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关于煤的工业分析/煤炭化验分析知识/煤炭化验方法

时间2016-06-27 20:23:02  来源  作者

一 煤炭化验分析知识/煤炭化验方法 q1l气化网

煤的工业分析?#32440;?#29028;的技术分析或实用分析是评价煤质的基本依据  
在国家标准种煤的工业分析包括煤的水分灰分挥发分和固定碳等指标的测定通常煤的水分灰分挥发分和固定碳等指标的测定通常煤的水分灰分挥发分是直接测出的而固定碳是用差减法计算出来的广义上讲煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热量的测定 ?#32440;?#29028;的全工业分析  
1煤的水分  
煤的水分是煤炭计价中的一个辅助指标 煤的水分直接影响煤的使用运输和储存煤的水分增加煤中有用成分相对减少且水分在燃烧时变?#28903;?#27773;要吸热因而降低了煤的发热量煤的水分增加还增加?#23435;?#25928;运输并给卸车带来了困?#36873;?#29305;点是冬季寒冷地区经常发生冻车影响卸车影响生产影响车皮周转加剧了运输的紧张煤的水分也容易引起煤炭粘仓而减小煤仓容量甚至发生堵仓事故随着矿井开采深度的增加采掘机械化的发展和井下安全生产的加强以及喷?#24230;?#27700;煤层注水综合防尘等措施的实施原煤水分?#35797;?#21152;的趋势为此煤矿除在开采设计上和开采过程中的采煤掘进通风和运输等各个?#26041;G现?#23450;减少煤的水分的措施外还应在煤的地面加工中采取措施减少煤的水分  
1煤中游离水和化合水  
煤中水分?#21019;?#22312;形态的不同分为两类既游离水和化合水游离水是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化合水也叫结晶水是以化合的方式同煤中矿物质结合的水如硫酸钙NaSO4.2H2O和高龄?#31890;AL2O3.2SiO2.2H2O 中的结晶水游离水在105110C的温度下经过12小时?#28903;?#21457;掉而结晶水通常要在200C以上才能分解析出煤的工业分析中只测试游离水不测结晶水  
2煤的外在水分和内在水分  
煤的游离水分又分为外在水分和内在水分  
外在水分是附着在煤颗粒表面的水分外在水分很容?#33258;?#24120;温下的干燥空气中蒸发蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡?#26412;?#19981;再蒸发了内在水分是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分内在水分需在100C以上的温度经过一定时间才能蒸发最高内在水分当煤颗粒内部毛细孔内吸附的书分达到饱和状态时这是煤的内在水分达到最高值称为最高内在水分最高内在水分与煤的孔隙度有关而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有关所以最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度尤其能更好地区分低煤化度煤如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%最高内在水分小于2%的烟煤几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤无烟煤的最高内在水分比烟煤有有所下降因为无烟煤的孔隙度比烟煤增加了  
3煤的全水分  
全水分是煤炭按灰分计加中的一个辅助指标a.煤中全水分的含义煤中全水分是指煤中全部的游离水分即煤?#22411;?#22312;水分和内在水分之和必须指出的是化验室里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分这是吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大这时残留在煤中的水分为内在水分显然化验室测试的外在水分和内在水分除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外还与测试是空气的湿度和温度有关b.煤的全水分  
测试方法要点见煤炭化验国标GB212-91  
2煤的灰分   
煤的灰分是指煤完全燃烧后剩下的?#24615;?#22240;为这个?#24615;?#26159;煤中可燃物完全燃烧煤 中矿物质除水分外所有的无机质在煤完全燃烧过程中经过一系列分解化合反应后的产物所以确切地说灰分应称为灰分产率  
1煤中矿物质  
煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质  
a.内在矿物质又分为原生矿物质和次生矿物质原生矿物质是成煤植物本身所含的矿物质其含量一般不超过12%次生矿物质是成煤过程?#24515;?#28845;沼泽液中的矿物?#35270;?#25104;煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的次生矿物质的含量一般也不高但变化较大内在矿物质所形成的灰分?#24515;?#22312;灰分内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去  
b.外来矿物质是在菜煤和运输过程中混入煤中的顶底板?#22270;?#30707;层的?#32933;?#22806;在矿物质形成的灰分?#22411;?#22312;灰分外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去  
2煤中灰分  
煤中灰分来源于矿物质煤中矿物质燃烧后形成灰分如粘土石膏碳酸盐黄铁矿等矿物?#35797;?#29028;的燃烧中发生分解和化合有一部分变成气体逸出留下的?#24615;?#23601;是灰分   
灰分通常比原物质含量要少因此根据灰分用适当公?#21483;?#27491;后可近?#39057;?#31639;出矿物质含量  
3煤?#19968;?#20998;对工业利用的影响 煤中灰分是煤炭计价指标之一在灰分计?#21448;أ?#28784;分是计价的基础指标在发热?#32771;Ƽ又أ?#28784;分是计价的辅助指标灰分是煤中的有害物质同样影响煤的使用运输和储存煤用作动力燃料时灰分增加煤中可燃物质含量相对减少矿物质燃烧灰化时要吸收热量大量排渣要带走热量因而降低了煤的发热量影响了锅炉操作如易结渣熄火加剧了设备磨损增加排渣量煤用于炼焦时灰分增加焦炭灰分也随之增加从而降低了高炉的利用系数还必须指出的是煤中灰分增加增加?#23435;?#25928;运输加剧了我国铁路运输的紧张  
4煤的灰分测定见煤炭检验国标GB212-91  
3煤的挥发分  
煤的挥发分即煤在一定温度下隔绝空气加热逸出物质气体或液体中减掉水分后的含量剩下的?#24615;?#21483;做焦渣因为挥发分不是煤中固有的而是在特定温度下热解的产物所以确切的说应称为挥发分产率  
1煤的挥发分不仅是炼焦气化要考虑的一个指标也是动力用煤的一个重要指标是动力煤按发热?#32771;?#20215;的一个辅助指标挥发分是煤分类的重要指标煤的挥发分反映了煤的变质程度挥发分由大到小煤的变质程度由小到大如泥炭的挥发分高达70%褐煤一般为4060%烟煤一般为1050%高变质的无烟煤则小于10%煤的挥发分和煤?#26131;?#25104;有关角质类的挥发分最高镜煤亮煤次之丝碳最低所以世界各国和我国?#23478;?#29028;的挥发分作为煤分类的最重要的指标  
2煤的挥发分测试要点见煤炭化验分析国标GB212-91  
4煤的固定碳  
煤中去掉水分灰分挥发分剩下的就是固定碳 煤的固定碳与挥发分一样也是表征煤的变质程度的一个指标随变质程度的增高而增高所以一些国家以固定碳作为煤分类的一个指标固定碳是煤的发热量的重要来源所以有的国家以固定碳作为煤发热?#32771;?#31639;的主要?#38382;?#22266;定?#23478;?#26159;合成氨用煤的一个重要指标  
固定?#25216;?#31639;公式  
FCad=100-Mad+Aad+Vad  
当分析煤样中碳酸盐CO2含量为2-12%时  
FCad=100-Mad-Aad+Vad-CO2,ad煤  
当分析煤样中碳酸盐CO2含?#30475;?#20110;12%时  
FCad=100-Mad+Aad+Vad-[CO2,ad煤-CO2,ad焦渣]  
式中  
FCad——分析煤样的固定碳%  
Mad——分析煤样的水分%  
Aad——分析煤样的灰分%  
Vad——分析煤样的挥发分%  
CO2,ad煤——分析煤样中碳酸盐CO2含量%  
CO2,ad焦渣——焦渣中CO2占煤中的含量%  
5 煤的硫分  
1煤中硫存在的形态  
煤中硫分按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种有的煤中还有少量的单质硫煤中的有机硫是以有机物的形态存在与煤中的硫其结构复杂至今了解的还不够充分大体有以下官能团硫醇类R-SH-SH为硫基噻吩类如噻吩苯骈噻吩硫醌类如对硫醌硫醚类R-S-R’;硫蒽类等煤中无机硫是以无机物形态存在于煤中的留无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫少部分为白铁矿硫两者是同?#35782;?#26230;体还有少量的ZnS,PbS等硫酸盐硫主要存在于CaSO4中  
煤中硫分按其在空气?#24515;?#21542;燃烧又分为可燃硫和不可燃硫有机硫硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧都是可燃硫硫酸盐硫不能在空气中燃烧是不可燃硫煤燃烧后留在灰渣中的硫以硫酸盐硫为主或焦化后留在焦炭中的硫以有机硫硫化钙和硫化亚铁等为主称为固体硫煤燃烧逸出的硫或煤焦化随煤气和焦油析出的硫称为挥发硫以硫化氢和硫氧化碳COS等为主煤的固定硫和挥发硫不是不变的而是随燃烧或焦化温度升温速度和矿物?#39318;?#20998;的性质和数量等而变化煤中各?#20013;?#24577;的硫的总和称为煤的全硫St煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫Ss硫铁矿硫Sp和有机硫SoSt=Ss+Sp+So如果煤中有单支流全硫中还应包含单质硫  
2煤中硫对工业利用的影响硫是煤中有害物?#25163;?#19968;煤作为燃料在燃烧时生成SO2,SO3不仅腐蚀设备而且污染空气甚至降酸雨?#29616;?#21361;及植物生长和人的健康煤用于合成氨制半水煤气时由于煤气中硫化氢等气体?#38553;?#19981;易脱净易毒化合成催化剂而影响生产煤用于炼焦煤中硫会进入焦炭使钢铁变脆钢铁中硫含?#30475;?#20110;0.07%?#26412;?#25104;了废品为了减少钢铁中的硫在高炉炼铁时加石灰石这就降低了高炉的有效容积而?#19968;?#22686;加了排渣量煤在储运中煤中硫化铁等含量多时会因氧化升温而自燃我国煤田硫的含量不一东北华北等煤田硫含量较低山东枣庄小槽煤内蒙乌大山西汾西山西铜川等煤矿硫含量?#32454;]?#36149;州四川等煤矿硫含量更高四川有的煤矿硫含量高达46%以上洗选后降到2%都困?#36873;?#33073;去煤中的硫是煤炭利用的一个重要课题在这方面美国等西方国家对洁净煤的研究取?#29028;?#22823;进展他们首先是发展煤的洗选加工原煤入洗比重080%以上我国不足20%通过洗选降低了煤中的灰分除去煤中的无机硫有机硫靠洗选是除不去的其次是在煤的燃烧?#22411;?#30827;和烟道气?#22411;?#30827;这无疑增加了用煤成本我?#19988;?#22312;开展洁净煤的研究针对我国目前动力煤洗煤厂能力利用?#24335;?0%多应尽快制定和实施燃煤环保法?#28304;?#36827;煤碳洗选加工的发展和洁净煤技术的应用  
3煤中硫的测试要点  
煤中硫的测试包括煤的全硫硫铁矿硫和硫酸盐硫的测试见煤炭化验国标GB214-83  
6 煤的发热量热值测定  
煤的发热量又称为煤的热值即单位质量的煤完全燃烧所发出的热量煤的发热量时煤按热?#23548;?#20215;的基础指标煤作为动力燃料主要是利用煤的发热量发热量愈高其经济价值愈大同时发热量也是计算热平衡热效率和煤耗的依据以及锅炉设计的?#38382;?#29028;的发热量表征了煤的变质程度煤化度这里所说的煤的发热量是指用1.4比重液分选后的浮煤的发热量或灰分不超过10%的原煤的发热量成煤时代最晚煤化程度最低的泥炭发热量最低一般为20.925.1MJ/Kg成煤早于泥炭的褐煤发热量增高到2531MJ/Kg烟煤发热?#32771;?#32493;增高到焦煤和瘦煤时碳含量虽然增加了但由于挥发分的减少特别是其中氢含量比烟煤低的多有的低于1%相当于烟煤的1/6所以发热量最高的煤还是烟煤中的某些煤种鉴于低煤化度煤的发热量随煤化度的变化较大所以一些国家常用煤的恒湿无?#19968;?#39640;位发热量作为区分低煤化度煤类别的指标我国采用煤的恒湿无?#19968;?#39640;位发热量来划分褐煤和长焰煤  
1发热量的单位  
热量的表?#38236;?#20301;主要有焦耳J卡cal和英制热量单位Btu焦耳是能量单位1焦耳等于1牛顿N力在力的方向上通过1米的位移所做的功  
1J=1N×0J  
1MJ=1000KJ  
焦耳时国?#26102;?#20934;化组织ISO所采用的热量单位也是我国1984年颁布的1986年7月1日实施的法定计量热量的单位煤的热量表?#38236;?#20301;J/gKJ/gMJ/Kg卡cal是我国建国后长期采用的一种热量单位1cal是指1g纯水从19.5C加热到20.5C时所吸收的热量  
欧美一些国家多采用15Ccal即1g纯水从14.5C加热到15.5C时所吸收的热量  
1cal20Ccal=4.1816J  
1cal15Ccal=4.1855J  
1956年伦敦第误解蒸汽性质国际会议上通过的国际蒸汽表卡的温度比15Ccal还低其义义如下  
1cal==4.1866J  
从上看出15Ccal中每卡所含热能比20Ccal还高  
英美等国家目前仍采用英制热量单位Btu其定义是1磅纯水从32F加热到212F时所需热量的1/180  
焦耳卡Btu之间的关系  
1Btu=1055.79J≈1.055×1000J  
1J=9471.58×10的负7次方Btu  
20Ccal/g与Btu/1b的换算公式  
因为1Btu=1055.79J,1B=453.6g  
所以1Btu/1b=1/1.8cal/g  
1cal/g=1.8Btu/1b  
由于cal/g的热值表示因15Ccal或20Ccal等的不同而不同所以国际贸易和科学交往中尤其是采用进口苯甲酸标明其cal/g作为热?#32771;?#30340;热容量标定时一定要了解是什莫温度C或条件下的热值cal/g,否则将会对燃烧的热值产生?#20302;称?#39640;或偏低为了使热量单位在国内外统一不须以J取代cal作为煤的发热量表?#38236;?#20301;  
2煤的各种发热量名称的含义  
a.煤的弹筒发热量Qb  
煤的弹筒发热量是单位质量的煤样在热?#32771;?#30340;弹筒内在过量高压氧2535个大气压左右中燃烧后产生的热量燃烧产物的最终温度规定为25C由于煤样是在高压氧气的弹筒里燃烧的因此发生了煤在空气中燃烧时不能进行的热化学反应如煤中氮以及充氧气前弹筒内空气中的氮在空气中燃烧时一般呈气态氮逸出而在弹筒中燃烧?#27604;?#29983;成N2O5或NO2等氮氧化合物这些氮氧化合物溶于弹?#33756;?#31181;生?#19978;?#37240;这一化学反应是放热反应另外煤中可燃硫在空气中燃烧时生成SO2气体逸出而在弹筒中燃烧?#27604;?#27687;化成SO3SO3溶于弹筒水中生成硫酸SO2SO3,以及H2SO4溶于水生成硫酸水化物都是放热反应所以煤的弹筒发热量要高于煤在空气中工业锅炉中燃烧是?#23548;?#20135;生的热量为此?#23548;?#20013;要?#35757;?#31570;发热量折算成符合煤在空气中燃烧的发热量  
b.煤的高位发热量Qgr  
煤的高位发热量即煤在空气中大气?#22266;?#20214;下燃烧后所产生的热量?#23548;?#19978;是由实验室中测得的煤的弹筒发热?#32771;?#21435;硫酸和硝酸生成热后得到的热量应该指出的是煤的弹筒发热量是在恒容弹筒内煤样燃烧室容积不变条件下测得的所以?#32440;?#24658;容弹筒发热量由恒容弹筒发热量折算出来的高位发热量又称为恒容高位发热量而煤在空气中大气压下燃烧的条件湿恒压的大气压不变其高位发热量湿恒压高位发热量恒容高位发热量和恒压高位发热量两者之间是有差别的一般恒容高位发热量比恒压高位发热量低8.420.9J/g,?#23548;?#20013;当要求精度不高时一般不予校正  
c.煤的低位发热量Qnet  
煤的低位发热量是指煤在空气中大气?#22266;?#20214;下燃烧后产生的热量扣除煤中水分煤中有机质中的氢燃烧后生成的氧化水以及煤中的游离水和化合水的汽化热蒸发热剩下的?#23548;?#21487;以使用的热量同样?#23548;?#19978;由恒容高位发热量算出的低位发热量也叫恒容低位发热量它与在空气中大气?#22266;?#20214;下燃烧时的恒压低位热量之间也有较小的差别  
d.煤的恒湿无?#19968;?#39640;位发热量Qmaf  
恒湿是指温度30C相对湿度96%时测得的煤样的水分或叫最高内在水分煤的恒湿无?#19968;?#39640;位发热量?#23548;?#20013;是不存在的是指煤在恒湿条件下测得的恒容高位发热量除去灰分影响后算出来的发热量恒湿无?#19968;?#39640;位发热量是低煤化度煤分类的一个指标  
3煤的弹筒发热量的测试要点见煤炭化验国标GB213-87  
4煤的高位发热?#32771;?#31639;煤的高位发热?#32771;?#31639;公式为  
Qgr,ad=Qb,ad-95Sb,ad-aQb,ad  
式中  
Qgr,ad——分析煤样的高位发热量J/g;  
Qb,ad——分析煤样的弹筒发热量J/g;  
Sb,ad——由弹筒洗液测得的煤的硫含量%  
95——煤中每1%0.01g硫的校正值J/g;  
a——硝酸校正系数Qb,ad≤16700J/g,a=0.001  
16700J/g<Qb,ad<25100J/g,a=0.0012  
Qb,ad>25100J/g ,a=0.0016  
当Qb,ad16700J/g或者12500J/g<Qb,ad<16700J/g同时Sbad≤2%时可用St,ad代替Sb,ad  
5煤的低位发热量的计算  
Qnet,ad=Qgr,ad-0.206Had-0.023Mad  
式中  
Qnet,ad——分析煤样的低位发热量J/g;  
Qgr,ad——分析煤样的高位发热量J/g  
Had——分析煤样氢含量%  
Mad——分析煤样水分%  
6煤的各?#21482;?#20934;发热?#32771;?#20854;换算  
a.煤的各?#21482;?#20934;得发热量如上所述煤的发热量有弹筒发热量高位发热量和低位发热量每一种发热量又有4?#21482;?#20934;所以煤的不同基准的各种发热量有3×4=12种表示方法即  
弹筒发热量4种表示方式  
Qb,ad——分析基弹筒发热量  
Qb,d——干燥基弹筒发热量  
Qb,ar——收?#20132;?#24377;筒发热量  
Qb,daf——干燥无?#19968;?#24377;筒发热量  
高位发热量4种表示?#38382;?nbsp; 
Qgr,ad——分析基高位发热量  
Qgr,d——干燥基高位发热量  
Qgr,ar——收?#20132;?#39640;位发热量  
Qgr,daf——干燥无?#19968;?#39640;位发热量  
低位发热量4种表示?#38382;?nbsp; 
Qnet,ad——分析基低位发热量  
Qnet,ar——收?#20132;?#20302;位发热量  
Qnet,daf——干燥无?#19968;?#20302;位发热量  
b.煤的各?#21482;?#20934;的发热?#32771;?#30340;换算  
煤的各?#21482;?#20934;的发热?#32771;?#30340;换算公式和煤质分析中各基准的换算公式相似如  
Qgr,ad=Qgr,ad×100-Mar/100-Mad  
Qgr,d=Qgr,ad×100/100-Mad  
Qgr,daf=Qgr,ad×100/100-Mad-Aad-CO2,d  
式中  
CO2,d——分析煤样中碳酸盐矿物质中CO2的含量%当CO2含≤2%时此项可略去不计  
Qgrmaf=Qgr,ad×100-M/100-Mad-Aad-Aad×M/100  
式中  
Qgrmaf——恒温无?#19968;?#39640;位发热量  
M——恒湿条件下测得的水分含量%   
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