煤的工業(yè)分析及其重要性

1、煤的工業(yè)分析及其重要性徐鵬飛（化學(xué)與化工系 應(yīng)用化工專業(yè) 2009322039）摘要 文章介紹了煤的工業(yè)分析方法的要點，煤的工業(yè)分析，可真實反映煤質(zhì)特性、正確評價煤質(zhì)。根據(jù)工業(yè)分析各項測定結(jié)果，可初步判斷煤的性質(zhì)、煤種及各種煤加工利用效果與工業(yè)用途。關(guān)鍵詞 工業(yè)分析；水分；灰分；揮發(fā)度；粘結(jié)指數(shù)；奧亞膨脹度；重要性概述煤的工業(yè)分析，又叫煤的技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?，是評價煤質(zhì)的基本依據(jù)，是了解煤質(zhì)特性的重要指標(biāo)。根據(jù)工業(yè)分析測定的煤中水分、灰分、揮發(fā)分、粘結(jié)指數(shù)及奧亞膨脹度的計算結(jié)果，可初步判斷煤的性質(zhì)、種類、各種煤的加工利用效果及其工業(yè)用途。1 煤的水分煤的水分，是煤炭計價中的一個輔助指標(biāo)。煤的水

2、分直接影響煤的使用、運輸和儲存。11煤中游離水和化合水煤中水分按存在形態(tài)的不同分為兩類，即游離水和化合水。游離水是以物理狀態(tài)吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)管中和附著在煤顆粒表面的水分；化合水也叫結(jié)晶水，是以化合的方式同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的水。煤的工業(yè)分析中只測試游離水，不測結(jié)晶水。12煤的外在水分和內(nèi)在水分煤的游離水分又分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分，是附著在煤顆粒表面的水分。外在水分很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發(fā)，蒸發(fā)到煤顆粒表面的水蒸氣壓與空氣的濕度平衡時就不再蒸發(fā)了。內(nèi)在水分，是吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔中的水分。內(nèi)在水分需在100以上的溫度經(jīng)過一定時間才能蒸發(fā)。13煤中水分隨煤的變質(zhì)程度加深而成規(guī)律性

3、變化，見表1。這樣可以根據(jù)煤中水分與煤的變質(zhì)程度的關(guān)系，由煤的水分含量大致推斷煤的變質(zhì)程度。14 煤中水分的重要性1)煤質(zhì)分析中，煤的水分作為不同基礎(chǔ)煤質(zhì)分析結(jié)果換算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2)煤中水分可作為煤質(zhì)加工利用時加氫液化、加氫氣化的供養(yǎng)體。 3)煤中水分對其加工利用、貿(mào)易和儲運都有很大影響： a)鍋爐燃燒中，水分高會影響燃燒穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)。b)煉焦中，水分高會降低焦炭產(chǎn)率，而且由于水分大量蒸發(fā)帶走熱量而延長焦化周期。c)煤炭貿(mào)易中，煤的水分是一個重要的計質(zhì)計量指標(biāo)。 由此可見，水分無論在煤的基礎(chǔ)理論研究和加工利用中都具有重要作用，水分測定結(jié)果是一項重要的煤質(zhì)指標(biāo)。2 煤的灰分 煤的灰分不是煤中

4、固有的成分，而是煤在規(guī)定條件下完全燃燒后的殘留物，是煤中礦物質(zhì)在一定條件下經(jīng)一系列分解、化合等復(fù)雜反應(yīng)而形成的，是煤中礦物質(zhì)的衍生物。煤的灰分產(chǎn)率雖是常規(guī)的工業(yè)分析的指標(biāo)，但卻是進(jìn)行煤質(zhì)評價、加工利用、貿(mào)易計價等重要的最基礎(chǔ)指標(biāo)。21灰分產(chǎn)率的測定煤的灰分產(chǎn)率的測定應(yīng)嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)GB212煤的工業(yè)分析方法規(guī)定的程序和方法進(jìn)行。方法提要如下：稱取一定量的空氣干燥煤樣，放人馬弗爐中，以一定的速度加熱到(81510)，灰化并灼燒到質(zhì)量恒定。以殘留物的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為煤樣的灰分。22影響灰分產(chǎn)率測定的因素1)溫度高低及其控制。要使煤樣在規(guī)定的溫度及時間控制下實現(xiàn)完全燃燒，溫度是主要影響因素

5、。要保證馬弗爐內(nèi)的工作溫度在30 min的時間內(nèi)由低于100緩慢升溫至500并在此溫度下保持30 min，然后又繼續(xù)升溫到(81510)。這一階段是非常關(guān)鍵的階段，在該階段有機質(zhì)可以完全燃燒，所殘留的灰的變化卻不同：在815條件下，能使碳酸鹽完全分解而硫酸鹽不會分解。但如果測定溫度在1 000以上硫酸鹽就會開始分解，當(dāng)超過1 300以后灰中的碳酸鹽會全部分解。2)升溫速率的控制及溫度停留時間的控制。為了測得可靠的灰分產(chǎn)率，就必須使黃鐵礦氧化完全，碳酸鹽分解完全，但又要阻止黃鐵礦氧化生成三氧化硫后和碳酸鹽分解生成的氧化鈣間的反應(yīng)，或使該反應(yīng)能降低到最低程度，升溫速率的控制及溫度停留時間的控制應(yīng)充

6、分達(dá)到方法標(biāo)準(zhǔn)的要求。因為在加熱初期，煤樣升溫的速度直接影響煤灰中被固定下來硫的多少。 3)樣品稱量準(zhǔn)確度的影響。要得到準(zhǔn)確度高的灰分測值，煤樣的稱量也很重要。首先，天平的精度及其準(zhǔn)確可靠性必須經(jīng)過專業(yè)部門的檢定。稱量樣品時應(yīng)做到準(zhǔn)確、快捷。其次，稱樣量應(yīng)符合規(guī)范，不應(yīng)過少或過多。稱樣量過少會使其樣品代表性變差；稱樣量過多又會使灰皿底部平攤的煤樣過厚，不易燒透，灰分測值偏高。4)入爐灰化后殘渣的吸水性影響。灼燒后的殘渣(煤灰)會吸收空氣中的水分，特別是在潮濕的天氣或在濕度大的環(huán)境中測試時。因此煤灰從馬弗爐中取出后放置在空氣中時間的長短，對灰分測定準(zhǔn)確度也有一定的影響。23針對影響因素應(yīng)采取的經(jīng)

7、驗措施1)加熱初期由常溫升至500的時問段，其升溫時間應(yīng)盡量控制在3040 min左右。所使用的馬弗爐應(yīng)帶有煙囪，以利通氧及排出分解的二氧化硫。2)根據(jù)GB212的規(guī)定，應(yīng)稱取粒度小于02 mm的空氣干燥煤樣，控制其稱樣量為(101)g，并盡量均勻攤平在灰皿底部，使其每平方厘米的質(zhì)量不超過015 g。3)經(jīng)過灼燒灰化后的煤灰可先行在空氣中冷卻5 min左右，之后要盡快移人干燥器中，再冷卻至室溫，繼而進(jìn)行稱量。4)爐溫的專業(yè)校準(zhǔn)應(yīng)每年定期校準(zhǔn)一次，其間如果更換了工作熱電偶或更換加熱件后則應(yīng)重新對爐溫進(jìn)行校準(zhǔn)。煤中的灰分的測定雖不復(fù)雜，但該項指標(biāo)非常重要，只有嚴(yán)格遵照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范人員的各項操作，并

8、做好儀器選擇、器具檢定、爐溫校準(zhǔn)等工作，方能提高測定準(zhǔn)確度。24煤中灰分的重要性1)煤的灰分越高，有效碳的產(chǎn)率就越低，煤灰含量已作為商業(yè)上定級論價依據(jù)。 2)在煉焦工業(yè)中，以煤的灰分量預(yù)計焦炭中的灰分，決定焦炭質(zhì)量級別。 3)煤燃燒和氣化中，根據(jù)煤灰含量及灰熔點、粘度、導(dǎo)電性和化學(xué)組成等特性來預(yù)測燃燒和氣化中可能出現(xiàn)的腐蝕、沾污、結(jié)渣問題，并據(jù)此進(jìn)行爐型選擇及煤灰渣利用研究。 4)灰分與含碳量、發(fā)熱量、粘結(jié)度、活性及可磨性有程度不同的依賴關(guān)系，通過灰分來研究上述各種特性。 5)煤灰是煤中礦物質(zhì)的衍生物，可用它來算煤中礦物質(zhì)含量。6)在煤炭采樣和制樣研究中，由于煤中灰分測定簡單，灰分在煤中分布不

9、均衡，一般都用灰分測定結(jié)果來評定方法的準(zhǔn)確度和精密度。 7)煤的灰分作為洗選工藝研究中的效率指標(biāo)。 鑒于上述，煤中灰分測定結(jié)果是煤質(zhì)特性和利用研究中起重要作用的指標(biāo)。 3 煤的揮發(fā)份煤的揮發(fā)分，即煤在一定溫度下隔絕空氣加熱，逸出物質(zhì)(氣體或液體)中減掉水分后的含量。剩下的殘渣叫做焦渣。因為揮發(fā)分不是煤中固有的，而是在特定溫度下熱解的產(chǎn)物，所以確切的說應(yīng)稱為揮發(fā)分產(chǎn)率。31煤的揮發(fā)分測試要點稱取一定量的空氣干燥煤樣，放在帶蓋的瓷增鍋中，在(90010)溫度下，隔絕空氣加熱7 min，以減少的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，減去該煤樣的水分含量，作為其揮發(fā)分產(chǎn)率。32揮發(fā)分準(zhǔn)確測定的兩個重要因素加熱溫度和

10、時間是揮發(fā)分準(zhǔn)確測定的兩個重要因素；加熱溫度相對更為重要一些。因為只有在(90010)下加熱7 min煤中的有機質(zhì)和無機礦物質(zhì)的熱解反應(yīng)趨于完全，測定的結(jié)果穩(wěn)定可靠。33煤的揮發(fā)分產(chǎn)率隨煤的變質(zhì)程度加深而降低，見表2。34煤中揮發(fā)分的重要性1)根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和測定揮發(fā)分后的焦塊特性可初步?jīng)Q定煤的加工利用途徑：a)高揮發(fā)分的煤，干餾時化學(xué)副產(chǎn)品產(chǎn)率高，可用作低溫干餾原料，還可作為氣化原料。b)揮發(fā)分適中的煙煤，粘結(jié)性較好，用于煉焦。c)在配煤煉焦中，要用揮發(fā)分來確定配煤比，使混煤的揮發(fā)分控制到2531這一適宜范圍。d)在燃煤中，可依揮發(fā)分來選擇特定煤源所需燃燒設(shè)備或適于特定設(shè)備的煤源。 2)根據(jù)

11、揮發(fā)分，可估算煉焦時焦碳、煤氣、焦油和粗笨等產(chǎn)品的產(chǎn)率。 3)在氣化和液化工藝條件的選擇上，揮發(fā)分也有一定的參考作用。 4)揮發(fā)分還作為環(huán)境保護(hù)制定煙霧法的一個依據(jù)。5)利用揮發(fā)分與發(fā)熱量、碳和氫含量相關(guān)關(guān)系，可以計算煤的發(fā)熱量和碳?xì)浜俊? 煤的粘結(jié)指數(shù)粘結(jié)指數(shù)是判別焦煤粘結(jié)性的一個關(guān)鍵性指標(biāo)，它是焦煤在各種熱加工工藝過程（焦化、汽化、液化與燃燒)中最重要的特征。大量機械攪拌檢測數(shù)據(jù)為提高(G)值檢測結(jié)果的精密度提供了依據(jù)1。41煙煤粘結(jié)指數(shù)測定的方法是將一定質(zhì)量的試驗煤樣和專業(yè)無煙煤在規(guī)定條件下混合，快速加熱成焦。所得焦塊在一定規(guī)格的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)進(jìn)行強度檢驗，以焦塊的耐磨強度。即抗破壞力的大小來

12、表示試驗 煤樣的粘結(jié)能力。42影響(G)值測定結(jié)果的因素421溫度與濕度對測定結(jié)果的影響現(xiàn)實操作中我們應(yīng)于注意：在氣溫高濕度大的夏季或雨季，試驗煤樣易結(jié)塊，就是俗話說的煤較濕；而在氣溫低而干燥的冬季，煤樣又較為干燥，故溫度與濕度對煤樣存在一定的影響3422其它因素的影響除煤本身特性外影響測定結(jié)果因素還有：焦化溫度、焦化時間、馬弗爐溫度回升速度、煤樣粒度和放置時間轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和時間、壓塊質(zhì)量、煤樣與無煙煤的混合均勻程度2。其中，不言而喻，煤樣與無煙煤的混合越均勻，測定結(jié)果越可靠。5煤的奧亞膨脹度奧亞膨脹度是表征煙煤粘結(jié)性的重要指標(biāo)之一，它與粘結(jié)指數(shù)GRJ、膠質(zhì)層最大厚度y一起。從不同側(cè)面反映煙煤的粘

13、結(jié)性能，并一同列為煙煤分類標(biāo)準(zhǔn)中的重要指標(biāo)。它對中等以上粘結(jié)性煤具有較好的區(qū)分能力，既能反映膠質(zhì)體的量，又能反映膠質(zhì)體的質(zhì)，有著其他兩個指標(biāo)無法比擬的優(yōu)點。因此，正確測定與評價煙煤的奧亞膨脹度，對研究煤的成焦機理、鑒定煙煤的性質(zhì)和指導(dǎo)煉焦配煤都具有重要的意義。51奧亞膨脹度測定方法511奧亞膨脹度測定原理奧亞膨脹度測定的基本原理是將煤粉碎到一定細(xì)度(通過016mm篩子)和水迅速混合，在鋼模中按規(guī)定的方法制成60mm長的煤筆置于膨脹管中，放入專用電爐內(nèi)以平穩(wěn)速度升溫，記錄體積變化。512奧亞膨脹度測定方法要點將試驗煤樣按規(guī)定制成一定規(guī)格的煤筆，放在一根標(biāo)準(zhǔn)口徑的管子(膨脹管)內(nèi)，其上放置一根能在

14、管內(nèi)自由滑動的鋼桿(膨脹桿)。將上述裝置放在專用的電爐內(nèi)，以規(guī)定的升溫速度進(jìn)行加熱，記錄膨脹桿的位移曲線，以位移曲線的最大距離占煤筆原始長度的百分?jǐn)?shù)，表示煤樣膨脹度(b)的大小。513奧亞膨脹度的表示方法圖3 典型膨脹曲線52煤的奧亞膨脹度的意義奧亞膨脹度曲線中的b值，表示膨脹度是在煤筆的塑性階段直接測定的，它的值是以煤筆膨脹的百分?jǐn)?shù)表示，其大小取決于煤膠質(zhì)層體不透氣性和塑性期間的氣體析出速度，同時與煤的巖相組成有密切關(guān)系。它是一個綜合性指標(biāo)，對粘結(jié)性中等以上的煤，特別當(dāng)煤料偏肥時，b值對此可做較好的區(qū)分，這是b值的優(yōu)越性。以a表示其收縮度，它是表征煤在半焦后收縮程度的指標(biāo)。它的軟固化溫度區(qū)間(T3T1)，則表明了煤在膠質(zhì)狀態(tài)停留時間的長短，溫度間隔長，膠質(zhì)體停留時間長，有利于煤料的充分粘