煤的工业分析方法课件.ppt

1、一一.概述概述二二.煤的工业分析煤的工业分析三三.煤中全硫的测定煤中全硫的测定四四.煤发热量的测定煤发热量的测定煤质分析煤质分析 1 煤的组成和分类煤的组成和分类一一.概述概述1.1煤的组成煤的组成 煤是由煤是由有机质有机质、矿物质矿物质和和水水三部分组成。三部分组成。有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成碳和氢占有机有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成碳和氢占有机 质的质的95%以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧的产物以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧的产物SO2不但不但 腐蚀设备而且污染环境腐蚀设备而且污染环境矿物质主要是碱金属、碱土金属、铁、铝的碳酸盐、硫酸盐、矿物质主要是碱金属、碱土金属

2、、铁、铝的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及硫化物。除硫化物外，其它的矿物质不能燃烧，正磷酸盐及硫化物。除硫化物外，其它的矿物质不能燃烧，正是由于矿物质的存在，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热是由于矿物质的存在，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热量。量。1.2煤的分类煤的分类 常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤2022-8-143(1)褐煤褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产

3、地煤级不同，发热量差异很大），含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤燃烧时间短，需经常加煤。(2)烟煤烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分光泽，质地细致，含挥发分30%30%以上，燃点不太高，较易点燃；以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。(3)无烟煤无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有

4、金属光泽而发亮。：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%80%以上；挥发分含以上；挥发分含量低，在量低，在10%10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度。用，以减轻火力强度。2.“基”的含义 煤炭分析试验的结果与煤样在分析试验时所处的状态直

5、接相关，即同一煤样在相同的试验条件下，试验结果会因煤样的状态不同而不同。这种“状态”除粒度以外，主要指的是煤样的水分。所以，在提到某一项试验结果时，必须同时说明这个结果是以何种状态的煤样为基础得到的，这样的结果才算完整科学。煤炭分析试验中的“基”，指的就是这种“状态”。它含有“基准”、“基础”的意思。2.1 煤炭分析试验常用的基及其含义空气干燥基(ad)煤样的水分与空气湿度达到平衡的状态干燥基（d）假想的无水状态收到基（ar）以实际收到时的煤为准的状态干燥无灰基（daf）假想的无水无灰状态干燥无矿物质基（dmmf）假想的无水无矿物质的煤所处的状态空气干燥基（下标符号为ad）表示在不含外在水分的

6、条件下，燃料各组成成分的质量百分数总和，是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%收到基（下标符号为ar）表示燃料中全部成分的质量百分数总和 是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%干燥无灰基（下标符号为daf）表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和，干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分变化的影响，煤炭交易。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%干燥基（下标符号为d）表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分

7、数总和 干基中各成分不受水分变化的影响 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%煤质分析结果（基准）的表示方法2022-8-1411二.煤的工业分析1 水分的测定 煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。因为煤中水分含量越多，煤的无用成分也越多，同时有大量水分存在，不仅煤的有用成分减少，而且它在煤燃烧时要吸收大量的热成为水蒸汽蒸发掉。所以煤的水分越低越好。1.11.1煤中水分的存在形态煤中水分的存在形态 1 1）、游离水）、游离水 以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游离水分，又以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游离水分，又分为分为外在水外在水和和内在水内在水。外在水又成为自由水或

8、表面水分外在水又成为自由水或表面水分。用。用Mf表示。表示。此类水分是此类水分是在开采、贮存等过程中带入的，覆盖在煤粒表面上，其蒸汽压在开采、贮存等过程中带入的，覆盖在煤粒表面上，其蒸汽压与纯水的相同，在空气中风干与纯水的相同，在空气中风干1 12 2天后，即可蒸发除去，又称天后，即可蒸发除去，又称风干水分，即在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所风干水分，即在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。失去的水分。2022-8-1412 内在水是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于内在水是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于10-5cm的毛细的毛细孔中的水分，用孔中的水分，用Minh表示。由

9、于毛细孔的吸附作用，这部分水表示。由于毛细孔的吸附作用，这部分水分的蒸汽压低于纯水的，所以难以蒸发除去，需要在水的正常分的蒸汽压低于纯水的，所以难以蒸发除去，需要在水的正常沸点以上才能除掉。在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所沸点以上才能除掉。在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分称为空气干燥煤样水分（保持的水分称为空气干燥煤样水分（Mad)。除去内在水分的煤。除去内在水分的煤称为干燥煤。称为干燥煤。外在水分和内在水分的和称为外在水分和内在水分的和称为全水分全水分 用用Mt表示表示。2 2）、化合水）、化合水 以化合的方式与煤中的矿物质结合的水，即通常说的结晶以化合的方式与煤中的矿物质

10、结合的水，即通常说的结晶水。如石膏中的水，水。如石膏中的水，CaSO42H2O。游离水在。游离水在105 110110的温的温度下，经过度下，经过 h即可蒸发掉，而结晶水要在即可蒸发掉，而结晶水要在200以上才以上才能除掉。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在煤的工业分析中常测定原煤样的全水分和空气干燥煤样水分，一般不测化合水。样水分，一般不测化合水。mmM1t2022-8-14131.2 煤中全水分（Mt）的测定 国家标准国家标准GB/T211-2007GB/T211-2007中规定了煤中全水分测定的五中规定了煤中全水分测定的五种方法。通常采用以下方法：种方法。通常采用

11、以下方法：方法方法A：通氮干燥法，：通氮干燥法，适用于各种煤适用于各种煤 用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取10 10 12g(12g(精确至精确至0.001g0.001g）粒度小于）粒度小于6mm6mm的煤样，平摊。打开称量瓶盖，放入预先的煤样，平摊。打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到通入干燥氮气并已加热到105 110的通氮干燥箱中，烟煤干的通氮干燥箱中，烟煤干燥燥2h,褐煤和无烟煤干燥褐煤和无烟煤干燥3h,取出后立即盖上盖子。在空气中放取出后立即盖上盖子。在空气中放置约置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温后称量。进行检查性，然后放入干燥器中

12、冷却至室温后称量。进行检查性干燥，每次干燥，每次30min,直到连续两次干燥后的质量减少或质量增加直到连续两次干燥后的质量减少或质量增加时为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量作为计时为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量作为计算依据。根据煤样的质量损失计算水分的含量。算依据。根据煤样的质量损失计算水分的含量。结果计算 Mt煤样的全水分；煤样的全水分；m煤样的质量，煤样的质量，g；m1煤样干燥后减轻的质量，煤样干燥后减轻的质量，g。2022-8-1414 方法方法B：空气干燥法，：空气干燥法，适用于烟煤和无烟煤适用于烟煤和无烟煤 将称量瓶放入预先通入鼓风并已加热到将称量瓶放入预

13、先通入鼓风并已加热到105 110的空气的空气干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥2h,无烟煤干燥无烟煤干燥3h。其它步骤。其它步骤同上。同上。方法方法C：微波干燥法，：微波干燥法，适用于烟煤和褐煤适用于烟煤和褐煤 煤样在微波炉内，利用微波发生器产生的交变电场作用，引煤样在微波炉内，利用微波发生器产生的交变电场作用，引起摩擦发热，使水分迅速蒸发。特点：受热均匀，水分蒸发快；起摩擦发热，使水分迅速蒸发。特点：受热均匀，水分蒸发快；不适用于无烟煤和焦炭等导电性较强的试样。不适用于无烟煤和焦炭等导电性较强的试样。方法方法D：适用于外在水分高的烟煤和无烟煤适用于外在水分高的烟煤

14、和无烟煤 在预先干燥并称量过的浅盘中迅速称取粒度小于在预先干燥并称量过的浅盘中迅速称取粒度小于13mm13mm的煤样的煤样50010g(准确至准确至0.1g)，均匀摊平，放入预先通入鼓风并已加热到，均匀摊平，放入预先通入鼓风并已加热到105 110的干燥箱中，烟煤干燥的干燥箱中，烟煤干燥2h,无烟煤干燥无烟煤干燥3h。将浅盘取。将浅盘取出，迅速称量。进行检查性干燥，每次出，迅速称量。进行检查性干燥，每次30min,直到连续两次干燥直到连续两次干燥后的质量减少不超过后的质量减少不超过0.5g或质量增加为止。在后一种情况下，采或质量增加为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量作为计算依据用质

15、量增加前一次的质量作为计算依据.2022-8-1415 1.3 空气干燥煤样水分的测定 空气干燥煤样水分又称空气干燥基水分（Mad)，测定方法有三种。A 通氮干燥法（适用于所有煤种）B 空气干燥法（适用于烟煤和无烟煤）C 微波干燥法（适用于褐煤和烟煤水分的快速测定)。2.3 煤中矿物质在煤炭燃烧过程中的反应 2.3.1固硫作用固硫作用CaCO3 CaO+CO2500开始分解，到开始分解，到800 基本分解完全基本分解完全FeS2 O2 Fe2O3 SO2500前基本反应完全前基本反应完全CaOSO2O2 Ca SO4 空气干燥法的测定步骤：(1).(1).在预先干燥并称量过的称量瓶内迅速称取粒

16、度小于在预先干燥并称量过的称量瓶内迅速称取粒度小于0.2mm0.2mm的一般分析实验煤样的一般分析实验煤样1.01.00.1g，称准至，称准至0.0002g,0.0002g,平摊平摊在称量瓶中在称量瓶中.(2)(2)打开称量瓶盖，放入预先通入鼓风并已加热到打开称量瓶盖，放入预先通入鼓风并已加热到105 105 110110的干燥箱中，烟煤干燥的干燥箱中，烟煤干燥1h,1h,无烟煤干燥无烟煤干燥1.5h1.5h。（3)3)取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，直取出后盖上盖子，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到连续两次干燥后的质量减少不超过0.0010g0

17、.0010g或质量增加时或质量增加时为止为止.根据煤样的质量损失计算水分的含量。当水分小于根据煤样的质量损失计算水分的含量。当水分小于2.00%2.00%时，不必进行检查性干燥。时，不必进行检查性干燥。结果计算：Mad 煤样的空气干燥基水分；煤样的空气干燥基水分；m煤样的质量，煤样的质量，g；m1煤样干燥后减轻的质量，煤样干燥后减轻的质量，g。；煤的灰分煤的灰分不是煤中固有物质，而是不是煤中固有物质，而是煤在规定条件下，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。用符号A表示。表示。煤的灰分几乎全部来自煤中的矿物质，但它的组成

18、和性质与煤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。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mmA1ad2022-8-14192.1测定过程 称取粒度小于粒度小于0.2mm的一般分析实验煤样的一般分析实验煤样1.00.1g，称准，称准至至0.0002g,于已经在81510灼烧恒量的灰皿中，均匀平摊，每cm2不超过0.15g，送入炉温不超过100的马弗炉恒温区中，关上炉门并使炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风。在不少于30mind 时间将炉温缓慢升至500，并在此温度下保持30min。然后继续升温至81510，关闭炉

19、门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分24MJ/kg的为烟煤，24MJ/kg为褐煤。划分为褐煤后，根据透光率PM=3050%为二号褐煤，30为1号褐煤。煤的收到基低位发热量是评价动力煤质量的最主要的指标。在对外贸易中，动力煤常已收到基低位发热量为计价依据。2.发热量测定意义3.1 何为弹筒、高位和低位发热量？煤炭在氧气中的燃烧是一种化学反应，煤燃烧放出的热量就是煤和氧气发生的化学反应的反应热。而化学

20、反应的反应热不仅与参与化学反应的反应物组成与状态有关，还与产物的组成和状态有关，另外还与反应所处的压力等条件有关。所以提到所谓煤的发热量就应当说明是什么状态的煤在什么条件下与氧气怎样燃烧反应，得到什么状态的什么产物所放出的热量，才算完整。3.弹筒、高位和低位发热量 在试验室条件下测定煤的发热量时，煤的状态和燃烧条件（煤样达到空气干燥状态、在充有过量的氧气的氧弹内完全燃烧）都是固定的，可以变化的就是产物的组成和状态。因此，根据煤炭在充有过量的氧气的氧弹内完全燃烧后其产物的组成和状态不同，将煤的发热量区分为三种发热量。弹筒发热量 Qb发热量 高位发热量 Qgr 低位发热量 Qnet发热量 燃烧产物

21、弹 筒 O2、N2、CO2、HNO3、H2SO4、液态水、固态灰高 位 O2、N2、CO2、SO2、液态水、固态灰低 位 O2、N2、CO2、SO2、气态水、固态灰 弹筒发热量是试验室测定发热量时直接从量热仪上测定的发热量；高位发热量是由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸校正热后得到的发热量；低位发热量是由高位发热量减去水的气化热后得到的发热量；2022-8-1444 取一定量的煤样在充满高压氧气的弹筒（浸没在装一定质量的水的容器俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的发热量。2、试剂和材料 点火丝：0.07mm镍铬丝；氧气：不应有氢和其它可燃物，禁止使用电解氧

22、；仪器专用的包纸；另准备50kg的蒸馏水放入不锈钢水桶中，与仪器在同一房间内恒温10小时以上备用。3.2 发热量的测定方法（WELL8000自动快速量热仪）1、原理 3.测定步骤（1)称取粒度小于0.2mm 的空气干燥煤样1g（精确0.0002g），包于30-90毫克左右的纸中，放入氧弹芯的燃烧皿中。（2)把点火丝的一端卡在左边电极上，用点火丝将样品缠绕一圈后将另一端卡在右边电极上。（3）接通水泵电源，水桶内的水自动加到桶内的定量容器中，溢流时关闭电源，打开放水阀将水全部放进量热仪的内筒。（4）把氧弹芯放入氧弹桶中，从内筒中取10毫升水加入氧弹中压紧密封垫，套上钢圈，拧紧氧弹盖。(5)打开氧气

23、瓶阀门，氧弹头正对充氧器嘴下方，下压充气手柄充入氧气。氧弹充氧压力控制在2.8-3.0MPa范围内，充氧时间不少于15秒。（6）把氧弹放入量热仪内筒的中心，盖上盖子。按“测量”开始搅拌，再输入皮重（纸重），料重（纸和样品总重量）单位为mg,水分，测量结束后仪器发出蜂鸣，打印机同时打印出数据。（7）及时取出氧弹，用放气阀放气后打开氧弹，清洗。将内筒水倒回水桶中。4.注意事项 氧气瓶内压力小于3MPa时需更换新氧。氧弹压力不得超过3MPa，如果不小心超过3.3MPa，停止试验，放掉氧气，重新充氧。氧弹放入内筒后注意观察有无气泡溢出，若有气泡，意味着漏气，应取出氧弹检查漏气原因。试验完后，观察燃烧皿

24、内样品是否燃烧完全，若有炭黑试验作废。试验完后，观察氧弹内是否有样品溅落现象。如有样品试验作废。3.3.1高位发热量的计算（1）空气干燥基高位发热量的计算 Qgr,ad=Qb,ad(94.1Sb,adQb,ad）其中：Sb,ad：弹筒硫。当全硫低于4，或发热量大于14.60 MJ/kg时，可以用St,ad代替。：硝酸生成热校正系数当：Qb 16.70 MJ/kg时，0.0010 16.70Qb 25.10 MJ/kg时，0.0012 Qb25.10 MJ/kg时，0.00163.3 高位、低位发热量的计算 适用基的换算通式。低位发热量的计算各种基的低位发热量的计算通式Qnet,M=(Qgr,ad206Had)(100M)/(100Mad)23 M其中：干基时M0M煤样的水分 空气干燥基时MMad 收到基时MMar(Mt)3.4 各种基的高位发热量的换算