工业分析第二章煤和焦炭的分析
煤的工业分析方法
煤的工业分析方法1、分析基本知识一、煤和焦炭的组成煤是由一定地质年代生长的繁茂植物在适宜的地质环境下，经过漫长岁月的天然煤化作用而形成的生物岩，是一种包括许多有机和无机化合物的混合物。
通常讲的分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。
煤炭产品有原煤、精煤和商品煤等．它们主要作为固体燃料，也可作为冶金、化学工业的重要原料．煤是由有机质、矿物质和水组成。
有机质和部分矿物是可燃的，水和大部分矿物是不可燃的。
煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，其中碳和氢占有机质的95 % 以上。
煤燃烧时，主要是有机质中的碳、氢与氧化合而放热，硫在燃烧时也放热，但燃烧产生酸性腐蚀性有害气体― 二氧化硫。
矿物持主要是金属、碱土金属、铁、铝等的碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐及硫化物。
除硫化物外，矿物质不能燃烧，但随煤的燃烧过程，变为灰分。
它的存在使煤的可燃部分比例相应减少，影响煤的发热量。
煤中的水分，主要存在于煤的孔隙结构中．水分的存在会影响燃烧稳定性和热传导，本身不能燃烧放热，还要吸收热量汽化为水蒸气。
煤在隔绝空气的条件下，加热干馏，水及部分有机物裂解生成的气态产物挥发逸出，不挥发部分即为焦炭。
焦炭的组成和煤相似，只是挥发分的含量较低。
二、煤的分析方法为了确定煤的性质，评价煤的质量和合理利用煤炭资源，工业上最重要和最普通的分析方法就是煤的工业分析和元素分析。
1 、工业分析煤的工业分析是指包括煤的水分（M ）、灰分（A ）、挥发分（V ）和固定碳（Fc ) 四个分析项目的总称。
煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。
根据分析结果，可以大致了解煤中有机质的含量及发热量的高低，从而初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途：根据工业分析数据还可计算煤的发热量和焦化产品的产率等．煤的工业分析主要用于煤的生产开采和商业部门及用煤的各类用户，如焦化厂、电厂、化工厂… … 等。
2 、元素分析煤的元素分析是指煤中碳、氢、氧、氮、硫五个项目煤质分析的总称。
煤化学知识点(期末考试)
第一章煤的种类、特征与生成1、泥炭化作用泥炭化作用是植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程。
最终形成泥炭的作用.属性:泥炭化作用也是—种植物物质的生物化学分解作用，它与水解作用、氧化与还原作用有关。
条件:泥炭化作用发生于覆水地区的水位以下，即与大气局部沟通的状态下。
泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮。
泥炭化过程的生物化学变化大致可分儿两个阶段;第一阶段：植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，转化为简单的化学性质活泼的化合物；第二阶段：分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。
1.1 凝胶化作用(一)概念与条件:1.概念:凝胶化作用:指植物的主要组成部分在泥炭化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐植酸和沥青质为主的要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。
2.条件:凝胶化作用的条件:①较为停滞的、不太深的覆水条件下，②弱氧化至还原环境，③在厌氧细菌的参与.植物的木质纤维组织一方面进行生物化学变化，一方面进行胶体化学变化，二者同时发生和进行导致物质成分和物理结构两方面都发生变化。
1.2 丝炭化作用（1）概念:植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用，产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受“森林火灾”而炭化成木炭的过程。
产物为丝炭，依成因分为氧化丝质体与火焚丝质体。
2、根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。
（1）腐植煤 Humic Coal：由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。
（2）腐泥煤 sapropelite:主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。
储量大大低于腐植煤，工业意义不大。
（3）残植煤 liptobiolite:由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分(孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。
（4）腐植腐泥煤humic-sapropelic coal：由高等植物、低等植物共同形成的煤。
煤的分类及工业分析
煤的分类及工业分析一、煤的种类(具体分类详见附录)按国标《煤的分类标准》煤可分为14类。
水泥厂用煤一般是:1.无烟煤：干燥无灰基挥发份小于10%的煤，含碳高，着火温度在600～700℃，燃烧火焰短，是水泥立窑的主要燃料。
2.烟煤：干燥无灰基挥发份15%～40%的煤，着火温度在400～500℃，燃烧火焰长，是水泥回转窑的主要燃料。
二、煤的分析方法1.元素分析法：按照煤的主要元素（包括碳、氢、氧、氮、硫等）的百分含量来表达。
这种方法主要是用做科研分析或十分精确的计算。
2.工业分析法：测量煤的挥发份、灰份、水份、固定碳四组份，四组份合量为100%。
其精度比元素分析法稍差，但工业分析能很好的反应窑、炉中煤的燃烧状况，所以企业一般只做工业分析。
三、煤工业分析的基准（前提条件）：1.收到基（应用基）：代号ar(y)，工厂实际收到煤的组成。
2.空气干燥基（分析基）：代号ad(f),煤样在分析室按规定条件先空气干燥再进行分析的结果。
3.干燥基（干燥基）：代号d(g)，不含任何水分的煤的分析结果。
4.干燥无灰基（可燃基）：代号daf(r)，不含水份和灰份的煤的分析结果。
四、煤的工业分析1.工业分析依据国标：GB/T212－20012.工业分析的内容：1）挥发份（V）：煤在干馏时分馏出可以燃烧的气体，如甲烷、乙烯、一氧化碳等。
挥发份高的煤容易燃烧，燃烧速度快，形成的火焰长。
2）固定碳（Fc）：挥发份挥发后剩下的可燃固体。
3）灰份（A）：固定碳燃烧后剩下的灰渣，灰份越高，发热量越低。
4）水份（M）：煤中水的含量。
水份含量高会降低煤的发热量。
3.工业分析过程（空气干燥基）：1）水份：①称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.1g（精确至0.0002g），平摊在预先干燥并已称量过的称量瓶中；②打开瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的烘干箱内，烘干1小时；③从烘干箱中取出称量瓶立即盖上盖，放至干燥器中冷却至室温（约20分钟）后称量。
第二章 焦炭及其性质
纵裂纹 焦 炭 中 的 裂 纹
测量 方法
横裂纹
将方格(1×1cm)框架平放在焦块上，量出纵 裂纹的 投影长度即得，一次试验用25块焦样， 取其统计平均值。
裂纹面与焦炉炭化室炉墙面 平行的裂纹称为横裂纹。
焦炭气孔率
焦炭气孔率：
焦炭中气孔体积 与焦炭总体积比的百 分数
利用焦炭的真密度和视 密度，还可以用比孔容 积来表示，即单位重量 焦炭内部气孔的总容积。
2、焦炭的强度
转鼓试验是将一定量块度 转鼓试验是将一定量块度 大于某一规定值的焦炭试样， 大于某一规定值的焦炭试样， 放入一个特定结构尺寸的转 放入一个特定结构尺寸的转 鼓内，转鼓以恒定的转速转 鼓内，转鼓以恒定的转速转 动。 动。
方法
转鼓试验
方 法
一定转数转达由于转鼓内 一定转数转达由于转鼓内 的提料板作用，焦炭在鼓内 的提料板作用，焦炭在鼓内 产生翻动和上下跌落运动。 产生翻动和上下跌落运动。
计算方法
焦炭的多孔性与煤质关系
在工业应用上，希望冶 金焦和铸造焦的气孔率尽 可能低，从而降低焦炭的 反应性，提高焦炭质量
在特定的炼焦条件下，焦炭的气孔率主 要取决于煤焦煤的煤质条件。一般情况下， 焦炭的气孔率与煤的挥发份产率成正比， 即随煤化程度的增加，所得焦炭的气孔率 下降。
气孔平均直径与孔径分布
种类
无烟煤
种 类
一定转数转达由于转鼓内 一定转数转达由于转鼓内 自然界中最重要和分布最广 的提料板作用，焦炭在鼓内 的提料板作用，焦炭在鼓内 的煤种。具有不同程度的光 产生翻动和上下跌落运动。 产生翻动和上下跌落运动。 泽，绝大多数呈条带状，暗 条带和亮条带互相交替。燃 烧时烟雾较多。
种类
泥炭
种 类
第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺
（4）配合煤的膨胀压力
煤在炭化室内膨胀压力是由多种因素所决定，膨胀压力的 大小没有可靠的理论计算的方法，配合煤料中煤组分之间存在 相互作用，因此配合煤的膨胀压力不具有加和性，只能用试验 的方法加以测定。可以采用试验焦炉测定膨胀压力大小。对于 新建炼焦厂，在进行炼焦煤种的选择时，可在实际生产焦炉上 对配煤方案做单孔试验，以便得到更加可靠的试验数据。
3、炼焦配煤的质量要求
配煤的质量要求主要包括配煤的灰分、硫分、
煤化程度和粘结性指标等，其中煤化程度和粘结性
指标被称为炼焦的配煤参数，配煤质量要求是由焦 炭质量的要求和炼焦条件所共同确定的。
（1） 配合煤的灰分和硫分
成焦过程中，煤料中的矿物质以灰分形式全部转入焦炭，而 煤料中的硫分部分残留在焦炭中，另一部分转化为气态硫化物进 入煤气，极少量进入液体产物。煤中的灰分与焦炭中的灰分关系 如下： A煤 = K A焦 (2-1) 式中A煤、A焦 ——分别为煤中和焦炭中的灰分(干基)，％； K ——成焦率，％； 煤中的硫分与焦炭中的硫分关系见公式（1-3）。利用式(2-1) 和式(1-3)，可以根据焦炭灰分、硫分的要求，计算出配合煤的灰 分和硫分。例如我国规定，一级冶金焦的灰分不大于12％，按成 焦率75％计算，配合煤料的灰分应不大于9％（干基）。 配合煤料的灰分和硫分可按煤种配合比例加权平均进行计算。
因为焦炉炭化室的侧向供热，且炉料导热系数低，因 此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室内与炉墙垂直 方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的 大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料、所受 到的温度不同而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内 炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙附近的煤先 结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是所 谓的“成层结焦”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低， 因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为 焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。
焦炭工业分析
水分的测定
• 计算公式
空气干燥基水分计算公式：
M ad
m2 m3 100 % m2
式中：Mad——空气干燥基水分的质量分数，%； m2 ——称取的空气干燥基焦炭试样的质量，单位为克（g）； m3 ——干燥后焦炭试样的质量，单位为克（g）。
试验结果取两次试验结果的算术平均值
• 精密度
水分的测定
2、将马弗炉预先升温至900℃±10℃左右。打开炉门，迅速将放有坩埚 的坩埚架送入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热7min。坩埚及架子 放入后，要求炉温在3 min内恢复至（900±10）℃，此后保持在此温度到 试验结束，否则此次试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。
3、加热到7min立即从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入 干燥器中冷却至室温(约20min)后称量。
Vad
100 M ad
100 %
式中：Vd--干基挥发分的质量分数，%； 3、焦炭的干燥无灰基挥发份计算公式：
Vdaf
Vad
100 M ad Aad
100 %
式中：Vdaf --干基无灰基挥发分的质量分数，%；
• 精密度
挥发份的测定
焦炭固定碳的计算
焦炭中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。它 不仅含有碳，还包括氧、氮、硫等元素，与单质碳是两个完 全不同的概念。 • 焦炭的空气干燥基固定碳的计算公式：
挥发份的测定
• 试剂 1、变色硅胶：工业用品． 2、无水氛化钙：化学纯，粒状．
• 仪器设备 1、挥发份坩埚：带有严密盖的瓷坩
埚。如图
挥发份的测定
• 仪器设备 2、马弗炉：带有测温和控温装置，
能保持温度在900℃士10 ℃ ，炉膛 具有足够的恒温区。
煤化学课件——第2章 煤工业分析与元素分析
在煤中存在形式复杂，有硫醇、硫醚、双硫醚以及呈杂环状 态的硫醌和噻吩等
有机硫与煤中有机质共生，结为一体，分布均匀，不易清除
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2）无机硫
无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物。主要有硫化物硫
和少量硫酸盐硫，偶尔也有元素硫存在。
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2.2.1 煤的元素组成
假定：C+H+O+N+S+M+A=100
有机质 无机质
A 碳 主要元素
表现在：含量较多，构成了稠环芳烃的骨架，形成焦炭的主要 物质基础，发热量的主要来源
1）随煤化度升高而有规律地增加
泥炭
褐煤
烟煤
无烟煤
Cdaf 55%～62% 60%～77% 77%～93% 88%～98%
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2.1.1.3 水分对煤利用的影响 一般说来，水分是煤中无利有害的无机物质。 （1）增加运输负荷； （2）寒冷冬季易冻结； （3）加速了煤的氧化； （4）粉碎、筛分困难，降低生产效率； （5）增加焦炉能耗，降低了焦炉生产能力； （6）增大了焦化废水处理的负荷； （7）降低了煤的发热量。
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煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为 挥发分，简记符号V。
挥发物=挥发分+水分 挥发分＜挥发物
有机 无机
焦渣=固定炭+灰分
有机 无机
固定炭＜焦渣
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2.1.3.1 挥发分(volatile mattar)
B 测定(干馏法) 空气干燥煤(0.2mm) 900℃±10℃干馏,7min 称重 失重占煤样的百分数再减去水分,即为V(%) C 焦渣特征
煤的 工业分析
煤的工业分析煤的工业分析，又叫煤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，又叫煤的全工业分析。
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，且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。
煤的水分增加，还增加了无效运输，并给卸车带来了困难。
特点是冬季寒冷地区，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，以及喷露洒水、煤层注水、综合防尘等措施的实施，原煤水分呈增加的趋势。
为此，煤矿除在开采设计上和开采过程中的采煤、掘进、通风和运输等各个环节上制定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按存在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）和高龄土(AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的结晶水。
游离水在105～110C的温度下经过1～2小时可蒸发掉，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。
外在水分很容易在常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时就不再蒸发了。
内在水分，是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。
工业分析煤和焦炭分析课件
定的影响。
灰分分析的方法
02
通常采用灼烧法进行测量，该方法将样品在高温下灼烧，测量
剩余的不可燃部分即灰分的重量百分比。
灰分分析的注意事项
03
在灼烧过程中要控制温度和时间，避免样品发生氧化或分解。
焦炭的挥发分分析
挥发分对焦炭质量的影响
挥发分是焦炭中容易蒸发的物质，对焦炭的燃烧性能和热值都有 一定的影响。
挥发分分析的方法
通常采用加热法进行测量，该方法将样品在一定温度下加热，测量 失去的挥发分的重量百分比。
挥发分分析的注意事项
在加热过程中要控制温度和时间，避免样品发生燃烧或分解。
焦炭的固定碳分析
1 2 3
固定碳对焦炭质量的影响 固定碳是焦炭中可燃的部分，对焦炭的热值和燃 烧性能都有直接的影响。
固定碳分析的方法 通常采用元素分析法进行测量，该方法通过测定 样品中C、H、N、S等元素的含量来计算固定碳 的含量。
能源
化工
冶金
环境
食品
工业分析在能源领域中 有着广泛的应用，例如 煤炭、石油、天然气等 化石能源的开采、加工 和利用。
化工行业是工业分析的 重要应用领域，涉及原 材料的检测、生产过程 的优化、产品质量的控 制等。
冶金行业通过对矿石、 原材料、中间产品和产 品的分析，实现高效、 节能和环保的生产。
工业分析在环境监测领 域发挥着重要作用，对 空气、水质、土壤等环 境介质中的污染物进行 分析，为环境保护提供 数据支持。
食品工业通过对原料、 添加剂、营养成分等的 分析，确保食品的安全 性和营养价值。
工业分析案例一：煤炭质量评估
煤炭是重要的化石能源，对其质量进行分析对于能源利用和环境保护具有重要意义。
工业分析在煤炭质量评估中发挥着关键作用，通过对煤炭的元素分析、工业分析、 热值测定等，评估其燃烧性能、污染物排放等特性。
煤的工业分析和元素分析
④ 氮元素
氮也是组成煤有机质元素之一。主要存在于杂环和氨基 上。煤中氮元素含量一般为0.5-1.8％。煤中氮在煤燃烧时不 放热，通常以N2的形式进入废气，也可转化为氮氧化物。煤 炼焦时，煤中氮部分形成NH3，HCN及其它含氮化合物，其 余则留在焦炭中。
官能团上，在有机质中的含量为2.0%～6.5％。与碳相比， 氢原子具有更强活性，单位质量燃烧热是碳的4倍。
2）影响氢含量的主要因素
煤化程度。随煤化程度的提高而呈下降趋势。从低煤化 度到中等煤化程度阶段，氢元素含量变化不明显，但在高 变质的无烟煤阶段，氢元素降低较明显，从年轻无烟煤的4 ％下降到年老无烟煤的2%左右。 煤岩组成。在煤化程度相同的煤中，煤岩组成中的氢含 量也有区别。如：壳质组＞镜质组＞惰质组。 成因类型。腐泥煤氢含量＞腐植煤。2. 元素分析1）内涵及特点
煤的元素组成也就是指煤有机质的元素组成。大量的研究表 明，煤的有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫等五种元素组 成，占总有机质的95%以上。
2）煤的元素组成及特点 ① 碳元素
1）碳元素在煤分子上的位置 碳是构成煤分子骨架最重要的元素之一，主要存在于缩
合芳香核上，部分分布在脂肪侧链上。碳是炼焦产品的主要 物质基础，发热量的主要来源。
⑥ 煤中水分对煤炭利用的影响
1）不利影响 煤炭燃烧、气化、炼焦中，水分蒸发要额外吸收热量，
使过程热效率降低。 煤炭运输过程中，水分高将导致动力的浪费，并且会降
低煤价。 2）有利影响
适量水分有利于减少运输和储存过程中煤粉尘的扬尘， 减少煤的损失和对环境的污染。
3）煤的灰分
① 定义
煤的灰分(ash) 煤样完全燃烧后所得的残渣。该残渣的质量 占测定煤样质量的百分数称为灰分产率，简称为灰分。
焦炭分析 国标
第二章焦炭分析第一节焦炭工业分析测定方法GB/T 2001—911.主题内容与适用范围本标准规定了测定焦炭水分、灰分、挥发分、固定碳的方法提要、试验仪器和设备、试验步骤、试验结果的计算及精密度。
本标准适用于焦炭水分、灰分、挥发分、固定碳的测定。
2.引用标准GB 1997 焦炭试样的采取和制备GB 6707 焦化产品测定方法通则GB 9977 焦化产品术语3.焦炭水分测定方法3.1 方法提要称取一定质量的焦炭试样，置于干燥箱中，在一定的温度下干燥至质量恒定，以焦炭试样的质量损失计算水分的百分量。
3.2 试剂3.2.1变色硅胶：工业用品。
3.2.2无水氯化钙：化学纯，粒状。
3.3 仪器和设备3.3.1干燥箱：带有自动调温装置，能保持温度170～180℃和105～110℃。
3.3.2浅盘：由镀锌薄铁板或薄铝板制成，尺寸约为300mm×200mm×20mm。
3.3.3玻璃称量瓶：直径40mm，高25mm，并附有严密的磨口盖，如图1。
图1 玻璃称量瓶3.3.4干燥器：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。
3.3.5分析天平：感量0.0001g。
3.3.6托盘天平：感量1g。
3.4 试样的采取和制备试样的采取和制备按GB 1997的规定进行。
3.5 试验步骤 3.5.1 全水分的测定3.5.1.1 用预先干燥并称量过的浅盘称取粒度小于13mm 的试样约500g （称准至1g ），铺平试样。
3.5.1.2 将装有试样的浅盘置于170～180℃的干燥箱中，1h 后取出，冷却5min ，称量。
3.5.1.3 进行检查性干燥，每次10min ，直到连续两次质量差在1g 内为止，计算时取最后一次的质量。
3.5.2 分析试样水分的测定3.5.2.1 用预先干燥至质量恒定并已称量的称量瓶迅速称取粒度小于0.2mm 搅拌均匀的试样1±0.05g （称准至0.0002g ），平摊在称量瓶中。
3.5.2.2 将盛有试样的称量瓶开盖置于105～110℃干燥箱中干燥1h ，取出称量瓶立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min ），称量。
煤的成分及性质
1． 无烟煤
无烟煤为碳化程度最深的煤，碳的质量 分数最多，一般大于50%，最高可达95%； 灰分不多，Aar=6%～25%；水分较少， Mar=1%～5%；发热量很高，可达 25000～32500kJ/kg；挥发分少，而且挥 发分析出温度较高；其焦炭没有粘结性， 着火和燃尽比较困难。无烟煤燃烧时无烟， 火焰呈青蓝色。
2．烟煤
烟煤的碳化程度低于无烟煤，碳的质量分 数一般为Car=40%60%，个别可达75%； 灰分不多，Aar=7%30%；水分也较少， Mar=3%18%；其发热量一般为 2000030000kJ/kg。除贫煤挥发分较少外， 其余烟煤挥发分较高，着火、燃烧均较容易。
3．褐煤
褐煤碳的质量分数为Car=40%50%，水分 和灰分含量较高，Mar=20%50%， Aar=6%50%，因而发热量较低，Qar,net ＝1000021000kJ/kg。因它含有较高的挥 发分，Vdaf=40%50%，所以容易着火燃烧。 褐煤外表面多呈褐色或黑褐色，力学强度低， 化学反应性（也称为活性）强，在空气中容 易风化，所以不易储存和远运。
三、煤的成分计算基准
1．收到基（旧称应用基）。以收到状态的 煤为基准计算煤中全部成分的组合称为收 到基。收到基以下角标ar表示。
2．空气干燥基（旧称分析基）。以与空气 温度达到平衡状态的煤为基准空气干燥基 以下角标ad表示。
3．干燥基（旧称干燥基）。以假想无水状 态的煤为基准，用下角标d表示。
4．干燥无灰基（旧称可燃基）。以假想无 水、无灰状态的煤为基准，以下角标daf 表示。
15－燃烧皿
2．高位发热量Qgr。单位质量的试样
完全燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮 气、二氧化碳、SOx、NOx、液态水以 及固态灰时放出的热量。
第2章煤的工业分析与元素分析
饰材料，还可生产耐火材料。 （3）制成环保制剂与材料。粉煤灰可制成废水处理剂等、气化煤灰可用作脱硫剂。 （4）回收稀有金属和其他有用成分。从煤可回收的金属有锗、镓、钼、钒、铀等；提取 煤灰中的 Al2O3 可制成无水氯化铝、硫酸铝及高铝水泥；回收煤灰中的 SiO2 可以制成白炭 黑和水玻璃。 （5）用作化肥和土壤改良剂。
不同煤种的挥发分产率 煤种 泥炭 褐煤 长焰煤 气煤 烟煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤 挥发分产率 近 70.0 41.0～67.0 大于 42 44～35 35～26 26～18 18～12 小于 17 10～2
2.1.3
煤的挥发分（volitile matter）和固定碳（fixed carbon）
a.挥发分（V）:煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为挥发分。挥 发分属于煤挥发物的一部分， 并不等同于挥发物 （有机质热解气态产物、 水蒸气以及 CO2 等） 。 b.挥发分测定：称取一定量的空气干燥煤样，在 900±10℃的温度下，隔绝空气加热 7min。
第2章
煤的工业分析与元素分析
煤的工业分析与元素分析是煤质分析的基本内容。通过工分，可以初步判断煤的性质、 种类和工业用途。元素分析主要用于了解煤的元素组成。
2.1
煤的工业分析
煤的工业分析也称为煤的实用分析或技术分析，包括煤的水分、灰分、挥发分的测定和 固定炭的计算四项内容。
2.1.1
煤中的水分
煤中的水分，按其在煤中存在的状态，可以分为外在水分、内在水分和化合水三种。 外在水分（free moisture;surface moisture）是指煤在开采、运输、储存和洗选过程 -5 中，附着在煤颗粒表面以及直径大于 10 cm 的毛细孔中的水分（简记符号 MF） 。含有外在水 分的煤称为收到基，仅失去外在水分的煤称为空气干燥煤。 内在水分（inherent moisture）是指煤在一定条件下达到空气干燥状态时所保持的水 分（简记符号 Minh） ，失去内在水分的煤称为干燥煤。 外在水分+内在水分=全水分（total moisture） 化合水(water of constitution)是指以化学方式与矿物质结合的，在全水分测定后仍 保留下来的水分，即通常所说的结晶水和结合水。工业分析不考虑化合水。 煤中有机质中的氢与氧在干馏或燃烧时生成的水称为热解水。 煤的水分含量对其应用有何影响 煤中水分含量高时对煤的应用是一种有害的影响。主要体现在以下几个方面： （1） 增大运输量和运输费用的消耗； （2） 在冬季天气寒冷时易于冻结，使装卸或加工都需要先解冻，势必增加消耗，加 大劳动强度。 （3） 在燃烧或低温干馏时，如果煤中水分过大，则要消耗大量的热量；在高温干馏 时， 配合煤水分每增 1％， 结焦时间将延长 10min 左右， 炼焦耗热量将增加 60～ 80kJ。同时水分含量高对装煤操作及炉墙都有一定的危害。 （4） 由于煤中水分的存在，在煤贮存时会加大煤的风化和自然。 只有在粉煤作为锅炉燃料时，才加入适当的水分，降低气流阻力，以利于燃烧。可见， 当煤中水分含量过高时， 害多利少， 降低煤的含水量是一举多得的提高社会经济效益的 重要措施，应当引起充分的注意。 煤中水分的测定： A 全水分的测定采用空气干燥法，将一定粒度和质量的煤样在 105-110℃（方法 A）或 145±5℃鼓风干燥箱中干燥至质量恒定，以煤样的失重计算全水分。 计算公式为：Mt=M1+[G1/G](100-M1)或 Mt=Mf+Minh*(100-Mf)/100 Mt-煤样的全水分，% M1-煤样在运送过程中的水分损失量，% G1-煤样干燥后减轻的质量，g G-煤样的质量，g B 空气干燥基水分 试验煤样均为空气干燥煤样，粒度小于 0.2mm。 方法 A（氮气）与方法 C（空气）采用气流干燥法，将一定量的煤样置于 105-110℃干 燥箱中，在干燥气体流中干燥到质量恒定，然后按下式计算出水分的含量。
煤的工业分析方法
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3.3. 测定步骤
（1）将高温炉加热至（1150±5）℃，开动供气泵和抽气泵， 调节气流量。在抽气状态下，将300mL左右的电解液加入电解 池内，启动电磁搅拌器。
（2）终点电位调整试验: 在瓷舟中放入少量非测定煤样，按 照以下方法进行测定，直到实验结束后积分显示器的显示值不 为零。
(1).在预先干燥并称量过的称量瓶内迅速称取粒度小于0.2mm的空气干燥 煤样1.00.1g ，平摊在称量瓶中. (2)打开称量瓶盖，放入预先通入鼓风并已加热到105 ～110℃的干燥箱中， 烟煤干燥1h, 无烟煤干燥1.5h。 （3）.取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，直到连续两次干 燥后的质量减少不超过0.0010g或质量增加时为止.根据煤样的质量损失计算 水分的含量。
外在水分和内在水分的和称为全水分 用Mt表示 。
2）、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，CaSO4·2H2O。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
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煤的灰分不是煤中固有物质，而是煤在规定件下，其中所有可 燃物质完全燃烧后以及煤中矿物质在一定温度下经过一系列分解、 氧化和化合等复杂反应所形成的残留物。用符号A表示。
煤的灰分几乎全部来自煤中的矿物质，但它的组成和性质与煤 中的矿物质不完全相同，是煤中矿物质的衍生物。
缓慢灰化法
仪器
样水分，一般不测化合水。
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1.2 煤中全水分（Mt）的测定
国家标准GB/T211-2007中规定了煤中全水分测定的 五种方法。
【实验】实验一煤的工业分析
【关键字】实验实验一、煤的工业分析一、实验目的本实验通过规定的实验条件测定煤中水分、灰分、挥发分和固定碳含量的百分数，并观察评判焦碳的粘结性特征。
通过本实验使同学们了解煤工业分析的原理、方法、步骤和使用的仪器、设备等知识。
煤的工业分析采用分析试样，其成分重量百分数在上角用分析基“ƒ”表示。
二、煤工业分析的基本原理取一定量经空气枯燥过的煤粉试样，用加热分解的方法，使其在不同温度下加热，使煤中的水分、挥发分依次逸出，按试样减轻的重量求出分析水分和挥发分，然后将固定碳烧出，残余的重量即为灰分。
三、水分的测定1、方法要点称取一定量的分析试样，置于105～110ºC的烘箱中，枯燥到恒重，其失去的质量占试样原量的百分数，即为分析试样水分。
2、实验设备仪器1）电热枯燥箱1台，带自动调温装置，内附鼓风机，并能维持105～110ºC。
2）玻璃称量瓶，带有磨口盖，直径为，高为，如图1-1。
3）枯燥器1个，并装有枯燥剂（变色硅胶）。
4）分析天平1台，可精确到。
5）小勺一把6）煤样若干，粒度为0.2毫米以下。
3、实验步骤用预先烘干和称量（称准到）的玻璃称量瓶，称取粒度为以下的分析煤样，平行称取两份1±（称准到）分析试样，然后开启盖子将称量瓶和盖子同时放入预先通风并加热到105～110 ºC的枯燥箱中进行枯燥，在一直通风的条件下，烟煤1小时，褐煤和无烟煤枯燥1～1.5小时，然后从枯燥箱中取出称量瓶并加盖，在空气中冷却2～3分钟后，放入枯燥器中冷却到室温（约25分钟）称量。
然后进行检查性的枯燥，每次枯燥30分钟，直到煤样的重量变化小于或重量增加为止。
如果是后一种情况下，要采用增量前一次质量为计算依据，对于水分在2％以下的试样，不进行检查性枯燥。
至此，试样失去的质量占试样原量的百分数，即为分析试样的分析水分：Wf—分析试样的分析水分，%。
如此，煤的应用基水分即可由下式求得：式中：Wf—分析试样的分析水分，%；Wfw—分析试样的应用基外在水分，%；Wy—分析试样的应用基水分，%。
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（二）甲苯蒸馏法
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，收集馏出的水分，计算其含量。
（三）空气干燥法
第二章
二、灰分的测定
煤和焦炭的分析
（一）煤中灰分的 来源和测定意义
（二）缓慢灰化法
（三）快速灰化法
第二章
煤和焦炭的分析
煤的灰分：指在规定条件下煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中 矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等反应后剩余的残渣。
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第二章
五、不同基准分析结果的换算 1．煤的各种基准
煤和焦炭的分析
采样后，应装入密闭容器或袋中，立即送至制样室。同时应注明煤 样质量、煤种、采样地点和采样时间，还应登记车号和发运吨数。
第二章
煤和焦炭的分析
四、试样的制备
试样制备一般包括：
破碎
筛分
缩分
混合
第二章
煤和焦炭的分析
第三节
煤的工业分析
一、水分的测定 煤中水分从结合状态来看分为两类，即游离水和化合水。
次生矿 物质
返回
原生矿物质
形成煤灰分 的矿物质
外来矿物质
第二章
煤和焦炭的分析
称取一定量的空气干燥煤样于灰皿中，放入马弗炉中，以一定的 速度加热到（815±10）℃，灰化并灼烧到质量恒定。根据灼烧后残留 物（灰分）的质量与试样质量，计算出灰分的含量。 返回
第二章
煤和焦炭的分析
1．灰分快速测定仪测定法 将装有煤样的灰皿放在预先加热至（815 ±10）℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样 被自动送入仪器内完全灰化，然后送出。
第二章
煤和焦炭的分析
第二节
煤试样的采取和制备
一、采样工具
采样铲
采样探子
气动采样探子 窗板关闭式采样钻
第二章
煤和焦炭的分析
二、采样的基本术语
1．采样单元 一批煤可以是一个或多个采样单元。精 煤或特种工业用煤：按品种、分用户以（1000±100）t为一个采 样单元； 其他煤按品种：不分用户以1000t为一个采样单元；当煤运量超过 1000t或不足1000t时，可以实际运量为一个采样单元。
游离水 游离水又分为外 在水分和内在水分。 外在水分和内在 水分的总和称为收到 基全水分，以Mt表示。
化合水 化合水是以化合 方式与煤中矿物质结 合的水分，又叫结晶 水。
第二章
（一）通氮干燥法
煤和焦炭的分析
称取一定量的空气干燥煤样，置于105～110℃干燥箱中，在干燥 氮气流中干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的含 量。
第二章
煤和焦炭的分析
第二章
煤和焦炭的分析
知识目标 第一节 概 述
第二节 煤试样的采取和制备
第三节 煤的工业分析
第二章
煤和焦炭的分析
第四节 煤的元素分析 第五节 煤中全硫含量的测定 第六节 煤的发热量的测定 思考题
第二章
煤和焦炭的分析
知识目标
掌握煤试样的采取和制备方法。 掌握煤中水分、灰分、挥发分的测定原理及方法。 掌握固定碳含量的计算方法。 掌握煤的各种基准分析结果的换算。 掌握碳、氢和氮的测定原理以及氧的计算方法。 掌握煤中总硫和发热量的测定原理及和计算方法。 能正确采取和制备煤试样。 能正确测定空气干燥煤样的水分、灰分和挥发分含量。 能用碳氢测定仪测定煤中碳、氢的含量。 能用艾士卡法、库仑法或高温燃烧法中和法测定煤中全硫含量。 能正确测定煤的发热量。
其他洗煤（包括中煤）和粒度大于100mm块煤
6
6
子样质量
最大粒度/mm 子样质量/kg ＜25 1 ＜50 2 ＜100 4 ＞100 5
第二章
煤和焦炭的分析
3．原始平均试样 合并所有采取的子样称为原始平均试样。 4．分析化验单位 应采取一个原始平均试样的物料的总量称为分析化验单位。如规 定商品煤以（1000±100）t为一个分析化验单位。在煤堆中采样，则 以一天内的实际发运量为一个分析化验单位。
第二章
煤和焦炭的分析
二、采样的基本术语
2．子样（份样） 用采样器从一个采样单元中一次取得的一定量物料为一个子样。
煤量1000t时最少子样数目
品 种 原煤、筛选煤 精 煤 干基灰分/% ＞20 ≤0 煤流 60 30 15 火车 60 60 20 汽车 60 60 20 船舶 60 60 20 煤堆 60 60 20
第二章
煤和焦炭的分析
第一节
概
述
一、煤和焦炭的组成及各组分的重要性质
可燃部分包 括有机物与矿物 质（通常为 FeS2）中的可燃 硫；
不可燃部分 包括水分及矿物 质（含硫矿物质 除外）。
第二章
二、煤的分析方法分类
煤和焦炭的分析
煤的工业分析:了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。
煤的元素分析:测定煤中的碳、氢、氧、氮和硫等元素的含量，煤的元 素分析结果是对煤进行科学分类的主要依据。
其他洗煤（包括中煤）和粒度大于100mm块煤
20
20
20
20
20
第二章
煤量少于1000t时最少子样数目
品 种 干基灰分/% 煤流 表2-1规 定 数 目 的1 /3 火车 汽车
煤和焦炭的分析
船舶
煤堆
原煤、筛选煤
＞20 ≤20 精 煤
18 18 6
18 18 6 表2-1规定数 目的1/2
表2-1规定 数目 的1/2
当原煤和筛选煤以1节车皮为采样单元时，18个子样既可分布在两 交叉对角线上，也可分布在下图所示的18个方块中。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
原煤中粒度大于150mm的煤块（包括矸石）含量若超过5%，则大于 150mm的煤块不再取入。
第二章
3．煤堆采样
第二章
煤和焦炭的分析
三、采样方法
1．煤流中采样 物料流是指输送带上传送的物料。
第二章
2．运煤火车中采样 子样点布置为斜线三点法和斜线五点法。
煤和焦炭的分析
斜线三点法
斜线五点法
当以不足6节车皮为一采样单元时，依据“均匀布点，使每一部分 煤都有机会被采出”的原则分布子焦炭的分析
2．马弗炉测定法 将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至(815±10)℃的 马弗炉中灰化并灼烧至恒重。以残留物的质量占煤样的质量分数作 为灰分产率。
返回
第二章
三、挥发分的测定
煤和焦炭的分析
第二章
四、固定碳含量的计算
煤和焦炭的分析
固定碳：在煤的工业分析中，认为煤中除水分、灰分、挥发分外 的可燃性固体物是煤燃烧放热的主要成分。