煤质分析报告、煤的工业分析方法/煤质分析资料-煤质分析标准
- 鹤壁市恒科煤质分析仪器有限公司2010年4月27日 14:58 点击：8693
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煤质分析报告、煤的工业分析方法/煤质分析资料-煤质分析标准 在 煤的工业分析方法中，煤质分析都应当符合煤质分析标准 GB 3715-91 煤中水分 及大毛细孔（直径>10-5厘米）中的水。它以机械方式与煤相连结着，较易蒸发，其蒸汽 压与纯水的蒸汽相等。在空气中放置时，外在水分不断蒸发，直至煤中水分的蒸汽压与空 气的相对湿度达到平衡时为止，此时失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤称为应 用煤，失去外在水分的煤称为风干煤。外在水分的多少与煤粒度等有关，而与煤质无直接 关系。 （2）内在水分（Wnz）吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径<10-5厘米）中的水， 称为内在水分。内在水分指将风干煤加热到105-110时所失去的水分，它主要以物理化学 方式（吸附等）与煤相连结着，较难蒸发，故蒸气压小于纯水的蒸汽压。失去内在水分的 煤称为绝对干燥或干煤。 灰分 一．灰分的来源和种类煤灰几乎全部源于煤中的矿物质，但煤在燃烧时，矿物质大部 分被氧化，分解，并失去结晶水，因此，煤杰的组成和含量与煤中矿物质的组成和含量差 别很大。我们一般说的煤的灰分实际上就是煤灰产率，煤中矿物质和灰分来源，一般可分 三种。 （1）原生矿物质 它是原来存在于成煤植物中的矿物质，质紧密地结合在一起，极难 用机械的方法将其分开。它燃烧后形成母体灰分，这部分数量很小。 （2）次生矿物质 当死亡植质堆积和菌解时，由风和水带来的细粘土，沙粒或由水中 钙，镁，铁等离子生成的腐植酸盐及FeS2等混入而成，在煤中成包裹体存在。用显微镜观 察煤的光片或薄片时，如它们均匀分布在煤中，并且颗粒很细，则很难与煤分离；如它们 颗粒较大，比重与差很大，并在煤中分布不均，则把煤破啐后尚可能将它们洗选掉。 煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质，来自于内在矿物质的灰分，称为 内在灰分。一般次生矿物质在煤中的含量也不多，仅有少数煤层中次生矿物质较多，如迁 移堆积抽形成的煤层即如此。 （3）外来矿物质 这种矿物质原来不含于煤层中，它是由在采煤过程中混入煤中的顶 ，底板和夹矸层中的矸石所形成的。 其数量多少，根据开采条件在很大的范围里波动。它的主要成分SiO2 ，A12O3,也是 一些CaSO3,CaSO4,FeS2等。这类矿物质应通过加强质量管理，机智地使用炸药，巩固坑 道，合理采煤并通过转筒筛选机筛选和手选的方法予以减少。外来矿物质的块度，比重越 大时，越易分离，可用一般选煤方式将它除掉。外来矿物质在煤燃烧时形成的灰分称为外 在灰分。 二．煤灰熔融性 煤灰熔融性和煤灰粘度是动力用煤的重重要指标。煤灰熔融性习惯 上称作煤灰熔点，但严格来讲，这是不确切的。因为煤灰是多种矿物质组成的混合物，这 种混合物并没有一个固定的溶点，而仅有一个熔化温度的范围。开始熔化的温度远比其中 任一组分纯净矿物质熔点为低。这些组分在一定温度下还会形成一种共熔体，这种共熔体 在熔化状态时，有熔解煤灰中其他高熔点物质的性能，从而改变了熔体的成及其熔化温度 。 煤灰的熔融性和煤灰的利用取决于煤灰的组成。煤灰成分十分复杂，主要有： SiO2,A12O3,Fe2,CaO,MgO,SO3等，如下表所示： 我国煤灰成分的分析 灰分成分 煤灰成分及其含量与层聚积环境有关。我国很多煤层的矿物质以粘土为主，煤灰成分 则为SiO2,Al2O3为主，两者总和一般可达50─80％。在滨海沼泽中形成的煤层，如华北 晚石纪煤层黄铁矿含量高，煤灰中Fe2O3及SO3含量亦较高；在内陆湖盆地中形成的某些 第三纪褐煤的煤灰中CaO含量较高。 大量试验资料表明,SiO2含量在45─60％时，灰熔点随SiO2含量增加而降低；SiO2在 其含量〈45％或〉60％时，与灰熔点的关系不够明显。Al2O3在煤灰中始终起增高灰熔点 的作用。煤灰中Al2O3的含量超过期30％时，灰熔点1500灰成分中Fe2O3,CaO,MaO均为较 易熔组分，这些组分含量越高，灰熔点就越低。灰熔点也可根据其组成用经验公式进行计 算。 挥发分和固定碳 挥发分主要是煤中有机质热分解的产物，评价煤质时为了排除水分，灰分，变化的影 响，须将分析煤样挥发分换算为以可燃物为基准的挥发分，以符号VR表示。换算分式为： Vr=Vf 100 100-WF-AF 式中：Vr─可燃基（无水无灰基）挥发分，％； Vf─分析基挥发分，％； Wf─分析煤样水分，％； Af─分析煤样灰分，％。 挥发分随煤化程度升高而降低的规律性十分明显，可以初步估计煤的种类和化学工艺 性质，而且挥发分的测定简单，快速，易于标几乎世界各国都采用可燃基挥发分（Vr）作 为煤炭工业分类的第一分灯指标。 挥发分的分析结果常受煤中矿物质的影响。所以当煤中碳酸盐含量较高，矿物质在高 温下分解出来的CO2,结果水等也包括在挥发分内。所以当煤中碳酸盐含量较高，分解出来 的CO2产率大于2％时，需要对煤的挥发进行正。也可在测定挥发分之前，用盐酸处理分析 煤样，使煤中碳中碳酸盐事先分解。在我国大多数煤中，粘土矿物，高岭土在560析出的 结果水也算入挥发分，因此粘土矿物含量高的煤所测出的挥发分通常偏高。 固定碳就是测定挥发分后残留下来的机物质的产率，可按下式算出： Cgd=1000-(Wf+Af+Vf) 焦渣按其形状，特征的不同可分为八种类型，用来初步表不同煤种的粘性，熔融性及 膨胀性。根据挥发分测定后的焦渣可知，泥炭，褐煤，烟煤中长焰煤，贫煤及无烟煤没有 粘结性；烟煤中气，肥，焦，瘦煤都有粘结性，可作为炼焦煤，而其中肥煤和焦煤没有粘 结性最好，其坩埚焦熔融，粘结良好且具有膨胀性。 有关国标、行业标准 GB 3715-91 代替GB 3715-83
在国家标准种，煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。通常 煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测 出的，而固定碳是用差减法计算出来的。广义上讲，煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热 量的测定， 又叫煤的全工业分析。
煤的水分，是煤炭计价中的一个辅助指标。 ，且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。煤的水分增加，还增 加了无效运输，并给卸车带来了困难。特点是冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响 卸车，影响生产，影响车皮周转，加剧了运输的紧张。 煤的水分也容易引起煤炭粘仓而减小煤仓容量，甚至发生堵仓事故。 随着矿井开采深度的增加，采掘机械化的发展和井下安全生产的加强，以及喷露洒水 、煤层注水、综合防尘等措施的实施，原煤水分呈增加的趋势。为此，煤矿除在开采 设计上和开采过程中的采煤、掘进、通风和运输等各个环节上制定减少煤的水分的措 施外，还应在煤的地面加工中采取措施减少煤的水分。 （1）煤中游离水和化合水 煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附 在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合的 方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙（NaSO4.2H2O）和高龄土（ AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的结晶水。游离水在105～110C的温度下经过1～2小时可蒸发 掉，而结晶水通常要在200C以上才能分解析出。 煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。 （2）煤的外在水分和内在水分 煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。 外在水分，是附着在煤颗粒表面的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发 ，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。 内在水分，是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分需在100C以上的温度 经过一定时间才能蒸发。 最高内在水分，当煤颗粒内部毛细孔内吸附的书分达到饱和状态时，这是煤的内在 水分达到最高值，称为最高内在水分。最高内在水分与煤的孔隙度有关，而煤的孔隙 度又于煤的煤化程度有关，所以，最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程 度，尤其能更好地区分低煤化度煤。如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 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有所下降，因为无烟 煤的孔隙度比烟煤增加了。 （3）煤的全水分 全水分，是煤炭按灰分计加中的一个辅助指标。a.煤中全水分的含义。煤中全水分， 是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是，化验室 里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态 下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中 并同空气湿度达到平衡时失去的水分（这是吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失 去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大），这时残留在煤中的 水分为内在水分。显然，化验室测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态 下的外在水分和内在水分有关外，还与测试是空气的湿度和温度有关。b.煤的全水分 测试方法要点见GB212-91。 2、煤的灰分 煤的灰分，是指煤完全燃烧后剩下的残渣。因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤 中矿物质（除水分外所有的无机质）在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应 后的产物，所以确切地说，灰分应称为灰分产率。 （1）煤中矿物质 煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。 a.内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。 原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；次生矿物质 ，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。 次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。 内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分 离出去。 b.外来矿物质，是在菜煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。外在 矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。 （2）煤中灰分 煤中灰分来源于矿物质。煤中矿物质燃烧后形成灰分。如粘土、石膏、碳酸盐、黄铁 矿等矿物质在煤的燃烧中发生分解和化合，有一部分变成气体逸出，留下的残渣就是 灰分。 2SiO2•AL2O3•2H2O 2SiO2+AL2O3+2H2O↑ 灰分通常比原物质含量要少，因此根据灰分，用适当公式校正后可近似地算出矿物质含量。 （3）煤灰灰分对工业利用的影响 加重，灰分是计价的辅助指标。 灰分是煤中的有害物质，同样影响煤的使用、运输和储存。 煤用作动力燃料时，灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少。矿物质燃烧灰化时要吸 收热量，大量排渣要带走热量，因而降低了煤的发热量，影响了锅炉操作（如易结渣 、熄火），加剧了设备磨损，增加排渣量。煤用于炼焦时，灰分增加，焦炭灰分也随 之增加，从而降低了高炉的利用系数。 还必须指出的是，煤中灰分增加，增加了无效运输，加剧了我国铁路运输的紧张。 （4）煤的灰分测定见GB212-91。 3、煤的挥发分 煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质（气体或液体）中减掉水分 后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热 解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。 （1）煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指 标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。 挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤 的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为 10～50%，高变质的无烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分 最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类 的最重要的指标。 （2）煤的挥发分测试要点见GB212-91。
煤中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。 而增高。所以一些国家以固定碳作为煤分类的一个指标。 固定碳是煤的发热量的重要来源，所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要 参数。固定碳也是合成氨用煤的一个重要指标。 固定碳计算公式： (FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad) 当分析煤样中碳酸盐CO2含量为2-12%时： (FC)ad=100-(Mad-Aad+Vad)-CO2,ad(煤) 当分析煤样中碳酸盐CO2含量大于12%时： (FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)-[CO2,ad(煤)-CO2,ad(焦渣）] 式中： （FC）ad——分析煤样的固定碳，%； Mad——分析煤样的水分，%； Aad——分析煤样的灰分，%； Vad——分析煤样的挥发分，%； CO2,ad（煤）——分析煤样中碳酸盐CO2含量，%； CO2,ad(焦渣)——焦渣中CO2占煤中的含量，%； 5、煤的硫分 （1）煤中硫存在的形态 煤中硫分，按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质 硫。 煤中的有机硫，是以有机物的形态存在与煤中的硫，其结构复杂，至今了解的还 不够充分，大体有以下官能团： 硫醇类，R-SH(-SH，为硫基)； 噻吩类，如噻吩、苯骈噻吩、硫醌类，如对硫醌、硫醚类，R-S-R’;硫蒽类等。 煤中无机硫，是以无机物形态存在于煤中的留。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐 硫。 硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。还有少量 的ZnS,PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。 煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和 单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。 煤燃烧后留在灰渣中的硫（以硫酸盐硫为主），或焦化后留在焦炭中的硫（以有机 硫、硫化钙和硫化亚铁等为主），称为固体硫。煤燃烧逸出的硫，或煤焦化随煤气和 焦油析出的硫，称为挥发硫（以硫化氢和硫氧化碳（COS）等为主）。煤的固定硫和挥 发硫不是不变的，而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而 变化。 煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫（St）。煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫（ Ss）、硫铁矿硫（Sp）和有机硫（So）． St=Ss+Sp+So 如果煤中有单支流，全硫中还应包含单质硫。 （2）煤中硫对工业利用的影响 硫是煤中有害物质之一。煤作为燃料在燃烧时生成SO2,SO3不仅腐蚀设备，而且污 染空气，甚至降酸雨，严重危及植物生长和人的健康。煤用于合成氨制半水煤气 时，由于煤气中硫化氢等气体较多不易脱净，易毒化合成催化剂而影响生产。煤 用于炼焦，煤中硫会进入焦炭，使钢铁变脆。钢铁中硫含量大于0.07%时就成了废 品。为了减少钢铁中的硫，在高炉炼铁时加石灰石，这就降低了高炉的有效容积， 而且还增加了排渣量。煤在储运中，煤中硫化铁等含量多时，会因氧化、升温而 自燃。我国煤田硫的含量不一。东北、华北等煤田硫含量较低，山东枣庄小槽煤、 内蒙乌大、山西汾西、山西铜川等煤矿硫含量较高，贵州、四川等煤矿硫含量更 高。四川有的煤矿硫含量高达4～6%以上，洗选后降到2%都困难。 脱去煤中的硫，是煤炭利用的一个重要课题。在这方面美国等西方国家对洁净煤 的研究取得很大进展。他们首先是发展煤的洗选加工（原煤入洗比重0～80%以上 ，我国不足20%），通过洗选降低了煤中的灰分，除去煤中的无机硫（有机硫靠洗 选是除不去的）；其次是在煤的燃烧中脱硫和烟道气中脱硫。这无疑增加了用煤 成本。我们也在开展洁净煤的研究，针对我国目前动力煤洗煤厂能力利用率仅 50%多，应尽快制定和实施燃煤环保法，以促进煤碳洗选加工的发展和洁净煤 技术的应用。 （3）煤中的测试要点 煤中硫的测试包括煤的全硫、硫铁矿硫和硫酸盐硫的测试。见GB214-83。 有关国标、行业标准 GB 3715-91 代替GB 3715-83 煤质分析报告、煤的工业分析方法/煤质分析资料-煤质分析标准由恒科煤质分析仪器公司技术部提供 |
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