煤的工業(yè)分析方法課件

1、一. 概述二. 煤的工業(yè)分析三. 煤中全硫的測定四. 煤發(fā)熱量的測定煤質(zhì)分析 1 煤的組成和分類一 .概述1.1煤的組成 煤是由有機質(zhì)、礦物質(zhì)和水三部分組成。 有機質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成碳和氫占有機 質(zhì)的95%以上。硫在燃燒時也放熱，但燃燒的產(chǎn)物SO2不但 腐蝕設(shè)備而且污染環(huán)境礦物質(zhì)主要是堿金屬、堿土金屬、鐵、鋁的碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽及硫化物。除硫化物外，其它的礦物質(zhì)不能燃燒，正是由于礦物質(zhì)的存在，使煤的可燃比例減小，影響煤的發(fā)熱量。1.2煤的分類 常見的三類：褐煤、煙煤、無煙煤2022/7/273(1)褐煤：多為塊狀，呈黑褐色，光澤暗，質(zhì)地疏松；含揮發(fā)分40%左右，燃點低，容

2、易著火，燃燒時上火快，火焰大，冒黑煙；含碳量與發(fā)熱量較低（因產(chǎn)地煤級不同，發(fā)熱量差異很大），燃燒時間短，需經(jīng)常加煤。 (2)煙煤：一般為粒狀、小塊狀，也有粉狀的，多呈黑色而有光澤，質(zhì)地細致，含揮發(fā)分30%以上，燃點不太高，較易點燃；含碳量與發(fā)熱量較高，燃燒時上火快，火焰長，有大量黑煙，燃燒時間較長；大多數(shù)煙煤有粘性，燃燒時易結(jié)渣。(3)無煙煤：有粉狀和小塊狀兩種，呈黑色有金屬光澤而發(fā)亮。雜質(zhì)少，質(zhì)地緊密，固定碳含量高，可達80%以上；揮發(fā)分含量低，在10%以下，燃點高，不易著火；但發(fā)熱量高，剛?cè)紵龝r上火慢，火上來后比較大，火力強，火焰短，冒煙少，燃燒時間長，粘結(jié)性弱，燃燒時不易結(jié)渣。應(yīng)摻入適量

3、煤土燒用，以減輕火力強度。 2. “基”的含義 煤炭分析試驗的結(jié)果與煤樣在分析試驗時所處的狀態(tài)直接相關(guān)，即同一煤樣在相同的試驗條件下，試驗結(jié)果會因煤樣的狀態(tài)不同而不同。這種“狀態(tài)”除粒度以外，主要指的是煤樣的水分。所以，在提到某一項試驗結(jié)果時，必須同時說明這個結(jié)果是以何種狀態(tài)的煤樣為基礎(chǔ)得到的，這樣的結(jié)果才算完整科學。 煤炭分析試驗中的“基”，指的就是這種“狀態(tài)”。它含有“基準”、“基礎(chǔ)”的意思。2.1 煤炭分析試驗常用的基及其含義空氣干燥基( ad) 煤樣的水分與空氣濕度達到平衡的狀態(tài)干燥基（d） 假想的無水狀態(tài)收到基（ar） 以實際收到時的煤為準的狀態(tài)干燥無灰基（daf） 假想的無水無灰狀

4、態(tài)干燥無礦物質(zhì)基（dmmf） 假想的無水無礦物質(zhì)的煤所處的狀態(tài)空氣干燥基（下標符號為ad）表示在不含外在水分的條件下，燃料各組成成分的質(zhì)量百分數(shù)總和，是實驗室煤質(zhì)分析所用煤樣的成分組成。 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%收到基（下標符號為ar）表示燃料中全部成分的質(zhì)量百分數(shù)總和是鍋爐燃料燃燒計算的原始依據(jù)。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%干燥無灰基（下標符號為daf）表示在不含水分和灰分的條件下，干燥無灰燃料各組成成分的質(zhì)量百分數(shù)總和，干燥無灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分變化的影響，煤炭交易。 Cdaf+Hda

5、f+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%干燥基（下標符號為d）表示在不含水分的條件下干燥燃料各組成成分的質(zhì)量百分數(shù)總和干基中各成分不受水分變化的影響 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%煤質(zhì)分析結(jié)果（基準）的表示方法2022/7/2711二. 煤的工業(yè)分析1 水分的測定 煤的水分是評價煤炭經(jīng)濟價值的最基本的指標。因為煤中水分含量越多，煤的無用成分也越多，同時有大量水分存在，不僅煤的有用成分減少，而且它在煤燃燒時要吸收大量的熱成為水蒸汽蒸發(fā)掉。所以煤的水分越低越好。 1.1煤中水分的存在形態(tài) 1）、游離水 以物理吸附或附著方式與煤結(jié)合的水分稱為游離水分，又分為外在水和內(nèi)在水。 外在水又

6、成為自由水或表面水分。用Mf表示。此類水分是在開采、貯存等過程中帶入的，覆蓋在煤粒表面上，其蒸汽壓與純水的相同，在空氣中風干12天后，即可蒸發(fā)除去，又稱風干水分，即在一定條件下煤樣與周圍空氣濕度達到平衡時所失去的水分。2022/7/2712 內(nèi)在水是指吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部直徑小于10-5cm的毛細孔中的水分，用Minh表示。由于毛細孔的吸附作用，這部分水分的蒸汽壓低于純水的，所以難以蒸發(fā)除去，需要在水的正常沸點以上才能除掉。在一定條件下煤樣達到空氣干燥狀態(tài)時所保持的水分稱為空氣干燥煤樣水分（Mad) 。除去內(nèi)在水分的煤稱為干燥煤。 外在水分和內(nèi)在水分的和稱為全水分 用Mt表示 。2）、化合水

7、以化合的方式與煤中的礦物質(zhì)結(jié)合的水，即通常說的結(jié)晶水。如石膏中的水，CaSO42H2O。游離水在105 110的溫度下，經(jīng)過 h即可蒸發(fā)掉，而結(jié)晶水要在200以上才能除掉。 在煤的工業(yè)分析中常測定原煤樣的全水分和空氣干燥煤樣水分，一般不測化合水。2022/7/27131.2 煤中全水分（Mt）的測定 國家標準GB/T211-2007中規(guī)定了煤中全水分測定的五種方法。通常采用以下方法： 方法A：通氮干燥法，適用于各種煤 用預(yù)先干燥并稱量過的稱量瓶迅速稱取10 12g(精確至0.001g）粒度小于6mm的煤樣，平攤。打開稱量瓶蓋，放入預(yù)先通入干燥氮氣并已加熱到105 110的通氮干燥箱中，煙煤干燥

8、2h, 褐煤和無煙煤干燥3h, 取出后立即蓋上蓋子。在空氣中放置約5min，然后放入干燥器中冷卻至室溫后稱量。進行檢查性干燥，每次30min,直到連續(xù)兩次干燥后的質(zhì)量減少或質(zhì)量增加時為止。在后一種情況下，采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量作為計算依據(jù)。根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算水分的含量。結(jié)果計算 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。 2022/7/2714 方法B：空氣干燥法，適用于煙煤和無煙煤 將稱量瓶放入預(yù)先通入鼓風并已加熱到105 110的空氣干燥箱中，在鼓風條件下煙煤干燥2h, 無煙煤干燥3h。其它步驟同上。 方法C：微波干燥法，適用于煙煤和褐煤 煤樣在微波爐內(nèi)，

9、利用微波發(fā)生器產(chǎn)生的交變電場作用，引起摩擦發(fā)熱，使水分迅速蒸發(fā)。特點：受熱均勻，水分蒸發(fā)快；不適用于無煙煤和焦炭等導(dǎo)電性較強的試樣。 方法D：適用于外在水分高的煙煤和無煙煤 在預(yù)先干燥并稱量過的淺盤中迅速稱取粒度小于13mm的煤樣50010g(準確至0.1g)，均勻攤平，放入預(yù)先通入鼓風并已加熱到105 110的干燥箱中，煙煤干燥2h, 無煙煤干燥3h。將淺盤取出，迅速稱量。進行檢查性干燥，每次30min,直到連續(xù)兩次干燥后的質(zhì)量減少不超過0.5g或質(zhì)量增加為止。在后一種情況下，采用質(zhì)量增加前一次的質(zhì)量作為計算依據(jù).2022/7/2715 1.3 空氣干燥煤樣水分的測定 空氣干燥煤樣水分又稱空

10、氣干燥基水分（Mad) ，測定方法有三種。 A 通氮干燥法（適用于所有煤種） B 空氣干燥法（適用于煙煤和無煙煤） C 微波干燥法（適用于褐煤和煙煤水分的快速測定) 。 2.3 煤中礦物質(zhì)在煤炭燃燒過程中的反應(yīng) 2.3.1固硫作用CaCO3 CaO+CO2500開始分解，到800 基本分解完全FeS2 O2 Fe2O3 SO2500前基本反應(yīng)完全CaOSO2O2 Ca SO4 空氣干燥法的測定步驟： (1).在預(yù)先干燥并稱量過的稱量瓶內(nèi)迅速稱取粒度小于0.2mm的一般分析實驗煤樣1.00.1g，稱準至0.0002g,平攤在稱量瓶中. (2)打開稱量瓶蓋，放入預(yù)先通入鼓風并已加熱到105 110

11、的干燥箱中，煙煤干燥1h, 無煙煤干燥1.5h。 （3) 取出后蓋上蓋子，放入干燥器中冷卻至室溫后稱量，直到連續(xù)兩次干燥后的質(zhì)量減少不超過0.0010g或質(zhì)量增加時為止.根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算水分的含量。當水分小于2.00%時，不必進行檢查性干燥。結(jié)果計算：Mad 煤樣的空氣干燥基水分； m煤樣的質(zhì)量，g； m1煤樣干燥后減輕的質(zhì)量，g。 ； 煤的灰分不是煤中固有物質(zhì)，而是煤在規(guī)定條件下，其中所有可燃物質(zhì)完全燃燒后以及煤中礦物質(zhì)在一定溫度下經(jīng)過一系列分解、氧化和化合等復(fù)雜反應(yīng)所形成的殘留物。用符號A表示。 煤的灰分幾乎全部來自煤中的礦物質(zhì)，但它的組成和性質(zhì)與煤中的礦物質(zhì)不完全相同，是煤中礦物質(zhì)

12、的衍生物。 緩慢灰化法 儀器2022/7/27192.1測定過程 稱取粒度小于0.2mm的一般分析實驗煤樣1.00.1g，稱準至0.0002g,于已經(jīng)在81510灼燒恒量的灰皿中，均勻平攤，每cm2不超過0.15g，送入爐溫不超過100的馬弗爐恒溫區(qū)中，關(guān)上爐門并使爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風。在不少于30mind 時間將爐溫緩慢升至500，并在此溫度下保持30min。然后繼續(xù)升溫至81510，關(guān)閉爐門，在此溫度下繼續(xù)灼燒1h。取出灰皿，放在耐熱瓷板或石棉板上，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

13、化小于0.001g時為止，取最后一次質(zhì)量計算?；曳?4MJ/kg的為煙煤，24MJ/kg為褐煤。劃分為褐煤后，根據(jù)透光率PM=3050%為二號褐煤，30為1號褐煤。 煤的收到基低位發(fā)熱量是評價動力煤質(zhì)量的最主要的指標。在對外貿(mào)易中，動力煤常已收到基低位發(fā)熱量為計價依據(jù)。2. 發(fā)熱量測定意義3.1 何為彈筒、高位和低位發(fā)熱量？ 煤炭在氧氣中的燃燒是一種化學反應(yīng)，煤燃燒放出的熱量就是煤和氧氣發(fā)生的化學反應(yīng)的反應(yīng)熱。而化學反應(yīng)的反應(yīng)熱不僅與參與化學反應(yīng)的反應(yīng)物組成與狀態(tài)有關(guān)，還與產(chǎn)物的組成和狀態(tài)有關(guān)，另外還與反應(yīng)所處的壓力等條件有關(guān)。所以提到所謂煤的發(fā)熱量就應(yīng)當說明是什么狀態(tài)的煤在什么條件下與氧氣怎

14、樣燃燒反應(yīng)，得到什么狀態(tài)的什么產(chǎn)物所放出的熱量，才算完整。3. 彈筒、高位和低位發(fā)熱量 在試驗室條件下測定煤的發(fā)熱量時，煤的狀態(tài)和燃燒條件（煤樣達到空氣干燥狀態(tài)、在充有過量的氧氣的氧彈內(nèi)完全燃燒）都是固定的，可以變化的就是產(chǎn)物的組成和狀態(tài)。因此，根據(jù)煤炭在充有過量的氧氣的氧彈內(nèi)完全燃燒后其產(chǎn)物的組成和狀態(tài)不同，將煤的發(fā)熱量區(qū)分為三種發(fā)熱量。 彈筒發(fā)熱量 Qb發(fā)熱量 高位發(fā)熱量 Qgr 低位發(fā)熱量 Qnet發(fā)熱量 燃燒產(chǎn)物彈 筒 O2、N2、CO2、HNO3、 H2SO4、液態(tài)水、固態(tài)灰高 位 O2、N2、CO2、 SO2、 液態(tài)水、 固態(tài)灰低 位 O2、N2、CO2、 SO2、 氣態(tài)水、 固態(tài)

15、灰 彈筒發(fā)熱量是試驗室測定發(fā)熱量時直接從量熱儀上測定的發(fā)熱量； 高位發(fā)熱量是由彈筒發(fā)熱量減去硝酸生成熱和硫酸校正熱后得到的發(fā)熱量； 低位發(fā)熱量是由高位發(fā)熱量減去水的氣化熱后得到的發(fā)熱量；2022/7/2744 取一定量的煤樣在充滿高壓氧氣的彈筒（浸沒在裝一定質(zhì)量的水的容器俗稱內(nèi)筒）內(nèi)完全燃燒，生成的熱被水吸收，水溫升高，由水升高的溫度，計算樣品的發(fā)熱量。 2、試劑和材料 點火絲：0.07mm鎳鉻絲；氧氣：不應(yīng)有氫和其它可燃物，禁止使用電解氧；儀器專用的包紙；另準備50kg的蒸餾水放入不銹鋼水桶中，與儀器在同一房間內(nèi)恒溫10小時以上備用。 3.2 發(fā)熱量的測定方法（WELL8000自動快速量熱儀

16、）1、原理 3.測定步驟（1) 稱取粒度小于0.2mm 的空氣干燥煤樣1g（精確0.0002g），包于30-90毫克左右的紙中，放入氧彈芯的燃燒皿中。（2) 把點火絲的一端卡在左邊電極上，用點火絲將樣品纏繞一圈后將另一端卡在右邊電極上。（3）接通水泵電源，水桶內(nèi)的水自動加到桶內(nèi)的定量容器中，溢流時關(guān)閉電源，打開放水閥將水全部放進量熱儀的內(nèi)筒。（4）把氧彈芯放入氧彈桶中，從內(nèi)筒中取10毫升水加入氧彈中壓緊密封墊，套上鋼圈，擰緊氧彈蓋。 (5) 打開氧氣瓶閥門，氧彈頭正對充氧器嘴下方，下壓充氣手柄充入氧氣。氧彈充氧壓力控制在2.8-3.0MPa范圍內(nèi)，充氧時間不少于15秒。 （6）把氧彈放入量熱儀

17、內(nèi)筒的中心，蓋上蓋子。按“測量”開始攪拌，再輸入皮重（紙重），料重（紙和樣品總重量）單位為mg,水分，測量結(jié)束后儀器發(fā)出蜂鳴，打印機同時打印出數(shù)據(jù)。 （7） 及時取出氧彈，用放氣閥放氣后打開氧彈，清洗。將內(nèi)筒水倒回水桶中。4.注意事項氧氣瓶內(nèi)壓力小于3MPa時需更換新氧。氧彈壓力不得超過3MPa，如果不小心超過3.3MPa，停止試驗，放掉氧氣，重新充氧。氧彈放入內(nèi)筒后注意觀察有無氣泡溢出，若有氣泡，意味著漏氣，應(yīng)取出氧彈檢查漏氣原因。試驗完后，觀察燃燒皿內(nèi)樣品是否燃燒完全，若有炭黑試驗作廢。試驗完后，觀察氧彈內(nèi)是否有樣品濺落現(xiàn)象。如有樣品試驗作廢。3.3.1高位發(fā)熱量的計算（1）空氣干燥基高位發(fā)熱量的計算 Qgr,ad=Qb,ad(94.1Sb,adQb,ad）其中：Sb,ad：彈筒