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        煤質分析化驗標準-煤的工業分析方法

        時間:2013-06-17 15:10來源:鶴壁市創新儀器儀表有限公司 作者:煤質化驗專家 點擊:

        在 煤的工業分析方法中,煤質分析都應當符合煤質分析標準 GB 3715-91  

        煤中水分
        ?。?)外在水分(Wwz)外在水分是指煤在開采、運輸和洗選過程中潤濕在煤的外表以及大毛細孔(直徑>10-5厘米)中的水。它以機械方式與煤相連結著,較易蒸發,其蒸汽壓與純水的蒸汽相等。在空氣中放置時,外在水分不斷蒸發,直至煤中水分的蒸汽壓與空氣的相對濕度達到平衡時為止,此時失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤稱為應用煤,失去外在水分的煤稱為風干煤。外在水分的多少與煤粒度等有關,而與煤質無直接關系。

        ?。?)內在水分(Wnz)吸附或凝聚在煤粒內部的毛細孔(直徑<10-5厘米)中的水,稱為內在水分。內在水分指將風干煤加熱到105-110時所失去的水分,它主要以物理化學方式(吸附等)與煤相連結著,較難蒸發,故蒸氣壓小于純水的蒸汽壓。失去內在水分的煤稱為絕對干燥或干煤。

         灰分

         一.灰分的來源和種類煤灰幾乎全部源于煤中的礦物質,但煤在燃燒時,礦物質大部分被氧化,分解,并失去結晶水,因此,煤杰的組成和含量與煤中礦物質的組成和含量差別很大。我們一般說的煤的灰分實際上就是煤灰產率,煤中礦物質和灰分來源,一般可分三種。

        ?。?)原生礦物質  它是原來存在于成煤植物中的礦物質,質緊密地結合在一起,極難用機械的方法將其分開。它燃燒后形成母體灰分,這部分數量很小。

        ?。?)次生礦物質  當死亡植質堆積和菌解時,由風和水帶來的細粘土,沙?;蛴伤?/font>鈣,鎂,鐵等離子生成的腐植酸鹽及FeS2等混入而成,在煤中成包裹體存在。用顯微鏡觀察煤的光片或薄片時,如它們均勻分布在煤中,并且顆粒很細,則很難與煤分離;如它們顆粒較大,比重與差很大,并在煤中分布不均,則把煤破啐后尚可能將它們洗選掉。

         煤中的原生礦物質和次生礦物質合稱為內在礦物質,來自于內在礦物質的灰分,稱為內在灰分。一般次生礦物質在煤中的含量也不多,僅有少數煤層中次生礦物質較多,如遷移堆積抽形成的煤層即如此。

        ?。?)外來礦物質  這種礦物質原來不含于煤層中,它是由在采煤過程中混入煤中的頂,底板和夾矸層中的矸石所形成的。

         其數量多少,根據開采條件在很大的范圍里波動。它的主要成分SiO2 ,A12O3,也是一些CaSO3,CaSO4,FeS2等。這類礦物質應通過加強質量管理,機智地使用炸藥,鞏固坑道,合理采煤并通過轉筒篩選機篩選和手選的方法予以減少。外來礦物質的塊度,比重越大時,越易分離,可用一般選煤方式將它除掉。外來礦物質在煤燃燒時形成的灰分稱為外在灰分。

         二.煤灰熔融性  煤灰熔融性和煤灰粘度是動力用煤的重重要指標。煤灰熔融性習慣上稱作煤灰熔點,但嚴格來講,這是不確切的。因為煤灰是多種礦物質組成的混合物,這種混合物并沒有一個固定的溶點,而僅有一個熔化溫度的范圍。開始熔化的溫度遠比其中任一組分純凈礦物質熔點為低。這些組分在一定溫度下還會形成一種共熔體,這種共熔體在熔化狀態時,有熔解煤灰中其他高熔點物質的性能,從而改變了熔體的成及其熔化溫度。

         煤灰的熔融性和煤灰的利用取決于煤灰的組成。煤灰成分十分復雜,主要有:SiO2,A12O3,Fe2,CaO,MgO,SO3等,如下表所示:

                 我國煤灰成分的分析   

        灰分成分
         SiO2
         Al2O3
         Fe2O3
         CaO
         MgO
         K20+Na20
        含量(%)
         15-60
         15-40
         1-35
         1-20
         1-5
         1-5

         煤灰成分及其含量與層聚積環境有關。我國很多煤層的礦物質以粘土為主,煤灰成分則為SiO2,Al2O3為主,兩者總和一般可達50─80%。在濱海沼澤中形成的煤層,如華北晚石紀煤層黃鐵礦含量高,煤灰中Fe2O3及SO3含量亦較高;在內陸湖盆地中形成的某些第三紀褐煤的煤灰中CaO含量較高。

         大量試驗資料表明,SiO2含量在45─60%時,灰熔點隨SiO2含量增加而降低;SiO2在其含量〈45%或〉60%時,與灰熔點的關系不夠明顯。Al2O3在煤灰中始終起增高灰熔點的作用。煤灰中Al2O3的含量超過期30%時,灰熔點1500灰成分中Fe2O3,CaO,MaO均為較易熔組分,這些組分含量越高,灰熔點就越低?;胰埸c也可根據其組成用經驗公式進行計算。

         揮發分和固定碳

         揮發分主要是煤中有機質熱分解的產物,評價煤質時為了排除水分,灰分,變化的影響,須將分析煤樣揮發分換算為以可燃物為基準的揮發分,以符號VR表示。換算分式為:

          Vr=Vf    100

          100-WF-AF

          式中:Vr─可燃基(無水無灰基)揮發分,%;

          Vf─分析基揮發分,%;

          Wf─分析煤樣水分,%;

          Af─分析煤樣灰分,%。

         揮發分隨煤化程度升高而降低的規律性十分明顯,可以初步估計煤的種類和化學工藝性質,而且揮發分的測定簡單,快速,易于標幾乎世界各國都采用可燃基揮發分(Vr)作為煤炭工業分類的第一分燈指標。

         揮發分的分析結果常受煤中礦物質的影響。所以當煤中碳酸鹽含量較高,礦物質在高溫下分解出來的CO2,結果水等也包括在揮發分內。所以當煤中碳酸鹽含量較高,分解出來的CO2產率大于2%時,需要對煤的揮發進行正。也可在測定揮發分之前,用鹽酸處理分析煤樣,使煤中碳中碳酸鹽事先分解。在我國大多數煤中,粘土礦物,高嶺土在560析出的結果水也算入揮發分,因此粘土礦物含量高的煤所測出的揮發分通常偏高。

         固定碳就是測定揮發分后殘留下來的機物質的產率,可按下式算出:

          Cgd=1000-(Wf+Af+Vf)

         焦渣按其形狀,特征的不同可分為八種類型,用來初步表不同煤種的粘性,熔融性及膨脹性。根據揮發分測定后的焦渣可知,泥炭,褐煤,煙煤中長焰煤,貧煤及無煙煤沒有粘結性;煙煤中氣,肥,焦,瘦煤都有粘結性,可作為煉焦煤,而其中肥煤和焦煤沒有粘結性最好,其坩堝焦熔融,粘結良好且具有膨脹性。有關國標、行業標準 GB 3715-91  代替GB 3715-83

         

         

         

         


                                            煤的工業分析 
         
        [煤的工業分析]煤的工業分析,又叫煤的技術分析或實用分析,是評價煤質的基本依據。在國家標準種,煤的工業分析包括煤的水分、灰分、揮發分和固定碳等指標的測定。通常煤的水分、灰分、揮發分和固定碳等指標的測定。通常煤的水分、灰分、揮發分是直接測出的,而固定碳是用差減法計算出來的。廣義上講,煤的工業分析還包括煤的全硫分和發熱量的測定, 又叫煤的全工業分析。


        1、煤的水分

        煤的水分,是煤炭計價中的一個輔助指標。
        煤的水分直接影響煤的使用、運輸和儲存。煤的水分增加,煤中有用成分相對減少,且水分在燃燒時變成蒸汽要吸熱,因而降低了煤的發熱量。煤的水分增加,還增加了無效運輸,并給卸車帶來了困難。特點是冬季寒冷地區,經常發生凍車,影響卸車,影響生產,影響車皮周轉,加劇了運輸的緊張。煤的水分也容易引起煤炭粘倉而減小煤倉容量,甚至發生堵倉事故。隨著礦井開采深度的增加,采掘機械化的發展和井下安全生產的加強,以及噴露灑水、煤層注水、綜合防塵等措施的實施,原煤水分呈增加的趨勢。為此,煤礦除在開采設計上和開采過程中的采煤、掘進、通風和運輸等各個環節上制定減少煤的水分的措施外,還應在煤的地面加工中采取措施減少煤的水分。

        (1)煤中游離水和化合水

        煤中水分按存在形態的不同分為兩類,既游離水和化合水。游離水是以物理狀態吸附在煤顆粒內部毛細管中和附著在煤顆粒表面的水分;化合水也叫結晶水,是以化合的方式同煤中礦物質結合的水。如硫酸鈣(NaSO4.2H2O)和高齡土(AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的結晶水。游離水在105~110C的溫度下經過1~2小時可蒸發掉,而結晶水通常要在200C以上才能分解析出。煤的工業分析中只測試游離水,不測結晶水。

        (2)煤的外在水分和內在水分

        煤的游離水分又分為外在水分和內在水分。

        外在水分,是附著在煤顆粒表面的水分。外在水分很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發,蒸發到煤顆粒表面的水蒸氣壓與空氣的濕度平衡時就不再蒸發了。內在水分,是吸附在煤顆粒內部毛細孔中的水分。內在水分需在100C以上的溫度經過一定時間才能蒸發。最高內在水分,當煤顆粒內部毛細孔內吸附的書分達到飽和狀態時,這是煤的內在水分達到最高值,稱為最高內在水分。最高內在水分與煤的孔隙度有關,而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有關,所以,最高內在水分含量在相當程度上能表征煤的煤化程度,尤其能更好地區分低煤化度煤。如年輕褐煤的最高內在水分多在25%以上,少數的如云南彌勒褐煤最高內在水分達31%。最高內在水分小于2%的煙煤,幾乎都是強粘性和高發熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的最高內在水分比煙煤有有所下降,因為無煙煤的孔隙度比煙煤增加了。

        (3)煤的全水分

        全水分,是煤炭按灰分計加中的一個輔助指標。a.煤中全水分的含義。煤中全水分,是指煤中全部的游離水分,即煤中外在水分和內在水分之和。必須指出的是,化驗室里測試煤的全水分時所測的煤的外在水分和內在水分,與上面講的煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分是完全不同的?;炇依锼鶞y的外在水分是指煤樣在空氣中并同空氣濕度達到平衡時失去的水分(這是吸附在煤毛細孔中的內在水分也會相應失去一部分,其數量隨當時空氣濕度的降低和溫度的升高而增大),這時殘留在煤中的水分為內在水分。顯然,化驗室測試的外在水分和內在水分,除與煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分有關外,還與測試是空氣的濕度和溫度有關。b.煤的全水分測試方法要點見GB212-91。

        2、煤的灰分

        煤的灰分,是指煤完全燃燒后剩下的殘渣。因為這個殘渣是煤中可燃物完全燃燒,煤中礦物質(除水分外所有的無機質)在煤完全燃燒過程中經過一系列分解、化合反應后的產物,所以確切地說,灰分應稱為灰分產率。

        (1)煤中礦物質

        煤中礦物質分為內在礦物質和外在礦物質。

        a.內在礦物質,又分為原生礦物質和次生礦物質。

        原生礦物質,是成煤植物本身所含的礦物質,其含量一般不超過1~2%;次生礦物質,是成煤過程中泥炭沼澤液中的礦物質與成煤植物遺體混在一起成煤而留在煤中的。

        次生礦物質的含量一般也不高,但變化較大。內在礦物質所形成的灰分叫內在灰分,內在灰分只能用化學的方法才能將其從煤中分離出去。

        b.外來礦物質,是在菜煤和運輸過程中混入煤中的頂、底板和夾石層的矸石。外在礦物質形成的灰分叫外在灰分,外在灰分可用洗選的方法將其從煤中分離出去。

        (2)煤中灰分

        煤中灰分來源于礦物質。煤中礦物質燃燒后形成灰分。如粘土、石膏、碳酸鹽、黃鐵礦等礦物質在煤的燃燒中發生分解和化合,有一部分變成氣體逸出,留下的殘渣就是灰分。

          2SiO2•AL2O3•2H2O   2SiO2+AL2O3+2H2O↑
        -→ 
          CaSO4•2H2O   CaSO4+2H20↑
        -→ 
          CaCO3   CaO+CO2↑”
        -→ 
          CaO+SO3   CaSO4
        -→ 
          CaO+SO3   2Fe2O3+8SO2↑
        -→ 

          灰分通常比原物質含量要少,因此根據灰分,用適當公式校正后可近似地算出礦物質含量。

        (3)煤灰灰分對工業利用的影響
        煤中灰分是煤炭計價指標之一。在灰分計加重,灰分是計價的基礎指標;在發熱量計加重,灰分是計價的輔助指標?;曳质敲褐械挠泻ξ镔|,同樣影響煤的使用、運輸和儲存。煤用作動力燃料時,灰分增加,煤中可燃物質含量相對減少。礦物質燃燒灰化時要吸收熱量,大量排渣要帶走熱量,因而降低了煤的發熱量,影響了鍋爐操作(如易結渣、熄火),加劇了設備磨損,增加排渣量。煤用于煉焦時,灰分增加,焦炭灰分也隨之增加,從而降低了高爐的利用系數。還必須指出的是,煤中灰分增加,增加了無效運輸,加劇了我國鐵路運輸的緊張。

        (4)煤的灰分測定見GB212-91。

        3、煤的揮發分

        煤的揮發分,即煤在一定溫度下隔絕空氣加熱,逸出物質(氣體或液體)中減掉水分后的含量。剩下的殘渣叫做焦渣。因為揮發分不是煤中固有的,而是在特定溫度下熱解的產物,所以確切的說應稱為揮發分產率。

        (1)煤的揮發分不僅是煉焦、氣化要考慮的一個指標,也是動力用煤的一個重要指標,是動力煤按發熱量計價的一個輔助指標。揮發分是煤分類的重要指標。煤的揮發分反映了煤的變質程度,揮發分由大到小,煤的變質程度由小到大。如泥炭的揮發分高達70%,褐煤一般為40~60%,煙煤一般為10~50%,高變質的無煙煤則小于10%。煤的揮發分和煤巖組成有關,角質類的揮發分最高,鏡煤、亮煤次之,絲碳最低。所以世界各國和我國都以煤的揮發分作為煤分類的最重要的指標。

        (2)煤的揮發分測試要點見GB212-91。


        有關國標、行業標準 GB 3715-91  代替GB 3715-83


                                          
        4、煤的固定碳

        煤中去掉水分、灰分、揮發分,剩下的就是固定碳。
        煤的固定碳與揮發分一樣,也是表征煤的變質程度的一個指標,隨變質程度的增高而增高。所以一些國家以固定碳作為煤分類的一個指標。固定碳是煤的發熱量的重要來源,所以有的國家以固定碳作為煤發熱量計算的主要參數。固定碳也是合成氨用煤的一個重要指標。

        固定碳計算公式:

        (FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)

        當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量為2-12%時:

        (FC)ad=100-(Mad-Aad+Vad)-CO2,ad(煤)

        當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量大于12%時:

        (FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)-[CO2,ad(煤)-CO2,ad(焦渣)]

        式中:

        (FC)ad——分析煤樣的固定碳,%;

        Mad——分析煤樣的水分,%;

        Aad——分析煤樣的灰分,%;

        Vad——分析煤樣的揮發分,%;

        CO2,ad(煤)——分析煤樣中碳酸鹽CO2含量,%;

        CO2,ad(焦渣)——焦渣中CO2占煤中的含量,%;

        5、煤的硫分

        (1)煤中硫存在的形態

        煤中硫分,按其存在的形態分為有機硫和無機硫兩種。有的煤中還有少量的單質硫。煤中的有機硫,是以有機物的形態存在與煤中的硫,其結構復雜,至今了解的還不夠充分,大體有以下官能團:硫醇類,R-SH(-SH,為硫基);噻吩類,如噻吩、苯駢噻吩、硫醌類,如對硫醌、硫醚類,R-S-R';硫蒽類等。煤中無機硫,是以無機物形態存在于煤中的留。無機硫又分為硫化物硫和硫酸鹽硫。硫化物硫絕大部分是黃鐵礦硫,少部分為白鐵礦硫,兩者是同質多晶體。還有少量的ZnS,PbS等。硫酸鹽硫主要存在于CaSO4中。煤中硫分,按其在空氣中能否燃燒又分為可燃硫和不可燃硫。有機硫、硫鐵礦硫和單質硫都能在空氣中燃燒,都是可燃硫。硫酸鹽硫不能在空氣中燃燒,是不可燃硫。煤燃燒后留在灰渣中的硫(以硫酸鹽硫為主),或焦化后留在焦炭中的硫(以有機硫、硫化鈣和硫化亞鐵等為主),稱為固體硫。煤燃燒逸出的硫,或煤焦化隨煤氣和焦油析出的硫,稱為揮發硫(以硫化氫和硫氧化碳(COS)等為主)。煤的固定硫和揮發硫不是不變的,而是隨燃燒或焦化溫度、升溫速度和礦物質組分的性質和數量等而變化。煤中各種形態的硫的總和稱為煤的全硫(St)。煤的全硫通常包含煤的硫酸鹽硫(Ss)、硫鐵礦硫(Sp)和有機硫(So).

        St=Ss+Sp+So

        如果煤中有單支流,全硫中還應包含單質硫。

        (2)煤中硫對工業利用的影響

        硫是煤中有害物質之一。煤作為燃料在燃燒時生成SO2,SO3不僅腐蝕設備,而且污染空氣,甚至降酸雨,嚴重危及植物生長和人的健康。煤用于合成氨制半水煤氣時,由于煤氣中硫化氫等氣體較多不易脫凈,易毒化合成催化劑而影響生產。煤用于煉焦,煤中硫會進入焦炭,使鋼鐵變脆。鋼鐵中硫含量大于0.07%時就成了廢品。為了減少鋼鐵中的硫,在高爐煉鐵時加石灰石,這就降低了高爐的有效容積,而且還增加了排渣量。煤在儲運中,煤中硫化鐵等含量多時,會因氧化、升溫而自燃。我國煤田硫的含量不一。東北、華北等煤田硫含量較低,山東棗莊小槽煤、內蒙烏大、山西汾西、山西銅川等煤礦硫含量較高,貴州、四川等煤礦硫含量更高。四川有的煤礦硫含量高達4~6%以上,洗選后降到2%都困難。脫去煤中的硫,是煤炭利用的一個重要課題。在這方面美國等西方國家對潔凈煤的研究取得很大進展。他們首先是發展煤的洗選加工(原煤入洗比重0~80%以上,我國不足20%),通過洗選降低了煤中的灰分,除去煤中的無機硫(有機硫靠洗選是除不去的);其次是在煤的燃燒中脫硫和煙道氣中脫硫。這無疑增加了用煤成本。我們也在開展潔凈煤的研究,針對我國目前動力煤洗煤廠能力利用率僅50%多,應盡快制定和實施燃煤環保法,以促進煤碳洗選加工的發展和潔凈煤技術的應用。

        (3)煤中的測試要點

        煤中硫的測試包括煤的全硫、硫鐵礦硫和硫酸鹽硫的測試。見GB214-83。

        有關國標、行業標準  GB 3715-91  代替GB 3715-83

         關鍵詞:煤質分析,煤質分析標準,煤的工業分析方法

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