煤的工业分析及热值测定
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煤的工业分析及热值测定
一、煤工业分析项目代表符号
煤工业分析项目新旧符号对照表
煤质分析项目细划分新旧符号对照表
二、煤质分析结果的基准及其含义
在煤的分析试验中,煤样基准的含义是表示分析结果是以什么状态的试样为基础得出的。
由于不同状态下的试样所包括的基础物质不一样,所以就有不同的试样基础。
1. 空气干燥基(X ad)
以煤中水分与空气中的湿度达到平衡(动态平衡)时的煤质分析
结果为基准。
2.收到基(X ar)
以收到状态时的煤质分析结果为基准。
3.干燥基(X d)
以假想的无水状态时的煤质分析结果为基准。
4.干燥无灰基(X daf)
以假想的无水无灰状态的煤质分析结果为基准。
三、煤质分析项目不同基准符合
煤质分析项目不同基准新旧符号对照表
四、煤质换算常用的基准换算
煤质分析有关基准的换算系数
换算举例:
1.由空气干燥基(X ad)结果换算成干燥基结果
X d =X ad×100÷(100-M ad)
某一煤样A ad=19.75%,M ad=1.26%。
按上述公式计算煤样A d:
A d = 19.75×100÷(100-1.26)=20.00
2.由空气干燥基(X ad)结果换算成干燥无灰基(X daf)结果:
X daf= X ad×100÷[100-(M ar+A ar)]
某一煤样V daf=7.20%,M ad=1.26%,A ad=19.75%:
V daf= 7.20×100÷[100-(1.26+19.75 )] = 9.12
五、煤的工业分析
煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标,也是评价煤的基本依据。
根据煤的工业分析结果,可初步判断煤的性质、种类和煤的加工利用效果及其工业用途。
1.水分的测定
根据水在煤中存在的形态,分为游离水和化合水。
游离水是以物理吸附的方式存在于煤中的;化合水是以化合方式同煤中的矿物质结合的水,也叫结晶水。
结合水需在200℃以上才能分解放出。
煤的工业分析测定的水分是游离水,不包括结晶水。
只测定全水分、应用煤水分和分析煤样水分。
全水分是指进厂煤的水分,应用煤水分是指在生产过程中使用的煤的水分,分析煤样水分是进行煤工业分析时,所测定的空气干燥基煤样水分。
1)全水分的测定
取进厂煤,粒度破碎至13mm以下,用已知质量的浅盘(用薄铁板或铝板制成,按大约每平方厘米0.8g煤样的比例,可容纳500g煤样)称取500g(准确到1g)煤样,并将其摊平。
将装有煤样的浅盘放入预先鼓风并加热到105~110℃的干燥箱中,在不断鼓风的条件下烟煤干燥2~2.5h,无烟煤干燥3~3.5h(褐煤在145±5℃干燥1.5h)。
从干燥箱中取出浅盘,趁热称量。
然后进行检查性试验,每次0.5h,直到煤样的减量不超过1g,或者质量增加为止。
在后一种情况下,应采用增量前的一次质量作为计算依据。
全水分(M1)的质量百分数按下式计算:
M1 = [(m-m1)/ m]×100
式中m —干燥前试样重量,(g);
m1—干燥后试样重量,(g)。
2)应用煤水分的测定
取生产工艺过程中使用的煤,粒度破碎至6mm以下,用已知质量的浅盘(用薄铁板或铝板制成,按大约每平方厘米0.8g煤样的比例,可容纳50g煤样)称取50g(准确到0.1g)煤样,并将其摊平。
将装有煤样的浅盘放入预先鼓风并加热到105~110℃的干燥箱中,在不断鼓风的条件下烟煤干燥2~2.5h,无烟煤干燥3~3.5h(褐煤在145±5℃干燥1.5h)。
从干燥箱中取出浅盘,趁热称量。
应用煤水分(M ar)的质量百分数按下式计算:
M ar = [(m-m1)/ m]×100
式中m —干燥前试样重量,(g);
m1—干燥后试样重量,(g)。
3)空气干燥样煤水分测定
取粒度0.2mm以下的空气干燥煤样,用预先干燥至恒量的称量瓶,称取煤样1±0.1g,精确至0.0002g,摊平在称量瓶中,打开瓶盖,放入预先鼓风并加热到105~110℃的干燥箱中,在不断鼓风的条件下烟煤干燥1h,无烟煤干燥1~1.5h(褐煤在145±5℃干燥1h)。
从干燥箱中取出称量瓶,立即盖上盖,放入干燥器冷却至室温后,称量。
再收入干燥箱中,干燥30min,直到干燥煤样两次质量差不超过0.001g 或质量增加时为止。
在后一种情况下,应采用增量前的一次质量作为计算依据。
水分在2%以下时,不必进行检查性干燥。
空气干燥煤样水分(M ad)的质量百分数按下式计算:
M ad = [(m-m1)/ m]×100
式中m —干燥前试样重量,(g);
m1—干燥后试样重量,(g)。
2.灰分的测定
煤的灰分是指煤完全燃烧后,煤中矿物质在一定温度下,经分解、氧化、化合等一系列反应后所剩下的残渣。
检测步骤:
取粒度0.2mm以下的空气干燥煤样(所用试样与空气干燥煤样水分相同)。
用已灼烧至恒重的灰皿,称取煤样1±0.1g,精确至0.0002g,均匀地摊平在灰皿中,使其每平方厘米不超过0.15g。
打开已加入到850℃的高温炉的炉门,将盛有煤样的灰皿放入高温炉门口,待
5~15min后煤样不再冒烟时,慢慢将灰皿推至炉内高温区。
在815℃的温度下,灼烧40min。
从炉中取出灰皿,在空气中冷却5min移入干燥器中,冷却室温后,称量。
然后进行检查性灼烧,每次20min,直到两次灼烧质量变化不超过0.001g为止,用最后一次灼烧质量为计算依据。
灰分低于15%时,不必进行检查性灼烧。
空气干燥煤样灰分(A ad)的质量百分数按下式计算:
A ad = m1/ m×100
式中m —煤试样的重量,(g);
m1—灼烧后残渣的重量,(g)。
3. 挥发分的测定
煤的挥发分是指煤样在隔绝空气下,在900℃加热7min并进行水分校正后的挥发物质。
剩余的不挥发物质称为焦渣。
煤的挥发分测定是一项规范性很强的试验,其测定结果完全决定于人为规定的条件。
试样的质量、焦化温度、加热速度和加热时间,以及试验所用的挥发分坩埚托架等,其中任何一个条件均能在一定程度上影响挥发分产率。
测定步骤:取粒度0.2mm以下的空气干燥煤样(所用试样与空气干燥煤样水分相同)。
用已灼烧至恒重的挥发分坩埚,称取煤样1±0.1g,精确至0.0002g,然后轻轻振动坩埚,使煤样摊平,盖上坩埚盖,放在坩埚架上(用镍铬丝制成),打开炉门,迅速将摆好坩埚及托架送入已加热到920℃的高温炉的恒温区中,同时计时,关好炉门,准确加热7min。
坩埚及托架刚放入后,炉温会有所下降,但必
须在3min内使炉温恢复至900±10℃,否则此试验作废。
加热时间包括温度恢复时间在内。
从炉内取出坩埚,放在空气中冷却5min左右,然后移入干燥器中冷却至室温后,称重。
空气干燥煤样中挥发分(V ad)的质量百分数按下式计算:
V ad = [(m-m1)/ m]×(100-M ad)
式中M ad—空气干燥煤样水分,%;
m1—煤样加热后的质量;
m —煤试样的质量,g。
4. 焦渣特征分析
测的挥发分所得的焦渣特征,按下述规定加以区分:
1)粉状—全部粉状,没有相互粘着的颗粒。
2)粘着—用手指轻碰即成粉状,或基本上是粉状,其中有较大的团块或团粒,轻碰即成粉块。
3)弱粘结—用手指轻压即碎成小块。
4)不熔融粘结—以手指用力压才裂成小块,焦渣上表面无光泽,下表面稍有银白色光泽。
5)不膨胀熔融粘结—焦渣形成扁平的饼状,煤粒的界限不易分清,表面有明显银白色金属光泽,焦渣下表面银白色光泽更明显。
6)微膨胀熔融粘结—用手指压不碎,在焦渣上下表面均有银白色金属光泽,但在焦渣的表面上,具有较小的膨胀泡(或小气泡)。
7)膨胀熔融粘结—焦渣上、下表面有银白色金属光泽,明显膨胀,但高度不超过15mm。
8) 强膨胀熔融粘结—焦渣上、下表面有银白色金属光泽,但高度大于15mm。
通常为了简便起见,可用上序列号作为各种焦渣特征代号。
5.固定碳的计算
煤的固定碳含量是根据测定的水分、灰分和挥发分,按下式计算得出:
FC ad = 100-(M ad+A ad+V ad)
式中FC ad—空气干燥煤样的固定碳含量,%;
M ad—空气干燥煤样水分含量,%;
A ad—空气干燥煤样灰分含量,%;
V ad—空气干燥煤样挥发分含量,%。
6.全硫的测定
煤中全硫的测定方法主要有三种,即质量法(艾氏法),高温燃烧中和法和库伦滴定法。
其中质量法是我国国家标准GB214—83规定的全硫测定仲裁法。
质量法测定方法,是用艾氏混合剂(碳酸钠和氧化镁以质量比1+2的混合物)与煤样均匀混合,在高温,通风的条件下灼烧进行烧结,使各种硫都转化成可容与水的硫酸钠和硫酸镁,然后以氧化钡进行沉淀。
测定步骤如下:
称取1g粒度小于0.2mm的空气干燥煤样(全硫含量超过8%时称取0.5g)和2g艾氏剂(每配制一批艾氏卡试剂或改换其他试剂时,
应在相同条件下进行空白试验。
)于30mL坩埚内,仔细混合均匀,再用1g艾氏剂覆盖。
将装有煤样的坩埚放入通风良好的马弗炉中,在1~2h内将马弗炉从室温逐渐升到800~850℃,并在该温度下加热1~2h。
将坩埚从马弗炉中取出,冷却到室温,在将坩埚中的灼烧物用玻璃棒仔细搅松捣碎(如发现未烧尽的黑色颗粒,应在800~850℃下继续灼烧半小时)。
然后放在400mL烧杯中,用热水冲洗坩埚内壁,将冲洗液加入烧杯中,再加入100~150mL煮沸过的蒸馏水。
如果此时发现尚有为烧尽的黑色颗粒漂浮在液面上,则本次测定作废。
将烧杯中的煮沸物用中速过滤纸过滤,用热水仔细冲洗10次以上。
洗液和过滤保持在250~300mL。
向溶液中滴入2~3滴甲基橙指示剂,然后加(1+1)盐酸至中性,再过量加入6mL。
将溶液加热到微沸,在不断搅拌下,滴加10mL氯化钡溶液(100g/L)。
放置4h或过夜后用慢速滤纸过滤,并用热水洗至无氯离子为止(用硝酸银检验)。
将沉淀连同滤纸移入已知质量的坩埚中,先在低温下灰化过滤,然后在温度为800~850℃的马弗炉中灼烧20~40min,取出坩埚稍冷后,放入干燥器中冷却至室温(约25~30min),称量。
测定结果按下式计算:
S1 = {[(m1-m2)×0.1374]÷m}×100
式中0.1374—由硫酸钡换算为硫的系数;
S1—空气干燥煤样中全硫的质量百分数;%;
m1—硫酸钡质量,g;
m2—空白试验的硫酸钡质量,g;
m—空气干燥煤样试样的质量,g。
六、煤的发热量的测定
煤的发热量(热值)是正确评价煤质量和企业计算煤耗的重要指示。
煤的发热量可用热量计直接进行准确测定,也可采用间接法粗略算出。
前者是用热计量直接测定出每单位质量煤样的弹筒发热量,换算高位发热量。
后者是根据工业分析(或元素分析)所得各项数据,按规定的经验公式间接计算出每单位质量煤样燃烧时放出的热量,是一般不具备热计量的企业计算煤的发热量的一种简易可行的办法。
煤炭科学研究院煤化所推导出一套新的计算烟煤、无烟煤和褐煤的低位发热量经验方式,注:我国过去惯用的热量单位为20℃卡,以下简称卡(cal)。
1 cal(20℃)=4.1816J。
发热量测定结果以MJ/kg(兆焦/千克)表示。
(1)无烟煤低位发热量的经验公式
Q net,ad = K―86M ad―92A ad―24V ad
—空气干燥基低位发热量,(cal/g)
式中Q net
,ad
M ad—空气干燥煤样水分,%;
A ad—空气干燥煤样灰分,%;
V ad —空气干燥煤样挥发分,%;
式中K值与V daf校的对应值见下表
无烟煤公式K值与V daf校的对应值表
其中V daf的校正方法如下:
V daf校=0.08V daf-0.1 A d(A d30%~40%)
V daf校=0.85V daf-0.1 A d(A d 25%~30%)
V daf校=0.95V daf-0.1 A d(A d 20%~25%)
V daf校=0.80V daf(A d 15%~20%)
V daf校=0.90V daf(A d 10%~15%)
V daf校=0.95V daf(A d<10%)
若有条件测定H值,可用由H值取K值的方法,计算结果精度更高一些。
无烟煤公式K值与H daf校的对应值表
烟煤低位发热量的经验公式
Q net,ad = 100K-(K+6)(M ad+A ad)―3V ad(―40M ad)*
*只在V daf≤35%,同时M ad>3%时减去此项。
式中K值与V daf和焦渣特征的对应值见下表
烟煤公式K值与V daf和焦渣特征的对应值表
褐煤低位发热量的经验公式
Q net,ad = 100K-(K+6)(M ad+A ad)―V ad
式中K值与V daf的对应值见表
褐煤公式K值与V daf的对应值表。