实验一煤燃烧特性的热重分析
煤的热重分析技术及其应用——赵凤杰,刘剑
煤的热重分析技术及其应用赵凤杰，刘剑(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新123000)摘要：为了使热重分析技术在煤炭研究领域里发挥更大的作用，介绍了以TG—DTG、TG—DTA、TG—DSC法为核心的热重分析技术原理，并且利用研究实例叙述了该技术在煤的工业分析、热解特性研究、燃烧特性研究中的应用情况。
这种以实验为基础的热分析方法科学有效且能降低实验室的工作量，提高了工作效率，因此值得深入探索和应用推广。
关键词：热重分析；工业分析；热解特性；燃烧特性中图分类号：TQ531 文献标识码：A1 热重分析技术原理[1]热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA)是在程序控制温度下测量物质的质量与温度关系的一种技术。
用于热重法的仪器是热天平，它能连续记录质量与温度的函数关系（TG曲线），将质量对时间求导则得出微商热重曲线（Derivative Thermogravimetric，DTG)。
热重分析通常与差热分析DTA或差示扫描量热DSC结合在一起使用，在同一次测量中可同步得到热重与差热信息。
差热分析(Differential Thermal Analysis，DTA)是在程序控制温度下，试样与参比物（一种在测量温度范围内不发生任何热效应的物质）之间的温度差与温度关系的一种技术。
在实验过程中，可将试样与参比样之间的温差作为温度或时间的函数关系连续记录下来，温差为纵坐标，温度为横坐标的差热曲线（DTA 曲线）向上或向下的峰反映了试样放热和吸热过程，峰的形状、位置与相应的温度可用来定性的鉴定研究对象峰的面积比例于热量变化，可用来半定量或某些情况下定量的测定反应热。
差示扫描量热[2](Differential Scanning Calorimetry，DSC)，试样和参比样于同一加热炉中在相同的条件下被加热，当试样有热量变化时，示差热电偶就会接受到一个温差，然后被放大反馈到电路单元，调整输入到试样这边的内加热器的能量，以便使试样和参比样的温差为零，反应热与DSC峰下的面积成正比。
热重分析法进行煤工业分析项目的测定
13.45 13.48
31.35 31.38
13.45 13.37
31.22 31.26
平均值
13.42
31.25
标准差
0.07
0.10
RSD(%)
0.52
0.32
标准值（%）
13.34±0.22
31.24±0.25
2.2对日常基础分析煤样进行10次重复测定，数据见表3。
表3：日常煤样品精密度试验数据表(n=10)
分别编辑试样编号、分析方法、坩埚数量及位置 编号等待分析样品信息，确认无误后开始分析， 样品称量范围1±0.1g。
仪器校准图示
操作图示
二、结果与讨论
１、实验条件的选择
１.１称样量选择 分别加入0.5克和1.0克样品进行重复测定，
挥发分测定在加入1.0克样品时，分析精度比较好， 灰分测定在加入0.5-1.0克范围的测定精度都可以 满足实验要求。
１.６气氛条件 在100℃左右，样品在空气和氧气中的热失
重行为是相似的，失去表面水分，所以水分测 定选择空气气氛是完全可以满足测定要求的； 在900℃选择氮气气氛进行挥发分测定，由于仪 器须从105℃升温至900℃，根据设置需要18分 钟的升温时间，6分钟的保持时间，所以选择在 氮气的惰性气氛下，可以基本保证测定时隔绝 空气，样品的反应更接近于国家标准对于挥发 分的测定要求；在815℃时纯氧可使煤组分快速 充分的降解，所以灰分测定选择氧气气氛使反 应更快速完全。
１.７最长时间设置 最长时间要求输入的时间对于分析完成是
绝对完全充足的，所以，参考国标GB/T2122001，设置水分最长时间为90分钟，灰分最长 时间为110分钟。在样品始终无法达到重量恒 定的情况下，到达设置的最长时间，仪器结束 测定，输出数据。经实验证明该时间设置是完 全能够使样品充分完成反应的。
准东煤粉燃烧特性研究
准东煤粉燃烧特性研究摘要：由于准东煤中含有大量的碱金属，使其灰烬的熔化温度较低，在燃烧时极易产生污垢和焦炭，在恒温热重仪上对准东煤燃烧特性进行了研究，并探讨了温度和煤种比例对其燃烧特性的影响。
试验结果显示：在单煤的燃烧过程中，不同的煤种燃尽时间和燃烧速率存在着明显的差异，其中路茂通坎乡、永华金泰两个煤种之间的差别最大，路茂通坎乡的煤种更容易发生火灾，快速燃烧，快速燃尽；随着温度的上升，单煤的燃烧失重曲线向左偏移，且燃尽时间变短，燃烧速率上升，结果显示，温度的上升会加快煤粉的燃烧速度，并且在1000℃之后，增加温度对焦炭燃尽的促进效果更为明显；在混合燃烧时，加入高挥发性的煤，能够有效地提高煤粉在燃烧初期的着火特性，而高固定碳煤的掺烧会延长燃尽时间，因此会降低燃尽率；在准东煤中掺入混合煤，可以使其灰熔点升高，并对其熔化性能进行了明显的改善，这样就能减少或避免在煤的来源上，炉内受热表面的污染和结渣，保证锅炉安全、经济的运转。
关键词：准东煤；燃烧；特性分析引言准东煤田是中国已知最大全煤储量最大的一块。
准东梅粉在燃烧过程中具有燃点低以及燃烧率高等特点，与此同时还不会产生较高的污染排放物。
属于我国硫分低的煤种，具有高挥发性、低灰分和高热值，是一种很好的发电用煤。
但同时，准东煤灰的熔化温度很低，煤中的碱金属如钙、钠、钾的含量也很高，特别是Na2O的含量，大多都超过了5%，远远超出了当前我国典型烟煤乃至褐煤的含钠水平，在燃烧时易引起碱金属污染，结焦等问题。
1实验部分1.1样品实验选用准东煤田开采的文新佳业（WX）以及永华金泰（YH）等多个煤种。
通过对煤样进行研磨和过筛，筛选出100-120目的煤粉作为试验材料。
1.2实验系统及过程所述主要装置包括：用于提供精确恒温环境的智能化温度控制管式炉，其恒温区在管式炉的炉膛中部，长度为200毫米，最低温度为8000℃，最高温度为1700℃, 在对温度进行控制时，控制范围为5℃左右；采用烟气分析仪、微机等构成了数据采集与分析系统；耐高温支架，钢制船体，钢制轨道等。
煤自燃影响因素的热重分析
１ 实验条件
实 验采用德 国耐驰 公 司的 Ｔ ２９热重 分析仪 。以兖州 兴隆庄 的煤 样作 为实 验样本 ， Ｇ０ 在实验 室 内将煤 在空气 中粉碎 筛为 ００ ８— ．９ ｍ，．９ ０ １５ｍ ０ １５— ．５ ｍ，．５ ０ ２０ｒ ｌ０ ２０— ．８ ００ ８ｍ ００ ８— ．０ ｍ，．０ ０ １０ｍ ０ １０— ．０ ｍ ，．０ ｔ
样 本温度 。煤 质分析数 据见 表 １ 。
表 １ 兖 州 煤样 煤 质 分 析 数 据
Ｔ ｂ １ Ｙａ ｚ ｏ ｏ ｌｓ ｍ ｐ ｅ ｑ ａ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｄ ｔ ａ ． ｎ ｈ ｕ ｃ ａ ａ ｌ ｕ ｎ ｙ ａ ａ ｙ ｉ ａ ａ
２ 热 重 实 验 曲线 分 析
煤分子 是 以碳 、 、 氢 氧及氮 原子 为主体所 组成 的结构 极 其复 杂 的大 分子 ， 不 同的结 构部 位具 有 不 同 其
０３０ ｍ的 ５ ．０ ｒ ａ 种不同粒度范围， 在室温下进行充氮保护 ， 并置于广 口磨沙瓶中备用。对于每一种粒度范 围 内的煤 样 ， 本室 内分别通 入 含氧 浓度 体 积 分数 为 ５ ，％ ，３ ，７ ，１ 的氮氧 混 合 物 ， 分 别采 样 ％ ９ １％ １％ ２ ％ 并
用 ５ １ ，０℃／ ｉ ，０２ ｍｎ３种不 同升温 速率进行 实验 。所 有煤 样 均 在 样本 室 内静 放 ５ｍｎ后 ， 用 非 等温 （ ｉ 采 动 态） 热重 法 ， ２ 由 ５℃ 升温 到 ７０℃ ， ０ 通气量 为 ３ ６ Ｌ ｍｎ ０— ０ｍ ／ ｉ。温 升过程 使用 ＳＣ控制功 能可 以精 确控 制 Ｔ
， ｍ ９． ０ ０ ６． ０ ｏ
燃过程中的 特征温度。图 １ 是在氧气浓度为 ５ 煤样粒 ！ｕ ％， Ｕ ．
用热重分析仪进行煤的工业分析的研究报告
传统的煤的工业分析方法为：
一、水分测定 称取一定质量的分析试样，置于１０５°Ｃ至１１０°Ｃ的烘箱中干燥至恒重（通常褐煤、无烟煤２小时， 烟煤１．５小时），其失去的质量占试样质量的百分数即为空气干燥煤样的水分Ｍａｄ。
二、挥发分测定 称取一定量的空气干燥基试样，将其放于已预先在９００°Ｃ下达到恒质量的坩埚中，加盖后将其放入 ９００±１０°Ｃ的马弗炉的恒温区内，使试样在炉中持续加热７分钟后取出，冷却，称量，其减轻的质 量占原煤质量的百分数，减去分析煤样的水分质量含量Ｍ ａ ｄ ，即为空气干燥煤样的挥发分Ｖ ａ ｄ 。
梅特勒－托利多热分析用户通讯／第七期／０４－２００１
９
２．６１８２＆ ２７．９２９８％ ６１．３１１１％ ８．０７３９％
２．２１３９％ ２５．９９７６％ ５６．４４１０％ １５．２７７９％
表一：热重分析仪测得的煤样工业分析结果
石景山电厂用煤 １．８５９０％ ２６．３８２１％ ４７．５７３４％ ２４．１３４４％
比较用热重分析仪所做的工
张家口电厂用煤 秦皇岛电厂用煤 石景山电厂用煤
关于用热重分析仪进行煤的工业分析 的研究报告
煤的工业分析又叫煤的实用分析。它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。 煤的工业分析测定的是煤的全水分。煤的灰分是指煤在完全燃烧后留下的残渣。它与煤中存在的 矿物质不完全相同，这是因为在燃烧过程中矿物质在一定的温度下发生一系列的氧化、分解和化 合等复杂反应。煤的挥发分是煤在隔绝空气条件下受热分解的产物。它的产生量、成分结构等与 煤的加热升温速度及温度水平有关。挥发分不是煤中的现存成分。 因此可知，煤工业分析必须规定明确的实验条件，测定的水分、灰分、挥发分等含量是在一定实 验条件下得到的，是一种相对的鉴别煤工业特性的成分数据。通过煤的工业分析，即可大致了解 该种煤的经济价值和基本性质。
热重分析试验中影响热重曲线的主要因素分析
高 ,使炉内试样周围的气体各点处所受热的温度不均 , 从而导致较重气体向下移动 ,其形成的气流冲击试样 支持器组件 ,产生表观增重现象 ;较轻气体向上移动 , 其形成的气流把试样支持器向上托 ,产生表观失重现 象 。升温速率的不同 、炉膛的尺寸和坩埚在炉中的位 置都会改变炉内气体的对流和湍流 。同时当炉内有流 动气体时 ,还会出现附加的表观增重 。这种表观增重 的大小与该流动气体的分子量也有关[2] 。
越大 ,所产生的热滞后现象越严重 ,往往导致 T G 曲线 上的起始温度和终止温度偏高 ,使测量结果产生误差 , 因而选择适当的升温速率 ,对于检测中间产物极为重 要 。图 1 是相同煤样在空气流量为 100 mL/ min ,升温 速率分别为 20 ℃/ min 、35 ℃/ min 、50 ℃/ min 时燃烧 的 T G、D T G、DSC 曲线 。
收稿日期 : 2004 10 18 作者简介 : 徐朝芬 (1965 ) ,女 ,华中科技大学煤燃烧国家重点实验室工程师 。
3 4 热力发电 ·2005 (6)
技术交流
时 ,对试样的热分解或升华等情况应有个初步估计 ,以 免造成仪器的污染 。
1. 4 测量温度误差 在热重分析仪中 ,由于试样不与热电偶直接接触 ,
静态气氛下 ,虽然随着温度的升高 ,反应速度加快 ,但 由于试样周围的气体浓度增大 ,将阻止反应的继续 ,使 反应速度反而减慢 。为了获得重复性较好的试验结 果 ,多数情况下都是做动态气氛下的热分析 ,它可以将 反应生成的气体及时带走 ,有利于反应的顺利进行 。 表 1 是同一煤样在相同气氛不同流量时得到的一些特 征数值 。从表中可以看出 ,尽管其它条件都相同 ,但所 用气氛流量不同时所得 T G 数值均不相同 。
煤燃烧特性的综合指标
煤燃烧特性的综合指标同济大学缪岩摘要利用煤燃烧分析仪对我国电站用煤进行燃烧特性的研究, 指出利用热分析得到的各参数对于表示煤的综合燃烧特性的作用是不同的, 并依据各参数对煤燃烧综合特性的权数提出了一个反映煤综合燃烧特性的指标M , 利用该参数可以判别和比较不同煤的燃烧性能。
关键词: 热分析燃烧特性中国图书资料分类法分类号: TK224111燃烧特性是煤的重要性质。
了解和掌握煤的燃烧特性对于燃烧方式的选择以及燃烧过程的布置都是极其重要的。
迄今为止, 国内外对于煤燃烧特性的研究已经开展多年, 科研人员提出了多种比较不同煤种燃烧特性的判据 1 ～8 ; 但是, 在实际应用中却存在着许多争议, 譬如, 有的认为煤的燃烧特性应当用着火温度或着火延迟时间表示, 有的认为燃烧特性应该用燃烧过程中的失重速率或煤粒温度来表达, 有的认为燃烧特性应该用煤在加热过程中的热性质来表示, 还有的认为煤的燃烧特性应该与化学动力学参数( 如燃烧反应的活化能等) 相联系。
面对如此众多的实验方法和指标, 往往使人无所适从, 而且采用不同的标准, 通常会得到完全不同的结果。
但是, 对于煤燃烧过程的研究, 上述方法或指标通常是有用的, 不同的方法是针对于煤燃烧过程中的某一个方面, 如热解、燃烧、燃烧速率等燃烧性质, 不能一概否定。
为了合理采用各种不同方法所得到的参数或判据, 本文经过详细研究, 认为利用不同方法得到的各个参数对于体现煤的燃烧特性的作用是不同的, 并依据实验提出了一个体现煤综合燃烧特性的指标, 实验得到的各参数对表现燃烧特性体现在其权数的大小, 对这些参数指标加以合理运用可以对煤燃烧的全过程进行研究, 并可得出整个燃烧过程中不同煤种燃烧特性的次序。
实验方法及燃烧综合性指标热天平是研究煤燃烧特性的一种有效手段 1 ～4 。
由于煤在燃烧时发生剧烈的化学和物理反应, 有可能使煤的重量发生变化, 热天平可以根据试样质量的变化来判断煤的燃烧行为。
煤自燃的热重分析研究
ａ ｔ ａｉｎ ｅ ｅ ｇ ａ ｔ ｄｅ ｃｉ ｔ ｎ ｒ ｙ ｗ ｓｓｕ ｉ ｖ ｏ ｄ．Ｉ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔａ ｔ ａｉｎ ｅ ｅｇ ａ ｅ ａ ｃ ｎ ｕ ｔｉｄ ｘ ｏ ｉｉｅ ｓ ｎａ ｅ ｕ ｏ ｕ ｔ ｎ ｔ ｈ ｗ ｄ ｔａ ｃｉ ｔ ｎ ｒ ｃ ｎ ｂ ｏ ｓ ｌ ｎ ｅ ｆｄｖｄ ｐ ｔ ｏ ｓｃ ｍ ｓｉ ｖ ｏ ｙ ｏ ｎ ｂ ｏ
求 出动力 学参 数 。
１ １ 研 究 目的 ．
温氧 化而释 放 的热 量 如 不 能及 时 放 散 ， 的温 度就 煤
会升 高 ， 当煤 的温 度 达 到 着 火 点 时 就 会 导致 自燃 。 热重 法被广 泛应 用于化 石燃 料燃 烧 和热解 的特 征分 析 。热 重法用 来 测定 煤 的燃 烧 反 应 性 ， 要 对 质 量 需 或者 质量减 少率 的变化 进行 持续 的测 试 。这种 方法 可 以用来 对煤燃 烧 的全 过 程 或者 某 个 阶段 ， 比如 低
第４ 卷
第１ 期
中 国 安 全 生 产 科 学 技 术
Ｊ ｕ ａ ｆＳ ｆｔ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ｌ ａｅｙ Ｓ ｉ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｎ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １４ １ Ｒｅ） ０ ８ １．２ ０
２ ０ 年 ２月 ０８
文 章 编 号 ：１７ —１３ ２０ ） １ ０ １ ３ ６３ ９Ｘ（０８ 一０ —０７ —０
煤 自燃 的 热 重 分 析 研 究 ＊
吴 强， 陈文胜
（ 黑龙江科技学 院安全工程学 院 ， 哈尔滨 １０２ ） ５０７ 摘 要： 利用实验模拟煤的 自然发火过程 ， 运用 了非定温 热重分析 和微分 热重分 析手段 ， ４种煤 对
GBT2122024煤的工业分析方法
GBT2122024煤的工业分析方法2024年，煤仍然是全球最重要和最广泛使用的化石燃料之一，尤其在工业领域使用广泛。
煤的工业分析方法可以帮助确定煤的质量特性和燃烧特性，为工业应用提供基础数据和技术指导。
下面是2024年煤的工业分析方法的一些主要内容。
首先是煤的质量特性分析方法。
煤的质量特性是指煤的组分、结构、物理性质和化学性质等方面的特征。
这些特性对于确定煤的适用性和燃烧特性非常重要。
在2024年，常用的煤的质量特性分析方法包括：元素分析：通过对煤中主要元素（如碳、氢、氧、氮、硫等）的测定，确定煤的组分和热值等特性；元素周期表：通过对煤的化学组成进行分析，确定煤的化学特性和燃烧特性；红外光谱法：通过对煤样进行红外光谱测定，确定煤的结构特性和功能性特性；X射线衍射法：通过对煤样进行X射线衍射分析，确定煤的结晶特性和晶体结构等。
其次是煤的燃烧特性分析方法。
煤的燃烧特性包括煤的可燃性、燃烧速度、燃烧特性等方面的特性，对于确定煤的燃烧效率和排放物特性非常重要。
在2024年，常用的煤的燃烧特性分析方法包括：热重分析法：通过对煤样进行热重分析，测定煤的热重变化曲线和热分解特性；差热分析法：通过对煤样进行差热分析，测定煤的燃烧热功和反应动力学参数；燃烧实验法：通过对煤样进行燃烧实验，测定煤的燃烧特性和排放物特性；煤粉爆炸试验：通过对煤粉进行爆炸试验，测定煤粉的爆炸特性和安全性。
最后是煤的工业应用分析方法。
2024年，煤在工业领域的应用非常广泛，涵盖了发电、制造、化学工业等多个行业。
煤的工业应用分析方法可以帮助确定煤在特定工业过程中的适用性和效果。
常用的煤的工业应用分析方法包括：煤质分级法：根据煤的质量特性，对煤进行分级，确定煤的适用范围和品质等级；煤气化实验法：通过对煤样进行气化实验，测定煤的气化特性和产物组成等；煤燃烧实验法：通过对煤样进行燃烧实验，测定煤在不同燃烧设备中的燃烧特性和效果；煤化学加工实验法：通过对煤样进行化学加工实验，研究煤在化学生产中的应用潜力和可行性等。
煤粉燃烧特性的判别方法
NOR TH CH I NA EL ECTR I C POW ER 华北电力技术 N o111 1998煤粉燃烧特性的判别方法郑州电力高等专科学校(郑州450004) 徐建国Ξ文 摘 由于常用的可燃基挥发分判别煤燃烧特性存在不足,在此介绍了新的煤粉燃烧特性判别方法,提出了热解产物释放特性指数R。
关键词 燃烧 热解 挥发分 热重分析法 虽然燃煤技术已持续发展了几个世纪,煤粉燃烧技术的开发也已接近百年,但由于成煤地质过程的复杂性导致了煤的内在特性的千变万化。
各门类煤炭利用科学都是按照本身的目的和需要对煤炭进行研究。
我们的目的是从煤的燃烧,尤其是煤粉燃烧的角度去探索燃烧过程中的各种现象,希望把它们按着火、燃尽、结渣、沾污等方面加以区别归类,甚至将其与煤的某些内在属性相联系,从而得到较为简单、实用的判据。
世界上这种探索工作大约已有50年的历史。
1 挥发分与煤的可燃性目前仍沿用以工业分析得出的可燃基挥发分判断煤的燃烧性能,将其作为炉膛设计和燃烧器型式选取的依据,用其确定热风温度,一、二次风的比率以及煤粉经济细度等的重要运行参数。
众所周知,热解反应析出的挥发分是煤中不稳定的物质,从褐煤到无烟煤随着地质年代的增长,其含量逐渐减少,它是煤的活性的一种表现。
因此,用挥发分的数量判别煤的可燃性,在煤的大类别(无烟煤、烟煤、褐煤)之间,或同类煤中挥发分数值相差较大的煤种之间是正确的。
然而用于比较挥发分含量低的无烟煤、贫煤之间以及高挥发物的褐煤、页岩之间的可燃性确有较大的偏差。
挥发分只是在数量上表达了煤的热解性能,它没有涉及挥发物质的组成,例如不同褐煤中的有机物质的化学性质差异就很大。
对于挥发分相同的煤种,因其组分不同,析出过程不同,在燃烧过程中起的作用就不同。
另外,在测定过程中,所测挥发分结果的真实性不同。
高挥发分煤在测定过程中,因挥发物析出快,量多,能够避免氧对焦炭氧化造成的误差。
而低挥发分的无烟煤,在测定过程中部分焦炭已被氧化,造成测定结果的误差。
热重分析
热重分析曲线影响因素的研究与探索
1 基线漂移 基线漂移是指仪器在升温过程中，试样的质量 没有增加或减少，而记录曲线却显示出有质量变化 的一种现象。引起试样失重或增重的原因主要有仪 器在升温过程中由于天平周围的气体密度和温度变 化而引起基线变化、天平的膨胀效应、挥发物在低 温区的凝结等。仪器在加热过程中，试样周围的气 体也会因受热而形成一股向上的热气流，这一气流 作用在天平上，便会引起试样的表观失重。
热重分析曲线影响因素的研究与探索
热重分析的影响因素是引起 TG曲线误差 的根源。保证热重分析结果的准确性，必须 要加强对热重分析技术的研究，发现产生热 重分析系统误差的规律及其原因，并找到解 决问题方法。
热重法在高分子材料领域的应用
热重分析仪主要适用于研究物质的相变、分 解、化合、脱水、吸附、解析、熔化、凝固、升华、 蒸发等现象及对物质作鉴别分析、组分分析、热参 数测定和动力学参数测定等。它已应用在： (1)无机物、有机物及聚合物的热分解，利用差 热热重分析仪，在氮气气氛下进行热重实验，探讨 了二者热失重行为和机制，探讨了二者热失重行为 和机制，分析了反应过程中热量变化及热解剩余物 性状，建立了反应动力学模型；
热重分析曲线影响因素的研究与探索
但热重法在测试过程中受影响的因素较多，
如仪器本身的结构、测试条件、被测样品的 性质等，这些因素都会影响测试结果。为得 到比较理想的测试结果，必须要研究各种影 响因素的特点，针对各因素的特点采 而逸出 的挥发物往往在热重分析仪的低温区冷凝， 用不同的解决方法，使负面因素的影响减小 到最低限度，保证测试结果的准确性。
另一种重要的热分析方法是差分热重分析法。 其使用的仪器是热天平。在 1955 年以前，人们进 行差热分析实验时，都是把热电偶直接插到试样和 参比物中测量温度和差热信号的， 这样容易使热电 偶被试样或试样分解出来的气体所污染、老化。 l955 年Boersma 针对这种方法的缺陷提出了改进 办法， 即坩埚里面放试样或参比物，而坩埚的底壁 与热电偶接触。 1953 年Teitelbaum发明了逸气检 测法， 即对试样在加热时放出的气体进行检测。
煤热解实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 研究不同煤种的热解特性，了解其热解过程中的产物分布。
2. 探究影响煤热解效果的因素，如温度、升温速率、反应气氛等。
3. 评估煤热解技术在煤炭资源综合利用中的可行性。
二、实验材料与设备1. 实验材料：宁东雀儿沟、羊肠湾、上海庙三种煤样。
2. 实验设备：低温慢速热解仪、热重-微分热重（TG-DTG）分析仪、电子天平、移液管、烘箱等。
三、实验方法1. 采用低温慢速热解方法对三种煤样进行热解实验。
2. 通过正交实验设计，考察粉煤粒径、加热温度、升温速率对热解过程的影响。
3. 利用TG-DTG实验分析热解过程中质量变化和热解反应速率。
4. 运用极差分析方法和方差分析方法对实验数据进行处理。
四、实验结果与分析1. 正交实验结果表1 三种煤样的正交实验结果| 组别 | 粉煤粒径（目） | 加热温度（℃） | 升温速率（℃/min） | 焦油产率（%） || ---- | -------------- | -------------- | ------------------ | ------------ || 1 | 100 | 500 | 5 | 12.5 || 2 | 200 | 500 | 10 | 10.8 || 3 | 300 | 500 | 15 | 11.3 || 4 | 100 | 600 | 5 | 13.2 || 5 | 200 | 600 | 10 | 12.0 || 6 | 300 | 600 | 15 | 11.8 || 7 | 100 | 700 | 5 | 14.5 || 8 | 200 | 700 | 10 | 13.8 || 9 | 300 | 700 | 15 | 14.2 |由表1可知，在三种煤样中，羊肠湾煤的焦油产率最高，其次是宁东雀儿沟煤，上海庙煤的焦油产率最低。
加热温度和升温速率对焦油产率有显著影响，而粉煤粒径的影响相对较小。
2. TG-DTG实验结果图1 三种煤样的TG-DTG曲线由图1可知，三种煤样的热解过程大致可分为三个阶段：热解初期、热解中期和热解末期。
煤的燃烧综合实验
析（DTGA）曲线、差热分析（DTA）曲线，研究特征峰及特征值变化，可以揭示不同煤的着
火和燃烧信息。
微分热重分析是将少量空气干燥煤粉样置于天平支架的坩埚内，通以氧气或空气，按规
定速度升温，随着温度的升高，试样单位时间损失的质量（即失重率 dm ）不断发生变化， dt
燃烬时失重率趋于零，记录 dm 随温度 T、时间 t 的变化规律，得到微分失重曲线（DTGA dt
煤的燃烧特性综合实验与工业生产、最新研究进展紧密结合，通过煤的工业分析、发热 量的测定等传统分析方法和热失重分析、差热分析等现代研究手段使学生较全面的了解反映 燃料品质、描述燃料燃烧特性的基本方法，通过不同的实验分析方法从不同角度揭示煤的燃 烧信息，而实现对煤燃烧特性的综合评价。
本综合实验的目的： ① 掌握煤的工业分析方法 ② 掌握煤的发热量测定方法 ③ 通过煤的热重分析和差热分析曲线确定煤的燃烧特性指标 ④ 综合评判煤的燃烧特性
煤炭是我国工业窑炉使用最为广泛的固体燃料，是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生 物化学和物理化学变化而逐渐形成的，组成非常复杂，既有可燃成分也有不可燃成分，这些 组分含量直接影响到煤的发热量和燃烧特性，因此煤中有关组分含量、发热量是评价煤质的 重要依据。
测定煤中组分的方法有元素分析法和工业分析法。元素分析法是借助化学分析方法直接 测定煤中的碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）五种元素，因此煤的元素分析组 成包括上述五元素、水分和一些矿物杂质（通常统称灰分）。但因元素分析法较为复杂，在 研究及生产中使用不多。煤的工业分析，又叫煤的技术分析或实用分析，它是用加热的方法 将煤中极为复杂的成分加以分解和转化，得到水分（M）、挥发分（V）、灰分（A）、固定碳 （FC）（Fixed Carbon）等规范化组成，目前在工业生产中被普遍使用。
煤的工业分析实验报告
煤的工业分析实验报告煤的工业分析实验报告煤是一种重要的能源资源，广泛应用于工业生产和生活领域。
为了更好地了解煤的性质和特点，本实验对煤进行了工业分析。
通过实验，我们对煤的热值、挥发分、固定碳和灰分等指标进行了测定，并对其结果进行了分析和解读。
一、实验目的本实验的目的是通过对煤的工业分析，了解煤的热值、挥发分、固定碳和灰分等重要指标，从而为煤的应用和利用提供科学依据。
二、实验原理1. 热值测定原理：煤的热值是指单位质量煤燃烧时释放的热量。
实验中采用热值测定仪器对煤样进行燃烧，通过测量燃烧过程中产生的热量来计算煤的热值。
2. 挥发分测定原理：煤的挥发分是指在一定温度下，煤样中揮发出来的物质的质量百分比。
实验中采用热重分析仪对煤样进行加热，通过测量煤样失重的程度来计算挥发分的含量。
3. 固定碳测定原理：煤的固定碳是指在一定温度下，煤样中不挥发的物质的质量百分比。
实验中采用热重分析仪对煤样进行加热，通过测量煤样失重的程度来计算固定碳的含量。
4. 灰分测定原理：煤的灰分是指在一定温度下，煤样中残留的无机物质的质量百分比。
实验中采用热重分析仪对煤样进行加热，通过测量煤样失重的程度来计算灰分的含量。
三、实验步骤1. 取适量煤样，将其破碎并筛选出符合要求的试样。
2. 将试样放入热值测定仪器中，进行燃烧实验，并记录燃烧过程中产生的热量。
3. 将试样放入热重分析仪器中，进行挥发分、固定碳和灰分的测定实验，并记录相应的数据。
4. 根据实验数据，计算煤的热值、挥发分、固定碳和灰分的含量。
四、实验结果与分析根据实验数据，我们得到了煤样的热值、挥发分、固定碳和灰分的含量。
通过对这些数据的分析，我们可以得出以下结论：1. 煤的热值是煤的重要性能指标之一，它直接影响煤的燃烧效率和能源利用效果。
通过实验测定，我们可以了解不同类型煤样的热值差异，从而为合理选择燃料提供参考。
2. 煤的挥发分和固定碳是煤的组成成分之一，它们的含量决定了煤的燃烧特性。
煤粉细度对燃烧特性影响的实验研究
煤种
冷水江煤
斗笠山煤
细度 目
100
140
160
200
100
140
160
200
可燃性指数 Cb ×10 -6 稳燃性指数 G ×10 -6
3 .38 2 .985
3 .649 3 .21
3 .968 3 .464
4.169 3.690
1 .855 1 .624
3 .257 2 .876
3 .878 3 .294
2 煤样的热重分析
速率为 20 ℃ min , 在空气气氛下进行 。 试样质量为
试验煤样的工业分析及元素分析示于表 1 。
表 1 试验煤种的工业分析及元素分析成分
Tab .1 Industrial analysis and component analysis of the tested coal categories
56
126
700
100
487
0 .44 556
85
135
701
140
483
0 .76 547
101
156
698
160
479
0 .89 564
93
152
698
200
468
0 .96 553
50
114
694
dt)max 下对应的温度 T max 不同 , Ti 随煤变细而降低 。
Ti 的大小反映了煤种的着火性能或煤种活化能的
图 3 着火点确定法示意图 Fig 3 Illustrated determinat ion of an ignition point
根据实验结果可以得出 :不同煤种和细度其着 火温度 Ti 、燃烧峰的最大失重率及最大失重率(dw
煤炭质量检测方法
煤炭质量检测方法煤炭质量的检测方法煤炭作为一种重要的能源资源，在工业、农业和生活中扮演着重要角色。
而煤炭的质量直接影响其使用效果和环境影响。
因此，煤炭质量的检测方法十分重要。
本文将介绍几种常用的煤炭质量检测方法，并对其原理和应用进行详细讨论。
一、煤炭质量检测的基本原理煤炭质量检测的基本原理是通过对煤炭样品的物理性质、化学成分和燃烧特性进行分析，从而判断煤炭的质量和适用性。
主要的检测指标包括灰分含量、挥发分含量、固定碳含量、硫分含量、酸值、发热量等。
二、煤炭质量检测的物理性质方法1. 煤样品的颗粒度检测煤炭颗粒度对燃烧性能和利用效果有重要影响。
常用的颗粒度检测方法包括筛分法和激光粒度分析法。
筛分法主要通过将煤样品通过不同孔径的筛网进行分离，然后根据各组分的比例来评估颗粒度分布。
激光粒度分析法则利用激光散射原理对煤样品进行粒度分析。
2. 煤样品的密度检测煤样品的密度是热值和煤质分析的重要参数。
常用的密度检测方法有浮选法和水洗法。
浮选法是利用固体颗粒在液体中的上浮或下沉来分离不同密度的组分。
水洗法则是根据煤的密度差异，利用水的浸湿性进行分级分离。
三、煤炭质量检测的化学分析方法1. 灰分含量的检测灰分是煤炭中无机物质的含量，对煤炭的燃烧性能和利用效果有重要影响。
常用的灰分检测方法包括渣渣法和感应耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）。
渣渣法是将煤样品在高温下燃烧，然后通过称重样品质量差来计算灰分含量。
ICP-AES则是利用感应耦合等离子体激发样品中的元素，并通过光谱分析来测定灰分含量。
2. 挥发分含量的检测挥发分是煤炭在加热条件下释放的气体和液体。
常用的挥发分检测方法包括Thermogravimetric Analysis（TGA）法和热解-气相色谱法（Pyrolysis-GC）。
TGA法是利用恒定升温条件下煤样品的质量损失来分析挥发分含量。
而热解-GC法则通过将煤样品在高温下分解，并利用气相色谱法来定性和定量挥发分成分。
比较煤和燃油的热值实验
比较煤和燃油的热值实验引言：煤和燃油是常见的燃料，广泛应用于能源领域。
了解它们的热值有助于我们选择合适的燃料，提高能源利用效率。
本文将通过实验比较煤和燃油的热值，并对实验结果进行分析和讨论。
实验方法：本次实验采用量热器对煤和燃油的热值进行测量。
首先，将一定质量的煤和燃油分别放入燃烧室，点燃后记录燃烧前后的温度变化。
根据能量守恒定律，通过测量温度的变化可以计算出煤和燃油的热值。
实验结果：经过实验测量和数据处理，我们得到了煤和燃油的热值数据。
煤的热值为XXX焦耳/克，燃油的热值为XXX焦耳/克。
讨论与分析：根据实验结果，我们可以看出煤和燃油的热值有所差异。
煤的热值较高，这意味着单位质量的煤可以释放更多的热能。
而燃油的热值相对较低，需要更多的燃料才能产生相同的热能。
煤和燃油的热值差异主要源于它们的化学成分。
煤主要由碳、氢、氧等元素组成，而燃油则主要由碳氢化合物组成。
由于煤中含有较多的碳元素，而碳的燃烧释放的热能较高，所以煤的热值相对较高。
而燃油中的碳氢化合物在燃烧过程中会产生较多的水蒸气，这会导致燃油的热值相对较低。
除了化学成分的差异外，煤和燃油的热值还受到燃烧效率的影响。
燃烧过程中存在不完全燃烧的现象，这会导致一部分热能无法有效释放。
因此，燃烧效率的提高可以使煤和燃油的热值得到更好的利用。
结论：通过比较煤和燃油的热值实验，我们得出以下结论：1. 煤的热值较高，燃油的热值较低；2. 煤和燃油的热值差异主要源于它们的化学成分；3. 燃烧效率的提高可以提高煤和燃油的热值利用效率。
在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的燃料。
如果追求高热值和长时间的持续供热，可以选择煤作为燃料。
而如果追求清洁和高效的燃烧过程，可以选择燃油作为燃料。
需要注意的是，煤和燃油的热值虽然重要，但在实际应用中还需要考虑其他因素，例如价格、供应稳定性、环境污染等。
综合考虑这些因素，选择合适的燃料才能最大程度地满足能源需求。
总结：煤和燃油是常见的燃料，热值是评价燃料能源含量的重要指标。
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实验一燃烧特性的热重分析一、实验目的1．了解热重分析仪的基本结构，掌握仪器操作；2．学会应用热重法分析煤/生物质的燃烧特性。
二、实验内容及要求1．熟悉热重分析工作原理；2．学会处理煤/生物质燃烧热失重曲线，求解典型燃烧特性参数，并分析燃烧特性。
三、实验步骤1．试样、气体准备，如预先干燥、磨制、筛分、称量试样等，罐装所需浓度和纯度的保护气体和反应气体。
检查仪器放置平稳、管路气密性及电源连接完好等。
2．开启系统：（1）打开恒温水浴槽（温度设定：22℃）；（2）接通气体（氮气流量：30ml/min；空气流量：100ml/min）；（3）待恒温水浴槽达到设定温度和气流稳定后，打开TGA 主机；（4）打开计算机进入Windows NT，双击“STAR e”图标打开STAR e软件。
3．根据软件建立试验方法，设置升温速率10℃~30℃/min、最大温度900℃，完毕后按提示放置样品，按提示开始、结束（重新开始）试验。
4．根据随机软件进行数据处理。
5．关闭系统：（1）须在TGA 主机的炉温低于300℃后关闭恒温水浴槽；（2）关闭TGA 主机；（3）关闭气体；（4）关闭计算机。
四、实验报告1．热重燃烧特性指标的含义和求解方法；2．热重燃烧条件下各燃烧特性参数代表的意义；3．求解煤/生物质燃烧特性参数；4．结合所得数据分析燃烧特性。
瑞士Mettler-Toledo公司的TGA/SDTA851e热分析系统图1、图2为热分析系统原理图。
该系统包括热重/差热同步分析仪，热重天平和高温恒温浴槽。
具体参数如下：型号：TGA/SDTA851e；温度范围：室温~1600℃；大测试炉：直径12mm，容积900μl；温度准确度：±0.25℃；温度重复性：±0.15℃；线性升温速率：0.01~100℃/min；SDTA分辨率：0.005℃。
图1中，天平和测试炉组成的测试单元是热重/差热同步分析的核心，采用平行支架微量/超微量天平，称量不受样品支架长度变化（如热胀冷缩效应）的影响；内置砝码全自动校准；称量部件处于恒温室内（22.0±0.1℃），不受环境因素的影响。
其中的测试炉采用水平结构，可最大限度地消除可能产生的气体紊流的影响，克服热气体对流上升容易产生的“烟囱效应”。
该系统采用单坩埚结构，使样品处于测试炉的几何对称中心，在升温室得到均匀加热。
测量样品的温度传感器直接安装于坩埚底部，能准确测取样品温度。
加热炉内可通入需要的各种反应气体，同时为了保护天平免受反应气体的腐蚀，需要通入保护气体。
图1 热分析系统示意图图2 TGA/SDTA851e原理图1—隔热挡板；2—反应性气体毛细管；3—石英护套；4—气体排出阀门（偶联接口）；5—样品温度传感器；6—加热炉；7—炉温传感器；8—电源接点；9—真空和清洁气体管；10—恒温天平室；11—平行导向超微量天平；12—样品室开启装置；13—冷却水管道；14—保护气体入口；15—反应气体入口；16—真空连接和清洁气体入口1）热重测量法：在程序控制温度下，测量物质质量随温度变化的一种技术。
2）差热分析：在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。
3）热膨胀法：在程序控制温度下，测量物质在可忽略的负荷下的尺寸随温度变化的一种技术。
4）差示扫描量热法：在程序控温下，测量加入物质在与参比物之间的能量差随温度变化的一种技术TG（热重）、DTG（微分热重）、SDTA（同步差热分析）Thermo-gravimetricDifferential thermo-gravimetricsimultaneous differential thermal analysisDifferential Scanning Calorimeter (DSC) 差示扫描量热分析技术DTG 曲线是TG曲线的微分，SDTA曲线记录的是样品温度与程序温度的温度差。
1煤的热重燃烧实验和结果取下列煤为实验物料，试验前将各种试样磨细至74 μm~89 μm，在120℃条件下烘干，存入干燥器皿中待用。
热分析实验条件：样品质量：10±0.1mg；升温速率：10℃/min；氮气保护气流量：40ml/min；空气流量：100ml/min；工作温度：室温~900℃1.1煤的燃烧过程分析表1.1 煤的工业分析、元素分析及硫形态分析煤种煤样标识工业分析/% 元素分析/% 硫组成/% Qnet,arMJ·kg-1 M ad A ad V ad FC ad w(C ad)w(H ad)w(O ad)w(N ad)S t S s S p S o邹县ZX 2.98 19.56 33.93 43.53 61.65 4.27 9.99 0.87 0.68 0.01 0.38 0.29 22.54 黄台HT 1.14 32.31 14.41 52.14 58.96 2.93 1.80 0.98 1.88 0.06 1.16 0.66 20.70 聊城OC 1.12 27.11 12.74 59.03 64.18 2.81 3.21 1.20 0.37 0.01 0.22 0.14 23.71图1.1~图1.3为三种煤的热重TG、热重微分DTG和差热SDTA曲线。
由于煤样经过干燥，内在水分较少，所以初始阶段，煤中水分析出不明显。
300℃以后，煤中挥发分和固定碳剧烈燃烧，TG曲线表现出剧烈下降；在500℃~700℃的温度区间内，固定碳基本燃尽，TG曲线趋于平直，HT、LC和ZX煤的燃烧失重率分别为：66%、79%和79%。
DTG一般出现较明显的两个峰，一个水分析出峰，对应于100 ℃左右；另一个为可燃质剧烈燃烧峰，该峰对应于300℃~700℃。
HT、LC和ZX煤的燃烧失重速率分别为：5.5×10-31/℃、5.5×10-31/℃和5.7×10-31/℃。
ZX燃烧峰出现在502℃，明显比HT（545℃）、LC（528℃）提前。
由图2.3差热曲线可看出，HT、LC和ZX煤的燃烧放热峰分别为：5.29℃、4.66℃和4.54℃，对应于温度分别为：543℃、528℃和508℃。
1.2煤的燃烧特性指标（1）着火特性温度t i着火特性温度t i定义如图4.4所示，在DTG曲线上过燃烧峰值点A，作垂线与TG曲线的倾斜段交于一点B，过B点作TG曲线的初试水平段的延长线交于一点C，则C点所对应的温度定义为着火特性温度t i。
（2）最大燃烧平均速率(dW/dτ)80最大平均燃烧速率(dW/dτ)80定义为DTG燃烧附近80℃温度区内煤样最大燃烧速率的平均值。
其对褐煤和烟煤强调了燃烧反应强度，同时又考虑了水分和灰分的影响，对无烟煤则强调了着火性能。
因为(dW/d τ)max 除与煤质特性有关外，易受到取样均匀性和燃烧空气动力特性等因素的影响。
所以采用最大燃烧平均速率(dW/d τ)80比较合理，更能准确表达煤质燃烧特性[37、51]。
可燃性指数可表示为：80273(2)1000(/)i T idW d C T τ-+=其中T i >500 （4.1）（3）固定碳燃尽率固定碳燃尽率Bc 反映了原煤中固定碳的燃尽程度，其值与水分、挥发分和灰分含量无关。
根据常规灰分示踪法，认为煤样在燃烧过程前后灰分质量守恒，即M 0A 0=M 1A 1，则原煤的固定碳燃尽率即实际烧掉的固定碳占原煤所含全部固定碳的百分数：0100001001000000max()()/100()PC PC C PC M M M FC A M FC A M M B M M FC FC FC A TG FC -+-+-===+-+=（4.2）式中：M 0、M 1分别为原煤样在燃烧前后的质量（mg ，mg ）；0PC M 和1PC M 分别为原煤样在燃烧前后的固定碳含量（mg ，mg ）；FC 0和A 0分别为原煤样在燃烧前所含固定碳和灰分的工业分析值（%，%）；(TG)max 为原煤样的最大燃烧失重率（包括水分、挥发分和已燃尽的固定碳）（%）。
100200300400500600700800900-90-80-70-60-50-40-30-20-100煤样燃烧失重率/%炉温 /℃HTLC ZX图1.1 煤的燃烧失重曲线0100200300400500600700800900-0.006-0.005-0.004-0.003-0.002-0.0010.0000.001煤样燃烧失重速率 D T G /%·℃ -1炉温 /℃HTLC ZX图1.2煤的燃烧失重微分曲线0100200300400500600700800900-20246810煤样与参考样之间的差热 S D T A /℃炉温 T/℃HT LC ZX图1.3 煤的燃烧差热曲线质量百分率/%炉温 /℃煤样燃烧失重速率图1.4着火特性温度定义示意图煤的燃烧特征参数列于表1.2中，可以看出，随挥发分增加，煤的TG 失重开始温度降低，而失重结束温度也降低，对应DTG 、SDTA 峰值温度也降低。
表1.2煤的燃烧特征参数煤样 TG 燃烧失重开始温度 TG 燃烧失重结束温度 DTG 峰值温度 SDTA 峰值温度 （TG ）max (%) DTG 峰值（10-3·1/℃）DTA 峰值（℃） HT 361 661 545 545 66 5.5 5.29 LC 355 652 528 530 79 5.5 4.66 ZX325622502508795.74.54从表1.3可以看出随着煤阶增加，着火特性温度增大，最大平均燃烧速率减小，可燃性指数也相应减小。
表1.3 煤的燃烧特性指标煤样 着火特性温度t i （℃）最大平均燃烧速率 （dW/d τ）80（mg/min ）可燃性指数C mg/(min ·K) 固定碳燃尽率 Bc （%） HT 481 0.488 3.5×10-8 97.13 LC 452 0.501 4.8×10-8 93.80 ZX4270.5356.6×10-897.661.3混煤的燃烧特性混煤热重分析TG 、热重微分DTG 和差热SDTA 曲线分别见图1.5、图1.6和图1.7。
从图中直观地看出，随着混煤配比的变化，曲线变化呈现出明显的规律性。
即随着LC 煤配比增加，混煤的燃烧特性逐渐凸现LC 煤的燃烧特性，ZX 煤的燃烧特性逐渐减弱。
煤样燃烧失重率/%炉温/℃图4.5 混煤的燃烧失重曲线煤样燃烧失重速率D T G /%·℃ -1炉温/℃图4.6混煤的燃烧失重微分曲线-2024681012煤样与参考样之间的差热S D T A /℃炉温/℃图4.7 混煤的燃烧差热曲线从表1.4列出燃烧特征参数可以清晰地看出，混煤配比对燃烧特性的影响。