煤的工業(yè)分析

1、淺談煤的工業(yè)分析及應(yīng)用一煤工業(yè)分析的概念：煤的工業(yè)分析，又叫煤的技術(shù)分析或使用分析，主要是根據(jù)技術(shù)需要測定煤經(jīng)轉(zhuǎn)化生成的物質(zhì)或呈現(xiàn)的性質(zhì)。煤的全工業(yè)分析測定項目主要是水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳。發(fā)熱量和全硫。煤的工業(yè)分析通常指半工業(yè)分析，它包括水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳四個項目的測定。二水分的測定及應(yīng)用：1水的存在形式：煤中水分從結(jié)合狀態(tài)來看，分為游離水和結(jié)合水兩類(1)化合水以化合的方式同煤中的礦物質(zhì)結(jié)合的水，級結(jié)晶水如硫酸鈣Caso4.2H2O,高嶺土Aiz2siO2.2H2O,化合水屬于煤的固有組分，在煤中的比例極小，一般可忽略，這種水只能在高于煤的分解溫度才能完全脫除，工業(yè)上一般也不測

2、結(jié)晶水。(2)游離水即以物理吸附或附著方式與煤結(jié)合的水分，它又分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分是在開采、儲存、運輸及洗煤時帶入的，附在沒顆粒表面和存在于直徑大于10，cm的毛細孔中，易于蒸發(fā)除去在空氣中(溫度20C,相對濕度65%風干1-2天后即可蒸發(fā)，所以此類水分又叫風干水分，除去外在水分的煤叫風干煤，外在水分的含量記為MfO內(nèi)在水分是指吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部直徑小于104cm的毛細孔中難于蒸發(fā)除去的水分。內(nèi)在水分需要在高于水的正常沸點的溫度才能除盡，故又稱為烘干水分，除去內(nèi)在水分的煤叫干燥煤,內(nèi)在水含量記為Mnh外在水的含量一般為0-30%,取決于下列變量：煤的類別、環(huán)境的相對濕度、煤中礦物

3、成分和含量、煤顆粒大小及粒度分布、井下與地面溫度、氧化、化學(xué)添加劑等。內(nèi)在水分的含量多少與煤化程度有關(guān)以煙煤為例，焦煤肥煤的水分低，低階褐煤水分最高，到高階無煙煤階段，煤中的內(nèi)在水分又明顯增高。（3）煤的外在水分Mf和經(jīng)換算的內(nèi)在水分Mnh之和稱為全水分,記為M,它們之間關(guān)系不是簡單的加和關(guān)系換算關(guān)系如下：M=Mf+MXML100%在實際測定全水分時，不必分別測定外在水分和內(nèi)在水分，可直接將試樣粉碎到粒度小于3mm然后稱取試樣在102-105度下烘干，稱量并計算求出全水分含量。（4）空氣干燥煤樣水分（分析基水分）作一般工業(yè)分析用的樣品，大都是將測定外在水分（已經(jīng)風干）后并粉碎為小于3mm的風干

4、樣品按樣品的制備方法繼續(xù)磨碎至全部通過80目篩（粒度在0.2mm以下）后再進行各項測定。粒度在0.2mm以下的空氣樣煤在規(guī)定條件下測得的水分叫空氣干燥水分（或叫分析基水分），記為Mad。分析基水分Mad與全水分M和內(nèi)在水分Mnh之間的關(guān)系是：Mad<MtMinh<Mad2外在水分的測定：將粒度小于13mm勺樣煤（1kg左右）倒入恒重并稱量的鐵皮淺盤中(長x寬x高=280mr230m睇30mm，在工業(yè)天秤(精確至0.1g)上準確稱量，記下質(zhì)量G(g),攤平試樣放入4550c的烘箱中，干燥8h,取出冷卻至室溫稱量，放置8h自然干后，再稱量，直至兩次稱量之差不大于0.3%為止。試樣減輕的

5、質(zhì)量為Gi(g),按下列公式計算外在水分的含量：Mf=GiX100%G3內(nèi)在水分的測定：將測定外在水分后試樣粉碎至粒度小于3mm用分析天平稱量1015g,記為G(g),放入已知直徑為70mmiJ40mm勺稱量瓶中，置入102105c的烘箱內(nèi)，鼓風干燥1.5h,冷卻稱重，重復(fù)干燥0.5h直至恒重(兩次質(zhì)量之差不大于0.005g)試樣減輕質(zhì)量為G(g),用下列公式計算內(nèi)在水分的含量Minh=2x100%G4分析基水分的測定：測定分析基水分的方法有通氮干燥法、空氣干燥法、甲苯干燥法等。下以通氮干燥法為例說明：稱取粒度為0.2mm以下的干燥煤樣(1.0±0.1)g,精確至0.002g,記為G

6、(g),平攤于已恒重帶蓋稱量瓶中，送入預(yù)先通入干燥氮氣并以加熱至102105c的干燥箱中干燥(煙煤烘1.5h,褐煤和無煙煤烘2h)從干燥箱中取出，立即加蓋，放入干燥器中冷卻至室溫稱量。重復(fù)干燥制恒重(兩次稱量之差小于0.001g),試樣減輕質(zhì)量為Gr用下列公式計算出分析基水分的含量Mad=G1X100%G5水分測定的應(yīng)用：目前各國及國際標準在煤水分測定時，測定技術(shù)有所不同，導(dǎo)致測定值的差異，需注意某些測定方法并不適用所有煤階段水分的測定。煤中水分含量影響到煤的工業(yè)用途、使用、運輸、儲存。水分的存在相對降低煤的發(fā)熱量，同時與SQ等作用生成HSQ腐蝕設(shè)備。因此煤的水分是評價煤炭質(zhì)量的一個基本指標，

7、水分被列為低階煤質(zhì)編碼參數(shù)。商品煤中的水還是煤炭生產(chǎn)、流通領(lǐng)域中的一個計價因數(shù)，煤炭供需雙方的合同通常規(guī)定煤的最高水分及水分超量的扣款方法。煤中水分雖談不上有害，但屬無效物質(zhì)，對煉焦沒來說每提高1%K分，結(jié)焦時間相應(yīng)增長十幾分鐘。作為燃料，發(fā)熱量降低；運輸中屬無效運輸；在冬季易凍車造成卸車困難；有的用煤設(shè)備，對煤中水分有其嚴格要求，否則將降低設(shè)備的運行效率。三灰分的測定及應(yīng)用：煤的灰分是煤中所有可燃物完全燃燒以及礦物質(zhì)（除水分以外的所有無機質(zhì)的總稱）在一定溫度下，經(jīng)一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)以后所剩下的殘渣。煤中礦物質(zhì)有不同的來源：一原生礦物質(zhì)二次生礦物質(zhì)三外來快物質(zhì)。原生礦物質(zhì)和次生礦物質(zhì)總稱為內(nèi)在

8、礦物質(zhì)，有內(nèi)在礦物質(zhì)形成的灰分叫內(nèi)在灰分，外來礦物質(zhì)形成的灰分叫外在灰分。高溫燃燒測煤中灰分產(chǎn)率時，其礦物質(zhì)在燃燒過程中發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，主要反應(yīng)如下：400c以上時，鹽類脫水如：CaSQ.2H2O=CaSQ+2H2OTAl2SQ2SiO22H2O=Al2SQ2SiO2+2H20T500c以上時碳酸鹽分解如：CaCO3=CaO+COfFeCO=FeO+COT400C-600C,因空氣中氧氣的存在，發(fā)生氧化反應(yīng)：4FeS+11Q=2Fe2O3+8SOT2CaO+2SO2+。2=2CaSQ4FeO+O2=2Fe2O3高于700c時，其中堿金屬氧化物和氮化物部分發(fā)生揮發(fā)，以上物質(zhì)在溫度為800

9、c左右基本完成，所以測定灰分溫度控制在溫度為815±10CO煤中灰分測定有兩種方法：緩慢灰化法，它用作仲裁分析：另一種叫快速灰化法，它適用日常分析。1緩慢灰化法：用預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的灰皿，稱取粒度為0.2mm以下的干燥煤樣（1±0.1）g（精確至0.0002g）,質(zhì)量記為G（g）,中，輕微振動，使樣品分散為均勻的薄層，置溫度低于100c的高溫爐中。在爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風，控制加熱速度，使爐溫在30min左右緩慢升高至500c并保持此溫度30min。然后，升高溫度至81510C,關(guān)閉爐門，在此溫度下繼續(xù)灼燒1h。灰化結(jié)束后取出灰皿，放在耐熱瓷板或石棉網(wǎng)上，

10、蓋上灰蓋在空氣中冷卻5min左右。移入干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進行檢查性灼燒，每次進行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，質(zhì)量記為G。灰分15%的樣品，可不必進行檢查性灼燒。按下列公式計算空氣干燥煤的灰分A曳X100%G2快速灰化法：快速灰化法又分為快速灰分測定儀測定法和馬弗爐測定法。（1）快速灰分測定儀測定法：快速灰分測定儀由馬蹄形管式電爐。傳送帶、控制儀三部分組成。測定時，將灰分快速測定儀預(yù)先加熱至815±10C,開傳送帶并將其傳送速度調(diào)節(jié)到17mm/mi佐右，用預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的灰皿，稱取粒度為0.2mm以下的干燥煤樣（

11、1±0.1）g（精確至0.0002g）。均勻的攤平在灰皿中，將盛有煤樣的灰皿放在灰分快速測定儀的傳送帶上，灰皿就自動送入爐中，當灰皿從爐中送出時取下，放在耐熱瓷板或石棉網(wǎng)上，在空氣中冷卻5min左右。移入干燥器中冷至室溫（約20min）稱量。（2）馬弗爐測定法:?馬弗爐測定法是將盛有煤樣的已恒定質(zhì)量的灰皿預(yù)先分排放在耐熱瓷板或石棉網(wǎng)上，將馬弗爐加熱到850C,打開爐門，將放有灰皿的耐熱瓷板或石棉網(wǎng)緩慢推入馬弗爐中，先使第一排灰皿中的煤樣灰化，等5-10min,煤樣不再冒煙時，以不大于2mm/min的速度把第二排、第三排、第四排的灰皿按順序推入爐內(nèi)熾熱部分，關(guān)上爐門，在815工10c的

12、溫度下灼燒40min,從爐中取出灰皿，放在空氣中冷卻5min左右。移入干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進行檢查性灼燒至恒重，取最后一次質(zhì)量計算。（如檢查灼燒時結(jié)果不穩(wěn)定，改為緩慢灰化法重新測定，灰分15%的樣品，可不必進行檢查性灼燒下列公）。3灰分測定的應(yīng)用：灰分是一個重要的煤指標，它對煤的加工利用產(chǎn)生負面影響，同時造成環(huán)境污染。從對煤質(zhì)評價及煤對環(huán)境的影響考慮，灰分被列為中國煤炭編碼系統(tǒng)和中國爐層煤分類中，作為一個分類編碼參數(shù)。灰分的存在不但影響燃燒時煤的發(fā)熱量，同時也影響煤灰的熔融特性以及對爐膛表面的腐蝕及灰沉積情況。煤灰也可綜合利用變廢為寶，如用煤灰生產(chǎn)水泥、預(yù)制塊、磚瓦或輕骨

13、料等建筑材料；在農(nóng)業(yè)上用作土壤改良劑；煤中稀有元素含量高時，尚可富集提取稀有元素。四揮發(fā)分的測定: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，煤中的有機質(zhì)和部分礦物質(zhì)分解為氣體釋出而減小質(zhì)量，減小質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分數(shù)與分析水分之差即為煤的揮發(fā)分（Vad）剩下的不揮發(fā)物質(zhì)稱為焦渣，焦渣減去灰分含量即得到固定碳含量。煤在隔絕空氣下加熱，溫度低于100c時煤中吸附的氣體和部分水逸出，當溫度升高至110c游離水逸盡，當溫度達到200c時，化合水逸出，當溫度升至250c時，第一次熱分解開始，有氣體逸出，當溫度超過350c時，有焦油產(chǎn)生，500-600C焦油逸盡，當溫度超過600C,第二次熱分

14、解開始，氣體再度逸出，氣體冷凝后的到高焦，900-1000C,分解停止，殘留為焦炭。煤的揮發(fā)分的測定結(jié)果完全取決于塔埸的材料、大小和形狀及加熱溫度。時間。隔絕空氣等實驗條件，尤其是加熱時間和溫度。為便于比較我國規(guī)定采用帶嚴密地埸蓋的特質(zhì)瓷塔埸，在900±10C溫度下隔絕空氣準確灼燒7min的測定方法。1揮發(fā)分的測定：用預(yù)先在900c下灼燒至質(zhì)量恒定帶蓋瓷塔埸，稱取粒度為0.2mm以下的干燥煤樣（1±0.1）g（精確至0.0002g）,質(zhì)量記為G（g）,中，輕微振動，使樣品分散為均勻，蓋上蓋，放在塔埸架上，將馬弗爐預(yù)熱至920C,打開爐門，迅速將放有塔埸的架子恒溫區(qū)并關(guān)上爐門

15、，準確加熱7min,從爐中取出土甘垠j,放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷至室溫(約5min)稱量，試樣減輕質(zhì)量記為G(g),按下列公式計算揮發(fā)分；Vad=Xl00%-MG當空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量在2%-12附按下列公式計算揮發(fā)分：Vad=gXl00%-M-(CO)ad當空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量大于12%寸按下列公式計算揮發(fā)分：Vad=G1Xl00%-Md-(CQ)ad-(CQ)ad焦渣)G注意事項當打開爐門，推入塔埸架時，爐溫可能下降，但是在3min內(nèi)必須使爐溫達到900±10C,否則試驗作廢。加熱時間應(yīng)包括溫度恢復(fù)時間在內(nèi)，時間應(yīng)嚴格控制為7min,用秒

16、表計時。2揮發(fā)分測定的應(yīng)用：根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率的高低，可以初步判別煤的變質(zhì)程度、發(fā)熱量及焦油產(chǎn)率等各種重要性質(zhì)，而且?guī)缀跏澜绺鲊疾捎酶稍餆o灰基揮發(fā)分作為煤分類的一個主要指標。工業(yè)生產(chǎn)上用煤也都首先需要了解揮發(fā)分是否合乎要求，所以也是煤煤的揮發(fā)分是了解煤性質(zhì)和用途的最基本也是最重要的指標,分類的重要指標。五固定碳的計算和各種基的換算：1固定碳的計算：固定碳一是指除去水分、灰分和揮發(fā)分后的殘留物，用符號FGd表示。固定碳計算公式如下：FCad=100%-Mad-AadVad2固定碳計算的應(yīng)用：固定碳含量越高，發(fā)熱量越好。從煤的工業(yè)分析指標來看，發(fā)熱量主要是煤中固定碳燃燒產(chǎn)生的，因此國際上利用工業(yè)分結(jié)

17、果計算發(fā)熱量的公式，即以煤的固定碳作為發(fā)熱量的主要來源，的干燥無灰基固定碳含量與揮發(fā)分一樣，也是表示煤的變質(zhì)程度的一個參數(shù)，即煤中固定碳含量隨煤的變質(zhì)程度的增高而增高，因此有些國家（如日本、美國）的煤炭分類即以干燥無灰基固定碳含量FCdaf作為分類指標之一煤質(zhì)分析結(jié)果的有關(guān)術(shù)語如下表:術(shù)語名稱定義符號曾稱收到基以收到狀態(tài)的煤為基準ar應(yīng)用基空氣干燥基以空氣濕度達到平衡為基準ad分析基干燥基以假想無水的狀態(tài)為基準d干基干燥無灰基以假想無水、無灰的狀態(tài)為基準daf可燃基干燥無礦物基以假想無水、無礦質(zhì)的狀態(tài)為基準d,maf有機基恒濕無灰基以假想含最高的內(nèi)在水分，無灰的狀態(tài)為基準maf恒濕無礦物基以假

18、想含最高的內(nèi)在水分，無礦質(zhì)的狀態(tài)為基準m,mmf2各種基的換算:工業(yè)分析的結(jié)果大都是用含水樣品測定的，但是，水分含量又應(yīng)溫度，濕度和其他條件而改變。一旦水分含量改變，其他組分含量必然相應(yīng)的改變，因此分析結(jié)果失去實際使用價值，也不能相互比較。如果用干燥物質(zhì)為基準表示組分的含量，則不受水分改變的影響，所以，在工業(yè)分析標準中規(guī)定用干燥基為基準表示組分的含量，而工業(yè)分析結(jié)果通常是以分析試樣計算出來的，但在生產(chǎn)現(xiàn)場，在工藝員設(shè)計計算中，常以物料的應(yīng)用狀態(tài)為基準表示組分的含量，因此分析的結(jié)果需要相互換算，下面介紹一些換算公式；收到基煤樣的灰分和揮發(fā)分的換算:X.XX100%Mararad100%-Mad干燥基煤樣的灰分和揮發(fā)分的換算:Xa=XadX100%100%-Mad干燥無灰基煤樣的揮發(fā)按下式換算:Vda尸VadX100%100%-Mad-Ad當空氣干燥煤樣中碳酸鹽二氧化碳含量大于2%寸按下列公式計算揮發(fā)分:Vda尸VadX100%100%-Mad-Aad-(CO2