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1、煤质分析化验,有机质 主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素，碳和氢占有机质的95%以上。矿物质 主要是碱金属、碱土金属、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，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热量。,1.1煤的组成,由有机质、矿物质和水三部分组成。有机质和部分矿物质是可燃的，水和大部分矿物质是不可燃的。,1.2 煤质化验的流程 采样破碎干燥制样实验分析,采样：是指从特定量的煤中取出一部分有代表性的总样，以供确定该特定量煤的质量的过程。采样目的：为了采取具有代表性的样品，以样品的品质、特性推断整批煤的品质、特性。,一、采样,采样方法：五点取样法。按对角线取五个点，不要表
2、层，每点一铁锹共取一桶。使取的煤样尽量具有代表性，随机取样。将取的的煤样拌匀，分选，最后留下一公斤左右作为待化验煤样。采样原则:采样方法不能有系统偏差；样品必须有一定数目的子样组成；所采子样的质量必须合乎要求；采样时要注意安全。,采样头,二、破碎,用破碎机将煤样破碎至6毫米以下，用二分器缩分。,对锟式破碎机,三、干燥,根据原煤的含水程度，用干燥箱干燥煤样颗粒，并做出全水分析。,电热恒温鼓风干燥箱,四、制样,用密封式制样机制成0.2毫米以下煤样。,五、实验分析,煤的分析检验，根据目的不同，一般可分为：1工业分析2元素分析3其它分析(物理性质、工艺性质和煤灰成分分析等）,1.工业分析 煤的工业分析
3、又叫技术分析或实用分析，是评价煤的基本依据。半工业分析：水分、灰分、挥发分和固定碳的测定 全工业分析：水分、灰分、挥发分、固定碳、发热量和硫的测定。,煤中主要含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，此外，煤中还含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等。元素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据。在工业上，是计算发热量、干馏产物产率、热量平衡的依据。煤中的稀有元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、钽等元素。除硫外，煤中还含有一些有害元素，如磷、氯、砷、氟、汞等。可以根据需要进行检测。,2.煤的元素分析,3、其他分析,煤的物理性质 是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现，包括颜色、光泽、密度、硬度、
4、脆度、断口及导电性等。,1.2 煤的工业分析,一、常用的符号和基准二、水分的测定 三、灰分的测定 四、挥发分产率的测定 五、固定碳含量的计算六、全硫的测定 七、发热量的测定,一、常用的符号和基准,1分析项目的名称及表示符号,C、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。,煤中的水分属杂质组分。在煤的燃烧过程中，水分受热逸出除降低热值外还能与燃烧气中的一些组分互相作用，产生对设备、管道、触媒（催化剂）等造成损害的物质，如SO2与H2O作用生成H2SO3等。因此煤中水分的含量将影响煤质的质量，是经常要进行检验的项目之一。,二、水分的测定,（一）煤中水分的存在形态,分为两类:化合水、游
5、离水。煤的工业分析中只测试游离水，不测化合水。1化合水：以化合方式和煤中矿物质结合的水，即通常所说的结晶水，例如硫酸钙（CaSO42H2O）、高岭土（Al2O32SiO42H2O）中的结晶水。结晶水要在200以上才能分解析出。,2游离水以物理状态（如附着、吸附等形式）和煤结合的水。根据存在的不同结构状态，分为外在水分和内在水分。,外在水分（Mf）:是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔（直径10-5cm）中的水分。此水分在空气中风干1-2天就能蒸发而失去。,内在水分（Minh）:是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径10-5cm）中的水分。这部分水分较难蒸发，需要在高于正
6、常沸点的温度下才能除去。,（二）全水分Mt的测定,全水分：是指煤中全部的游离水，即煤中外在水分和内在水分之和。,测定方法：,A、通氮干燥法B、空气干燥法 C、微波干燥法,操作：用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取10-12g粒度小于6mm的煤样，打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105-110的干燥箱中，烟煤干燥1.5h,褐煤和无烟煤干燥2h,取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，再干燥后称重，直到连续两次干燥后的质量相差不超过0.01g为止，根据煤样的质量损失计算水分的含量。,方法A：通氮干燥法（适用于各种煤）,式中 Mt煤样的全水分；m 煤样的质量，g；m1煤样干燥后减轻的
7、质量，g。,将称量瓶放入预先鼓风并已加热到105-110的干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥2h,无烟煤干燥3h。其它步骤同上。,方法B：空气干燥法（适用于烟煤和无烟煤）,方法C：微波干燥法（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。,（三）分析水Mad的测定,分析水（空气干燥基水分）：指煤在空气干燥状态下所含的水份，也就是内在水分。,空气干燥煤样：粒度小于0.2mm、与周围空气湿度达到平衡的煤样。样品制备：将粒度小于0.2mm煤样,在20和相对湿度70的空气下连续干燥1小
8、时后质量变化不超过0.1%，即认为已达到空气干燥状态。,称取样品10.1g,105-110烟煤干燥1h无烟煤干燥1.5h,冷却,检查性试验至恒重,称取样品10.1g,1455烟煤、无烟煤干燥10min、褐煤1h,冷却,检查性试验至恒重,1.常规测定法（适用于烟煤和无烟煤）,2.快速测定法（适用于烟煤、无烟煤和褐煤）,Mad分析水m1煤样干燥后失去的质量，gm 煤样的质量，g；,三、灰分的测定,煤的灰分来自煤中的矿物质，灰分是煤中的无用物质，灰分越低媒质越好。,煤的灰分是煤完全燃烧后剩下的残渣，是煤中矿物质在煤燃烧过程中经过分解、化合反应后的产物，用符号A表示。,测定方法：缓慢灰化法(仲裁法)快
9、速灰化法(常规分析方法),（1）当温度在400 左右时,主要反应：,1、化学反应（高温灼烧法）,灰分的测定（二）,（2）当温度在500左右时的主要反应：,（3）当温度在600oC左右时：,（3）当温度高于700时：煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到800时分解反应基本完成，因此煤的灰分测定温度规定为（81510）。,2、缓慢灰化法,（1）灰皿,（2）测定过程,称取分析煤样10.1g，于已经在81510灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于100的高温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在30min左右缓慢升高至500并保持
10、此温度30min。然后，升高温度至81510，关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（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15%的样品，可不必进行检查性灼烧。,（3）计算,m 煤样的质量，g；m1灼烧后残渣质量，g。,4、快速灰化法,用快速灰分测定仪进行测定。仪器由管式电炉、传送带和控制仪组成。优点：与普通马弗炉相比，测定速度快，连续自动传送，速度可调的优点。测定效率是马弗炉的45倍，能耗为马弗炉的三分之一。(1550min)缺点：误差较缓慢灰化法大，一般情况下，应将快速灰化法的测
11、定结果与缓慢灰化法进行比较，在允许误差内才可使用。,5灰分测定的允许误差（%）,四、挥发分产率的测定,将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分（V）。,因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，因此所测的结果应称为挥发分产率。,1、主要仪器设备（1）坩埚 坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。,用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，大小应与炉内90010稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离20-30mm。,（2）坩埚
12、架,2测定过程,称取分析煤样10.01g（精确至0.0001g），于已在90010灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至90010的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门（3min内回复炉温）。准确灼烧恰好7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置56min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。计算挥发分产率。,3.计算,式中 m煤料的质量，g；m1样品加热后减少的质量，g。,4注意事项,当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到90010，否则试验作废。从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化
13、，造成测定误差，空冷时间适宜，防止焦渣吸水。每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用。,5测定挥发分产率的允许误差,五、固定碳含量的计算,固定碳：是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物，用符号FCad表示。固定碳的化学组分，主要是C元素，另外还有一定数量的H、O、N、S等其它元素。,固定碳含量，一般不直接测定，而是通过计算得到。,FCad=100%-Mad-Aad Vad,六、全硫的测定,（1）煤中硫的分类按存在形式 无机硫(硫化物、硫酸盐）有机硫(硫醚、硫醇、噻吩类杂环硫化物等)单质硫根据燃烧性分类 可燃硫(有机硫、硫铁矿硫和单质硫）不可燃硫(固定硫，硫酸盐硫）,（2）全硫,煤
14、中各种形态硫的总和叫做全硫，记作St,一般工业分析中只测全硫，不要求分别测定无机硫和有机硫。全硫的测定方法有：艾士卡质量法、燃烧法、弹筒法等。燃烧法是快速方法，而艾士卡法至今仍是全世界公认的标准方法。,（3）艾氏卡质量法 1、原理 将煤样与艾氏卡试剂（2份质量的MgO+1份质量的Na2CO3）混合于850下燃烧，使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐，然后用硫酸钡重量法测定硫酸根含量 MgO作用：MgO能疏松反应物，使空气能进入煤样，同时也能与SO2和SO3发生反应。,2Na2CO3+2SO2+O2=2Na2SO4+2CO2Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO22MgO+2SO2+O2=2
15、MgSO4Na2CO3+CaSO4=Na2SO4+CaCO3,煤+空气=CO2+H2O+SO2+SO3+N2,2、测定步骤,熔样 在30ml 坩埚内称取粒度小于0.2mm 的空气干燥煤样1g（精确至0.0002g),与2g艾氏卡试剂混匀，再用1g 艾氏卡试剂覆盖。将坩埚移入马弗炉中，在12h内从室温逐渐加热到800850，在该温度下保持2h，取出坩埚，冷却到室温。用玻璃棒把熔块搅碎，熔块中应无残炭颗粒（如果有，则再送入炉中加热30min）。,熔块浸取 将熔块连同坩埚一并放入400mL烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入100-150mL热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约5min（此时如果发现有未
16、燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶液表面，则此次试验报废）用定性滤纸滤出不溶物，收集滤液在烧杯中，再用热蒸馏水吹洗不溶物，吹洗时应注意每次加水要少些，多吹洗几次（约12次，最后溶液体积不超300mL）,调整试液酸度 在滤液中滴加甲基橙（2g/L水溶液）指示剂3滴，然后用HCl溶液(1+1)调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加2mL HCl溶液(1+1)。,沉淀、恒量 把烧杯溶液加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加10mL BaCl2溶液(100g/L)，在电热板上保温2h（或放置过夜），用定量滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无Cl-，将沉淀和滤纸正确折叠放在850下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤
17、纸已无黑色，然后放在850的高温炉中灼烧40min，取出，中冷到室温、称量。,3测定流程,熔块浸取,调整试液酸度,灼烧至恒重,沉 淀,过 滤,洗涤至无氯离子,灰 化,熔 样,（4）结果计算,m煤样质量，g；m1灼烧后硫酸钡的质量，g；m2空白试验硫酸钡的质量，g；0.1374由硫酸钡换算为硫的换算因数。,（5）测定全硫的允许误差,（1）发热量的定义及单位,煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用Q表示。,单位:J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。1 cal=4.1816 J。,七、发热量的测定,弹筒发热量高位发热量低位发热量,（2）发热量
18、的分类：,1弹筒发热量：（Qb）,是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内，在过量的高压氧气条件下（初始压力为2735大气压）燃烧后产生的热量，也就是用弹筒量热计实测出的热量,煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹筒中，氮被氧化为NO2或N2O5，硫被氧化为SO3，它们溶于水也会产生热量。因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多，所以又称为“最高发热量”。,2高位发热量（Qgr）,高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量，此时煤中的硫只生成SO2，氮是游离状态N2，水呈液态冷凝（常温约25）。,3低位发热量（Qnet）,低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热量。煤在工业窑炉中燃烧时，
19、煤中水分和氢生成的水蒸汽随烟道气进入大气中，此时燃料燃烧放出的热量一部分被水气化所吸收，故热值降低。,（3）煤的发热量的测定,测定发热量的通用方法是“氧弹式量热计法”。1原理 取一定量的分析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仪器及设备 氧弹、内筒、外筒、量热温度计（精度为0.001的贝克曼温度计）、点火装置等。,测定步骤 称取粒度小于0.2mm 的空气干燥煤样1g（精确至0.0002g），置于燃烧皿中，用已知质量点火丝连接，加10ml水吸收氧化物，将氧气通入氧弹中。准确量取一定质量的水加入到内筒中，将氧弹放入内筒，安装好点火装置、搅拌器和量热温度计。点火后，间隔一定时间读一次温度，以第一个下降温度作为终点温度,Qb,ad-空气干燥煤样的弹筒发热量，J/g,E-量热计的热容量，J/,t0-点火时的温度，,tn-终点时的温度，,H-贝克曼温度计的平均分度值(每度的实际温度值)；,h0-点火时温度校正值，由贝克曼温度计证书中查得,hn-终点时温度校正值，由贝克曼温度定证书中查得,C-辐射校正系数或冷却校正系数，,q1-点火丝扣除剩余部分的发热量，J,q2-添加物如包纸等产生的总热量，J,m-空气干燥煤样的质量，g,
