浅谈煤的工业分析及测定注意事项

浅谈煤的工业分析及测定注意事项

0 前言

煤的工业分析包括水分、灰分、挥发分和固定碳的计算。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。根据工业分析的各项测定结果，可初步判定煤的性质、种类和各种煤的加工利用效果。

1 水分测定

1.1 煤中水分的存在形式

煤中的水分按结合状态分为游离水和化合水（即结晶水）两大类。游离水是指以物理吸附或吸着方式与煤结合的水；化合水则是以化合的方式与煤中的矿物质结合的水，是矿物质晶格的一部分，如硫酸钙（CaSO4·2H2O）、高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O）。游离水在常压下于105-110 ℃的温度下经过短时间干燥(约1-2小时)即可全部蒸发；而结晶水通常在200℃，有的甚至要在500℃以上才能析出。因此，煤的工业分析只测定游离水。

1.2 水分测定的意义

水分是一项重要的煤质指标，它在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要的作用。煤的水分对其加工利用、贸易和储存运输都有很大影响。例如在锅炉燃烧中，水分高会影响燃烧稳定性和热传导；在炼焦工业中，水分高会降低焦炭产率，而且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期。但在现代煤炭加工利用中，有时水分高反而是一件好事，如煤中水分可作为加氢液化和加氢气化的供氢体。

1.3 水分测定方法提要及注意事项

一般分析试验煤样的水分测定方法国标规定了三种：通氮干燥法、空气干燥法和微波干燥法。其中通氮干燥法适用于所有煤种，空气干燥法仅适用于烟煤和无烟煤，微波干燥法适用于褐煤和烟煤水分的快速测定[1]。其测定原理为将煤样在规定条件下加热，使其水分蒸发，根据煤样的质量损失计算水分。在使用通氮干燥法进行测定时，应预先通入氮气，以排除烘箱内的空气，防止氧气的存在使煤样氧化。而在使用空气干燥法进行水分测定时，必须保证烘箱鼓风效果，其鼓风的目的在于促使干燥箱内的空气流动，一方面使箱内温度均匀，另一方面使煤中水分尽快蒸发缩短试验周期。

2 灰分的测定

煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤在规定条件下灼烧后的残留物，它是煤中矿物质在一定条件下经一系列分解、化合等复杂反应形成的，是煤中矿物质的衍生物。

2.1 灰分测定的意义

煤中灰分是一项在煤质特性和利用研究中起重要作用的指标。由于灰分与含碳量、发热量、结渣性、活性和可磨性等有程度不同的依赖关系，因此可以通过灰分来研究上述特性；而煤灰是矿物质衍生物，因此可以用它来计算矿物质含量；由于灰分测定简单，且其在煤中的分布又不均匀，因此，在煤炭采样和制样设备及方法研究中，一般都用它作为偏倚和精密度的评定参数。

2.2 灰分测定方法提要及注意事项

一般分析试验煤样的灰分测定方法国标规定了两种：缓慢灰化法和快速灰化法，即在规定条件下灼烧煤样，以其灼烧后残留物的质量占煤样质量的百分数作为其灰分值。影响灰分测定结果的主要因素有：黄铁矿氧化程度、碳酸盐（主要是方解石）分解程度、灰中固定的硫的多少[2]。因此，为测得可靠的灰分产率，就必须使黄铁矿氧化完全，方解石分解完全，以及二氧化硫和氧化钙间的反应降低到最低程度，为此可采取以下措施：

（1）采用慢速灰化法，使煤中硫化物在碳酸盐分解前就完全氧化并排除，避免硫酸钙的生

成；

（2）灰化过程中始终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筒，在炉门上有通风孔，或将炉门开启一小缝，使炉内空气可自然流通；促使黄铁矿氧化完全；

（3）煤样在灰皿中要铺平，以避免局部过厚，一方面避免燃烧不完全，另一方面可防止底部煤样中硫化物生成的二氧化硫被上部碳酸盐分解生成的氧化钙固定；

（4）在足够高（>800℃）的温度下灼烧足够长的时间，以保证碳酸盐完全分解及二氧化碳完全驱出。

3 挥发分的测定

工业分析中测定的挥发分不是煤中原来固有的挥发性物质，而是煤在严格规定条件下加热时的热分解产物，改变任何试验条件都会给测定结果带来不同程度的影响。

3.1 挥发分的测定意义

煤的挥发分产率与煤的变质程度有比较密切的关系，根据挥发分产率和测定挥发分后的焦块特性，可以初步决定煤的加工利用途径。如高挥发分的煤，干馏时化学副产品产率高，适于作低温干馏原料，也可作为气化原料；挥发分适中的烟煤，粘结性较好，适于炼焦[3]。在配煤炼焦中，用挥发分来确定配煤比，以将混煤的挥发分控制在适宜范围。在燃煤中，可根据挥发分来选择适于特定煤源的燃烧设备或适于特定设备的煤源。在环境保护中，挥发分还作为制定烟雾法令的一个依据。

3.2 挥发分测定方法提要及注意事项

称取一定量的一般分析试验煤样，放在带盖的坩锅中，在（900±10）℃下，隔绝空气加热7 min，以减少的质量占煤样质量的质量分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。影响挥发分测定结果的主要因素是加热温度、加热时间、加热速度，此外试验设备的型式和大小，试验容器的材质、形状和尺寸以及容器的支架都会影响测定结果。当测定低变质程度的煤如褐煤、长焰煤时，由于它们的水分和挥发分很高，如以松散状态放入900℃的炉中加热，则挥发分会骤然大量释出，把坩埚盖顶开带走碳粒，使结果偏高，而且重复性差。此时可将试样压饼，切成3mm的小块后再进行测定，由于试样紧密，可减缓挥发分的释放速度，因而可有效地防止煤样爆燃、喷溅，使测定结果稳定可靠。在挥发分测定过程中，有时会发现坩埚盖上有灰白色物质，这是因坩埚盖子不严，空气进入坩埚内使煤样氧化而成的，它会使挥发分测定值偏高。对于烟煤，特别是高挥发分煤并不严重，因为大量挥发分往外逸出会阻止空气侵入，但对于焦炭和无烟煤等低挥发分物质，氧化作用可能严重一些，此时可以在煤样中加入几滴挥发性液体（如笨等），加热时挥发性液体挥发并往坩埚外逸出，以阻止空气侵入。为得到准确的挥发分产率，应注意以下问题：

(1)测定温度应严格控制在（900±10）℃，因此必须定期对热电偶及毫伏计进行校正；定期测量马弗炉的恒温区，装有煤样的坩埚必须放在马弗炉的恒温区内。

(2)装有煤样的坩埚放入马弗炉后，炉温应在3min内恢复到（900±10）℃。

(3)每次试验最好放同样数目的坩埚，以保证坩埚及其支架的热容量基本一致。

(4)总加热时间（包括温度恢复时间）要严格控制为7min。

(5)要使用符合GB/T 212规定的坩埚，坩埚盖子必须配合严密。

(6)要用耐热金属做的坩埚架，以防受热掉皮粘到坩埚上，影响测定结果。

(7)坩埚从马弗炉取出后，在空气中冷却时间不宜过长，以防焦渣吸水。

4 结语

以上介绍了煤的工业分析测定意义及试验过程中的注意事项，希望此篇文章能够帮助大家对煤的工业分析有更深入的了解，并得到准确的测定结果。