煤炭、焦炭分析基础知识

如：煤的灰分、挥发分、灰熔融性、可磨性，以及焦化指标分 析或测定等。
特点：试验结果随试验方法和试验条件（温度、时间、压力等） 而改变。
2）固有成分或特性分析
如：煤的全硫，碳，氢，氮分析，及发热量测定等；
特点：测定结果不随试验条件而变；
1、水分符号：M，moisture 单位：%
水分是一项重要的煤质指标，是煤中无用成分，煤的水分对其加工利用(煤的发热量和 可磨性)、贸易、运输和储存都有很大的影响。
测试方法：通氮干燥法、空 气干燥 法（仅 适用于 无烟煤 和烟煤 的水分 检测）
水份指标有 a、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的 总和，也常用Mar表示。通常规定在8%以下。 b、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所 含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有 称之为“分析基水份”的。 C 、最高内在水分 MHC Moisture holding capacity 煤样在温度30 ℃ 、相对湿度96%下达到平衡 时测得的内在水分
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。 坩埚的总质量在15-20g
挥发分测定注意事项：
1）严格控制试验温度在（900 ±10) ºC —定期校正热电偶和毫伏计，保证炉温正确； —定期测量恒温区，坩埚放在恒温区பைடு நூலகம்。
2）保证3min内炉温恢复到（900 ±10) ºC —验证温度恢复速度是否符合要求； —每次试验放同样数目的坩埚，以保证热容量一致。
氢气然烧
氧
氧元素是组成煤有机质的十分重 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。氧是煤中的杂质， 不能产生热量。由于氧的存在， 使得煤中可燃元素的含量相对降 低。煤中的氧有两部分，一部分 是游离的氧，它能助燃；另一部 分以化合物状态存在，不能助燃。
煤、焦分析基础知识
目录
01 煤炭、焦炭定义、特征 02 煤、焦主要分析项目
03 煤、焦分析质量控制结果表述
01煤、焦炭的定义、特征
一、煤的组成及各组分的重要性质
煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源 之一。煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎，在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐 植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系 列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色固体有机可燃沉积岩。
3）总加热时间严格控制为7min 4）使用符合标准的坩锅
——坩埚质量15－20g ——带配合严密的盖
5）防止试样氧化 —对于焦炭可在煤样中加入几滴苯
（ISO标 准），防止空气侵入. 6）防止煤样的喷溅
——对于褐煤和长焰煤应预先压饼， 并切成3mm的小块。 7）重复测定分两炉次 8)从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防
• 碳是煤中最主要的可燃元素， 也是煤中最基本的成分，是煤 炭燃烧生成热量的主要来源。 1KG碳完全燃烧生成二氧化碳， 能放出约32825.56KJ热量。 1KG碳不完全燃烧生成一氧化碳 ，只能放出约9258.06KG的热 量。
氢
• 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，其含量也 越高。碳和氢是煤中有机质的 主要组成元素，两者加在一起 占煤中有机质的９５﹪以上。 煤中碳和氢的发热量最大。氢 是煤中单位发热量最高的元素 ，氢极容易燃烧，且燃烧速度 快。
——保证碳酸盐完全分解及二氧化碳 完全驱出
4）煤样在灰皿中要铺平，避免局部过厚 ——避免燃烧不完全； ——防止底部煤样中生成的SO2被上部碳
酸盐 分解生成的氧化钙固定;
3、挥发分符号：V （全称为：挥发分 产率）Volatile matter 单位：%
煤中的有机物质和一部分矿物加热分解的产物；它不是煤中固有物质； 而是在特定温度下的煤热分解产物，所以确切地说挥发分叫挥发分产率。 定义：煤样在规定条件下隔绝空气加热，进行水分校正后的质量损失。
• FCad = 100% - Mad - Aad – Vad
即煤中的碳酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水。
⑵当温度在５００℃左右时：ＣaCO3=CaO+CO2↑ FeCO3=FeO+CO2↑ 即煤中的碳酸盐在温度高于５００℃时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳。
⑶当在温度在６００℃左右时：４ＦeS2+11O2=2Fe2O3 + 8SO3 ↑
2CaO + 2SO2 + O2 = 2CaSO4
灰分测定影响因素和注意事项
1）黄铁矿的氧化程度 2）方解石的分解程度 3）灰中固定的硫量的多少 为测得有可比性的灰分值，就必须： ——使黄铁矿氧化完全； ——方解石分解完全； ——SO3和CaO间的反应降低到最低程度
一般采取以下措施： 1）慢速灰化 ——使煤中硫化物在碳酸盐分解前完全氧 化并排出（避免硫酸钙的生成） 2）灰化过程中保持良好的通风状态 ——使硫氧化物一经生成就及时排出,因此 要求马弗炉装有烟囱，在炉门上有通风眼， 或将炉门开启一小缝使炉内的空气可以自 然流通。 3）在足够高的温度下（>800ºC)灼烧足够 长的时间
2、灰分符号：A，Ash 单位：%
定义：煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残留物。
以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列的物理化学反应，主要的反应如下：
⑴当温度在４００℃左右时：CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O↑ Al2O3·2SiO2·2H2O=Al2O3·2SiO2+2H2O↑
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。
按煤的组分结构进行分类, 褐煤、烟煤和无烟煤三大类。
新的煤分类国家标准GB/T 5751-2009把我国的煤从无烟 煤到褐煤之间共划分为14个大类和17个小类。
二、焦炭的性质特征
1）焦炭的形成: 烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、 热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过 程叫高温炼焦（高温干馏）。
2FeO + O2 = 2Fe2O3
即在600℃时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。但由于SO2
和CaO发生反应生成CaSO4，使测定结果偏高。为使反应完全，一般让煤
样在500℃保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。
(4）当温度高于7００℃时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，
5、焦炭中的水分 水分波动会使焦炭计量不准， 从而引起炉况波动。此外，焦炭水分提高会使 M04偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差。 6、焦炭的筛分组成 在高炉冶炼中焦炭的粒度 也是很重要的。我国过去对焦炭粒度要求为： 对大焦炉（1300—2000平方米）焦炭粒度大 于40毫米；中、小高炉焦炭粒度大于25毫米。 但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40— 25毫米为好。大于80毫米的焦炭要整粒，使其 粒度范围变化不大。这样焦炭块度均一，空隙 大，阻力小，炉况运行良好
焦渣被氧化，造成测定误差。 9)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。
结果计算:
Vad

m1 m
100% Mad
式中
m——试料的质量，g；
m1——样品加热后减少的质量，g。
4、固定碳含量 ：FC Fixed carbon ，单位%
固定碳含量是指去除水分、灰分和挥发分之后 的残留物，它是确定煤炭用途的重要指标。从 100减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即 为煤的固定碳含量.
氮
• 氮是煤中的杂质，其含量约 占0.5%~0.15%，对煤的燃 烧影响不大。氮在适当燃烧 条件下会生成氮的氧化物 （NOx），对环境有污染。
硫
• 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。煤中的硫由有机硫、 硫化铁和硫酸盐中的硫三部分组 成。前两种硫可以燃烧，构成所 谓的挥发硫或可燃硫；后一种硫 不能燃烧，将其并入灰分。可燃 硫是煤中的有害元素。硫在燃烧 时虽然放热，但燃烧产生酸性腐 蚀有害气体二氧化硫。
土法炼焦
2）焦炭质量的评价
1、焦炭中的硫分 硫是生铁冶炼的有害杂质之一， 它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于 0.07%即为废品。由高炉炉料带入炉内的硫有11% 来自矿石；3.5%来自石灰石；82.5%来自焦炭，所 以焦炭是炉料中硫的主要来源。焦炭硫分的高低直 接影响到高炉炼铁生产。当焦炭硫分大于1.6%，硫 份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入 量增加3.7%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低 1.5—2.0%.冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型 高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7%。
国家标准GB/T 1996-2017 规定了冶金焦炭的技术要求
02煤质分析的各项指标
煤质分析的主要指标有：水分、灰分、挥发分、固定碳、全硫、 发热量、胶质层最大厚度（Y）、粘结指数（G）、哈氏可磨 指数（HGI）及各元素分析等，试验方法可分为两类：
1）非固有成分或特性分析（规范性试验）
煤在人为规定的条件下，使煤产生某种转化，然后测定转化生 成物的量和特性的分析。
待温度达到800 ℃时分解反应基本完成，因此，煤的灰分测定温度规定为
（810±10） ℃。
测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样） （1）缓慢灰化法：煤样 恒重灰皿 马弗炉100℃ 缓慢升温30min至500 ℃ 保温30min 升温至815 ℃保温 1h 冷却至室温 称量 检查性灼 烧至恒量
（2）快速灰化法：煤样 恒重灰皿 马弗炉815 ℃灼烧40min 冷却至室温 称量 检查性灼烧至恒量
挥发分是决定煤炭利用的重要指标，在燃煤中，根据挥发分来选择适于 特定煤源的燃烧设备在炼焦中，要根据挥发分来确定配煤比例，因挥发 分适中的烟煤，粘结性好，适于炼焦；
测定步骤
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。 计算挥发分产率。
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。
中国煤炭分类 GB/T 5751-2009
煤的成分主要有各种复杂的高分子 有机化合物、水和无机物。
它包含有很多种元素，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， 像碱金属、碱土金属、铁、铝 等的盐类。
煤的煤的元素组分主要有即碳碳 、氢、氧、氮、硫五个元素
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%。
煤炭是直接地下开采出来的。 焦炭是一些种类的煤炭经过焦化处理得到的，是煤炭深加工后 的产物。由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。 炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃 料，又是重要的有机合成工业原料。
焦炭用于高炉炼铁起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。炼 铁高炉采用焦炭代替木炭，为现代高炉的大型化奠定了基 础，是冶金史上的一个重大里程碑。为使高炉操作达到较 好的技术经济指标，冶炼用焦炭(冶金焦)必须具有适当的 化学性质和物理性质，包括冶炼过程中的热态性质。
2、焦炭中的磷分 炼铁用的冶金焦含磷量应 在0.02—0.03%以下。 3、焦炭中的灰分 焦炭的灰分对高炉冶炼的 影响是十分显著的。焦炭灰分增加1%，焦 炭用量增加2—2.5%因此，焦炭灰分的降低 是十分必要的。
4、焦炭中的挥发分 根据焦炭的挥发分含量 可判断焦炭成熟度。如挥发分大于1.5%，则 表示生焦；挥发分小于0.5—0.7%,则表示过 火，一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。