chap5-煤的组成-化学组成

1.3 外在水分、内在水分等重要概念
一般分析试验煤样 通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于
0.2mm 的 空 气 干 燥 煤 样 ， 原 来 称 分 析 煤 样 analytical sample，现称“一般分析试验煤样”，该煤样的水分 也称为“一般分析试验煤样水分”或“空气干燥基水
分” (moisture on air dried basis) ，用Mad表示，它的 大小与Minh相同。
1.6 煤中水分与煤化程度的关系
（1）这是由于煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上，内 表面积越大，吸附水分的能力就越强，煤的水分就越高。 （2）此外，煤分子结构上极性的polar含氧官能团的数量 越多，煤吸附水分的能力也越大。 低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能 团的数量也多，因此内在水分就较高。随煤化程度的提 高，煤的内表面积和含氧官能团均呈下降趋势，因此， 煤中的内在水分也是下降的。到无烟煤阶段，煤的内表 面积有所增大，因而煤的内在水分也有所提高。
1.4 测定煤中水分的基本方法
水 分 测 定 时 使 用 的 仪 器 设 备 apparatus 有 分 析 天 平 analytical balance 、 干 燥 箱 drying oven 、 称 量 瓶 weighing bottle等。 还有自动化的仪器设备。
加热失重法规定了两种测定煤的空气干燥基水分的 方法，即通氮干燥法（A法）和空气干燥法（B法）。A 法是在氮气流中干燥，可以防止煤样氧化，适用于所有 煤种并为仲裁法，B法是在空气流中干燥，只适用于不 易氧化的烟煤和无烟煤。
moisture，用Mt或Mar表示。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念 外在水分、内在水分和全水分的关系
外在水分和内在水分构成了全水分，它们的关系 可用下式表示：
Mt 10 10 0M0 f MinhMf ，%
1.3.3 工业分析的指标范围
“GB/T 212- 2008煤的工业分析方法”中规定，水 分、灰分、挥发分和固定碳四项指标的测定和计算， 均以一般分析试验煤样为准，因此，全水分的测定并 不包含在工业分析的分析项目之内，另有国家标准予 以规范：GB/T 211-2007。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
煤样及煤样的状态 煤失去外在水分后所处的状态称为风干状态或空
气干燥状态air dried，失去外在水分的煤样称为风干煤 样或空气干燥煤样air dried sample。 残留在风干煤中 水分the residual moisture占风干煤样质量的百分数称 为内在水分inherent moisture 。
1.4 测定煤中水分的基本方法
测定煤中水分含量的方法很多: 如蒸馏法 distillation method 电法 electrical method 加热法 thermal methods
本 课 要 求 掌 握 加 热 失 重 法 thermal weight-loss method的基本原理，其他方法可参阅有关专门书籍。
1、 煤中的水分Moisture in coal
（2）化学态结合的水 在煤的进一步研究中，有时也用到结晶水和热
解水。结晶水crystallized water是指煤中含结晶水的 矿物质所具有的，如CaSO42H2O中的结晶水，通常 煤中结晶水含量不大；热解水pyrolysis water；是煤 炭在高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水， 它取决于热解的条件和煤中的氧含量。
2 煤的灰分
2.2 煤灰分的来源origin of ash 煤的灰分不是煤中的固有组成original components，
而是由煤中的矿物质minarals转化而来的。煤的灰分与矿 物质有很大的区别，首先是灰分的产率比相应的矿物质 含量要低，其次是在成分上有很大的变化。矿物质在高 温下经分解、氧化、化合等化学反应之后才转化为灰分。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
1.3.1 外在水分和内在水分的概念 煤中的水分可分为在常温的大气中易于失去的水分和
不易失去的水分， 前者称为外在水分free moisture， 后者称为内在水分inherent moisture 。 内在水分和外在水分之和称为全水分total moisture。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
外在水分和内在水分的含义 严格地说，外在水分是指煤放置在大气中使水
分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分 压达到平衡时，煤中水分不再变化。这时所失去的 水分占煤样重量的百分数就是外在水分free moisture，
用Mf表示。而残留在煤内部孔隙中没有蒸发出来的 水分称为内在水分inherent moisture，用Minh表示。
（2）分析时间：约20min （3）测定精度：≤0.4%（全水）；≤0.2%（空干水） （4）试样质量：10-12g(全水)；0.9-1.1g(空干水) （5）试样粒度：≤6mm(全水)；≤80目(空干水)
1.5 煤的最高内在水分
1.5.1 定义
煤的最高内在水分是指煤样在30℃，相对湿度 relative humidity达到96%的条件下吸附水分达到饱和 water saturation时测得的水分，用符号MHC (moisture holding capacity)表示。这一指标反映了年青煤的煤化程 度，用于煤质研究和年青煤的分类。
1.4 测定煤中水分的基本方法
自动水分测定仪
1.4 测定煤中水分的基本方法
自动水分测定仪的特点： （1）采用微波microwave或红外干燥infrared drying，自
动称量。 （2）计算机自动控制、测量准确，性能稳定。 （3）分析速度快，操作简便。
1.4 测定煤中水分的基本方法
技术参数： （1）分析试样数：８个/次
1.5 煤的最高内在水分
1.5.2 煤的最高内在水分的测定 将饱浸水分的煤样用恒湿纸处理，以除去大部分
外在水分并使煤团分散开，然后放在温度为30℃，相 对湿度为96%(硫酸钾结晶及其饱和溶液)的充氮调湿 器内，在常压和不断搅动气氛的情况下使其达到湿度 平衡，然后在105～110℃的温度下烘干，以其减量的 重量百分数表示最高内在水分。一般需要24～48小时。
煤的工业分析的定义： 在人为规定条件下under a set of standard conditions粗略
approximately测定determine煤化学组成的一种方法 means ，它将煤的组成区分为水分、灰分、挥发分和 固定碳。
第一节 煤的工业分析Proximate analysis of coal
chap5-煤的组成-化学组成
Chapter 5 Coal chemical constituents
Main contents
（ 1 ） 煤 的 工 业 分 析 组 成 (constituent of coal by proximate analysis)
（2）煤中矿物质的组成及煤灰成分(Mineral constituent and ash constituent of coal)
2 煤的灰分
2.2 煤灰分的来源origin of ash 矿物质转化为灰分的过程中发生的有代表性的反应
representative reactions是：
CaCO3CaO+CO2 FeS2+O2 SO2+Fe2O3 CaSO4.H2O CaSO4+ H2O
……
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 煤主要的是灰植物分遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细
水中溶解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中， 主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了 煤的可选性难易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为 内在矿物质。
原
次
外
生
生
来
矿
矿
矿
物
物
物
质
质
质
2.4 煤灰分产率的测定
2.4.1 灰分产率的测定要点： 煤的灰分产率ash productivity是指煤在815℃通风
粘土、这指沙种存粒矿在或物于水质成中原煤钙来的、不植镁含物离于中子煤沉，淀层主及中要硫，是铁它碱矿是金的在属形采、成煤碱，过土与程金泥中属炭混掺的 入独混体盐2，，煤立类.3 有呈中存，煤的透的在与中均 镜顶的有矿匀状、，机物分、底几质质散条板乎分的在带和不子来泥状夹影紧源炭、矸 响密的薄层 煤结有片机状中 的合质等的 可，中；矸 选很，此石 性难有外所 。用的，形机则煤成械形层的方成形。法独成它分立后与开的，煤。包地是裹下
（1）物理态结合的水 煤中的水分一般是指与煤呈物理态结合的水
(phsycally-associated water) ，它吸附在to be adsorbed in/on煤的外表面outer surface和内部孔隙interior pores中。 因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的水 分就越高。
1.3 外在水分、内在水分等重要概念
1.3.2 收到煤样as-received sample和收到基水分
按照一定的采样标准从商品煤堆、商品煤运输 工具或用户煤场等处所采煤样，称为应用煤样，将 应用煤样送到化验室后称为收到煤样，它含有的水 分占收到煤样质量的百分数称为收到基水分 (moisture on as received basis) ，也称全水分total
如果不作特殊指明，煤中的水分均是指煤中的物理吸附 态的水adsorbed water。
1、 煤中的水分
1.2 煤中水分的 来源
（1）成煤过程中，沼泽中的水随着成煤过程进入煤中； （2）煤层coal seam形成后，地下水ground water进入 煤层的裂隙fracture/fissure、孔隙pore中； （3）开采mining、洗选preparation、运输 transportation、贮存reserve过程中进入煤中。
1.4 测定煤中水分的基本方法
加热失重法的原理是：煤中水分是以物理态吸附在煤 的表面或孔隙中，只要将煤加热到略高于100℃，即可 使煤中的水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何 变化，煤的失重weight loss即认为是水分失去所引起的。 通 常 是 将 煤 加 热 到 105 ～ 110℃ 并 保 持 恒 温 constant temperature，直至煤处于恒重时constant weight，煤样 的失重即为煤样在干燥中失去的水分。
1.5 煤的最高内在水分
充氮常压法最高 内在水分测定仪
1.5 煤的最高内在水分
1—烘箱；2—金属 盒；3—干燥塔； 4—氮气瓶；5—硅 胶管；6—孔径 0.25mm 的铜网； 7—金属托盘；8— 氮气出口；9—样 皿；10—氮气入口
充氮烘箱
1.6 煤中水分与煤化程度的关系
MHC, %
年轻褐煤的最高内在水 分 多 在 25%以 上 ，少 数 的 如 云南弥勒褐煤最高内在水分 达 31% 。 最 高 内 在 水 分 小 于 2%的烟煤，几乎都是强粘结 性和高发热量的肥煤和主焦 煤。无烟煤的最高内在水分 比烟煤有所提高。
2 煤的灰分
2.1 煤灰分的定义 煤的灰分(ash) ：煤样在规定条件下完全燃烧后
complete incineration所得的残渣residue。该残渣的质 量占测定煤样质量的百分数称为:
灰分产率ash productivity/ ash production rate ，简 称为灰分。
Ash content 的说法不准确。
（3）煤中有机质的元素组成 (Elementary constituent of organic matter in coal )
（4）煤有机质的族组成（Family constituent of organic matter in coal ）
第一节 煤的工业分析Proximate analysis of coal
工业分析的特点： 工业分析是一种条件实验，除了水分以外，灰分、挥发
分和固定碳都是煤中的原始组分在一定条件下的转化 产物。理论上，灰分来源于煤中的矿物质；挥发分和 固定碳来源于煤中的有机质。测定结果依测定条件变 化而变化。
1、 煤中的水分Moisture in coal
1.1 煤中水分的特点characteristics：