煤样的采取、制备及煤质分析

煤样的采取、制备及煤质分析中心检验室•★煤的成分•★煤的各成分对煤燃烧的影响•★如何进行燃煤检测★煤的成分表示及其组成相互关系煤的化学元素煤的工业分析成分内水外水灰分挥发分固定碳水分收到基干燥无灰基空气干燥基干基C、H、O、N、S煤C、H、O是煤中有机质的主体，占95%以上S是煤炭中的有害成分煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2),随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备C、H是煤炭燃烧过程中产生热量的元素，O是助燃剂，N不产生热量工业分析表示方法•煤的工业分析包括水分、灰分、挥发分和固定碳四项，其中水分、灰分、挥发分是测出来的，而固定碳是计算出来的。煤的工业分析水分灰分挥发分外在水分内在水分固定碳煤的水分概述•煤中水分用M表示，按其存在的状态分为：①游离水：以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分。②化合水：以化合的方式同煤中矿物质结合的水，如CaSO4.2H2O,SiO2.Al2O3.2H2O煤中水分(全部水分）游离水(全水）化合水外在水分（Mf）内在水分（Minh)水分对煤燃烧的影响•煤的游离水常压下在（105~110）℃温度下经过一定时间干燥即可蒸发。•化合水通常要在200℃及以上才能析出。•“水分”对煤炭的加工利用有很大影响。水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。液态的水汽化水蒸气汽化过程吸热，带走煤中的热量灰分对煤燃烧的影响•“灰分”不是煤中固有成分，是煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等复杂反应后剩下的固体残渣，所以我们把所测得的灰分称为煤的灰分产率，用A表示。•(1)矿物质燃烧灰化时要吸收热量;•(2)大量排渣要带走热量•因而灰分越高，煤炭燃烧的热效率越低；灰分越多，煤炭燃烧产生的灰渣越多，排放的飞灰也越多。煤的挥发分概述•“挥发分”：不是煤中固有成分，是煤在温度900±10℃下，隔绝空气加热7min,煤中有机物分解产生的气态产物的百分率。•挥发分不是固有成分，是与燃烧条件（燃烧温度、加热时间等）密切相关。气态产物是由各种碳氢化合物、H2、CO等化合物组成的混合气体•1)煤化程度低的煤，挥发分较多。•2）如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。•3)煤中的无机物质含量很少，主要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质，如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等，其中大部分属于有害成分。挥发分对煤燃烧的影响燃煤进厂啦！我们该如何采样？制样？化验？第一环节：采样？★人工采样：目前我公司的采样方法，重点介绍★机械采样火车、汽车采样机皮带采样机规范性引用文件：GB475-2008商品煤样的人工采取方法采样流程见下图：采样的基本要求：被采样批煤每一个颗粒都有相等的机率被采入试样中，使其试验结果能代表整批被采样煤的质量。人工采样电动采样器有交流和直流两种采样工具采样的三大问题采集多少个子样每个子样取多少量子样用什么方法取基本采样单元子样数•1）依据下表确定基本采样单元子样数：2）根据组成采样单元煤的不同堆或车的煤量确定各堆或车煤的取样点数。品种灰分范围Ad采样地点汽车煤堆原煤20%1830≤20%1830子样质量•子样的最小质量按以下公式计算，但最少为0.5kg.•ma=0.06d•式中：•ma—子样最小质量，单位为千克（kg）;•d—被采样煤标称最大粒度，单位为毫米（mm）标称最大粒度子样质量参考值1006.0503.0251.5130.8≤60.5汽车采样•车辆的选择：•1）车辆数等于18时，每一个车辆采取一个子样；•2）当车辆数多于18，应将整个采样单元均匀分成若干段，然后用随机采样方法，从每一段采取1个子样；•3）当车辆数少于18，每一车辆的子样数等于18除以车辆数，如除后有余数，则余数子样应分布于整个采样单元。分布余数子样的车辆可用随机方法选择。•子样位置的选择：•将车辆分成若干个边长为1m～2m的小块并编上号（一般为15块或18块，图1为18块示例），然后用随机方法依次选择个车辆的采样点位置。147101316258111417369121518汽车采样的操作方法•1）首先在选定的子样位置，挖坑至0.4m～0.5m，并将滚落在坑底的煤块和矸石清除干净。•2）采取子样时，探管/钻取器或铲子应从采样表面垂直（或成一定倾角）插入，子样应一次采出，多不扔，少不补，如下图所示。在选定的位置，挖坑至0.4~0.5m采样铲应从采样表面垂直插入煤堆采样•1）在堆/卸煤新工作面、刚卸下的小煤堆采样时，根据煤堆的形状和大小，将煤堆表面划分成若干区；•2）将区分成若干面积相等的小块（煤堆底部的小块应距底面0.5m）,然后用随机采样法决定采样区和每区（小块）的位置，从每一个小块采取煤样；•3）在非新工作面情况下，采样时应先除去0.2m的表面层，如图所示。第二环节：制样？•制样的目的是：••减量化！•均匀化！煤样的制备流程破碎缩分去外水粉碎堆锥四分法先锤子，再破碎机鼓风、≤50℃烘1.5h≤100g2~4min≤0.2mm(粉碎机）制样设备辅助工具缩分•1）缩分是制样的最关键的程序，目的在于减少试样量。我公司采用人工方法进行缩分。•2）缩分后试样的最小质量缩分后总样最小质量标称最大粒度/mm一般和共用煤样/kg全水分煤样/kg15026005001001025190805671055017035254081315363.751.2530.70.6510.10—缩分方法：堆锥四分法•1）为保证缩分精密度，堆锥时，应将试样一小份、一小份地从样堆顶部撒下，使之从顶到底、从中心到外缘形成有规律的粒度分布，并至少倒堆三次。•2）摊饼时，应从上到下逐渐拍平或摊平成厚度适当的扁平体。•3）分样时，将十字分样板放在扁平体的正中间，向下压至顶部，煤样被分成四个相等的扇形体。将相对的两个扇形体弃去，另两个扇形体留下继续下一步制样。为减少水分损失，操作要快，如下图所示。二分器示意图二分器破碎大的煤块用锤子破碎破碎机去外水及粉碎•1.去外水•将约200g煤样在盘中铺成均匀的薄层，然后放入温度不超过50℃鼓风干燥箱内，烘1.5h去外水。然后将干燥煤样置于室温下冷却。2.粉碎1）将去外水后的试样，装入制样粉碎机里的粉碎钵中，保证粉碎钵中任何位置都有均匀的煤样。2）然后把粉碎钵放入制样粉碎机里的粉碎。粉碎机内的粉碎时间设置为5分钟。3）粉碎完毕后，把粉碎完的煤样小心的倒进预先准备好的盘子里。4）部分残留的煤粉可以用毛刷清理干净.盘内的煤粉即为检测发热量的样煤。第三环节：化验水分灰分挥发分全水分空干基水分硫分发热量全水分的测定称取粒度13mm的煤样（500±10）g取出，趁热称量预先干燥并称量放入预先加热到（105~110）℃干燥箱内，鼓风干燥2h全水分的结果计算•煤样的全水分计算：Mt=式中：Mt—煤中的全水分，用质量分数表示，单位为%;m—称取的煤样的重量，单位为g;m1—煤样干燥后的质量损失，单位为g.1001mm空气干燥基水分的测定预先干燥并称量称取粒度＜0.2mm的分析煤样（1±0.1）g放入预先加热到（105～110）℃的干燥箱内，鼓风干燥1h.取出，盖上盖子，放入干燥器中冷却到室温后称量空干基水分的测定•空气干燥煤样的水分计算：Mad=式中：Mad—空气干燥煤样的水分，单位为g;m—称取的空气干燥煤样的重量，单位为g;m1—煤样干燥后的质量损失，单位为g.1001mm取出预先灼烧至质量恒定的灰皿称取粒度＜0.2mm的一般分析煤样（1±0.1）g,均匀地摊平在灰皿中•灰分的测定将灰皿放入炉温不超过100℃的马弗炉恒温区中关上炉门并使炉门留有15mm左右的缝隙烟囱开关方向与烟囱方向平行123在不少于30min的时间内将炉温缓慢升至500℃，并在此温度下保持30min继续升温到（815±10)℃，并在此温度下灼烧1h.从炉中取出灰皿，放在石棉板上，在空气中冷却5min左右，移入干燥器重冷却至室温（约20min)后称量。为何要在500℃停留30min?•煤样如果不在500℃下停留30min,而直接送至815℃，则CaCO3分解出CaO与S生成的SO2生成固态CaSO4,CaSO4在1250℃后才会继续分解。故CaSO4残留在灰渣中，导致灰分产率变大。•CaO+SO2+1/2O2→CaSO4灰分的计算•煤样的空气干燥基灰分：Aad=式中：Aad—一般分析试样煤样的灰分，单位为百分（%）；m—称取的一般分析试样煤样的质量，单位为（g）；m1—灼烧后残留物的质量，单位为克（g）。1001mm挥发分的测定取出带有严密盖并预先灼烧至恒重的瓷坩埚称取粒度＜0.2mm的一般分析煤样（1±0.1）g,然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平将马弗炉预先加热到920℃左右，打开炉门，迅速将有坩埚的架子送入恒温区，立即关上炉温并计时，准确加热7min.从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却到室温(约20min)后称量挥发分的计算•煤样的空气干燥基挥发分的计算：Vad=式中：Vad—空气干燥基挥发分的质量分数（%）；m—称取的一般分析试样煤样的质量，单位为（g）；m1—煤样加热后减少的质量，单位为克（g）。Mad—一般分析试验煤样的水分，单位为百分数（%）ad1100Mmm解析库仑法测煤中全硫库仑法测试原理：•1）将煤样在1150℃高温及催化剂三氧化钨的作用下，于净化空气流中充分燃烧分解。各种形态的硫转化成硫氧化物（主要为二氧化硫），并被空气流带到电解池中，与水反应生成亚硫酸及少量硫酸。•S+O2=SO2•SO2+H2O=H2SO3•3）单质溴和单质碘在溶液中迅速扩散，被生成的亚硫酸盐还原成碘离子和溴离子，如此循环，直至不再生成亚硫酸盐，电解终止，通过精确测量分析电解反应过程中所消耗的电量，有法拉第电解定律来计算硫含量。2）同时电解池响应，电解碘化钾和溴化钾溶液，生成单质碘和单质溴。SO2+2KI+2H2O=I2↓+K2SO4+2H2↑SO2+2KBr+2H2O=Br2↓+K2SO4+2H2↑测定步骤1.将管式高温炉升温并控制在（1150±5）℃。2.开动供气泵和抽气泵，将抽气流量调节到1000ml/min,在抽气下，将250～300ml电解液加入电解池内，开动电磁搅动器。3.在瓷舟中加入少量非测定用的煤样，进行测定。4.于瓷舟称取粒度0.2mm的空气干燥煤样，在煤样上盖一薄层三氧化钨。•5.将瓷舟置于送样的石英托盘上，开启送样程序控制器，煤样即自动送进炉内，库仑滴定随即开始。试验结束后，记录测试结果。•1.正式测试样品签，须先做2～3个废样，确保电解液达到平衡状态，然后才做正式样品。废样含硫量宜低、中、高各一个。•2.一批试样最好连续做完，如中间间断比较长时间（超过15分钟），须加做一个废样再继续实验。注意煤中发热量的测定方法•煤的发热量在氧弹热量计中进行测定。一定量的分析试样在氧弹热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧，根据试样燃烧前后量热系统产生的温升，并对点火热等附加热进行校正后即可求得试样的弹筒发热量。再根据水分、硫含量、氢含量等即可求得高低发热量。仪器设备发热量检测的步骤•（１）称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.9g～1.1g（称准到0.0002g），放入洁净的坩埚内，然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平，将坩埚安放在氧弹头电极架上；•（２）取一段金属引燃丝（镍铬丝），将其两端分别缚紧在氧弹头的两个电极柱上，点火丝与试样保持良好接触或保持微小的距离（对易飞溅和易燃的煤），注意勿使点火丝接触坩埚（并严禁点火丝重叠在一起），以免形成短路而导致点火失败，甚至烧毁坩埚；•（３）向氧弹筒内移入10mL蒸馏水（每次检定及测定移入蒸馏水量应相同），将氧弹头插入氧弹筒内，小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变；。•（4）与充氧系统相连，向弹内缓缓充入氧气，直至压力到2.8MPa～3.0MPa后计时，一般充氧时间不少