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1、第4章 煤质分析,4.1 概述,4.2 煤的水分的测定,4.3 煤发热量的测定,4.4 煤中全硫量的测定,主要内容,4.1 概述,煤不仅是重要的固体燃料，而且是冶金工业、化学工业的重要原料。煤化工,煤是由一定地质年代生长的繁茂植物在适宜的地质环境下，经过漫长岁月的天然煤化作用形成的生物岩，是一种组成、结构非常复杂，而且极不均匀的，包含了许多有机、无机化合物的混合物。,煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。,碳,氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的
2、质量分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。,氢,氧元素是组成煤有机质的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从130%均有。,氧,氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。,氮,硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。,硫,煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。,1.如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤； 2.碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤； 3.只有碳含量在8488%，氢含
3、量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。,煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。 如结焦性好或粘结性好的煤是优质的炼焦用煤； 热稳定性好的无烟块煤是合成氨厂的主要原料； 挥发分和发热量都高的煤是较好的动力用煤， 一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气化制造煤气和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料。,我国的分类法是以炼焦用煤为主的工业分类法,新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无烟煤之间共划分为14个大类和17个小类。,常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤,无烟煤,无烟煤分为三个小类： 年老无烟煤、典型无烟煤、年轻无烟煤，主要是按照各小类工艺利用特性的不同而划分。,褐煤,
4、褐煤划为2个小类： 年老褐煤和年轻褐煤，也是根据其性质和利用特征不同而划分的。,贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤共12个煤类。,烟煤,1工业分析,煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤的基本依据。 它包括煤的水分、灰分、挥发分产率和固定碳四个项目的测定。,通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。,有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析， 再加上煤的发热量和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。,2元素分析,主要测定煤中碳、氢、氧、氮、硫等元素，了解煤的元素组成。 元素分析的结果是对煤进行科
5、学分类的主要依据。在工业上，是计算发热量、计算热量平衡的依据。,3其它分析,如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。 如煤中的锗含量在20gg-1以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在50gg-1以上和铀含量在300500gg-1以上时也有提取价值，,3其它分析,再如有害元素分析。煤中的有害元素种类很多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、镉、汞等。硫、磷、氯主要是指工业利用中对生产有害，后几种则是对人体和环境有害，根据特殊的需要进行检测。 其它还有煤灰成分分析，物理性质测定等，需根据要求来确定检测项目。,常用的符号和基准,表1 分析试验
6、项目及符号,C、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。,ash,volatile compound,fixed carbon,quantity of produced heat,mineral matter,moisture,表2 常用指标及符号,free,inherence,total,nether,3各种基准的表示符号,基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤样分析试验，将得出不同的结果，所以基准又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。,收到基（ar） as received 空气干燥基（ad） air dry 干基（d） dry 干燥无灰基（daf） dry af 干燥无
7、矿物质基（dmmf） mineral matter free,收到基（ar）,就其含义而言，是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样，以此种状态的煤样测定的结果并以此基表示的值，称为收到基。,空气干燥基（ad ）,是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样。在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥1小时后质量变化不超过0.10%，则认为达到空气干燥状态。,干基（d）,以无水状态的煤样为标准的分析结果表示方法。,干燥无灰基（daf）,它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果表示方法。,一、水分的测定,煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。因为煤中水分含量越多，煤的无用成分也越多，同时有大量
8、水分存在，不仅煤的有用成分减少，而且它在煤燃烧时要吸收大量的热成为水蒸汽蒸发掉。所以煤的水分越低越好。,（一）煤中水分的存在形态,分为两类 :化合水、游离水 1化合水： 以化合方式和煤中矿物质结合的水，即通常所说的结晶水； 例如，硫酸钙（CaSO42H2O）、高岭土（Al2O32SiO42H2O）中的结晶水。结晶水要在200以上才能分解析出。,2.游离水：以物理状态（如附着、吸附等形式）和煤结合的水。根据存在的不同结构状态，分为以下两种：,1）外在水分（Mf）：是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔（直径10-5cm）中的水分。,2）内在水分（Minh） 内在水分是指吸附
9、或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径10-5cm）中的水分。这部分水分较难蒸发。,也可称为风干水分，在温度20oC,65%相对湿度下，风干12天即可除去的水分；检测所用煤样的粒度小于13mm；,也可称为烘干水分，高于水的正常沸点温度下才能除尽；在102105oC下干燥1.5小时；检测所用煤样的粒度小于3mm。,煤中全水分（Mt ）的测定,煤的外在水分和经过换算的内在水分之和，称为全水分或应用基水分。因 为它们测定时各自的基准不同，其换算关系不是简单的加和关系：,例如，有100g煤样，所测风干水分为5%，风干后的烘干水分为4%，求煤样 的总分水。 解：Mf=5%, Minh=4%,代入公式得：,全水分
10、测定结果的允许误差,平行测定全水分的允许误差,* 在同一化验室进行全水分测定时,1.外在水分的测定,1）粒度小于13mm的煤样1kg左右（精确到0.1g，G），倒入已恒重的白铁皮浅盘中（长280mm,宽230mm,高30mm）； 2）摊平试样于4550oC烘箱中干燥8h，冷却至室温称量； 3）放置8h自然干燥后，再称量；直至两次称量之差不大于0.3%为止，试样减轻为G1,2.内在水分的测定,1）测定外在水分后的煤样粉碎至粒度小于3mm，称量1015g（G），放入已知质量的直径为70mm、高40mm的称量瓶中； 2）于102105oC烘箱内，鼓风干燥1.5h，冷却称量； 3）重复干燥0.5h直至
11、恒重（两次称量之差不大于0.005g)。试样减轻为G1,3.空气干燥水分（分析基水分）,Mad分析基水分；m1分析煤样干燥后失去的质量g；m分析煤样的质量g。,测定外在水分（风干）后的煤样，粉碎为粒度小于0.2mm，在 规定条件下，测得的水分为Mad,1）通氮干燥法,1.称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（10.1）g，精确至 0.0002g,即为G ，平摊于已恒重的带盖的称量瓶中（打开瓶盖） 2.送入预先通入干燥氮气并已加热到102105oC的干燥箱中，烟 煤烘1.5h，褐煤和无烟煤烘2h，取出称量瓶后立即加盖 3.冷却至室温后称量。重复干燥至恒重（两次称量差值小于 0.001g）, 试
12、样减轻质量为G1,2）空气干燥法,与氮气干燥法基本相同； 称取一定量煤样于102105oC的干燥箱中，在空气流中干燥至恒 重（鼓风干燥），然后计算百分含量。,3）甲苯蒸馏法,即有机溶剂蒸馏法，是测定水分较精确的方法。其理论依据是两 种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分的沸点。,例如，常温常压下，纯苯的沸点为80.4oC，水的沸点为100oC，水和苯的混 合物沸点则为69.13oC，苯的蒸汽压约为0.07Mpa，水的蒸汽压则约为 0.03Mpa，因此在69.13oC时苯和水同时蒸发。,适用于在高温下容易分解的有机物中水分的测定。,所用有机溶剂应具下列性质： 1.与水互不相溶；2.常温下
13、其相对密度小于1；3.与被测物质不发生化学反 应； 常用的有机溶剂有：汽油、苯、甲苯、二甲苯或其他惰性有机碳氢化合物； 有机溶剂的作用是降低沸点，使水易蒸馏出来；蒸出水分被溶剂带走。,1.称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样25g，精确至0.001g, 即为G ，移入 干燥的圆底烧瓶中，加入约80mL甲苯，摇匀。放入适量玻璃碎片或小玻璃 球。进行蒸馏；,2.加热蒸馏瓶至内容物达到沸腾状态，控制加热温度使冷凝管口滴下的液滴数为24滴/s，连续加热直到馏出液清澈，并在5min内不再有细小气泡出现为止。,3.取下水分测定管，冷却至室温，读数并记下水的体积（mL），按校正后的体积从回收曲线上查出煤样
14、中水的实际体积（V）。,4.绘制回收曲线：以微量滴定管准确量取0mL、1mL、2mL、3mL10mL蒸馏水，分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL甲苯，然后按上述方法进行蒸馏。根据水的加入量和实际蒸出体积绘制回收曲线。更换试剂时，需重做回收曲线。,d，为水的密度，20oC时取1.00g/mL,4.3 煤发热量的测定,一、发热量的定义及单位 二、发热量的种类和基准 三、煤的发热量的测定,煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。,1. 煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。,2. 煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数即可考虑改进操作条件和工艺过程，从
15、而设法达到最大的热能利用率。,煤的发热量是表征煤炭各种特征的综合指标，在煤质研究中也是一个十分重要的参数。煤的发热量也是反映煤化程度的指标，还常作为煤碳分类的指标。,一、发热量的定义及单位,煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用Q表示。,发热量的单位: J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。 过去曾使用卡（cal）作单位，1 cal = 4.1816 J。,二、发热量的种类和基准,煤的发热量分类： 弹筒发热量 高位发热量 低位发热量,1弹筒发热量：（Qb）,是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内，在过量的高压氧气条件下（初始压力为2735大气
16、压）燃烧后产生的热量，也就是用弹筒量热计实测出的热量。 燃烧产物为：O2、N2、CO2、HNO3、H2SO4、液态水、固态灰,煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹筒中，N被氧化为NO2或N2O5，S被氧化为SO3，它们溶于水也会发出热量。因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多，所以又称为“最高发热量”。,2高位发热量（Qgr表示）,高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量，此时煤中的硫只生成SO2，氮是游离状态N2，水呈液态冷凝（常温约25）。 燃烧产物为：O2、N2、CO2、SO2、液态水、固态灰,高位发热量等于“弹筒发热量”减去“硝酸和硫酸校正热” 即是弹筒发热量进行生成酸的热效应校正后的发热量,高位发热量可从弹筒发热量求得： Qgr,ad = Qb,ad -（95St,ad + Qb,ad）,Qgr,ad空气干燥基煤的高位发热量，J/g； Qb,ad空气干燥基煤的弹筒发热量，J/g； St,ad空气干燥基煤的全硫含量；95煤中每1%硫的校正值，
