第四章 煤质分析

磨口(挥发)坩埚(P84图4-6)：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。
坩埚架(P84图4-7)：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90010℃ 稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉 堂底距离20～30mm。
称取分析煤样10.01g，于已在90010℃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90010℃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。根据失重可计算 挥发分产率。
1.2.3
其它分析
根据特殊的需要进行检测的还有煤灰成分分析、 物理性质测定和工艺性质测定等。
工艺性质测定：煤的黏结性、发热量和燃点、 反应活性、煤灰学理性和结性渣等。 物理性质测定：颜色、光泽、密度、硬度、脆 度、断口、导电性等。 煤灰成分分析：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、 MgO、K2O、Na2O、MnO、SO3、P2O5等。
2.2.1 煤中水分的存在形态 两类：化合水、游离水。 游离水又分为外在水分(煤在开采、运输、储 存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔中的水 分)和内在水分(吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔中 的水分)。 P78
2.2.2
煤中水分的测定
煤中水分的测定有三种方法： 通氮干燥法、空气干燥法和甲苯蒸馏法。
1.1.2
煤的组成
煤包含有很多种元素，由可燃物和不可燃物两 部分组成。
可燃物主要包括有机质和少量的矿物质，不可 燃物包括水和大部分矿物质，如碱金属、碱土金属 、铁、铝等的盐类。 煤的元素组分：C、H、O、N、S。
碳
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%。
我国的分类法是以炼焦用煤为主的工业分类 法，新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无 烟煤之间共划分为14个大类和17个小类。 常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤。 无烟煤分为3个小类：年老无烟煤、典型无烟 煤、年轻无烟煤，主要是按照各小类工艺利用特 性的不同而划分。 褐煤划为2个小类：年老褐煤和年轻褐煤，也 是根据其性质和利用特征不同而划分的。 烟煤分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、 气肥煤、气煤、1/3焦煤、1/2中粘煤、弱粘煤、不 粘煤和长焰煤共12个煤类。
2 煤的工业分析煤质分析
3 煤发热量的测定 4 煤中全硫的测定
1 概述
1.1 煤的组成和分类 1.1.1 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。如结焦性好或粘结性好的煤是优 质的炼焦用煤；热稳定性好的无烟块煤是合成氨厂 的主要原料；挥发分和发热量都高的煤是较好的动 力用煤；一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气化制 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：按成煤的原始植物进行分类的方法； 工业分类或商业分类；按煤的工业使用方法分类； 煤的科学分类；按煤的组分结构进行分类。
煤的工业分析是了解煤的性质和用途的重要指 标。如水分和灰分高的煤，它的有机质含量就少， 发热量低，经济价值就小。根据煤的水分、灰分、 挥发分及其焦渣特征等指标，就可以比较可靠地算 出煤的高位发热量和低位发热量。
而煤中全硫分是确定炼焦用烟煤的重要指标。 对于合成氨工业，固定碳含量是评价无烟煤用于制 造合成气(半水煤气)时经济价值的一个重要指标。
干基d：以无水状态的煤样为标准的分析结果 表示方法。 干燥无灰基daf：它是以假想的无水无灰状态 的煤为基准的分析结果表示方法。
干燥无矿物质基dmmf：它是以假想的无水无 矿物质状态的煤为基准的分析结果表示方法。
2.2 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。
2.3.2
灰分的测定
2.3.2.1 缓慢灰化法
称取分析煤样10.1g于已在81510℃灼烧至恒 重的灰皿(P84图4-4)中，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81510℃，关闭炉门， 在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷 至室温后称量，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。
根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变 质程度、发热量及焦油产率等各种重要性质，而且 几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分作为煤分类 的一个主要指标。
工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否 合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的 最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。 2.4.2 挥发分的测定
2.4 挥发分的测定
2.4.1 挥发分的定义及测定意义 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。去掉挥发分后的残渣叫焦渣。 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。
2.3.2.2 快速灰化法
快速灰分测定仪(P83图4-5)测定法：称取分析煤 样10.1g于已在81510℃灼烧至恒重的灰皿中，置于 传送带上，控制传送速度17mm/min送入已加热至温 度81510℃的快速灰化测定仪(P28图2-3)中。当灰皿 送出时取下，冷至室温后称量。
马弗炉测定法：将盛有煤样的灰皿排放于耐热 板上，缓慢送入已加热至81510℃的高温炉中按序 将一排排灰皿推入至炉内炽热部分。关上炉门，在 81510℃灼烧40min，取出冷却后称量。进行检查性 灼烧。
siocaomgok煤的工业分析21常用的符号和基准211分析项目的名称及表示符号分析试验项目及符号项目水分灰分挥发分固定碳发热量矿物质符号mm212存在形态或操作情况指标及符号常用指标及符号项目外在或游离内在高位低位恒压符号grnet213各种基准的表示符号基准是指煤样所处的状态
第四章
1 概述
煤质分析
不同基的固定碳的换算见P85-86。
固定碳的化学组分，主要是C元素，另外还有一 定数量的H、O、N、S等其它元素。从煤的工业分析 指标来看，发热量主要是煤中固定碳燃烧产生的，因 此国际上利用工业分结果计算发热量的公式，即以煤 的固定碳作为发热量的主要来源。
2.3 灰分的测定
2.3.1
灰分的来源和测定意义
煤的灰分是煤中所有可燃物在一定条件下完全 燃烧后，矿物质(除水分以外的所有无机质的总称)在 一定温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的 残渣，用符号A表示。灰分全部来自矿物质，但其组 成和数量又不同于煤中原有矿物质，因此煤的灰分 应称为“灰分产率” 。P81 测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量以及确定其 使用价值有重要意义。因为煤中灰分是有害物质， 所以各种用途的煤，灰分越低也就越好。对煤灰但 进行综合利用，可以变废为宝。
2.1.3
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：是从收到的一批煤样中取出具有 代表性的分析煤样，以此种状态的煤样测定的结 果并以此基表示的值，称为收到基。 空气干燥基ad：是指煤样所处环境与水蒸气 压达到平衡时的煤样。在新标准中规定：煤样若 在空气中连续干燥1小时后质量变化不超过0.10%， 则认为达到空气干燥状态。
氢是煤中第二个重要 的组成元素，它占煤的质 量分数为1～6%，越是年 轻的煤，的十分重 要的元素，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。
氮元 素在煤中 的比例较 少，一般 为0.5～ 3%。
硫
煤的外在水分和全水分，不仅影响动力用煤的 低位发热量，而且还与煤的运输与贮存等都有着十 分密切的关系。
元素分析 主要测定煤中C、H、O、N、S等元素，了解 煤的元素组成。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、计算热 量平衡的依据。 其它元素主要是伴生元素分析。煤中的伴生元 素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、 铝、钽等常见的稀有元素。如煤中的锗含量在 20g∙g-1以上时即可计算储量而有一定的提取价值， 镓含量在50g∙g-1以上和铀含量在300～500g∙g-1以 上时也有提取价值。 有时也进行有害元素分析。煤中的有害元素种 类很多，如S、P、Cl、As、F、Cr、Cd、Hg等。 1.2.2
注意：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90010℃，否则试 验作废。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。
2.5 固定碳含量的计算
固定碳是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物， 用符号FCad表示。
FCad = 100% - Mad - Aad – Vad FCd = 100% - Ad – Vd FCdaf = 100% - Vdaf
2
煤的工业分析
2.1 常用的符号和基准 2.1.1 分析项目的名称及表示符号 分析试验项目及符号 项目 水分 灰分 挥发分 固定碳 发热量 矿物质
符号
M
A
V
FC
Q
MM
2.1.2 存在形态或操作情况指标及符号 常用指标及符号 项目 外在或游离 内在 全 高位 低位 恒容 恒压 符号 f inh t gr net v p
1.2 煤的分析项目 煤的分析检验，根据目的不同，一般可分为工 业分析、元素分析、物理性质测定、工艺性质测定 和煤灰成分分析等。 1.2.1 工业分析 煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评 价煤的基本依据。它包括煤的水分、灰分、挥发分 和固定碳四个项目的测定。 通常，水分、灰分、挥发分都直接测定，固定 碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。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。
2.2.2.3 甲苯蒸馏法
适用于所有煤种，用于空气干燥基水分的测定。 根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其 中易挥发组分沸点的原理，将甲苯与煤样一起蒸馏， 收集馏出液。
测定装置见P80图4-2、4-3。
准确称取约25g粒度＜0.2mm的空气干燥煤样， 于干燥的烧瓶中，加入约80mL甲苯，加热至馏出 液清澈并在5min内无细小水泡为止。根据水分回收 曲线，可求出煤样中水分的含量。
硫元素也是 组成煤的有机质 的一种常见元素， 它在煤中含量的 多少，与煤化程 度的高低无明显 关系，其含量从 最低的0.1到最 高的10%均有。
氮
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。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。 煤的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作 为化工原料。水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建 筑材料，都要经过高温处理，而煤正是主要的燃料， 其中水泥对煤质要求最高，因煤的灰分大小及煤灰 的组成直接影响到水泥的配料。
2.2.2.1 通氮干燥法 通氮干燥法适用于所有煤种，可用于全水分的 测定和空气干燥基水分的测定。 准确称取一定量(测全水分粒度＜6mm，测空 气干燥基水分粒度＜0.2mm)的煤样于已干燥并称 重的称量瓶中，在干燥氮气流中置于102~105℃干 燥箱，干燥至恒重(烟煤约1.5h，褐煤和无烟煤约 2h)。根据煤样失重可计算出水分的含量。
2.2.2.2 空气干燥法
适用于烟煤和无烟煤，可用于全水分的测定 和空气干燥基水分的测定。 准确称取一定量(测全水分粒度＜6mm，测空 气干燥基水分粒度＜0.2mm)的煤样于已干燥并称 重的称量瓶中，置于鼓风并已加热至102~105℃的 干燥箱，干燥至恒重(烟煤约2h，无烟煤约3h)。 根据煤样失重可计算出水分的含量。