工业分析煤质分析

外在水分和内在水分的和称为全水分（total moisture), 用Mt表示
M t M f M inh 游离水
化合水
以化合的方式与煤中的矿物质结合的水，即 通常说的结晶水。如石膏中的水，CaSO4· 2O。 2H 游离水在105-110℃的温度下，经过1-２h即可 蒸发掉，而结晶水要在200℃以上才能除掉 在煤的工业分析中常测定原煤样的全水分和 空气干燥煤样水分，一般不测化合水
元素分析
煤中主要含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，此 外，煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如 铀、锗、镓等。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、干 馏产物产率、热量平衡的依据 煤中的稀有元素很多，但一般是指有提取价值 的锗、镓、铀、钒、钽等元素。 除硫外，煤中还含有一些有害元素，如磷、氯、 砷、氟、汞等。可以根据需要进行检测
煤中全水分（Mt）的测定
国家标准GB/T211-1996中规定了煤中全水 分测定的四种方法 [目前GB/T211-2007]
方法A：通氮干燥法，适用于各种煤
用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取1012g粒度小于6mm的煤样，打开称量瓶盖，放 入预先通入干燥氮气并已加热到105-110℃的 干燥箱中，烟煤干燥1.5h, 褐煤和无烟煤干燥 2h, 取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室 温后称量，再干燥后称重，直到连续两次干 燥后的质量相差不超过0.01g为止，根据煤样 的质量损失计算水分的含量
Quality of produced heat
矿物质
Mineral matter
项目
符号
moisture
M
A
V
FC
Q
MM
注：C、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元 素名称为代表符号
存在形态或操作情况指标及符号
外在或 项目 游离
free
内在
全部 高位
gross
低位 恒容
net Constant volume
(flow temperature)
煤的物理性质
煤的物理性质(physical properties)是煤的一定化学组 成和分子结构的外部表现，包括颜色、光泽、 密度、硬度、脆度、断口及导电性等
煤灰成分分析
煤在一定条件下完全燃烧后所得到的残留物 称为灰分。灰分是由SiO2 、Fe2O3 、CaO、MgO、 Na2O、K2O、MnO2 、SO3 、P2O5 等成分组成。 其中主要成分是SiO2（约60%）和Al2O3（约1220%）。在煤的工业分析中，往往只测定灰分 的产率，而不测定灰分的成分
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 例如 结焦性或粘结性好的煤 炼焦用煤 热稳定性好的无烟块煤 合成氨原料 挥发分和发热量都高的煤 动力用煤 低灰、低硫的年轻煤 气化制造煤气和 加氢液化制取人造液体燃料的较好原料 煤的分类方法主要有成因、工业和商业、用 途、科学等几种不同的分类方法
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 例如： 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
煤的分类
煤的成因分类
按成煤的原始物料和堆积环境进行分类的方法 腐植煤(高等植物)：陆植煤(泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤)、残植煤 腐泥煤(低等植物)：藻煤、胶泥煤等 腐植腐泥煤(既有高等植物/又有低等植物)：烛煤、煤精
煤的产品品种分类
按用途、加工方法和质量规格共分精煤、粒级煤、 洗选煤、原煤、低质煤等5大类，28个品种
• 煤的分析项目
煤的分析项目较多，一般可以分为工业分析、 元素分析、煤灰成分分析、物理性与工艺性质测 定。工业上常见的是煤的工业分析和元素分析 工业分析（煤的技术分析、实用分析） 煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评 价煤的性质、用途和经济性的基本依据 煤的工业分析(proximate analysis of coal)包括煤 的 水 分 （ moisture) 、 灰 分 (ash) 、 挥 发 分 (volatile matter)和固定碳(fixed carbon)四个项目。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 其中，水分、灰分、挥发分都直接测定，固定 碳不直接测定，而是用差减法进行计算
煤灰的熔融性(ash fusibility) 煤灰的熔融性又称灰熔点，是动力和气化用 煤的重要指标。煤灰是由各种矿物质组成的混 合物，没有固定的熔点，只有一个熔化的温度 范围 包括：变形温度 (deformation temperature)、软化温度 (softening temperature)——评价煤灰熔融性、熔化温度
煤的科学分类
煤的元素组成等基本性质分类，称为科学分类
煤的实用分类(煤的工业分类)
按煤的工艺性质和用途分类,中国煤分类(GB57511986)和各主要工业国的煤炭分类均属于实用分类
根据煤的煤化度分为褐煤、烟煤和无烟煤三大 煤类。又根据煤化度和工业利用的特点，将褐 煤分成2个小类，无烟煤分成3个小类。烟煤比 较复杂，按挥发分分为4个档次，即Vdaf：1020%、＞20-28%、28-37%和＞37％，分为低、 中、中高和高四种挥发分烟煤。按粘结性可以 分为5个或6个档次，即GR.I.为0-5，称不粘结或 弱粘结煤；GR.I. 5-20，称弱粘结煤；GR.I.2050，称为中等偏弱粘结煤；GR.I. 50-65，称中 等偏强粘结煤；GR.I.＞65，称强粘结煤。参见 GB5751-1986,从褐煤到无烟煤之间共划分为14 个大类和17个小类
恒压
Constant pressure
inherence total
符号 f
inh
t
gr
net
v
p
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） as received basis 空气干燥基 （ad） air dried basis 干基 （d） dry basis 干燥无灰基 （daf） dried ash free basis 干燥无矿物质基（dmmf）dried mineral matter free basis
• 煤的组成和分类 煤的组成
有机质、矿物质和水三部分组成。有机质和 部分矿物质是可燃的，水和大部分矿物质是不可 燃的
有机质
主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素，碳和氢 占有机质的95%以上。硫在燃烧时也放热，但燃 烧产物SO2对设备、污染环境
矿物质
主要是碱金属、碱土金属、铁、铝的碳酸盐、 硫酸盐、磷酸盐及硫化物。除硫化物外，其它的 矿物质不能燃烧，使煤的可燃比例减小，影响煤 的发热量
ຫໍສະໝຸດ Baidu
无烟煤(WY) 有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而 发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可 达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点 高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢， 火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少， 燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应 掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度 烟煤的类型 贫 煤 (PM) 、 贫 瘦 煤 (PS) 、 瘦 煤 (SM) 、 焦 煤 (JM)、肥煤(FM)、 1／3焦煤(1／3JM)、气肥煤 (QF)、气煤(QM) 、1／2中粘煤(1／2ZN)、弱粘 煤(RN)、不粘煤(BN)、长焰煤(CY)
m1 Mt 100 % m
Mt——煤样的全水分； m ——煤样的质量，g； m1——煤样干燥后减轻的质量，g
方法B：空气干燥法，适用于烟煤和无烟煤
将称量瓶放入预先鼓风并已加热到105 110℃的干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥2h, 无烟煤干燥3h。其它步骤同上
方法C：微波干燥法，适用于烟煤和褐煤
煤的元素组分 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% 氢： 占煤的质量分数为1-6%，越是年轻的煤， 其含量也越高 氧：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130%均有 氮：一般为0.5-3% 硫： 其含量与煤化程度的高低无明显关系，从 0.1到10%均有
煤的工艺性质
煤的黏结性(caking property)和结焦性(coking property)指数
煤的黏结性是煤粒(直径<0.2mm)在隔绝空气受 热后能否黏结其本身或惰性物质(无黏结力的物质) 成焦块的性质；煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热 后能否生成优质焦炭的性质。二者都是炼焦煤的 重要特性之一 煤的发热量(quality of produced heat of coal)和燃点(ignition point) 煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧所产生 的热量，也称热值 煤的燃点是将煤加热到开始燃烧时的温度。也 称着火点、临界温度或发火温度 煤的反应性(reactivity of coal) 煤的反应性又称反应活性，是指在一定温度条 件下，煤与不同的气体介质（CO2、O2、H2O）相 互作用的反应能力
常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤 褐煤(HM) 多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松； 含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃 烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发 热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很 大），燃烧时间短，需经常加煤 烟煤（除褐煤和无烟煤外，都是烟煤 ） 一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈 黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以 上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热 量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑 烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃 烧时易结渣
又 称 为 自 由 水 (free moisture) ， 表 面 水 分 （surface moisture)，风干水。用Mf表示
外在水(Mf)
此类水分是在开采、贮存等过程中带入的，覆 盖在煤粒表面上，其蒸汽压与纯水的相同，在空 气中风干1-2天后，即可蒸发除去，又称风干水分， 即在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时 所失去的水分。将除去外在水分的煤又称为风干 煤 内在水 (moisture in the air dried sample) 是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于10-5cm的 毛细孔中的水分，用Minh表示。这部分水分的蒸 汽压低于纯水的，所以难以蒸发除去，需要在水 的正常沸点以上才能除掉。在一定条件下煤样达 到空气干燥状态时所保持的水分称为空气干燥煤 样水分(Mad) 。除去内在水分的煤称为干燥煤
• 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
煤中水分的存在形态 游离水
以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游 离水分，又分为外在水和内在水
煤样在微波炉内，利用微波发生器产生的交变 电场作用，引起摩擦发热，使水分迅速蒸发 具有受热均匀，水分蒸发快；不适用于无烟煤 和焦炭等导电性较强的试样 方法D：适用于外在水分高的烟煤和无烟煤 一步法：见课本 二步法：用干燥并称量过的浅盘称取500g粒度小 于13mm的煤样，均匀摊平，在温度不高于50度环 境下干燥恒重(连续干燥1小时，质量变化小于1%)， 称重获得Mf；将煤样破碎到粒度小于6mm，在105 -110℃的干燥箱中，干燥至恒重(两次称重差小于 0.5g)，称重获得Minh
元素分析仪
煤的工业分析
• • • • • • 常用的符号和基准 水分的测定 灰分的测定 挥发分产率的测定 固定碳含量的计算 不同基准分析结果的换算
煤的工业分析
• 常用的符号和基准 分析项目的名称及表示符号
水分 灰分
ash
挥发分
Volatile compound
固定碳
Fixed carbon
发热量
Chapter 03 Analysis of Coal 第三章 煤质分析
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教学内容
概述 煤的工业分析 煤中全硫的测定 煤发热量的测定
概 述
煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物 。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用 而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮 等元素组成的黑色固体矿物 全世界煤的探明储量约35000亿吨。就蕴藏 量来说，世界排名为：美国、俄罗斯、中国。 就生产和消费来说，为中国、美国 我国煤资源丰富，分 布广，但资源分布不均衡， 相对集中分布华北地区和 西北地区