煤的工业分析方法

一.概述二.煤的工业分析三.煤中全硫的测定四.煤发热量的测定煤质分析1煤的组成和分类一.概述1.1煤的组成煤是由有机质、矿物质和水三部分组成。有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成碳和氢占有机质的95%以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧的产物SO2不但腐蚀设备而且污染环境矿物质主要是碱金属、碱土金属、铁、铝的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及硫化物。除硫化物外，其它的矿物质不能燃烧，正是由于矿物质的存在，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热量。1.2煤的分类常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤2.“基”的含义煤炭分析试验的结果与煤样在分析试验时所处的状态直接相关，即同一煤样在相同的试验条件下，试验结果会因煤样的状态不同而不同。这种“状态”除粒度以外，主要指的是煤样的水分。所以，在提到某一项试验结果时，必须同时说明这个结果是以何种状态的煤样为基础得到的，这样的结果才算完整科学。煤炭分析试验中的“基”，指的就是这种“状态”。它含有“基准”、“基础”的意思。2.1煤炭分析试验常用的基及其含义①空气干燥基：（ad）煤样的水分与空气湿度达到平衡的状态②干燥基（d）假想的无水状态③收到基（ar）以实际收到时的煤为准的状态④干燥无灰基（daf）假想的无水无灰状态⑤干燥无矿物质基（dmmf）假想的无水无矿物质的煤所处的状态2019/8/155二.煤的工业分析1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。1.1煤中水分的存在形态1）、游离水以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游离水分，又分为外在水和内在水。外在水又成为自由水或表面水分。用Mf表示。此类水分是在开采、贮存等过程中带入的，覆盖在煤粒表面上，其蒸汽压与纯水的相同，在空气中风干1～2天后，即可蒸发除去，又称风干水分，即在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。2019/8/156内在水是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于10-5cm的毛细孔中的水分，用Minh表示。由于毛细孔的吸附作用，这部分水分的蒸汽压低于纯水的，所以难以蒸发除去，需要在水的正常沸点以上才能除掉。在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分称为空气干燥煤样水分（Mad)。除去内在水分的煤称为干燥煤。外在水分和内在水分的和称为全水分用Mt表示。2）、化合水以化合的方式与煤中的矿物质结合的水，即通常说的结晶水。如石膏中的水，CaSO4·2H2O。游离水在105～110℃的温度下，经过１～２h即可蒸发掉，而结晶水要在200℃以上才能除掉。在煤的工业分析中常测定原煤样的全水分和空气干燥煤样水分，一般不测化合水。mmMt12019/8/1571.2煤中全水分（Mt）的测定国家标准GB/T211-2007中规定了煤中全水分测定的五种方法。方法A：通氮干燥法，适用于各种煤用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取10～12g粒度小于6mm的煤样，打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中，烟煤干燥1.5h,褐煤和无烟煤干燥2h,取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，直到连续两次干燥后的质量相差不超过0.01g为止，根据煤样的质量损失计算水分的含量。结果计算Mt——煤样的全水分；m——煤样的质量，g；m1——煤样干燥后减轻的质量，g。2019/8/158方法B：空气干燥法，适用于烟煤和无烟煤将称量瓶放入预先通入鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥2h,无烟煤干燥3h。其它步骤同上。方法C：微波干燥法，适用于烟煤和褐煤煤样在微波炉内，利用微波发生器产生的交变电场作用，引起摩擦发热，使水分迅速蒸发。特点受热均匀，水分蒸发快；不适用于无烟煤和焦炭等导电性较强的试样。方法D：适用于外在水分高的烟煤和无烟煤用干燥并称量过的浅盘称取500g粒度小于13mm的煤样，均匀摊平，放入预先通入鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中，烟煤干燥2h,无烟煤干燥3h，直到连续两次干燥后的质量相差不超过0.5g为止。2019/8/1591.3空气干燥煤样水分的测定空气干燥煤样水分又称空气干燥基水分（Mad)，测定方法有三种。A通氮干燥法（适用于所有煤种）、B空气干燥法（适用于烟煤和无烟煤）、C微波干燥法（适用于褐煤和烟煤水分的快速测定)常用的空气干燥法的测定步骤：。(1).在预先干燥并称量过的称量瓶内迅速称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1.00.1g，平摊在称量瓶中.(2)打开称量瓶盖，放入预先通入鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中，烟煤干燥1h,无烟煤干燥1.5h。（3）.取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，直到连续两次干燥后的质量减少不超过0.0010g或质量增加时为止.根据煤样的质量损失计算水分的含量。煤的灰分不是煤中固有物质，而是煤在规定件下，其中所有可燃物质完全燃烧后以及煤中矿物质在一定温度下经过一系列分解、氧化和化合等复杂反应所形成的残留物。用符号A表示。煤的灰分几乎全部来自煤中的矿物质，但它的组成和性质与煤中的矿物质不完全相同，是煤中矿物质的衍生物。缓慢灰化法仪器mmA1ad2019/8/15112.1测定过程称取空气干燥煤样1.00.1g，于已经在81510℃灼烧恒量的灰皿中，均匀平摊，每cm2不超过0.15g，置温度低于100℃的高温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在30min左右缓慢升高至500℃并保持此温度30min。然后，升高温度至81510℃，关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。2.2计算式中m——试料的质量，g；m1——灼烧后残渣质量，g。2.3煤中矿物质在煤炭燃烧过程中的反应2.3.1固硫作用CaCO3CaO＋CO2500℃开始分解，到800℃基本分解完全FeS2＋O2Fe2O3＋SO2500℃前基本反应完全CaO＋SO2＋O2CaSO42.3.2固硫作用对灰分测定结果的影响－－测定结果偏高－－重复性和再现性较差2.3.3避免固硫作用良好通风CaO和SO2“不见面”500℃前至少30min500℃停留30min2019/8/15143.挥发分的测定将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V表示。仪器磨口坩埚高温炉坩埚架坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。2019/8/1515高温炉带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在90010℃范围内。坩埚架用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，大小应与炉内90010℃稳定温度区相适应，放在架上的炉堂底距离20坩埚底部应与～30mm。2019/8/15163.1测定过程称取空气干燥煤样1.00.01g，于已在90010℃灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至90010℃的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置5～6min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。计算挥发分产率。ad1adMmmV式中m——试料的质量，g；m1——样品加热后减少的质量，g。3.2计算2019/8/15173.3注意事项（1）当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到90010℃，否则试验作废。（2）从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。（3）每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用。4.固定碳的计算FCad=100－Mad－Aad－Vad注意：固定碳不同于碳元素含量。1.全硫的测定意义硫是煤中的一种有害元素，在煤炭燃烧、气化、焦化等工等利用途径中都会造成不同程度的危害。因此，当今对煤中的全硫含量日益关注，是煤炭分析试验的最主要最常见的项目之一，也是煤炭质量评定及计价指标之一。2.煤中硫元素在电力生产中主要影响：2.1造成大气污染形成酸雨和在特殊气象条件下对人体造成危害。2.2三氧化硫对锅炉受热面造成腐蚀；2.3煤中硫，特别是黄铁矿硫，是造成和加剧煤炭自燃的原因之一。三.煤中全硫的测定全硫有机硫硫化物硫可燃硫无机硫元素硫硫酸盐硫3.煤中硫元素的存在形态及特性煤中有机硫含量一般都比较低。煤中硫，特别是高硫煤，主要以无机硫特别是黄铁矿为主。在煤炭燃烧的过程中，黄铁矿和元素硫几乎全部都转化成S02随烟气排出。CaS04·2H2O只发生失去结晶水的反应，CaS04分解温度很高，一般在1300℃才分解。3、煤中全硫测定方法标准当中规定了三种方法：艾士卡法（重量法）全硫测定高温燃烧中和法库仑滴定法2019/8/15223.1.1、原理将煤样与艾氏卡试剂（2份质量的MgO+1份质量的Na2CO3）混匀缓慢燃烧，使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐。发生的反应如下：2Na2CO3+2SO2+O2=2Na2SO4+2CO2↑Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO2煤+空气=CO2+H2O+SO2+SO3+N2艾氏卡试剂中的MgO能疏松反应物，使空气能进入煤样，同时也能与SO2和SO3发生反应。3.1艾士卡法2019/8/15232MgO+2SO2+O2=2MgSO4不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能同时能和艾士卡试剂作用Na2CO3+CaSO4=Na2SO4+CaCO3加入Ba2+后，生成硫酸钡沉淀：MgSO4+Na2SO4+2BaCl2=2BaSO4+2NaCl+MgCl2滤出BaSO4沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。根据生成的硫酸钡的质量计算煤中硫的含量。3.2.1原理煤样在催化剂作用下，在氧气流中燃烧，硫生硫的氧化物，用过氧化氢吸收生成硫酸，用氢氧化钠溶液滴定，根据消耗的碱的量，计算煤中全硫含量。3.2高温燃烧中和法2019/8/15253.3库仑滴定法3.3.1原理煤样在催化剂作用下，在氧气流中燃烧，硫生成SO2并被净化的空气流带到电解池内，被其中的I2氧化为H2SO4，导致溶液中的I2浓度降低，而I-浓度增加，指示电极的电位发生改变，仪器发生电解反应，又生成I2，使电解液回到平衡状态，根据电解过程所消耗的电量及法拉第定律求得试样中全硫的含量。3.3.2仪器与试剂（1）高温燃烧炉卧式单管炉。一般以硅碳管为加热元件，炉内装石英制异径管，耐温1300℃以上。其出口处填充玻璃纤维棉和硅酸铝棉，以防止燃烧产生的灰尘堵塞玻璃融板。（2）空气供应及净化装置由电磁泵和净化管组成。（3）电解池和电磁搅拌器电解池高120-180mm，容量大于400mL,内有铂电极和碘指示电极2019/8/15263.3.测定步骤（1）将高温炉加热至（1150±5）℃，开动供气泵和抽气泵，调节气流量。在抽气状态下，将300mL左右的电解液加入电解池内，启动电磁搅拌器。（2）终点电位调整试验:在瓷舟中放入少量非测定煤样，按照以下方法进行测定，直到实验结束后积分显示器的显示值不为零。（3）称取0.05g（精确至0.0002g)煤样于燃烧舟中，覆盖三氧化钨，将瓷舟置于送样的石英托盘上，开启进样程序控制器，煤样即自动送进炉内。库仑滴定随即开始。气路由电磁泵和气体净化管组成。供气量约1500mL/min，抽气量约1000mL/min。净化管内装氢氧化钠和硅胶。3.4.1送气路线图3