煤的元素分析煤的元素分析包括煤中碳、氢、氧、氮和硫的测定由于我国煤质分析标准 将硫单独列为一项，所以，这里讲的元素分析，是指煤中碳、氢、氮的测定和氧 的计算第一节 煤中碳、氢、氮和氧的存在形态和测定意义煤由有机物和无机物两部分组成无机物主要是矿物质和水；有机物主要由 碳、氢、氧、氮、硫等元素组成其中碳、氢、氧的总和占有机质的95%以上， 其中碳元素占60%〜98%，氢元素占0.8〜6.6%,氧占1%〜30%氮含量变化范围不 大，一般在0.3〜3%之间，而硫元素大约占0.5〜3%一般来说随着煤化程度的加 深，碳元素含量增加，氢、氧元素含量减少，表2-44是我国各种类别煤的元素 组成表2-44各种类别煤的元素组成类别HJ%W%盘％褐煤60〜76.54.5〜6.61〜2.5>15〜20长焰煤77〜814.5〜6.00.7〜2.210〜15气煤79〜855.4〜6.81〜2.28〜12肥煤82〜894.8〜6.01〜2.04〜9焦煤86.5〜914.5〜5.51〜2.03.5〜6.3瘦煤88〜92.54.3〜5.00.9〜2.03〜5贫煤88〜92.74.0〜4.70.7〜1.82〜5无烟煤89〜980.8〜4.00.3〜1.51〜4石煤93〜970.5〜3.00.5〜1.01〜4泥煤55〜625.3〜6.51〜3.527〜34煤中各种元素的赋存形式不尽一致。
煤中碳、氢、氧主要以芳香族结构，脂 肪族结构以及脂环族结构存在，目前，一般认为煤是由带脂肪的侧链大芳环和杂 环的核所构成，碳是构成这些环的骨架，氢和其它元素结合分布在侧链和桥链上 少量碳以碳酸盐二氧化碳形式存在，少量氢、氧以结晶水方式存在煤中氮，主 要由成煤植物中的蛋白质转化而来的，通常为有机氮，其中有些是杂环型在泥 炭和褐煤中又以蛋白质氮（各种氨基酸及其衍生物）形态存在由于在煤的无机组分中也含有少量碳、氢、氧和硫等元素，因此，在了解煤 中有机质的元素组成及进行煤炭分类时，应以重液（密度为1.4或1.35）中洗选 后的精煤来测定煤的工艺用途主要由煤中有机质的性质所决定因此，了解煤中有机质的组 成是必要的在动力工业中，煤的元素组成可用来计算煤的燃烧热，煤中的碳和氢是热 量的主要来源1g碳完全燃烧生成二氧化碳产生34040J的热量，而1g氢产生 的热量为143000J，约为碳的4倍，因此，它们的含量决定了发热量的高低氧 在煤中以化合态存在，氧本身不燃烧，但加热时容易使有机组分分解成挥发性物 质，如：烟煤和褐煤含氧量高，所以生成的挥发性物质多，使着火点降低，但氧 的含量高，碳氢的含量降低，发热量降低。
氮燃烧时，大部分以游离态随烟气排 出，从燃烧的角度来说，氮为无用元素，约有20%〜40%在燃烧中变为NO .随 x烟气排入大气，增加污染硫分为可燃硫和不可燃硫，其中可燃硫参与燃烧，释 放少量的热量，但其氧化产物为二氧化硫和三氧化硫，既腐蚀锅炉设备，同时， 排到大气也污染环境，此外，煤中黄铁矿硫增高，还使灰熔融性降低，促使锅炉 结渣发生，因此，硫和氮均为有害元素煤中碳、氢、氧是其有机质的主要组分，反映煤的变质程度煤中碳含量随 着煤的煤化程度的加深而增加，所以，常称煤的煤化程度为煤的碳化程度，煤中 氢含量则随煤的煤化程度的加深而减少，煤中氧的含量也随煤的煤化程度的加深 而显著降低因此，人们很早就以煤的元素组成作为煤炭科学分类的指标之一 如，中国煤分类国家标准 GB5751中，就以干燥无灰基氢作为划分无烟煤小类的 指标此外，煤的元素组成可用来计算理论燃烧温度和燃烧产物的组成、燃烧理论 烟气量、过量空气系数及热平衡等，估算和预测煤的低温干馏产物和褐煤蜡产率 因此，元素分析在锅炉设计和运行中有十分重要的意义第二节煤中碳氢的测定(常规法)—、煤中碳、氢测定的基本原理1、测定原理(1) 燃烧吸收重量法煤 + O 8000C CO T+ HO + SO f+ SO ^+CL T+ NO f+ N f2傕化剂 2 2 3 2 2 2 2煤样在氧气流中燃烧，煤中的碳生成二氧化碳，氢生成水。
生成的二氧化碳 和水分分别被二氧化碳吸收剂和吸水剂吸收根据吸收剂的增重，计算煤中碳和 氢的含量对CO2和H2O的吸收反应如下：2NaOH+CO2 —Na2CO3+H2OCaCl2 + 2H2O =CaCl2 • 2H2OCaCL . 2HO +4HO = CaCL . 6HO(2) 半自动测碳氢将一定量的煤样放在瓷舟内，推至800°C的石英管中燃烧分解，用净化的氧 气为载气，吹进高锰酸银热解产物进行催化氧化，使煤中氢转化为水，碳转化为 二氧化碳将燃烧分解生成的水和二氧化碳载过伯一五氧化二磷电解池电解池 与仪器之间组成一电化学分析系统未进样时电解池内阻很大，正负极之间呈开 路状态，无电流流过；当含有水分的气体通过电解池时，水被五氧化二磷吸收生 成偏磷酸，电解池内阻减小，启动电解，其电解电流大于50mA电解生成的氧 气和氢气随载气流排出，而五氧化二磷得以再生复原随着电解反应的进行，偏磷酸越来越少，电解电流也随之下降当下降到 5mA终点电流时，终点控制器动作，切断电解电源，电解终止这段时间内的 电流与时间的积分值，即为电解所耗用的电量根据法拉第电解定律可以计算出 氢的质量W (g)水被电解池吸收后，二氧化碳随载气流吹进装碱石棉的U形吸收管，被碱 石棉吸收生成碳酸钠和水，然后根据吸收剂碱石棉的增量即可计算出碳的含量。
2、碳、氢测定中的干扰因素及其排除方法由燃烧反应可知，煤燃烧时，除生成二氧化碳和水以外，还有硫的氧化物， 氮的氧化物，氯等生成，这些酸性氧化物和氯若不除去，将全部被二氧化碳吸收 剂一碱石棉吸收，使得碳测值偏高为排除这些干扰因素，一般采取以下措施：(1)三节炉法中，在燃烧管内用铭酸铅脱硫，以银丝卷脱氯：4PbCrO4+4SO2 60觅 > 4PbSO4+2Cr2O3+O24PbCrO4+4SO3 6觅 > 4PbSO4+2Cr2O3+3O22Ag+Cl2 i80C > 2AgCl(2)二节炉及半自动测碳氢法中，用高锰酸银的热分解产物脱除硫和氯；2Ag +SO2+O2 5odc > Ag2SO44Ag +2SO3+O2 500c > 2Ag2SO42Ag+Cl2 5odc > 2AgCl在燃烧管外部和粒状二氧化锰除去氮的氧化物，在氧气流中燃烧时，在有催 化剂存在情况下，煤中20〜60%的氮生成氮的氧化物，若不除掉，会使碳测值偏 高 0.1~0.5%反应方程：MnO2 + 2NO? > Mn(NO3)2二、三节炉法碳、氢测定装置碳、氢测定装置分为三部分：氧气净化系统，燃烧装置、吸收系统整个装 置的系统图见图2-54。
第一部分是氧气净化系统，脱除氧气中的二氧化碳和水；1一气体干燥塔；2一流量计；3—橡皮塞；4一铜丝卷； 5一燃烧舟；6一燃烧管； 7一氧化铜； 8一铬酸铅；9一银丝卷； 10一吸水U型管； 11一除氮氧化物U型管； 12—吸收二氧化碳U型管； 13一空U型管； 14一气泡计;15—三节电炉及控制装置图2-54 三节炉碳、氢测定仪 第二部分是燃烧装置，煤样在燃烧装置中完全燃烧，煤样中碳、氢生成二氧化碳 和水，硫、氯等元素对测定的干扰在燃烧管内脱除；第三部分是吸收系统，用来 吸收煤燃烧生成的二氧化碳和水根据吸收系统各自的增重，来计算煤中碳、氢 的含量在吸水管和二氧化碳吸收管之间，连接一个装有二氧化锰和氯化钙的U 形管，用来除氮1、氧气净化系统氧气净化系统的作用，是除去氧气中的二氧化碳和水氧气净化系统由一个内装40%氢氧化钠（或氢氧化钾）溶液的鹅头洗气瓶、 一个下部装碱石棉、上部装氯化钙（或过氯酸镁）的气体干燥塔和一个全部装氯 化钙（或过氯酸镁）的气体干燥塔组成连接的顺序，沿氧气流入方向依次为：（1）鹅头洗气瓶；（2）下部装碱石棉、 上部装氯化钙的气体干燥塔；（3）装有氯化钙的气体干燥塔在两个气体干燥塔 之间，装有一个量程为150ml/min的氧气流量计。
2、燃烧装置燃烧装置分为两个部分：燃烧管和加热装置（包括测温和控温装置）a、燃烧管用三节炉法测煤中碳、氢时，燃烧管内填充有线状氧化铜、铭酸铅、银丝卷 其中氧化铜的作用，是使在氧气流中未能完全燃烧的物质进一步氧化为二氧化碳 和水其填充见图2-551、2、4、6一铜丝卷；3一氧化铜；5一铬酸铅；7一银丝卷图2-55三节炉法燃烧管填充物二节炉法中，燃烧管内填充有高锰酸银的热分解产物其填充见图2-56应该注意，装有氧化铜的这段燃烧管，加热不得超过900°C，装铭酸铅这段1—橡皮塞；2一铜丝卷；3、5一铜丝布圆垫；4一高锰酸铅热解物 图2-56 二节炉燃烧管填充物管子加热不得超过600°C否则，会使填充物熔化粘结，堵塞燃烧管，格酸铅表 面的硫酸铅也由于温度过高，分解出三氧化硫，不能保证脱硫效果b、加热装置碳氢仪的加热装置是三节（或二节）管式电炉（单管或双管），每个电炉有 各自的测温和控温装置由于试验方法有三节炉法和二节炉法，故电炉亦有三节 炉和二节炉3、吸收系统吸收系统主要是由装有吸水剂（氯化钙或过氯酸镁）和二氧化碳吸收剂（碱 石棉）的U形管组成，见图2-57、图2-58其作用是吸收燃烧产物——水和二 氧化碳。
图2-58 吸二氧化碳U型管（或除氮U型管）在这个系统中，吸水管和二氧化碳吸收管之间，连接内装二氧化锰和氯化钙 （或过氯酸镁）的除氮U形管在该系统中，用作吸水剂的氯化钙，可能含有碱性物质因而使用前，应先 以二氧化碳饱和，并除去过剩的二氧化碳，以免CO2在吸水管中被吸收，确保 测定值的准确，不致发生氢高、碳低的现象二、煤中碳、氢的测定步骤1、空白试验空白，是指燃烧舟中只放催化剂，不放煤样而按照规定的试验步骤操作时， 吸收管的增重值在氢的测定中，应减掉空白值空白，主要是由盛煤样的瓷舟表面和催化剂吸附空气中一定量的水分；氧气 不纯等因素造成的吸附空气中水分造成的空白，应在氢测定结果中减掉空白试验步骤：通电升温，并按通氧气将第一节炉往返移动几次将新装 好的吸收系统和装置连接，并检查系统是否漏气，若不漏气即以120ml/min的流 速通氧气20分钟左右取下吸收系统(并装上另一套)，用绒布擦净，在天平旁 放置10分钟左右称重这时，各U形管的质量，是与试验装置内的压力达到平 衡的初始质量当第一、二节炉温升到800°C，第三节炉温升到600°C，并保持各自温度后， 开始做空白试验空白试验时，瓷舟内只装与正式试验相当量的催化剂。
空白试 验时间为25分钟分析步骤与碳、氢测定操作步骤相同重复相同的空白试验，直至吸水管空白值的差值不超过0.0010g除氮管和 二氧花碳吸收管最后一次质量变化不超过0.0005g时为止，取两次空白值的平均 值作为当天空白值2、 煤中碳、氢测定的分析步骤(1) 将第一、二节炉温控制在800+10C，第三节炉温控制在600+10C， 并使第一节炉紧靠第二节炉2) 在预先灼烧过的舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥分析煤样0.2g(称 准到0.0002g)并均匀铺平，在煤样上盖一层三氧化二铬可把舟暂存入专用的 磨口玻璃管或不加干燥剂的干燥器中3) 接上已测过空白并称重过的吸收系统，并以120ml/min的速度通入氧 气关闭靠近燃烧管出口端的U形管，打。