(工業(yè)分析課件)第四章煤質(zhì)分析

1、1第四章 煤質(zhì)分析1第四章 煤質(zhì)分析2 內(nèi) 容4.1 概述4.2 煤的工業(yè)分析4.2.1 水分的測定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 煤發(fā)熱量的測定4.4 煤中全硫量的測定 1. 艾士卡法 2. 庫侖滴定法 3. 高溫燃燒中和法2 內(nèi) 容4.1 概述4.3 煤發(fā)熱量的測3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。3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(工業(yè)分析課件)第四章煤質(zhì)分析(工業(yè)分析課件)第四章煤質(zhì)分析6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

2、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6煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個元素. 碳是組成煤大7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16%，越是年輕的煤，其含量也越高。 氫碳和氫是煤中有機(jī)質(zhì)的主要組成元素，兩者加在一起占煤中有機(jī)質(zhì)的以上。煤中碳和氫的發(fā)熱量最大.7煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個元素. 氫是煤中第二8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

3、氧元素含量的增高而降低，其含量從130%均有。 氧8煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個元素. 氧元素是組成9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0.53%。 氮氧和氮在燃燒時不放熱，稱為惰性成分。9煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個元素. 氮元素在煤10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。硫硫在燃燒時雖然放熱，但燃燒產(chǎn)生酸性腐蝕有害氣體二氧化硫。10煤的元素組分 即碳、氫、氧、氮、硫五個元素. 硫元素也是11煤

4、的元素組成煤的元素組分的不同，不僅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性質(zhì)的不同。如：碳含量低、氧含量高的煤，多是年輕煤；碳含量高、氧含量低的煤則常是一些無粘結(jié)性的年老煤；碳含量在8488%，氫含量在5%以上的中等變質(zhì)程度的煤，是結(jié)焦性較好的煉焦用煤。11煤的元素組成煤的元素組分的不同，不僅能反映出煤化程度，而12煤的分類 煤腐植煤（高等植物形成） 腐泥煤 陸植煤殘植煤 煤炭： 天然存在：泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤 人工產(chǎn)品：木炭、焦炭、煤球植物 泥炭 褐煤 煙煤 無煙煤12煤的分類 煤腐植煤（高等植物形成） 腐泥煤 陸植煤殘植煤13煤的分類 煤的種類繁多，組成也相差懸殊，不同類型的煤有不同的用

5、途。煤炭的主要用途是燃燒、煉焦和造氣等，也可作為化工原料。如結(jié)焦性好或粘結(jié)性好的煤（灰分、硫分低，揮發(fā)分適當(dāng)是優(yōu)質(zhì)的煉焦用煤，熱穩(wěn)定性好的無煙塊煤是合成氨廠的主要原料，揮發(fā)分和發(fā)熱量都高的煤是較好的動力用煤，一些低灰、低硫的年輕煤則是加壓氣化制造煤氣和加氫液化制取人造液體燃料的較好原料。建筑工業(yè)用煤通常要求灰分低、煤灰成分穩(wěn)定。13煤的分類 煤的種類繁多，組成也相差懸殊，不同類型的煤有不14煤質(zhì)的分析方法 （1）半工業(yè)分析及全工業(yè)分析 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)熱量和硫含量的測定。 分析結(jié)果：用來判

6、斷煤的種類，估量煤的利用價值評價煤質(zhì)。 （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)。 本章主要介紹煤的工業(yè)分析及全硫量的測定。 14煤質(zhì)的分析方法 （1）半工業(yè)分析及全工業(yè)分析15煤質(zhì)分析的名詞述語P.318-3231. 煤的采樣和制備2. 煤的分析述語3. 煤中各種硫的關(guān)系4. 煤質(zhì)分析結(jié)果的表示方法5. 不同基的換算公式15煤質(zhì)分析的名詞述語P.318-32316 4.2 煤的工業(yè)分析 煤的工業(yè)分析一般指半工業(yè)分析，是水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳4個分析項目的總稱。 煤的工業(yè)分析： 1、水分的測定 2、灰分的測

7、定 3、揮發(fā)分的測定 4、固定碳的測定16 4.2 煤的工業(yè)分析 煤的工業(yè)分析17 4.2.1 水分的測定（一） 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生成H2SO3。 因此煤中水分的含量將影響煤的質(zhì)量，是經(jīng)常要進(jìn)行檢驗的項目之一。 17 4.2.1 水分的測定（一） 煤中的水分屬雜質(zhì)組分18煤中水分的分類 游離水 結(jié)晶水 （煤的工業(yè)分析中不考慮）內(nèi)在水 外在水 1.外在水分(Mf ) ：也稱風(fēng)干水分，指煤表面水膜及孔徑10-5cm毛細(xì)孔中的水分，風(fēng)干時失去（風(fēng)干煤）。2

8、.內(nèi)在水分(Minh） 也稱烘干水分，吸附在孔徑12%時:揮發(fā)分的測定 在測定煤的揮發(fā)分條件下，不僅有機(jī)質(zhì)發(fā)生熱分解374.2.4 固定碳的計算 煤中可燃性固體物是煤燃燒產(chǎn)生熱量的主要成分，稱之為固定碳。 固定碳的數(shù)據(jù)并非從測試獲得，而是由下式計算所得：式中 FCad 空氣干燥煤樣的固定碳含量，% Mad 空氣干燥煤樣的水分含量，% Aad 空氣干燥煤樣的灰分產(chǎn)率，% Vad 空氣干燥煤樣的揮發(fā)分產(chǎn)率，%374.2.4 固定碳的計算 煤中可燃性固體物是煤燃38“基準(zhǔn)”的定義由于煤中水分和灰分的含量易隨外界條件的變化而變化，導(dǎo)致煤中其他成分的百分含量也隨之變化。因此，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示煤的工業(yè)分析結(jié)

9、果時，必須同時表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基準(zhǔn)。煤所處的狀態(tài)或按需要而規(guī)定的成分組合，稱為基準(zhǔn)，簡稱基?！盎北硎净灲Y(jié)果是以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎(chǔ)而得出的。各種基準(zhǔn)的換算38“基準(zhǔn)”的定義各種基準(zhǔn)的換算39394040例：煤的工業(yè)分析結(jié)果如下：空氣干燥基的水分 Mad=1.76%,灰分Aad=23.17%，揮發(fā)分Vad=8.59%計算：（1） 干基的灰分Ad=? （2）干燥無灰基的揮發(fā)分Vdaf=？解： 4040例：煤的工業(yè)分析結(jié)果如下：空氣干燥基的水分 Mad=41例：稱取空氣干燥基煤試樣1.0000g，測定揮發(fā)份時失去質(zhì)量0.2824g，已知此空氣干燥基煤樣中水分為2.50%，灰分為9.00%，收到基

10、水分為8.10%，分別求空氣干燥基、收到基、干基和干燥無灰基的揮發(fā)份？ 解： 41例：稱取空氣干燥基煤試樣1.0000g，測定揮發(fā)份時失去42 4.3 煤發(fā)熱量的測定煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的重要指標(biāo)之一。 1. 煤作為動力燃料，其發(fā)熱量越高，經(jīng)濟(jì)價值就越大。 2. 煤在燃燒或氣化過程中，還須用煤的發(fā)熱量計算熱平衡、耗煤量和熱效率。根據(jù)這些計算參數(shù)即可考慮改進(jìn)操作條件和工藝過程，從而設(shè)法達(dá)到最大的熱能利用率。 煤的發(fā)熱量是表征煤炭各種特征的綜合指標(biāo)，在煤質(zhì)研究中也是一個十分重要的參數(shù)。煤的發(fā)熱量也是反映煤化程度的指標(biāo)，還常作為煤碳分類的指標(biāo)。42 4.3 煤發(fā)熱量的測定煤的發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的43

11、4.3 煤發(fā)熱量的測定 煤的發(fā)熱量是指單位質(zhì)量的煤在完全燃燒后所產(chǎn)生的熱量，以kJ/g或MJ/kg表示。曾使用過去曾使用ka卡（cal），1 cal=4.1816 J。 煤的發(fā)熱量一般采用熱量計測定，其原理是：稱取一定量的煤試樣，置于有過量氧氣的氧彈內(nèi)完全燃燒，放出的熱量被一定量的水吸收，根據(jù)水溫的升高計算煤樣的發(fā)熱量。 43 4.3 煤發(fā)熱量的測定 煤的 4.3 煤發(fā)熱量的測定 4.3 煤發(fā)熱量的測定45 4.3 煤發(fā)熱量的測定空氣干燥煤樣彈筒發(fā)熱量Qad的計算45 4.3 煤發(fā)熱量的測定空氣干燥煤樣彈筒發(fā)熱量Qad464647 4.4 煤中全硫量的測定煤中的硫一般分為無機(jī)硫和有機(jī)硫兩大類。

12、硫化物、硫酸鹽以及微量元素硫?qū)儆跓o機(jī)硫；煤中的有機(jī)硫常以硫醚、二硫化物等形式存在于煤的結(jié)構(gòu)中，組成復(fù)雜。 工業(yè)分析通常不要求將無機(jī)硫和有機(jī)硫分別測定出來，而是測定其全硫的含量。 測定煤中全硫的含量有艾士卡法、庫侖法和高溫燃燒中和法3種。而艾士卡法是世界公認(rèn)的測定煤中全硫的標(biāo)準(zhǔn)方法，在仲裁分析時，可采用艾士卡法。47 4.4 煤中全硫量的測定煤中的硫一般分為無機(jī)硫和有1.艾士卡法（GBT214-1996）原理： 將煤樣與艾士卡試劑混合灼燒，煤中的硫生成硫酸鹽，以硫酸鋇沉淀法測定生成的硫酸鹽，再換算出含硫量。式中 St,ad空氣干燥煤樣中全硫含量，% m1 硫酸鋇質(zhì)量，g m2 空白試驗的硫酸鋇質(zhì)

13、量，g 0.1374由硫酸鋇換算為硫的系數(shù)； m 煤樣質(zhì)量，g1.艾士卡法（GBT214-1996）原理：式中 St,a49組成：碳酸鈉和氧化鎂 Na2CO3（無水、1份）MgO（輕質(zhì)、2份）作用： 1. 煤 2. 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。3.煤中的硫酸鹽（如硫酸鈣）則和碳酸鈉發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硫酸鈉。空氣H2O+CO2NOXSO2SO3燃燒艾氏試劑的組成和作用49組成：碳酸鈉和氧化鎂空氣H2O+CO2NOXSO250艾氏法測定硫含量精密度要求St,ad(%)重復(fù)性St,ad(%)再現(xiàn)性

14、St,ad(%) 4 0.05 0.10 0.20 0.10 0.20 0.3050艾氏法測定硫含量精密度要求St,ad(%)重復(fù)性St,a512. 庫侖滴定法原理： 煤樣在催化劑作用下，于空氣流中燃燒分解，煤中的硫生成二氧化硫并被碘化鉀溶液吸收后，以電解碘化鉀溶液所產(chǎn)生的碘進(jìn)行滴定，根據(jù)電解所消耗的電量計算煤中全硫的含量。 512. 庫侖滴定法原理：根據(jù)庫侖滴定法原理，煤樣在1150高溫條件及催化劑的作用下，在凈化過的空氣中燃燒，煤中各種形態(tài)的硫均被燃燒分解為SO2和少量的SO3氣體，而被凈化過的空氣流帶到電解池內(nèi)，生成H2SO3或少量的H2SO4，H2SO3立即被電解液中的I2（Br2）氧

15、化成H2SO4，結(jié)果溶液中的I2（Br2）減少而I-（Br-）增加，破壞了電解液的平衡狀態(tài)(碘碘化鉀電對)2. 庫侖滴定法根據(jù)庫侖滴定法原理，煤樣在1150高溫條件及催化劑的作用下指示電極間的電位升高，儀器自動判斷啟動電解，并根據(jù)指示電極上的電位高低，控制與之對應(yīng)的電解電流的大小與時間，使電解電極上生成的I2（Br2）與H2SO3反應(yīng)所消耗的數(shù)量相等，從而使電解液重新回到平衡狀態(tài)，重復(fù)此過程，直到實驗結(jié)束。 陽極：3I -2eI-3 陰極：2H+2eH2 最后，儀器根據(jù)對電解產(chǎn)生的I2（Br2）所耗用電量的積分，再根據(jù)法拉弟電解定律計算試樣中全硫的含量。2. 庫侖滴定法指示電極間的電位升高，儀

16、器自動判斷啟動電解，并根據(jù)指示電極542. 庫侖滴定法（二）若庫侖積分器最終顯示數(shù)為硫的毫克數(shù)時，全硫量按下式計算：式中 St,ad空氣干燥煤樣中全硫含量，% m1 庫侖積分器顯示值，mg m 煤樣質(zhì)量，mg其精密度要求與艾士法相同。542. 庫侖滴定法（二）若庫侖積分器最終顯示數(shù)為硫的毫克數(shù)5E-S3200電腦測硫儀5E-S3200電腦測硫儀開關(guān)電源GZM-H60D12-12開關(guān)電源GZT-H120Q5+12-12+15電解池干燥管3干燥管2干燥管1玻璃轉(zhuǎn)子流量計開關(guān)電源開關(guān)電源電解池干燥管3干燥管2干燥管1玻璃轉(zhuǎn)子流量計空氣高溫爐二通閥電解池流量計抽氣氣泵吹氣氣泵消聲器空氣高溫爐二通閥電解

17、池流量計抽氣氣泵吹氣氣泵消聲器583. 高溫燃燒中和法原理： 煤在催化劑作用下于氧氣流中燃燒，使煤中硫生成硫的氧化物，并捕集在過氧化氫溶液中形成硫酸，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，根據(jù)其濃度及消耗量計算出煤中的全硫含量。583. 高溫燃燒中和法原理：593. 高溫燃燒中和法593. 高溫燃燒中和法603. 高溫燃燒中和法（二）含硫量計算式：式中 St,ad空氣干燥煤樣中全硫含量，% V 煤樣測定，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，mL V0空白測定，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，mL c 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，m mol/mL f 校正系數(shù)。 當(dāng) St,ad4%時， f=1.05603. 高溫燃燒中和法（二）含硫量計算式：式中 St,ad雙管定硫儀 雙管定硫儀法 雙管定硫儀 雙管定硫儀法 62高溫燃燒中和法測定硫含量 精密度要求St,ad(%)重復(fù)性St,ad(%)再現(xiàn)性St,ad(%) 4 0.05 0.10 0.20 0.15 0.25 0.3562高溫燃燒中和法測定硫含量 精密度要求St,ad(%63其他