煤的物理化学特性及测定

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1、第四章 煤的物理化学特性及其测定对于火电厂的动力煤，除需要了解其化学组成外，还必须了解与其使用有关的物理化学特性，以便在选用燃烧设备、设计燃烧系统、改善或提高燃烧经济性和确保锅炉安全运行等方面提供重要依据。动力煤的主要物理化学特性有：密度、着火性、可磨性、煤粉细度和煤灰的熔融性等。第一节 煤的密度一、密度的定义及其表示方法前面已经介绍过，这里不再赘述。二、密度的测定方法根据定义，煤的真（相对）密度TRD定义为在20时煤（不包括煤的孔隙）的质量与同温度、同体积水的质量之比。因此，测定煤的真（相对）密度时，应使水完全浸入煤的毛细孔内，通常使用浸润剂如十二烷基硫酸钠溶液；视（相对）密度ARD定义为在

2、20时煤（包括煤的孔隙）的质量与同温度、同体积水的质量之比。因此，测定煤的视（相对）密度时，应设法封闭煤的毛细孔防止水浸入，通常使用涂蜡的方法，在煤块的表面上涂一层石蜡。堆积密度是在规定条件下测出的，所以只要严格规定装煤容器的体积和装煤方式，准确称出所装煤的重量，就可换算成定义的堆积密度。1真（相对）密度的测定按照国际标准GD/T2171996煤的真相对密度测定方法：1）测定步骤准确称取粒度小于0.2mm空气干燥煤样2g(称准到0.0002g)，通过无颈小漏斗全部移入密度瓶中。用移液管向密度瓶中注入浸润剂（十二烷基硫酸钠(化学纯)溶液：20 gL）3mL，并将瓶颈上附着的煤粒冲入瓶中，轻轻转动

3、密度瓶，放置15min使煤样浸透，然后沿瓶壁加入约25mL蒸馏水。将密度瓶移到沸水浴中加热20min，以排除吸附的气体。取出密度瓶，加入新煮沸过的蒸馏水至水面低于瓶口约lcm处并冷至室温。然后于200.5的恒温器中(根据室温情况可适当调整恒温器温度)保持1h(也可在室温下放置3h以上，最好过夜)，记下室温温度。用吸管沿瓶颈滴加新煮沸过的并冷却到20(或室温)的蒸馏水至瓶口，盖上瓶塞，使过剩的水从瓶塞上的毛细管溢出(这时瓶口和毛细管内不得有气泡存在，否则应重新加水、盖塞)。迅速擦干密度瓶，立即称出密度瓶加煤、浸润剂和水的质量m1。空白值的测定：按上述方法，但不加煤样，不在沸水浴中加热，测出密度瓶

4、加浸润剂、水的质量m2(在恒温条件下，应每月测空白值一次；在室温条件下，应同时测定空白值)。同一密度瓶重复测定的差值不得超过0.015g。密度瓶2）结果计算真相对密度按下式计算： 式中： 干燥煤的真相对密度；m d干燥煤样质量，g；m2密度瓶加浸润剂和水的质量，g；m1 密度瓶加煤样、浸润剂和水的质量，g。干燥煤详质量按下式计算： 式中：m空气干燥煤佯的质量，g；Mad空气干燥煤样水分。按GB 2l2规定测定，%。在室温下真相对密度按式(3)计算： 式中：Ktt下温度校正系数，Ktdtd20。dt水在t时的真相对密度； d20水在20时的真相对密度。Kt值可由下表列出。校正系数Kt表温度，校正

5、系数，Kt温度，校正系数，Kt61.001 74210.999 7971.001 70220.999 5681.001 65230.999 5391.001 58240.999 09101.001 50250.998 83111.001 40260.998 57121.001 29270.998 31131.001 17280.998 03141.001 00290.997 73151.000 90300.997 43161.000 74310.997 13171.000 57320.996 82181.000 39330.996 49191.000 20340.996 16201.000 0

6、0350.995 823）精密度真相对密度测定重复性和再现性如下表规定：重 复 性再 现 性0.02（绝对值）0.04（绝对值）2燃煤堆密度的测定在电厂应用最多的是堆密度。一般是将煤样小心地装入或压实于已知质量的容器中称量，根据容器的体积计算堆密度。煤的堆密度测定，可采用容积大小不同的容器（通常为铁制，结构坚固，内表面光滑），一般来说，容器容积越大，测定准确度越高。煤场存煤堆密度的测定煤场存煤，一般煤堆较大，煤在不同部位所承受的压力不同，因而其堆密度也不同。煤场盘煤时既要测定不加压堆密度，用以代表煤层上部的堆密度，又要测定加压堆密度，用以代表煤层下部堆密度。常用的有两种方法：模拟法测定先将盛煤

7、样容器（一般为0.8m0.5m0.3m）称量，然后装煤至顶部以上，用硬质直板刮平、称量，求出不加压密度，用它代表煤堆上层煤的堆密度。在煤堆中先挖一个坑，将上述容器埋入，用推土机堆满煤并往返压实，然后将盛煤容器取出、刮平、称量，求出压实堆密度，用它代表煤堆下层煤的堆密度。煤堆挖坑法测定在煤堆顶面，挖一个0.5m0.5m0.5m的小坑，将挖出的煤称量，计算出堆密度。第二节 煤的着火点测定一、着火点的含义及其测定意义前面已经介绍过，这里不再赘述。影响煤的着火点变化的关键因素是煤表面氧化，当煤被开采出来后，在运输和贮存过程中，与空气接触便会发生氧化反应，即所谓“风化”。风化后的煤，其着火点下降，同时随

8、着氧化反应释放出来的热，煤的温度会升高，因而当煤严重风化时，会导致煤的自燃。若煤贮存在容器中，甚至会发生爆炸。测定煤的着火点是检验其氧化程度最敏感的方法它可用以判断煤的自燃倾向。着火点低的煤，其氧化程深，自燃倾向大。煤的着火点是煤炭开采、贮存，动力铺炉设备设计、安装、运行和调节的重要依据。在火电厂中若燃用褐煤和烟煤，在制粉管道或储粉仓中产生积粉时，会因氧化而使温度升高，并有可能使煤达到自燃以至发生爆炸，这将严重影响锅炉的安全运行。利用若火点判断煤的氧化程度可使用下式：在实验室内可用人为的方法，即用氧化剂处理加速煤氧化的方法，使其着火点下降。已经被氧化的煤（待检煤）也可以用还原剂处理，使已氧化的

9、部分还原，从而提高其着火点，以至恢复到原有的着火点。将其与待检煤（原样）的着火点作比较，通过上式就不难得出煤的氧化程度的值。式中还原样可用还原剂联苯胺处理，氧化样可用氧化剂过氧化氢处理，原样即未经处理的煤样。三种试样分别用同一方法测出着火点，代入上式即可计算。判断煤的自燃倾向也可利用还原样和氧化样着火点的差值。有的研究表明：差值大于40的煤是易自燃的煤；差值小于20的煤除褐煤和长焰煤外，都是不易自燃的煤。二、着火点的测定测定着火点，国内外一般有两种不同类型的方法。一是恒温法，即试样置于恒温器内，在通入空气和氧气的条件下，观测其着火性能；另一种是恒加热速率法，即试样在适当氧化剂的作用下，置于电炉

10、中以一定速率升温，观测其着火性能。我国于2001年制定的着火点测定方法GB/T185112001煤的着火温度测定方法中所规定的着火点测定方法属于恒加热速率法。（一）人工测定法1煤样处理原样：真空干燥箱温度调为556O ，压力53 kPa，将分析煤样（粒度0.2mm）干燥2 h。氧化样：分析煤样用30过氧化氢处理， 即在煤样中滴加过氧化氢(每克煤约加O5m1)，搅匀，在暗处放置24 h；再在日光或白炽灯下照射2 h，与原样同样方法干燥。试剂处理：将亚硝酸钠于105ll0 的干燥箱中干燥1 h，冷却并保存在干燥器中。2测定步骤称取以干燥的原样或氧化样010.01g原样或氧化样和0 0750.001

11、g亚硝酸钠，放玛瑙研钵中仔细研磨，使煤样与试剂均匀混台。将混匀后样品倒入试样管，并将试样管放人加热炉内的铜加热体中。检查测定装置的气密性：旋转测定装置储水管上的三通管，使储水管与大气接通，向上移动水准瓶将水充满储水管。然后，移动水准瓶使水槽内的水进入量水管；到一定水平时，扭转三通管，使量水管与缓冲球相通。如果量水管水位下降一距离后即停止下降，证明气密良好。否则表明漏气，须检查纠正。气密良好后，将各量水管通过缓冲球与试样管连接，使量水管充满水，关闭三通。接通加热炉电源，控制温升为4 5 50min，每5 min记录一次温度；到250 时，旋转三通使量水管与缓冲球接通，随时观测量水管水位。当其突然

12、下降时，记录所对应的温度， 即为煤的着火温度。11水准瓶、0三通（二）自动测定法1测定原理将煤样与亚硝酸钠按一定比例混合，并以一定速度加热 当升到一定温度时，煤样突然燃烧使温度骤然升高。由测量系统自动记录突增温度，并自动判断终点。2测定仪器由着火温度自动测定仪测定。仪器由加热炉、铜加热体和控制测量系统组成，将煤样以匀速加热。加热到一定温度时，煤样突然燃烧，此时温度急剧增加。在升温曲线上出现转折点，计算机则根据温度记录求出转折点温度，以此作为煤的着火温度。第三节 煤的可磨性煤的可磨性是指燃煤磨制成粉难易程度的特性指标。由于我国电厂锅炉普遍采用煤粉悬浮燃烧方式，故对煤粉细度有着特定的要求。除俄罗斯

13、即东欧少数国家外，世界上普遍采样哈德格罗夫（Hardgrove）法简称哈氏法作为硬煤的可磨性指数测定的标准方法。其测定值用一个无量纲的物理量哈氏可磨性指数来表示，其符号为HGI。一、可磨性指数及其测定原理所谓可磨性指数，是指在空气干燥条件下，把试样与标准煤样磨制成规定粒度，并破碎到相同细度时所消耗的能量比，故它的大小反应了不同煤样破碎成粉的相对难易程度，因而是一个无量纲物理量。煤越软，可磨性指数越大，这意味着相同量规定粒度的煤样磨制成相同细度时所消耗的能量越少。换句话说，在消耗一定能量的条件下，相同量规定粒度的煤样磨制成粉的细度越细，则可磨性指数越大；反之，则越小。哈氏可磨性测定仪，俗称哈氏磨

14、正是根据上述原理设计的。二、可磨性指数测定方法哈氏法（一）哈氏可磨性测定仪及标准筛哈氏可磨性测定仪(简称哈氏仪)：如图1所示。电动机通过蜗轮、蜗杆和一对齿轮减速后，带动主轴和研磨环以(20l)r/min的速度运转。研磨环驱动研磨碗内的8个钢球转动，从而把置于碗内的煤磨细。钢球直径为25.4mm，由重块、齿轮、主轴和研磨环施加在钢球上的总垂直力为(2842)N。研磨碗与研磨环材质相同，并经过淬火处理，几何形状和尺寸如图2所示。哈氏仪在用于可磨性指数测定之前，应用标准煤样进行校准。国家标准GB/T25651998煤的可磨性指数测定方法规定筛分所用的标准筛孔径为：0.071mm、0.63mm、1.2

15、5mm，直径为200mm，并配有筛盖和筛底盘。过筛时要用振筛机，要求振筛机的垂直振击频率为149min-1，水平回转频率为221min-1，回转半径为12.5mm。1机座；2电气控制盒；3蜗轮盒；4电动机；5小齿轮；6大齿轮；7重块；8护罩；9拨杆；10计数器；11主轴；12研磨环；13钢球；14研磨碗图1 哈氏可磨性测定仪（二）煤样的制备按照GB 474规定的原则，将煤样破碎到6mm。将上述煤样缩分出约lkg，放入盘内摊开至层厚不超过10mm，空气干燥后称量(称准到1g)。用l.25mm的筛子，分批过筛上述煤样，每批约200g，采用逐级破碎的方法，不断调节破碎机的辊的间距，使其只能破碎较大的颗粒。不断破碎、筛分直至上述煤样全部通过1.25mm筛子。留取0.631.25mm的煤样，弃去筛下物。