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。
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
水分達到值,稱為內在水分。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,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。如年輕褐煤的內在水分多在25%以上,少數
的如云南彌勒褐煤內在水分達31%。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不同的。化驗室里所測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,是指煤燃燒后剩下的殘渣。因為這個殘渣是煤中可燃物燃燒,煤
中礦物質(除水分外所有的無機質)在煤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yi 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。
灰分是煤中的有害物質,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,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
,鏡煤、亮煤次之,絲碳 低。所以世界各國和我國都以煤的揮發分作為煤分類
的重要的指標。
(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
全自動工業分析儀*灰分和揮發分含量檢測
儀器特點:自動工業分析儀主要用于測定煤炭等有機物中的水分、灰分和揮發分的含量,其主要特點是整個測試過程由計算機控制自動完成,分析時間短,測試精度高。
該儀器通過采用采集和傳輸數據控制系統,使得該儀器具有很高的可靠性。
該儀器自投放市場后深受廣大用戶和的好評,現已成為我公司產品。
為了使有關人員能更好地掌握該儀器的使用和維護,我們編制了這本《自動工業分析儀使用說明書》,對如何正確使用和維護該儀器作了的介紹。
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