媒（催化劑）等造成損害的物質(zhì)，如SO2與H2O作用生成H2SO3等。

●因此煤中水分的含量將影響煤質(zhì)的質(zhì)量，是經(jīng)常要進(jìn)行檢驗的項目之一。二、水分的測定（一）煤中水分的存在形態(tài)分為兩類:化合水、游離水1．化合水：以化合方式和煤中礦物質(zhì)結(jié)合的水，即通常所說的結(jié)晶水，例如硫酸鈣（CaSO42H2O）、高嶺土（Al2O32SiO42H2O）中的結(jié)晶水。結(jié)晶水要在200℃以上才能分解析出。2．游離水：

以物理狀態(tài)（如附著、吸附等形式）和煤結(jié)合的水。根據(jù)存在的不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)，分為外在水分和內(nèi)在水分。2.1外在水分（Mf）是指煤在開采、運輸、儲存和洗選過程中潤濕在煤的外表及大毛細(xì)孔（直徑＞10-5cm）中的水分。此水分在空氣中風(fēng)干1-2天就能蒸發(fā)而失去。2.2內(nèi)在水分（Minh）

內(nèi)在水分是指吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部的毛細(xì)孔（直徑＜10-5cm）中的水分。這部分水分較難蒸發(fā)，需要在高于正常沸點的溫度下才能除去。（二）煤中全水分（Mt或Mar

）的測定

煤中全水分的測定有三種方法:

A、B、C按測定的速度來說:方法A為常規(guī)測定法，方法B、C為快速測定法。方法A僅適用于煙煤和無煙煤，并作為測定煙煤和無煙煤水分的仲裁測定方法；方法B和方法C適用于褐煤、煙煤和無煙煤，但以方法B作為測定褐煤全水分的仲裁方法。

稱取樣品500g105-110℃煙煤干燥2-2.5h無煙煤干燥3-3.5h檢查性試驗至恒重稱取樣品500g145±5℃煙煤干燥30min無煙煤干燥1h褐煤干燥1.5h檢查性試驗至恒重145±5℃煙煤干燥30min無煙煤干燥1h褐煤干燥45h檢查性試驗至恒重稱取樣品10-12ABC結(jié)果計算

式中

Mt——煤樣的全水分；

m——煤樣的質(zhì)量，g；

m1——煤樣干燥后減輕的質(zhì)量，g。全水份測定注意問題1.在測定煤樣的全水分以前，應(yīng)仔細(xì)檢查貯存煤樣的容器密封情況，擦凈容器表面，稱量，并與容器標(biāo)簽上所注明的質(zhì)量進(jìn)行核對。

如果煤樣在運送過程中水分有損失，則可按下式求出補正后的煤樣全水分：M1為煤樣在運送過程中水分的損失量（%）

全水份測定注意問題2.全水分測定結(jié)果的允許誤差表3平行測定全水分的允許誤差全水分（Mt，%）平行測定結(jié)果的允許誤差（%）<10≥100.400.50*在同一化驗室進(jìn)行全水分測定時

（三）分析煤樣（空氣干燥基）的水分測定

分析煤樣的水分就是空氣干燥基水分Mad

，測定方法分為常規(guī)方法、快速方法和蒸餾方法三種。

Mad——分析煤樣水分；

m1——分析煤樣干燥后失去的質(zhì)量，g；

m——分析煤樣的質(zhì)量，g。稱取樣品1±0.1g105-110℃煙煤干燥1h無煙煤干燥1-1.5h冷卻檢查性試驗至恒重稱取樣品1±0.1g145±5℃煙煤、無煙煤干燥10min褐煤干燥1h冷卻檢查性試驗至恒重1.常規(guī)測定法（適用于煙煤和無煙煤）2.快速測定法3.蒸餾法(適合褐煤)水的回收曲線如何繪制？三灰分的測定

煤樣在規(guī)定的條件下完全燃燒后所得到的殘留物，稱為灰分。煤的灰分來自煤中的礦物質(zhì)，包括：1、原生礦物質(zhì)2、次生礦物質(zhì)3、外來礦物質(zhì)以高溫灼燒法測定煤中灰分含量時，主要反應(yīng)：

（1）當(dāng)溫度在400oC左右時,主要反應(yīng)：灰分的測定（二）（2）當(dāng)溫度在500oC左右時的主要反應(yīng)：（3）當(dāng)溫度在600oC左右時：（3）當(dāng)溫度高于700oC時：

煤中的堿金屬氧化物和氯化物部分發(fā)生分解，待溫度達(dá)到800oC時分解反應(yīng)基本完成，因此煤的灰分測定溫度規(guī)定為（815±10）oC1．儀器灰皿

長方形灰皿

2．測定過程

稱取分析煤樣10.1g，于已經(jīng)在81510℃灼燒恒量的灰皿中，輕微振動，使樣品分散為均勻的薄層，置溫度低于100℃的高溫爐中。在爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風(fēng)，控制加熱速度，使?fàn)t溫在30min左右緩慢升高至500℃并保持此溫度30min。然后，升高溫度至81510℃，關(guān)閉爐門，在此溫度下繼續(xù)灼燒1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進(jìn)行檢查性灼燒，每次進(jìn)行20min，直到煤樣的質(zhì)量變化小于0.001g時為止，取最后一次質(zhì)量計算。灰分<15%的樣品，可不必進(jìn)行檢查性灼燒。3.計算式中

m——試料的質(zhì)量，g；

m1——灼燒后殘渣質(zhì)量，g。

4．灰分測定的允許誤差

表4灰分測定的允許誤差（%）灰分（%）同一實驗室不同實驗室<1515~30>300.20.30.50.30.50.7四、揮發(fā)分產(chǎn)率的測定

將煤放在與空氣隔絕的容器內(nèi)，在高溫下經(jīng)一定時間加熱后，煤中的有機(jī)質(zhì)和部分礦物質(zhì)分解為氣體釋出，由減小的質(zhì)量再減去水的質(zhì)量即為煤的揮發(fā)分（V）

。

因為煤中可燃性揮發(fā)分不是煤的固有物質(zhì)，而是在特定條件下，煤受熱的分解產(chǎn)物，因此所測的結(jié)果應(yīng)稱為揮發(fā)分產(chǎn)率。三、揮發(fā)分的測定

煤在溫度為（900±10）oC下隔絕空氣加熱7min，以減少的煤的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，減去該煤樣的水分含量（Mad）作為揮發(fā)分產(chǎn)率。

煤的揮發(fā)分產(chǎn)率大致反映了煤的成煤程度，是我國和各國對煤進(jìn)行分類的一項重要指標(biāo)。揮發(fā)分方法原理及要點1．儀器

1.1磨口坩堝1.2高溫爐1.3坩堝架

2．測定過程

稱取分析煤樣10.01g，于已在90010℃灼燒恒量的專用坩鍋內(nèi)，輕敲坩堝使試樣攤平，然后蓋上坩堝蓋，置于坩堝架上，迅速將坩堝架推至已預(yù)先加熱至90010℃的高溫爐的穩(wěn)定溫度區(qū)內(nèi)，并立即開動秒表，關(guān)閉爐門。準(zhǔn)確灼燒恰好7min，迅速取出坩堝架，在空氣中放置5～6min，再將坩鍋置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。計算揮發(fā)分產(chǎn)率。3.計算式中

m——試料的質(zhì)量，g；

m1——樣品加熱后減少的質(zhì)量，g。4．注意事項

4.1當(dāng)打開爐門，推入坩堝架時，爐溫可能下降，但是在3min內(nèi)必須使?fàn)t溫達(dá)到90010℃，否則試驗作廢。4.2從加熱至稱量都不能揭開坩堝蓋，以防焦渣被氧化，造成測定誤差。4.3每次測定后，坩堝內(nèi)常附著一層黑色碳煙，應(yīng)灼燒除去后再使用。

5．測定揮發(fā)分產(chǎn)率的允許誤差

表5揮發(fā)分產(chǎn)率測定的允許誤差揮發(fā)分產(chǎn)率（%）平行測定結(jié)果的允許誤差（%）不同化驗室同一煤樣的測定結(jié)果的允許誤差（%）<1010~45>450.30.51.00.51.01.5五、固定碳含量的計算

固定碳

—是指除去水分、灰分和揮發(fā)分后的殘留物，用符號FCad表示。固定碳的化學(xué)組分，主要是C元素，另外還有一定數(shù)量的H、O、N、S等其它元素。

固定碳含量，一般不直接測定，而是通過計算得到計算FCad=100%-Mad-Aad–Vad

FCd=100%-Ad–Vd

FCdaf=100%-Vdaf§4.3

煤中硫的測定

煤中的硫根據(jù)其存在的形態(tài)分類：

有機(jī)硫無機(jī)硫單質(zhì)硫根據(jù)燃燒性分類：可燃硫：有機(jī)硫、硫鐵礦硫和單質(zhì)硫不可燃硫（固定硫）：硫酸鹽硫

全硫

煤中各種形態(tài)硫的總和叫做全硫，記作St，全硫通常就是煤中的硫酸鹽硫（記作Ss）、硫鐵礦硫（記作Sp）和有機(jī)硫（記作So）的總和，即

St=Ss+Sp+So如果煤中有單質(zhì)硫（記作S），也應(yīng)包含在全硫中。

一般工業(yè)分析中只測全硫，全硫的測定方法有：艾士卡質(zhì)量法、燃燒法、彈筒法等。燃燒法是快速方法，而艾士卡法至今仍是全世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)方法，

艾士卡質(zhì)量法

一．方法要點將煤樣與艾士卡試劑混合灼燒，煤中的硫生成硫酸鹽，以硫酸鋇沉淀質(zhì)量法測定生成的硫酸鹽，再換算出含硫量。艾士卡試劑組成：碳酸鈉和氧化鎂Na2CO3（無水、1份）＋MgO（輕質(zhì)、2份）方法包括煤樣的半熔反應(yīng)、用水浸取、硫酸鋇的沉淀、過濾、洗滌、干燥、灰化和灼燒等過程。

二．基本原理1.半熔反應(yīng)煤樣和艾士卡試劑均勻混合后在高溫下進(jìn)行半熔反應(yīng)，使各種形態(tài)的硫都轉(zhuǎn)化成可溶于水的硫酸鹽。

煤中的硫燃燒分解產(chǎn)生的硫氧化物（SO2、SO3）被艾氏試劑Na2CO3和

MgO吸收而固定下來，生成可溶性硫酸鹽：硫酸鈉、硫酸鎂。煤+空氣=CO2

+H2O+

SO2+SO3

+N2

2SO2+O2+2Na2CO3=

2Na2SO4

+2CO2

SO3+Na2CO3=Na2SO4

+CO2

MgO

作用？

艾士卡試劑中的MgO能疏松反應(yīng)物，使空氣能進(jìn)入煤樣，同時也能與SO2和SO3發(fā)生反應(yīng)。

CaSO4？MeSO4？

不可燃燒又難溶于水的CaSO4，也能同時能和艾士卡試劑作用。難溶于水的硫酸鹽MeSO4和艾士卡試劑中的Na2CO3反應(yīng)如下：

MeSO4+Na2CO3=Na2SO4+MeCO32.熔塊浸取經(jīng)半熔反應(yīng)后的熔塊，用水浸取，Na2SO4都溶入水中。未作用完的Na2CO3也進(jìn)入水中，并部分水解，因此水溶液呈堿性。

3.沉淀、洗滌、灼燒、恒量加入Ba2+后，生成硫酸鋇沉淀：

SO42-+Ba2-=BaSO4

濾出BaSO4沉淀，經(jīng)洗滌、烘干、灰化、灼燒，即可稱量。三．試劑

四．測定方法

熔塊浸取調(diào)整試液酸度灼燒至恒重沉淀過濾洗滌至無氯離子灰化熔樣問題：1.半熔反應(yīng)后若熔塊中有殘?zhí)款w粒，說明什么？2.用水浸取和洗滌熔塊時若水量過多對檢測有何影響？3.濾液為什么要酸化？不酸化對結(jié)果有何影響？4.洗滌沉淀時用什么檢驗有無氯離子？若氯離子沒洗凈對結(jié)果有何影響？5.如何灰化？6.定性濾紙和定量濾紙的區(qū)別是什么？五.結(jié)果計算

m——煤樣質(zhì)量，g；

m1——灼燒后硫酸鋇的質(zhì)量，g；

m2——空白試驗硫酸鋇的質(zhì)量，g；0.1374——由硫酸鋇換算為硫的換算因數(shù)。

六．測定全硫的允許誤差

測定全硫的允許誤差St,ad同一實驗室，%

不同實驗室，%<11~4>40.050.100.200.100.200.30§4.4煤發(fā)熱量的測定

一、發(fā)熱量的定義及單位二、發(fā)熱量的種類和基準(zhǔn)三、煤的發(fā)熱量的測定一、發(fā)熱量的定義及單位煤的發(fā)熱量或熱值是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時（室溫）所放出的熱量，用Q表示。

發(fā)熱量的單位:

J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。過去曾使用卡（cal）作單位，1cal=4.1816J。

二、發(fā)熱量的種類和基準(zhǔn)煤的發(fā)熱量分類：彈筒發(fā)熱量高位發(fā)熱量低位發(fā)熱量1．彈筒發(fā)熱量：（Qb）是指單位質(zhì)量的煤樣在量熱計和彈筒內(nèi)，在過量的高壓氧氣條件下（初始壓力為27～35大氣壓）燃燒后產(chǎn)生的熱量，也就是用彈筒量熱計實測出的熱量。煤中原有的水和氫元素燃燒生成的水冷凝在彈筒中，氮被氧化為NO2或N2O5，硫被氧化為SO3，它們?nèi)苡谒矔a(chǎn)生熱量。因此煤在彈筒中燃燒要比在空氣中燃燒時產(chǎn)生的熱量多，所以又稱為“最高發(fā)熱量”。

2．高位發(fā)熱量（Qgr表示）

高位發(fā)熱量是指煤在大氣中燃燒時產(chǎn)生的熱量，此時煤中的硫只生成SO2，氮是游離狀態(tài)N2，水呈液態(tài)冷凝（常溫約25℃）。

3．低位發(fā)熱量（Qnet）

低位發(fā)熱量是指煤在工業(yè)窯爐中燃燒時所產(chǎn)生的熱量。煤在工業(yè)窯爐中燃燒時，煤中水分和氫生成的水蒸汽隨煙道氣進(jìn)入大氣中（假設(shè)燃燒產(chǎn)物中的水成20℃水蒸氣狀態(tài)），此時燃料燃燒放出的熱量一部分被水氣化所吸收，故熱值降低。

4．常用的表示方法

除了介紹過的三種發(fā)熱量，煤的分析又有五種不同的基準(zhǔn)。因此煤的發(fā)熱量就可以有十五種不同的表示方法，但其中有些表示方法的實際應(yīng)用意義不大。常用的有下列五種：4.1空氣干燥基彈筒發(fā)熱量，Qb,ad；4.2空氣干燥基高位發(fā)熱量，Qgr,ad；4.3干基高位發(fā)熱量，Qgr,d；4.4干燥無灰基高位發(fā)熱量，Qgr,daf；4.5收到基低位發(fā)熱量，Qne