工业分析煤质分析

Chapter03AnalysisofCoal第三章煤质分析4(6)hours教学内容概述煤的工业分析煤中全硫的测定煤发热量的测定煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物全世界煤的探明储量约35000亿吨。就蕴藏量来说，世界排名为：美国、俄罗斯、中国。就生产和消费来说，为中国、美国概述我国煤资源丰富，分布广，但资源分布不均衡，相对集中分布华北地区和西北地区•煤的组成和分类煤的组成有机质、矿物质和水三部分组成。有机质和部分矿物质是可燃的，水和大部分矿物质是不可燃的有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素，碳和氢占有机质的95%以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧产物SO2对设备、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，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热量煤的元素组分碳：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%氢：占煤的质量分数为1-6%，越是年轻的煤，其含量也越高氧：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1-30%均有氮：一般为0.5-3%硫：其含量与煤化程度的高低无明显关系，从0.1到10%均有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例如：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碳含量高、氧含量低的煤，则常是一些无粘结性的年老煤只有碳含量在84-88%，氢含量在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分类煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途例如结焦性或粘结性好的煤炼焦用煤热稳定性好的无烟块煤合成氨原料挥发分和发热量都高的煤动力用煤低灰、低硫的年轻煤气化制造煤气和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料煤的分类方法主要有成因、工业和商业、用途、科学等几种不同的分类方法煤的成因分类按成煤的原始物料和堆积环境进行分类的方法腐植煤(高等植物)：陆植煤(泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤)、残植煤腐泥煤(低等植物)：藻煤、胶泥煤等腐植腐泥煤(既有高等植物/又有低等植物)：烛煤、煤精煤的产品品种分类按用途、加工方法和质量规格共分精煤、粒级煤、洗选煤、原煤、低质煤等5大类，28个品种煤的科学分类煤的元素组成等基本性质分类，称为科学分类煤的实用分类(煤的工业分类)按煤的工艺性质和用途分类,中国煤分类(GB5751-1986)和各主要工业国的煤炭分类均属于实用分类根据煤的煤化度分为褐煤、烟煤和无烟煤三大煤类。又根据煤化度和工业利用的特点，将褐煤分成2个小类，无烟煤分成3个小类。烟煤比较复杂，按挥发分分为4个档次，即Vdaf：10-20%、＞20-28%、28-37%和＞37％，分为低、中、中高和高四种挥发分烟煤。按粘结性可以分为5个或6个档次，即GR.I.为0-5，称不粘结或弱粘结煤；GR.I.5-20，称弱粘结煤；GR.I.20-50，称为中等偏弱粘结煤；GR.I.50-65，称中等偏强粘结煤；GR.I.＞65，称强粘结煤。参见GB5751-1986,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：褐煤、烟煤、无烟煤褐煤(HM)多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤烟煤（除褐煤和无烟煤外，都是烟煤）一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣无烟煤(WY)有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度烟煤的类型贫煤(PM)、贫瘦煤(PS)、瘦煤(SM)、焦煤(JM)、肥煤(FM)、1／3焦煤(1／3JM)、气肥煤(QF)、气煤(QM)、1／2中粘煤(1／2ZN)、弱粘煤(RN)、不粘煤(BN)、长焰煤(CY)•煤的分析项目煤的分析项目较多，一般可以分为工业分析、元素分析、煤灰成分分析、物理性与工艺性质测定。工业上常见的是煤的工业分析和元素分析工业分析（煤的技术分析、实用分析）煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤的性质、用途和经济性的基本依据煤的工业分析(proximateanalysisofcoal)包括煤的水分（moisture)、灰分(ash)、挥发分(volatilematter)和固定碳(fixedcarbon)四个项目。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，则称为全工业分析其中，水分、灰分、挥发分都直接测定，固定碳不直接测定，而是用差减法进行计算元素分析煤中主要含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，此外，煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等。元素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据。在工业上，是计算发热量、干馏产物产率、热量平衡的依据煤中的稀有元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、钽等元素。除硫外，煤中还含有一些有害元素，如磷、氯、砷、氟、汞等。可以根据需要进行检测煤的工艺性质煤的黏结性(cakingproperty)和结焦性(cokingproperty)指数煤的黏结性是煤粒(直径0.2mm)在隔绝空气受热后能否黏结其本身或惰性物质(无黏结力的物质)成焦块的性质；煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。二者都是炼焦煤的重要特性之一煤的发热量(qualityofproducedheatofcoal)和燃点(ignitionpoint)煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧所产生的热量，也称热值煤的燃点是将煤加热到开始燃烧时的温度。也称着火点、临界温度或发火温度煤的反应性(reactivityofcoal)煤的反应性又称反应活性，是指在一定温度条件下，煤与不同的气体介质（CO2、O2、H2O）相互作用的反应能力煤灰的熔融性(ashfusibility)煤灰的熔融性又称灰熔点，是动力和气化用煤的重要指标。煤灰是由各种矿物质组成的混合物，没有固定的熔点，只有一个熔化的温度范围包括：变形温度(deformationtemperature)、软化温度(softeningtemperature)——评价煤灰熔融性、熔化温度(flowtemperature)煤的物理性质煤的物理性质(physicalproperties)是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现，包括颜色、光泽、密度、硬度、脆度、断口及导电性等煤灰成分分析煤在一定条件下完全燃烧后所得到的残留物称为灰分。灰分是由SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、MnO2、SO3、P2O5等成分组成。其中主要成分是SiO2（约60%）和Al2O3（约12-20%）。在煤的工业分析中，往往只测定灰分的产率，而不测定灰分的成分元素分析仪煤的工业分析•常用的符号和基准•水分的测定•灰分的测定•挥发分产率的测定•固定碳含量的计算•不同基准分析结果的换算煤的工业分析•常用的符号和基准分析项目的名称及表示符号注：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项目水分moisture灰分ash挥发分Volatilecompound固定碳Fixedcarbon发热量Qualityofproducedheat矿物质Mineralmatter符号MAVFCQMM存在形态或操作情况指标及符号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）asreceivedbasis空气干燥基（ad）airdriedbasis干基（d）drybasis干燥无灰基（daf）driedashfreebasis干燥无矿物质基（dmmf）driedmineralmatterfreebasis项目外在或游离free内在inherence全部total高位gross低位net恒容Constantvolume恒压Constantpressure符号finhtgrnetvp•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煤中水分的存在形态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(Mf)又称为自由水(freemoisture)，表面水分（surfacemoisture)，风干水。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。将除去外在水分的煤又称为风干煤内在水(moistureintheairdriedsample)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。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（totalmoisture),用Mt表示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，一般不测化合水游离水inhftMMM煤中全水分（Mt）的测定国家标准GB/T211-1996中规定了煤中全水分测定的四种方法[目前GB/T211-2007]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，再干燥后称重，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%1001mmMt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，使水分迅速蒸发具有受热均匀，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一步法：见课本二步法：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，在温度不高于50度环境下干燥恒重(连续干燥1小时，质量变化小于1%)，称重获得Mf；将煤样破碎到粒度小于6mm，在105-110℃的干燥箱中，干燥至恒重(两次称重差小于0.5g)，称重获得Minh全水分测定结果的允许误差空气干燥煤样水分的测定GB/T212-2001空气干燥煤样水分又称空气干燥基水分（Mad)，测定方法有方法A(通氮干燥法)、方法B(甲苯蒸馏法)、方法C(空气干燥法）。A、B适合于所有煤种，C仅适用于烟煤与无烟煤%100%100%100inhfftMMMM