煤的工業(yè)分析-煤中的水分(煤化學(xué)課件)

煤中水分的分類《煤化學(xué)》學(xué)校名稱：目錄游離水和化合水外在水分和內(nèi)在水分全水分最高內(nèi)在水分1234游離水是以附著、吸附等物理狀態(tài)與煤結(jié)合的水。煤中的游離水，在105~110℃的溫度下放置1~2h后即可全部蒸發(fā)掉.化合水是指以化合方式與煤中的礦物質(zhì)結(jié)合，即通常所說的結(jié)晶水和結(jié)合水，如硫（CaSO4·2H2O）中的結(jié)晶水和高嶺土[Al2Si2O5(OH)3]中的結(jié)合水。一、游離水和化合水根據(jù)結(jié)合狀態(tài)的不同，煤中的水分可分為游離水和化合水兩大類。根據(jù)水分的不同賦存狀態(tài)，煤中水分又可分為內(nèi)在水分和外在水分兩種。

外在水分以機械的方式與煤結(jié)合，蒸汽壓與水的蒸汽壓相等，較易蒸發(fā)。當(dāng)煤在室溫下的空氣中放置時，外在水分不斷蒸發(fā)，直至與空氣的相對濕度達到平衡時為止。此時失去的水分就是外在水分。外在水分附著在煤粒的外表面或較大的毛細孔中的水（直徑大于10-5cm）稱為外在水分，是一定條件下煤樣與周圍空氣濕度達到平衡時失去的水分，又稱自由水分或表面水分，項目符號為Mf。二、外在水分和內(nèi)在水分

內(nèi)在水分以吸附或凝聚方式存于煤粒內(nèi)部直徑小于10-5小毛細孔中，蒸汽壓小于純水的蒸汽壓，較難蒸發(fā)，加熱至105~110℃時才能蒸發(fā)。

內(nèi)在水分吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部毛細孔中的水（直徑小于10-5cm）稱為內(nèi)在水分，它是在一定條件下煤樣與周圍空氣濕度達到平衡時所保持的水分，項目符號為Minh。二、外在水分和內(nèi)在水分工業(yè)分析所測定的外在水分和內(nèi)在水分與理論定義的差異之處在工業(yè)分析的實際測定中，由于煤從脫去表面水到脫去內(nèi)在水是連續(xù)而復(fù)雜的過程，二者難以嚴格分開，因此工業(yè)分析中的表面水和內(nèi)在水不是按照其理論定義來劃分的，而是按照測定方法或者說是測定條件來定義的。所謂表面水是指環(huán)境溫度和濕度下，煤與大氣接近濕度平衡時失去的那部分水，而留下來的水分則為內(nèi)在水，這與以表面吸附和毛細管吸附為根據(jù)的理論劃分法有所出入。因為當(dāng)煤與大氣接近平衡時不僅失去表面吸附水，而且部分毛細管吸附水也要失去，所以實測的表面水和內(nèi)在水不是一個定值，而是隨測定環(huán)境的溫度和濕度等的變化而異。二、外在水分和內(nèi)在水分全水分：煤的外在水分與內(nèi)在水分的總和稱為煤的全水分。它代表了剛開采出來，或使用單位剛收到或即將投入使用狀態(tài)下煤中的全部水分（游離水分）。

（1）

雖然全水分應(yīng)等于外在水分和內(nèi)在水分之和，但外在水分以收到基為基準，而內(nèi)在水分以空氣干燥基為基準?；鶞什煌?，測定結(jié)果不能直接相加，必須經(jīng)過換算。將空氣干燥基內(nèi)在水分換算為收到基內(nèi)在水分，才能相加得出全水分，即收到基全水分。三、全水分最高內(nèi)在水分（MHC）：煤樣在溫度為30℃，相對濕度為96%下達到平衡時測得的內(nèi)在水分稱為最高內(nèi)在水分。由于煤的孔隙率與煤化度有一定的相關(guān)性，所以煤的最高內(nèi)在水分基本上反映了煤的變質(zhì)程度、黏結(jié)性和發(fā)熱量等煤質(zhì)特征。如年輕褐煤的最高內(nèi)在水分在30%以上，而最高內(nèi)在水分含量小于1%的煙煤幾乎都是強黏結(jié)性和高發(fā)熱量的肥煤和主焦煤。

在煤的工業(yè)分析中，只測定游離水，一般不考慮化合水。煤有機質(zhì)中的氫和氧在干餾或燃燒時生成的水稱為熱解水，不屬于上述的水分范圍，也不是工業(yè)分析的內(nèi)容。四、最高內(nèi)在水分煤中的水分《煤化學(xué)》學(xué)校名稱：目錄煤中水分的來源煤中水分的測定原理煤中水分與煤質(zhì)的關(guān)系煤中水分對煤加工利用的影響1234

煤中水分的來源是多方面的。1.在成煤過程中，成煤植物遺體堆積在沼澤或湖泊中，水因此進入煤中；2.煤層形成后，地下水進入煤層的縫隙中；3.在水力開采、洗選和運輸過程中，煤接觸水體、雨、雪或潮濕的空氣均可使水分增加。一、煤中水分的來源

測定煤中水分含量的方法有蒸餾法、微波加熱法、加熱干燥法（分為干燥失重法和直接重量法）等。常用方法為加熱干燥法中的干燥失重法。1.干燥失重法

煤中水分是以物理態(tài)吸附在煤的表面或孔隙中，只要將煤加熱到高于100℃，即可使煤中的水分析出。在加熱過程中，煤本身不發(fā)生任何變化，煤的失重即認為是水分失去所引起的。

通常是將煤加熱到105～110℃并保持恒溫，直至煤處于恒重時，煤樣的失重即為煤樣在干燥中失去的水分。二、煤中水分的測定原理2.微波干燥法

將煤樣置于微波測水儀內(nèi)，在微波作用下，煤中的水分子高速振動，產(chǎn)生摩擦熱，使水分蒸發(fā)，根據(jù)煤樣失重計算水分含量。微波加熱法對煤樣能夠均勻加熱，水分可以迅速蒸發(fā)，因而測定快速周期短能夠防止煤樣因加熱時間過長而氧化，但因為無煙煤和焦炭的導(dǎo)電性強，不適合該法。3.共沸蒸餾法將煤樣懸浮在一種與水不互溶的有機溶劑中，通常用甲苯會二甲苯，放入水浴中加熱，煤種的水分受熱后形成蒸汽，與有機蒸汽一起進入冷凝泠卻器，冷凝液進入有刻度的接收管。由于溶劑與水不互溶，且水的密度大，沉于底部，可通過刻度讀取水的體積，從而得到水分的量。在我國國標(biāo)和國際標(biāo)準中已將此方法淘汰。二、煤中水分的測定原理

煤中各種水分的多少均在一定程度上反映了煤質(zhì)狀況，煤中的外在水分、內(nèi)在水分和最高內(nèi)在水分都與煤質(zhì)有關(guān)，表1為不同煤化度煤中內(nèi)在水分的含量變化區(qū)間。煤中的化合水與煤的變質(zhì)程度沒有關(guān)系，但化合水多，說明含化合水的礦物質(zhì)多，會間接地影響煤質(zhì)。表1煤中內(nèi)在水分與煤的煤化程度的關(guān)系

煤種

內(nèi)在水分/%

煤種內(nèi)在水分/%泥炭5~25焦煤0.5~1.5褐煤5~25瘦煤0.5~2.0長焰煤3~12貧煤0.5~2.5氣煤1~5無煙煤0.7~3肥煤0.3~3年老無煙煤2~9.5三、煤中水分與煤質(zhì)的關(guān)系

低煤化度煤結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)構(gòu)中有較多的親水基團，內(nèi)部毛細管發(fā)達，內(nèi)表面積大，因而外在水分高，內(nèi)在水分大，例如褐煤的外在水分和內(nèi)在水分均可高達20%以上。隨著煤化度的提高，煤的結(jié)構(gòu)漸趨緊密，內(nèi)表面積減少，兩種水分都在降低。在中等煤化程度的肥煤和焦煤階段，外在水分較少，內(nèi)在水分達到最低值（小于1%）。到高變質(zhì)的無煙煤階段，煤分子的排列更加整齊，加之縮聚的收縮應(yīng)力使煤粒內(nèi)部的裂隙增加，外在水分于內(nèi)在水分的含量又有所提高，內(nèi)在水分可達到4%左右。三、煤中水分與煤質(zhì)的關(guān)系

煤的最高內(nèi)在水分與煤化度的關(guān)系與內(nèi)在水分基本相同，但表現(xiàn)出更為明顯的規(guī)律性，如圖1所示。當(dāng)揮發(fā)分（Vdaf）為25±5%時，MHC＜1%，達到最小值。對于高揮發(fā)分（Vdaf＞30%）的低煤化度，MHC隨著Vdaf的增加而迅速增大，最高可達20%~30%。對于低揮發(fā)分（Vdaf＜20%）的高煤化度煤，MHC隨著Vdaf的減少又略有增大。因此，可以采用MHC作為低煤化度煤的一個分類指標(biāo)。圖1MHC與Vdaf的關(guān)系二、煤中水分與煤質(zhì)的關(guān)系

一般來說，煤的水分對其加工利用、貿(mào)易和儲存運輸都會帶來不利的影響。1.在運輸過程時，煤的水分增加了運輸負荷與成本，在寒冷地帶水分的凍結(jié)導(dǎo)致裝卸困難。2.在儲存時，煤中的水分隨空氣的濕度而變化，使煤易破裂，加速了氧化。3.在機械加工時，水分過多會引起粉碎、篩分困難，既容易損壞設(shè)備，又降低生產(chǎn)效率。4.在鍋爐燃燒中，水分高會影響燃燒的穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)。四、煤中水分對煤加工利用的影響5.在煉焦工業(yè)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。水分過大，還會損壞焦?fàn)t，縮短焦?fàn)t使用年限，同時，煉焦煤中的各種水分（包括熱解水）全部轉(zhuǎn)入焦化剩余氨水中，增大了焦化廢水處理負荷。因此，在煤炭貿(mào)易中，水分成為一項重要的計價依據(jù)。但水分高有時也會產(chǎn)生積極效應(yīng)。例如，燃燒粉煤時，若煤中含有一定水分，可有效減少粉煤的損失，在一定程度上改善爐膛的輻射效能。在現(xiàn)代煤炭加工利用中，煤中水分可作為加氫液化和加氫氣化的供氫體。此外，高水分褐煤的利用價值也逐漸被發(fā)掘。四、煤中水分對煤加工利用的影響煤中水分的測定《煤化學(xué)》學(xué)校名稱：

在實際工作中，需要測定的水分指標(biāo)包括煤中全水分、一般分析試驗煤樣水分和最高內(nèi)在水分。目錄全水分的測定一般分析試驗煤樣水分的測定最高內(nèi)在水分的測定123

GB/T211--2017規(guī)定，全水分測定可采用兩步法、一步法和微波干燥法等三種方法，其中兩步法和一步法又分別包括通氮干燥法及空氣干燥法兩種方法，而為了進行在線分析，快速、準確地了解煤中水分，微波干燥法被列入規(guī)范性附錄中。在氮氣流中干燥的方式適用于所有煤種，在空氣流中干燥的方式適用于煙煤和無煙煤，微波干燥法適用于煙煤和褐煤。兩步法中的通氮干燥法被標(biāo)準列為仲裁方法，這里以此為例說明煤中全水分測定的方法要點以及結(jié)果計算等。1.外在水分在兩步法中的通氮干燥法測定中，稱取一定量13mm試樣，在溫度不高于40℃的環(huán)境下一、全水分的測定干燥到質(zhì)量恒定，按照式（1）計算外在水分。（1）式中Mf——試樣的外在水分，%；m1——試樣干燥后的質(zhì)量損失，單位為克（g）；m——稱取的13mm試樣的質(zhì)量，單位為克（g）。2.內(nèi)在水分立即將測定外在水分后的煤樣破碎到標(biāo)稱最大粒度3mm，于105~110℃下在氮氣（空氣）流中干燥到質(zhì)量恒定，按照式（2）計算內(nèi)在水分。（2）式中Minh——試樣的內(nèi)在水分，%；m2——稱取的試樣的質(zhì)量，單位為克（g）；m3——試樣干燥后的質(zhì)量損失，單位為克（g）。一、全水分的測定

3.全水分雖然全水分應(yīng)等于外在水分和內(nèi)在水分之和，但外在水分以收到基為基準，而內(nèi)在水分以空氣干燥基為基準?；鶞什煌?，測定結(jié)果不能直接相加，必須經(jīng)過換算。將空氣干燥基內(nèi)在水分換算為收到基內(nèi)在水分，按照式（3）相加得出全水分，即收到基全水分。（3）式中Mt——煤中全水分，%。如果在運送過程中煤樣的水分有損失，按式（4）求出補正后的全水分值：（4）式中Mt′——補正后的煤中的全水分，%；M1——試樣的的水分損失率，%；Mt——不考慮煤樣在運送過程中的水分損失時測得的全水分，%。一、全水分的測定

當(dāng)M1大于1%時，表明煤樣在運送過程中可能受到意外損失，則不可補正。但測得的水分可作為試驗室收到煤樣的全水分。在報告結(jié)果時，應(yīng)注明“未經(jīng)補正水分損失”，并將煤樣容器標(biāo)簽和密封情況一并報告。為使分析結(jié)果可靠，每項分析試驗應(yīng)對同一試樣進行兩次重復(fù)測定，在同一試驗室，兩次重復(fù)測定結(jié)果的差值不得超過表1的規(guī)定，否則應(yīng)進行第三次測定。一、全水分的測定

一般分析試驗煤樣水分過去曾被稱為空氣干燥煤樣水分，是指在規(guī)定條件下測定的一般分析煤樣水分。GB/T212-2008規(guī)定，用通氮干燥法、空氣干燥法和微波干燥法等三種方法測定一般分析煤樣水分。其中通氮干燥法適用于所有煤種，空氣干燥法僅適用于煙煤和無煙煤，微波干燥法被列入附錄中，適用于褐煤和煙煤水分的快速測定。在仲裁分析中，遇到有用一般分析試驗煤樣水分進行校正以及基的換算時，應(yīng)采用通氮干燥法測定。這里以通氮干燥法為例說明一般分析試驗煤樣水分的測定方法要點。二、一般分析試驗煤樣水分的測定在通氮干燥法中，稱取一定量的一般分析試驗煤樣，置于105~110℃干燥箱中，在干燥氮氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失，按照式（5）計算出水分的質(zhì)量分數(shù)。