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1、动力用商品煤的水分、灰分、挥发分动力用商品煤的水分、灰分、挥发分煤的水分、灰分、挥发分和固体碳 4 个项目通常称为煤的工业分析。广义的工业分析还包括煤的发热量、全硫和真相对密度。煤中水分的赋存状态分为 2 大类。一类是与矿物质相结合的水，称为化合水或结晶水。如石膏（CaSO4。2H2O）和高岭土（Al2O3。2SiO2。2H2O）中的结晶水就是以化合形式与矿物质相结合。这部分水分通常要在 2000C 以上的温度下才能分解析出。如CaSO4。2H2O 中的 2 个分子结晶水要在 5000C 以上才能完全脱除，在 1700C 时能脱除其中 1.5 份结晶水。工业分析中的水分则不包括这部分结晶水。另
2、一类水分是以物理状态与煤的有机物质相联系。即水分以附着和吸附等形式存在于煤中，这部分水统称为游离水分。这些游离水分在 105-1100C 的温度下经过一定时间的蒸发即可全部脱除。游离水分的多少在一定程度上能表征煤炭的煤化程度深浅，也是决定媒质优劣的重要参数之一。与有机质相联系的游离水分，还可根据其存在状态而分为外在水分和内在水分 2 部分。吸附或凝聚在媒有机质颗粒内部毛细孔（微孔）中的水分称为煤的内在水分。附着煤粒表面的水分称为外在水分。由于毛细孔吸附力的作用，煤的内在水分比外在水分较难蒸发除去。如煤样在空气中放置 8-24h 后，其外在水分一般就能蒸发除去，而内在水分只有在外在水分除去相当一
3、部分才会缓慢地向外逸散，且在室温下几乎不可能全部脱除。当煤的内部毛细孔吸附的水分达到饱和状态时，其所含的水分称为煤的最高内在水分。煤内部毛细孔容积的大小，基本上能表征煤的煤化程度。尤其是低煤化度煤，毛细孔的内表面积很大，其最高内在水分含量也高。煤的外在水分和内在水分合称为煤的全水分（Mt）。由于煤的外在水分随煤矿地质条件、大气的湿度等外界条件的改变而变化，所以煤炭的全水分含量也是经常发生变化的。至于煤中存在的外在水分和内在水分的确切涵义，与煤的工业分析中测定的外在水分和内在水分的概念有一定差异。在工业分析中的外在水分，实质上是测定煤样达到空气干燥状态时所损失的水分，这时煤的内在水分也将往外逸散
4、一部分而受到损失，因为当外在水分蒸发到一定程度以后，由于其水蒸气分压的降低而必然导致一部分内在水分往外蒸发逸出。所以严格地说工业分析中的外在水分应称为“空气干燥时的损失水分”。按同样原理，工业分析中的内在水分就应称为“空气干燥时的残留水分”（按 ISO、ASTM、B.S 的定义）。由于工业分析中的外在水分和内在水分的煤样基准不同，所以全水分的测值不是两者直接相加，而必须通过下列公式计算。即：100- Mt100 Mt=-Mfz+Minh x式中 Mt煤样的全水分（%）；Mfz煤样的外在水分（%）；Minh煤样的内在水分（%）。空气干燥煤样水分是指煤样粉碎到 0.2mm 以下达到空气干燥状态后残
5、留的水分。亦称分析煤样水分。由于其粒度比测定内在水分所用煤样的粒度（小于 6mm）小得多，所以它的测值必然与内在水分有较大的差异而不能互相替换，尤其是对一些水分高的低煤化度煤的差异更大。煤的水分高低直接影响煤炭的质量。对精煤来说，如在寒冷冬季运输，水分大就会发生冻车事故，造成煤炭无法卸车。全水分大的煤，其收到基低位发热量就大大降低，严重影响商品煤的售价。分析煤样水分的测定结果除了用来计算干基灰分和干燥无灰基挥发分、元素成分等外，其数值大小在相当程度上也表征了煤化程度的高低。如煤肥和焦炭的 Mad值普遍在 0.5%以下，而不粘煤的 Mad多在 3%-8%以上，褐煤的 Mad普遍高达 10%-30
6、%以上。当然，Mad结果还受空气相对湿度而变化。此外，烟煤的 Mad值大小还与其结焦性或粘结性紧密相关，通常粘结性越强的烟煤，其 Mad值也越低，这是因为强粘结性烟煤的粘结组分中含较多富氢的脂环族化合物（憎水性强），而各种含氧的极性基团（喜水性强）较少。煤炭全水分的高低除了与其煤化度有关外，还与矿井地下水的大小有关。如某些中等变质程度的烟煤，由于矿井水大，其全水分几乎与长焰煤、不粘煤等年轻烟煤接近。煤的最高内在水分几乎不受空气中相对湿度大小的影响，因而它与煤化程度之间的关系比 Mad和 Mt更好，尤其是低煤化度煤的最高内在水分与煤化程度的关系更为密切。我国新的煤炭分类国家标准（GB575186
7、）中就以含最高内在水分的无灰基高位发热量（Qgr,maf）作为年轻煤的分类指标之一。 即当低阶煤的透光率（PM）大于 30%-50%之间时，再用 Qgr,maf来区分褐煤和长焰媒：Qgr,maf大于 24.00MJ/kg 为长焰媒，否则为褐煤。煤的灰分是指煤在一定高温下得到充分燃烧后的残留物。煤的灰分绝大部分是煤中的矿物质燃烧时生成的无机氧化物（SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、P2O5、MnO2、SO3、Na2O 和 K2O 等）。年轻煤有机质中的金属有机化合物在燃烧后，其金属元素也氧化成金属氧化物而形成煤炭灰分的一部分。如低煤化度的褐煤类，其腐植酸中的钾、钠、钙、
8、镁等盐类在煤燃烧前就是金属有机化合物，但燃烧后腐植酸中的碳、氢、氮、氧等有机元素形成 CO2、H2O 和 N2等气态物质逸出；钙、镁等金属元素则氧化成 CaO 和 MgO 等金属氧化物而成为煤灰的一部分。在一般情况下，煤的灰分产率约比矿物质含量降低 1%-5%左右。通常含硫铁矿较多的煤，其灰分与矿物质间的差值小，而含碳酸盐矿物较多的煤，其灰分与矿物质间的差值就大。这是因为碳酸盐矿物在高温下分解成 CO2和金属氧化物两部分，前者呈气态逸出而只剩下金属氧化物变成了灰分。又如粘土类矿物，经高温燃烧后，其结晶水也成水蒸气逸出。至于硫化铁类矿物燃烧后形成的残留物 Fe2O3，分子量也有所降低。其燃烧反应
9、式如下：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2351.40(分子量) 319.4（分子量）总之，煤中矿物质变成灰分后，其重量的降低幅度约占矿物质的 10%-15%左右。但腐植酸钙（镁）等含量较高的低灰分褐煤类，也有灰分比其矿物质含量稍有增高的可能。煤的灰分高低对煤炭质量的影响更直接。如高水分煤经过一定时期的堆成或采取人工干燥后可使煤的发热量明显提高，而高灰分煤尤其是内在灰分高的煤，一经采出很难用简单方法提高媒质。灰分是煤中的主要有害物质。它是我国商品煤尤其是炼焦精煤计价的主要依据。煤层灰分大于 40%时，地质勘探部门就作为尚难利用储量（即过去的表外储量）进行计算。许多用煤工业部门都以一定
10、的灰分界线作为能否使用的依据，如水泥回转窑用煤的灰分Ad 必须在 27%以下；炼焦精煤的灰分要求低于 12.5%，否则就作为非冶炼精煤计价。煤的灰分与水分一样还是计算干燥无灰基挥发分和元素成分等化验结果时的必要指标。根据煤的灰分高低，可以大致估算出煤中原有矿物质的含量。如美国的派尔（PARR）曾提出过计算煤中矿物质的经验公式如下：MMd=1.08Ad+0.55Sp.d 或MMd=1.1Ad+0.1St,d（简化式）。此外，灰分的高低将直接影响发热量的大小，对同一矿井的煤来说，两者成很规律的反比关系。煤的灰分高低还直接影响粘结性的强弱和焦油产率（Tar,d 及 Tar,dar），因为这些矿物组分
11、不但是惰性组分，而且还会促使胶质体的分解，导致焦油组分分解成煤气。另外，人们根据灰分的颜色可大致判断煤灰熔融性特征温度的高低。如灰呈红色的煤表示其Fe2O3 高，软化温度 ST 低；呈白色的煤灰如含 CaO 高，则 ST 也低。煤的挥发分是指煤在一定温度下（如 900oC 或 950oC）隔绝空气受热时裂解反应所逸出物的质量（不包括逸出的水分）占试验煤样的质量百分率。挥发物的组成颇为复杂，且与其煤化程度有密切关系。如含氧高的褐煤类，其挥发分中除一部分低分子量的碳氢化合物（如 CH4、C2H6、C2H4）等可燃成分外，还有相当部分的 CO2 和 H2O 等非可燃成分，以及 CO、H2S、COS
12、等可燃气体。此外，也有一些以苯、酚类芳香族化合物形态逸出。烟煤挥发分组成中含氧化合物（CO2、H2O、CO、COS）比褐煤的少，而低分子量的碳氢化合物和苯类化合物的含量比褐煤多，酚类化合物的量也比褐煤少。无烟煤挥发分组成中的含氧化合物比例更少，其苯类和酚类化合物比烟煤的还少，但 C2H4、C2H2等不饱和碳氢化合物的比例比烟煤多。不同煤类的挥发分组成有明显差异，其挥发分热值差别也很大，通常以粘结性越强的烟煤挥发分热值越高，褐煤挥发分的热值最低，无烟煤因挥发分太少，故总的热值也不高。挥发分是确定煤化程度最简易快速的指标，与其焦渣特征相结合，可以初步确定煤的大类别。另外，它还可以用来计算干燥无灰基
13、煤发热量的大小。挥发分与其焦渣特征和Mad、Aad 值结合，可以计算出各种烟煤的 Qgr,ad 及 Qnet,ad 结果。此外，许多用煤工业都以挥发分的大小作为能否使用的依据。如工业锅炉用煤，要求以 Vdaf 大于或等于20%为最低限度；水泥回转窑用煤的标准中规定，Vdaf 大于 25%的煤才能使用；发电用煤的挥发分 Vdaf 下限为大于 6.5%；合成氨用无烟煤 Vdaf 应低于 10%；配煤炼焦中以Vdaf28%-34%为最佳。根据挥发分中的大小，可估算出低温焦油产率和 Cdaf、Hdaf、Odaf 等元素含量以及煤的着火点高低。此外，根据测定挥发分后的焦渣特征，还可粗略推断煤的粘结性强弱
14、。总之，挥发分 Vdaf 的测定很方便，是媒质分析中使用价值最大的一个指标。煤中固定碳是指除去分析煤样水分、灰分和挥发分后的残留物。它的组成以元素碳为主。固定碳和元素碳两者之间，存在有规律的正比相关。固定碳中仍然有少部分氢、氧（多在芳香核环上形成氧键）、氮、硫等元素存在。煤中固定碳的高低除了与水分、灰分等杂质多少直接有关外，它还与煤化程度成正比。即煤化程度高的煤，其挥发分低，固定碳高。固定碳的数值与挥发分相似，其值随计算基准而异。如：FCad=100-Mad-Aad-VadFCar=100-Mar-Aar-Var固定碳与挥发分的比值（FC/V）叫做燃料比，它也是表征煤化程度的有效指标。燃料比值
15、越大的煤，煤化程度也越高。日本和美国的煤炭分类中，多用燃料比作为分类指标。煤中固定碳是由差减法计算出的，有重要的使用价值。首先，由于煤的发热量与固定碳成正比，因而工业部门常把固定碳作为媒质分析的重要指标。如化肥用煤规定，固定碳必须大于 65%。因为煤的挥发分受热后很快析出，很难得到充分燃烧，而固定碳高的煤则能在锅炉中得到较长时间燃烧，其热量利用率高。因此，工业锅炉用煤也要考虑其固定碳的大小。固定碳也可作为煤炭分类的指标。二、动力用商品煤的灰分分布情况及其变化规律1997 年全国生产原煤 13.25 亿 t，当年入选 22343 万 t，其中入选炼焦原煤 13813 万t、动力用煤 8530 万
16、 t，生产洗动力用煤 6742 万 t，动力煤的入选比重只占全国原煤产量的 6.5%弱，而工业发达国家的动力煤入选比重达 80%-100%。1996 年我国燃煤电厂的平均灰分 Ad为 28%左右，其中 Ad在 25%-35%间的约占总燃煤量的 45%-52%，尤其是广西壮族自治区各电厂的燃煤灰分普遍高达 40%-50%以上，桂林、柳州、南宁和合山电厂的燃煤的灰分分别高达 50.4%、47.2%、53.4%和 50%以上。江西分宜电厂燃煤灰分也高达 46.9%，景德镇电厂的燃煤灰分为 42.5%-51.2%，因而当年全国 5 亿 t 左右发电用煤的平均灰分高达 28%左右。美国公用电网发电厂 1996 年消耗的 78263 万 t 燃煤平均灰分仅为 9.22%，其中烟煤和次烟煤的平均灰分各为 10.3%和 6.6%。此外，美国联合电气公司各电厂的燃煤平均灰分更低至 4.5%。即使是装机容量为 4.32GW、居世界第 3 位的波兰贝尔哈托夫电厂所燃用的褐煤灰分也低至 10%-15%，只有印度燃煤电厂的灰分较高，Ad为 25%-42%左右。据印度的昌德拉普电厂对燃煤灰分与电厂热
