(工业分析课件)第四章煤质分析

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本章主要介绍煤的工业分析及全硫量的测定。 14
煤质分析的名词述语
P.318-323 1. 煤的采样和制备 2. 煤的分析述语 3. 煤中各种硫的关系 4. 煤质分析结果的表示方法 5. 不同基的换算公式
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4.2 煤的工业分析
● 煤的工业分析一般指半工业分析, 是水分、灰分、挥发分和固定碳4个分析项 目的总称。
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4.3 煤发热量的测定
煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。
1. 煤作为动力燃料,其发热量越高,经济价 值就越大。
2. 煤在燃烧或气化过程中,还须用煤的发热量计 算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数 即可考虑改进操作条件和工艺过程,从而设法达 到最大的热能利用率。
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煤质的分析方法
(1)半工业分析及全工业分析 半工业分析:煤的半工业分析测定项目主要是水分、
灰分、挥发分和固定碳含量等4项。 全工业分析:水分、灰分、挥发分和固定碳、发热量
和硫含量的测定。 分析结果:用来判断煤的种类,估量煤的利用价值评
价煤质。 (2)煤的元素分析:
主要是测定煤中的碳、氢、氧、氮和硫等元素的含量, 为煤的科学分类、合理利用和加工工艺设计等提供必要的 数据。
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.
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煤的元素组分
即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.

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。
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煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.
◆ 煤的工业分析: 1、水分的测定 2、灰分的测定 3、挥发分的测定 4、固定碳的测定
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4.2.1 水分的测定(一)
● 煤中的水分属杂质组分。 在煤的燃烧过程中,水分受热逸出除降低
热值外还能与燃烧气中的一些组分作用,产 生对设备、管道、触媒(催化剂)等造成损 害的物质,如SO2与H2O生成H2SO3。 ●因此煤中水分的含量将影响煤的质量,是经 常要进行检验的项目之一。
全水分(Mt ) =外在水分+内在水分
3.空气干燥煤样水分Mad:以空气干燥煤样在指定条件下,测
得的水分为Mad 。
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水分的测定的三种方法(GB/T212-2008)
1. 通氮干燥法 2. 甲苯蒸馏法 3. 空气干燥法 4. 微波干燥法
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1. A 通氮干燥法
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(连 续两次测定质量差的值小于0.2mg ) 。然后根 据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。
煤 腐植煤(高等植物形成) 残植煤
腐泥煤
煤炭: 天然存在:泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤 人工产品:木炭、焦炭、煤球
C 1 7 H 2 0 O 1 0 - - 3 C H O 2 2 O C 1 6 H 1 8 O 5 - 2 H 2 O C 1 6 H 1 4 O 3 - C O 2 C 1 5 H 1 4 O - - 2 H C 2 H O 4 C 1 3 H 4
M ad
m1 m
100
式中:Mad——空气干燥煤样的水分含量 m1 ——煤样干燥后减轻的质量,g m ——煤样的质量,g
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3. C 空气干燥法
称取一定量的空气干燥煤样,置于105~ 110℃干燥箱中,在空气流中干燥至质量 恒定,然后根据煤样的质量损失计算水分 的含量。
Mad m1 100 m
815 ℃灼 检查性灼烧
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马弗炉
灰皿
连续快速灰分测定仪
结果计算
Aad
m1 m
100
Aad ---空气干燥煤样的灰分含量,%; m1 ----残留物的质量,g; m-----煤样的质量,g。
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4.2.3 挥发分的测定
煤在温度为(900±10)oC下隔绝空气 加热7min,以减少的煤的质量占煤样质量的 百分数,减去该煤样的水分含量(Mad)作 为挥发分产率。
测定方法: 1.缓慢灰化法 2.快速灰化法(步骤p.76) (1)快速灰分测定仪测定法
(2)马弗炉测定法
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高温灼烧法
(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 查性灼烧至恒重
(2)快速灰化法:煤样 恒重灰皿 烧40min 冷却至室温 称量 至恒重
式中: Mad—— 空气干燥煤样的水分质量分数,% m1 —— 煤样干燥后失去的质量,g m —— 煤样的质量,g
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干燥箱
2. B 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。
V d M ad m 100
式中: Mad — 空气干燥煤样水分质量分数,% V — 由回收曲线图(?)上查出的水体积,mL d — 水的密度,20oC时为1.00g/mL m — 煤样的质量,g

氮元素在煤中的比例较少,一般为0.5~3%。 氧和氮在燃烧时不放热,称为惰性成分。
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煤的元素组分
即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.

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。 硫在燃烧时虽然放热,但燃烧产生酸性腐蚀有害气
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2. B 甲苯蒸馏法
用微量滴定管准确量取0、1、2、3……10mL 蒸馏水,分别放入蒸馏烧瓶中。每瓶各加80mL 甲苯,然后按上述方法进行蒸馏。根据水的加 入量和实际蒸出的毫升数绘制回收曲线。更换 试剂时,需重作回收曲线。
水分测定的三种方法
方法A和方法B适用于所有煤种, 方法C适用于烟煤和无烟煤。 方法A为常规测定法,方法B、C为快速测定法。
质量0.2824g,已知此空气干燥基煤样中水分为2.50%, 灰分为9.00%,收到基水分为8.10%,分别求空气干燥基、 收到基、干基和干燥无灰基的挥发份?
解:
Vadm1/m10% 0Mad0.282/14.00010% 02.50%25.74% VarVad(100Mar)/(100Mad)25.74%(1008.10)/(1002.50)24.26% Vd Vad10/0(100Mad)25.74%10/0(1002.50)26.40% VdafVad10/0(100MadAad)25.74%10/0(1002.509.00)29.08%
Vad m1 100 Mad m
煤的挥发分产率大致反映了煤的成煤程度, 是我国和各国对煤进行分类的一项重要指标。
三、挥发分的测定 35
挥发分的测定
● 在测定煤的挥发分条件下,不仅有机质发 生热分解,煤中的矿物质也同时发生相应 的变化。当矿物质量不大时可以不加考虑; 但当煤中碳酸盐含量高时则必须校正误差。 当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量为 2%~12%时,挥发分计算式为
(2)干燥无灰基的挥发分Vdaf=?
解:
Ad
100 Aad100Mad
2.3 1% 7 1002.3 5% 9 101 0.76
Vda f Vad100(1 Ma0d0Aad)
8.5% 9
例:称取空气干燥基煤试样1.0000g,测定挥发份时失去
第四章 煤质分析
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内容
4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4
概述 煤的工业分析 水分的测定 灰分的测定 挥发分的测定 固定碳的测定
4.3 煤发热量的测定 4.4 煤中全硫量的测定
1. 艾士卡法 2. 库仑滴定法 3. 高温燃烧中和法
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煤的定义
煤是植物遗体覆盖在地层下,经复杂的生物化学和物理 化学作用,转化而成的固体有机可燃沉积岩。
Vad m1 100 Mad (CO 2)ad m
当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量>12%时: Vad m1 100 Mad [(CO2)ad (CO2)ad (焦渣)]
m
4.2.4 固定碳的计算
●煤中可燃性固体物是煤燃烧产生热量的主要成分, 称之为固定碳。 固定碳的数据并非从测试获得,而是由下式计算 所得:
的水分测定。
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4.2.2 灰分的测定(一)
煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残 留物,称为灰分。
煤的灰分来自煤中的矿物质,包括: 1、原生矿物质 2、次生矿物质 3、外来矿物质
以高温灼烧法测定煤中灰分含量时,主要反应:
(1)当温度在400oC左右时,主要反应:
CaSO 4 2H 2O CaSO 4 2H 2O
灰分的测定(二)
(4)当温度高于700oC时: 煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发
生分解,待温度达到800oC时分解反应基 本完成,因此煤的灰分测定温度规定为 (815±10)oC
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灰分的测定(二)
●煤的灰分测定包括缓慢灰化法和快速灰 化法两种。缓慢灰化法作为仲裁法;快速 灰化法则作为例常分析法。
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微波干燥法
取一定量的空气干燥煤样,置于微波测水仪内,炉内磁 控管发射非电离微波,使水分子超高速振动,产生摩擦 热,使煤中水分迅速蒸发,根据煤样的质量损失计算水 分。 本方法适用于褐煤和烟煤水分的快速测定
用测定烟煤、褐煤的程序进行烟煤和褐煤的水分测定; 用测定无烟煤程序进行无烟煤和用氯化锌重液减灰煤样
AI 2O3 2SiO2 2H 2O AI 2O3 2SiO2 2H 2O
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(2)当温度在500oC时的主要反应:
灰分的测定(二) CaCO 3 CaO CO2 FeCO3 FeO CO2
(3)当温度在600oC时:
4FeS 2 11O 2 2Fe 2O 3 8 SO 2 2CaO 2 SO 2 O 2 2CaSO 4 4FeO O 2 2Fe 2O 3
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煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.

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%。
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煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.

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。
FCad 100 ( Mad Aad Vad )
式中 FCad —— 空气干燥煤样的固定碳含量,% Mad —— 空气干燥煤样的水分含量,% Aad —— 空气干燥煤样的灰分产率,% Vad —— 空气干燥煤样的挥发分产率,%
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各种基准的换算
“基准”的定义 由于煤中水分和灰分的含量易随外界条件的变化而变化,
导致煤中其他成分的百分含量也随之变化。因此,用质量 分数表示煤的工业分析结果时,必须同时表明质量分数的 基准。煤所处的状态或按需要而规定的成分组合,称为基 准,简称基。“基”表示化验结果是以什么状态下的煤样 为基础而得出的。
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例:煤的工业分析结果如下:空气干燥基的水分
Mad=1.76%,灰分Aad=23.17%,挥发分Vad=8.59% 计算:(1) 干基的灰分Ad=?
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煤中水分的分类
内在水 游离水
外在水
结晶水 (煤的工业分析中不考虑)
1.外在水分(Mf ) :也称风干水分,指煤表面水膜及孔径>105cm毛细孔中的水分,风干时失去(风干煤)。
2.内在水分(Minh) 也称烘干水分,吸附在孔径<10-5cm毛细孔 中的水分,烘干(105~110℃)时失去(干燥煤)。
植物
泥炭
褐煤
烟煤 无烟煤
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煤的分类
煤的种类繁多,组成也相差悬殊,不同类型的煤有不同 的用途。
煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等,也可作为化工 原料。
如结焦性好或粘结性好的煤(灰分、硫分低,挥发分适 当是优质的炼焦用煤,热稳定性好的无烟块煤是合成氨 厂的主要原料,挥发分和发热量都高的煤是较好的动力 用煤,一些低灰、低硫的年轻煤则是加压气化制造煤气 和加氢液化制取人造液体燃料的较好原料。建筑工业用 煤通常要求灰分低、煤灰成分稳定。
体二氧化硫。
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煤的元素组成
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; 碳含量在84~88%,氢含量在5%以上的中等变质程度的 煤,是结焦性较好的炼焦用煤。
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煤的分类
陆植煤
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