煤质分析基础知识和一般规定

GB/T483－1998煤炭分析概述及一般规定国家煤炭质量监督检验中心皮中原[e-mail]版权所有未经许可不得复制一.煤的物理化学特性煤是由古代植物残骸经地质作用变化而成的可燃性生物岩，其组成和结构非常复杂且极不均一。由于煤是一种包括有许多有机和无机物的复杂混合物，所以其物理和化学性质也极其复杂。了解煤的物理和化学性质，能使人们进一步认识煤、改造煤、合理利用煤。第一讲煤的物理性质煤的物理性质主要影响因素煤的成因因素，即原始物料及其堆积条件；煤化度或变质程度；煤的灰分、水分和风化程度。煤的相对密度（比重）、颜色、光泽、硬度、粉碎性、热稳定性等1.煤的相对密度（比重）煤的真相对密度（真比重）：20℃时，煤的质量与同温度同体积（不包括煤的所有孔隙）水的质量之比。是计算煤层平均质量与研究煤炭性质的一项重要指标。煤的真相对密度随煤化度而变化，以镜质组密度为例，在煤化度较低时，镜质组密度随煤化度的提高而减少；但当碳含量约达87%时，镜质组出现最小值，以后随煤化度的增加而迅速增加。1.煤的相对密度（比重）煤的视相对密度（视比重）：20℃时，煤的质量与同温度同体积（包括煤的所有孔隙）水的质量之比。它是计算煤的储量、煤仓设计和运输量、粉碎、燃烧等过程的指标。煤的气孔率：根据煤的真比重和视比重计算得到煤的气孔率。它与煤的反应性能、强度有一定的关系：气孔率大的煤其表面积大，反应性能好，但其强度一般较小。％真比重真比重－视比重气孔率＝1001.煤的相对密度（比重）煤的堆积比重：20℃时，自由堆积的煤的质量与同温度同体积（包括煤的所有孔隙和煤块之间孔隙在内的煤堆体积）水的质量之比。注意，此为自由堆积，而非人为压实，并且包括煤块间的孔隙，以吨/米3为单位，在设计煤仓、估算炼焦装煤量和装车重量的情况下使用。1.煤的相对密度（比重）影响煤比重的因素：1.煤的种类（成因因素）；2.岩相组成；3.煤化度；4.矿物质种类和含量；5.水分及风化。2.煤的颜色一般为黑色、褐色和灰色。煤的颜色和煤的性质有关，随煤的变质程度加深而变化。褐煤呈褐色，主要是由于褐煤中含有腐植酸；烟煤呈黑色；无烟煤呈钢灰色。如果用显微镜对煤薄片进行观察，可以看出煤的颜色从长焰煤到焦煤是有规律地变化，但其也受变质程度和矿物质的不同的影响，如变质深的褐煤呈深褐色到黑色。3.煤的光泽煤的光泽是指煤表面的反射能力，通常为全暗的、半暗的、半亮的、全亮和很亮等。煤的光泽影响因素1.煤岩组成；2.煤化程度；3.灰分有关。4.煤的硬度煤的硬度：是当用其它较硬的物质刻划的强度，了解煤的硬度能使人们考虑在采煤时所用机械装置及推测机械磨损等情况，同时还能事先预测破碎、成型加工的难易程度。煤的显微硬度：是指煤对坚硬物体压入的对抗能力，测定原理是在光滑的煤样平面上压入一坚硬的特殊形状的压力，在煤的表面压出一印痕，后在显微镜下观察印痕大小，印痕越大，煤的显微硬度越低。煤的显微硬度随变质程度的加深而增高。5.煤的粉碎性（可磨性）煤被粉碎（研磨成粉）的难易程度通常用煤的可磨性表示，可磨系数越大则越容易粉碎，使用粉煤的火电厂和水泥厂常常需要测定煤的可磨性，以便设计与改进磨煤系统，估计磨煤机产率和耗电率。磨碎定律：在研磨成粉时消耗的功（能量）与煤所产生的新表面积成正比。测定方法1.全苏热工研究所法（BTN法）2.哈特葛罗夫（Hardgrcve）法（哈氏法）6.煤的热稳定性煤的热稳定性是指煤在高温燃烧或气化过程中对热的稳定程度，即煤块在高温作用下保持原来粒度的性质。煤的热稳定性与煤种有关，无烟煤由于其结构致密，加热时内外温差大，引起膨胀不同而破碎，造成热稳定性差；褐煤主要因为含水分多，加热过程中水分大量蒸发使煤容易破碎，其热稳定性也差。第二讲煤的化学性质煤的风化、氧化、热分解、加氢液化、溶剂提取等1.煤的热分解煤在热分解时能形成不同数量和不同组成的产物，即胶质状态、粘结、成焦等，由于煤的结构复杂，极不稳定，在热分解过程中的分解方式和产品性质受外界影响，主要愈煤化程度、煤炭组分、加热方式有关。1.煤的热分解煤的热分解根据加热温度有以下阶段：1.120℃前放出外在水分和内在水分，即干燥阶段；2.120～200℃放出吸附在小孔中的气体。如CO2，CO，CH4等为脱吸阶段；3.200～300℃放出热解水并开始形成气态产物，如CO2，CO，H2S等，有微量焦油析出，称为开始热解阶段；1.煤的热分解4.300～550℃大量析出焦油（几乎全部）和气体（主要为CH4和其同系物，不饱和烃、H2、CO2、CO等），烟煤则经胶质转台转变为半焦，称为胶质体固化阶段；5.500～750℃半焦热解，析出大量含氢的气体，为热解的二次气体，基本不再生成焦油，半焦收缩产生裂纹，称为半焦收缩阶段；6.750～1000℃半焦进一步热分解，继续形成少量气体（主要含H2），半焦变为高温焦炭，称为半焦转焦炭阶段。1.煤的热分解煤的热加工分类：1.低温干馏（最终温度为500～550℃）主要产物为初生焦油，制取发动机燃料气和其它化学产品；2.中温干馏（6000～800℃）主要产物为煤气；3.高温干馏（950～1050℃）主要目的产物为冶金焦炭。2.煤的风化、氧化和自燃煤在空气中堆放或里地表很近的煤层在受到大气因素的综合影响时，其物理性质、化学性质、工艺性质等会发生一系列的变化，称为风化，也是氧化，主要是由于煤的有机质和矿物质被氧化引起的，其会释放热量，若释放的热量不能及时释出，在煤层或煤堆中越积越多，煤的温度会越来越高，促使氧化过程加速。释放更多的热量，以至达到煤的燃点，造成自燃。2.煤的风化、氧化和自燃煤经风化、氧化后，其性质变化：1.外观色泽改变；2.煤的化学性质变化；3.煤的热值变化GB/T483－1998煤质分析试验方法一般规定标准内容①煤样②测定③方法精密度④结果表述⑤符号⑥基的换算⑦溶液浓度⑧试验纪录⑨试验报告一、煤样空气干燥状态室温下连续干燥1h后煤样质量变化不超过0.1％要求：a、分析试验煤样必须按照GB474《煤样制备方法》制备；b、煤样应装入严密的容器中；c、称取煤样时，应先将其充分混匀二、测定测定结果表述除特别要求外,每项分析试验应对同一煤样进行2次测定（通常为重复测定）超差处理：a、3次测定值的极差小于1.2T与否；b、4次的测定值的极差小于1.3T与否；c、上述条件均未达到，则应舍弃全部测定结果，并检查仪器和操作，然后重新测定。二、测定——举例A、如测定煤的灰分2次结果为:10.41%，10.64%第3次测定，测定值为10.56%B、煤中全硫测定0.78%，0.88%，第3次测定0.84%第4次测定0.81%二、测定——水分测定要求凡需要进行水分在测定结果校正和换算要求的分析试验最好能和水分测定同时进行，否则也应在尽量短的、水分不发生显著变化的期限（最多不超过7天）内进行。因为时间延长，煤样水分发生变化，各项目测定值也会发生变化。三、方法精密度煤质分析试验方法的精密度以重复性限（同一化验室允许差）和再现性临界差（不同化验室允许差）来表示。1.重复性限重复性限：指在同一实验室，由同一操作者，用同一仪器，对同一分析煤样于短期内所做的重复测定，所得结果间的差值（在95％概率下）的临界值。2.再现性临界差再现性临界差：指在不同实验室中，对从煤样缩制最后阶段的同一煤样中分取出来的、具有代表性的部分所做的重复测定，所得结果的平均值的差值（在95％概率下）的临界值。四、结果表述——数据修约4舍6入5单双3.22223.33.23226.33.22225.33.24235.33.23225001.3四、结果表述——报出结果项目单位测定值报告值锗、镓、氟砷、铀、钒硒、铬、铅g/g个位个位哈氏可磨性指数无小数后一位个位奥阿膨胀度％1）奥阿收缩度％1）粘结指数无磨损指数mg/kg罗加指数％1）年轻煤的透光率％四、结果表述——报出结果项目单位测定值报告值全水、镉煤对CO2化学反应性%小数后一位小数后一位铝甑低温干馏焦油、半焦、干馏总水产率％小数后二位小数后一位葛金低温干馏焦油、半焦、干馏总水产率热稳定性最高内在水分腐植酸产率抗碎强度四、结果表述——报出结果项目单位测定值报告值结渣性工业分析元素分析全硫各种形态硫碳酸盐二氧化碳褐煤的苯萃取物产率灰中硅,铝,钛,钙,镁,钾,钠,硫,磷矿物质真相对密度视相对密度％％％％％％％％％无无小数后二位小数后二位四、结果表述——报出结果项目单位测定值报告值汞氯、灰中锰、磷g/g%小数后三位小数后三位灰熔融性特征温度℃十位十位奥阿膨胀度特征温度℃个位个位胶质层指数（x、y）mm0.50.5坩埚膨胀序数无1/21/2发热量MJ/kgJ/g小数后三位个位小数后二位十位五、符号分析试验项目的英文名词第一个字母或缩略字，以及各化学成分的元素符号或分子式作为它们的代表符号。对各分析试验项目的进一步划分，采用相应的英文名词的第一个字母或缩略字，标在有关符号的右下角。五、符号a——收缩度，％；A——灰分，％；AI——磨损指数，mg/kg；ARD——视相对密度；b——膨胀度，％；Clin——结渣率，％；CR——半焦产率，％；CSN——坩埚膨胀序数；DT——灰熔融性变形温度，℃；EB——苯萃取物产率，％；FC——固定碳，％；FT——灰熔融性流动温度，℃；五、符号GR.I.—粘结指数HA—腐植酸产率，％HGI—哈氏可磨性指数HT—灰熔融性半球温度，℃M—水分，％MHC—最高内在水分，％MM—矿物质，％PM—透光率，％Q—发热量，J/g或MJ/kgR.I.—罗加指数SS—抗碎强度，％ST—灰熔融性软化温度℃；Tar—焦油产率，％TRD—真相对密度TS—热稳定性，％V—挥发分，％Water—干馏总水产率，％x—焦块最终收缩度，mmy—胶质层最大厚度，mm—二氧化碳转化率，％五、符号f——外在或游离inh——内在o——有机p——硫化铁s——硫酸盐gr,p——恒压高位gr,v——恒容高位net,p——恒压低位net,v——恒容低位b——弹筒t——全五、符号ad——空气干燥基；ar——收到基；d——干燥基；daf——干燥无灰基；dmmf——干燥无矿物质基。六、基的换算——定义“基”：是表示化验结果以什么状态下的煤样为基础而得出的。空气干燥基－以空气湿度达到平衡状态的煤为基准干燥基－以假想无水状态的煤为基准收到基－以收到状态的煤为基准干燥无灰基－以假想无水、无灰状态的煤为基准干燥无矿物基－以假想无水、无矿物质状态的煤为基准六、基的换算——公式要求基已知基空气干燥基ad收到基ar干基d干燥无灰基daf干燥无矿物质基dmmf空气干燥基ad收到基ar干基d干燥无灰基daf干燥无矿物质基dmmfadarMM100100adM100100adadAM100100adadMMM100100aradMM100100arM100100ararAM100100ararMMM100100100100adM100100arMdA100100dMM100100100100adadAM100100ararAM100100dAddMMA100100100100adadMMM100100ararMMM100100dMMddAMM100100七、溶液浓度——定义物质的量浓度，单位体积溶液中所含溶质的物质的量，单位为摩尔每升，符号为mol/L。物质的量的国际单位制基本单位是摩尔，定义：摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg的碳-12的院子数目相等。使用摩尔时，基本单元应予指明，其可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子，或是这些粒子的特定组合。七、溶液浓度——举例①c(NaOH)＝1mol/L，表示溶质的基本单元是氢氧化钠分子，其摩尔质量为40g/mol，溶液的浓度为1摩尔每升，即每升溶液中含有40g氢氧化钠。②c(1/2H2SO4)＝3mol/L，表示溶质的基本单元是1/2个硫酸分子，其摩尔质量为49g/mol，溶液的浓度为3