第三章煤的工业分析和元素分析

第三章煤的工业分析和元素分析§7.1煤样的采集§7.2煤的工业分析§7.3煤中硫的测定§7.4煤发热量的测定§7.5工业分析结果计算煤的发热量主要内容§7.2煤样的制备一、采样基础知识煤样的采集是指按照国家标准规定的方法采取具有代表性煤样的过程，简称采样。1.采样中常用的基本概念（1）批（2）采样单元（3）子样（4）总样（5）分样§7.1煤样的采集2．采样的基本原理采样的基本原理就是在一批煤的各规定位置上分别采取一定量的若干个子样，由此汇集成一个总样。子样的份数是由煤的不均匀程度和采样的精密度所决定，子样质量达到一定限度之后，再增加质量就不能显著提高采样的精密度。§7.1煤样的采集二、商品煤样采取方法1．采取商品煤样对采样工具的要求采样工具的大小、规格、型号关系到采样的质量。各国采样工具的尺寸都以煤的粒度的倍数来确定，一般为粒度的2.0~3.0倍。2．采样精密度国家标准GB475-1996《商品煤样采取方法》中，根据煤炭品种和灰分来规定采样精密度，具体数值如表3-1。§7.1煤样的采集3．采样单元4．子样数目和质量5．煤流中采取商品煤样6．火车顶部采取商品煤样【例题3-1】设一节车皮容量为50t，分别画出下列要求的采样点布置情况。①以200t煤量的原煤为一采样单元；②以50t煤量的原煤为一采样单元；③以150t煤量的精煤为一采样单元。§7.1煤样的采集三、生产煤样采取方法1．采取生产煤样的总则2．生产煤样的采样要点3．采取生产煤样时应注意的问题四、煤层煤样采取方法1．煤层煤样及其采取目的2．采取煤层煤样的总则3．煤层煤样采取方法§7.1煤样的采集4．煤层煤样分析试验结果的整理按GB/T217真相对密度测定方法和GB/T212工业分析方法测定每一分层煤样的真相对密度和灰分。根据测定结果，分别计算全部分层煤样、应开采部分分层煤样和煤分层煤样的加权平均灰分，其计算公式如下：§7.1煤样的采集d——煤样的加权平均灰分（干燥基），%；Ad1、Ad2、……Adn——第1、2……n个煤分层或夹石层的灰分（干燥基），%；t1、t2、……tn——第1、2……n个煤分层或夹石层的厚度，m；TRD1、TRD2……TRDn——第1、2……n个煤分层或夹石层的真相对密度。§7.1煤样的采集（3）根据应开采部分各分层煤样算出的加权平均灰分与可采煤样灰分之间的相对差值Δ不得超过10%，如超过限度时，则所采的煤样作废，应重新采取。其相对差值△按下式计算：§7.1煤样的采集式中——应开采部分各分层煤样的加权平均灰分（干燥基），%；——可采煤样灰分（干燥基），%。§7.1煤样的采集可采煤样的分析试验结果§7.1煤样的采集一、煤样制备的程序煤样的制备包括破碎、筛分、混合、缩分和干燥等程序。煤样的缩制实际上是按粒度不同分级进行的，通常分为25mm、13mm、6mm、3mm、1mm五组，最后制备成小于0.2mm的分析煤样。1.破碎2.筛分3.混合§7.2煤样的制备4.缩分5.干燥§7.2煤样的制备二、煤样的减灰1.减灰重液的相对密度（1）烟煤、褐煤一般用相对密度为1.4的重液减灰，如用该重液减灰后灰分仍大于10%，应另取煤样用相对密度为1.35的重液减灰，如灰分仍大于10%，则不再减灰。（2）无烟煤用的减灰重液相对密度（减灰相对密度）可按原煤样的干基真相对密度（）d、干燥无矿物质基真相对密度（）dmmf和干基灰分（Ad）的关系按下式计算：§7.2煤样的制备三、煤样的制备煤样制备程序图§7.2煤样的制备第三节煤质分析中常用基准和符号一、煤质分析的常用基准新旧标准中各种基采用的名称及符号对照表二、煤质分析中的常用符号部分煤质及工艺性质分析项目符号的新旧标准对照表第三节煤质分析中常用基准和符号续表§7.4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、不同基准分析结果的换算一、常用的符号和基准1．分析项目的名称及表示符号表1分析试验项目及符号项目水分灰分挥发分固定碳发热量矿物质符号MAVFCQMMC、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。ashvolatilecompoundfixedcarbonquantityofproducedheatmineralmattermoisture2．存在形态或操作情况指标及符号表2常用指标及符号项目外在或游离内在全高位低位恒容恒压符号finhtgrnetvpfreeinherencetotalnether3．各种基准的表示符号基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤样分析试验，将得出不同的结果，所以基准又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。收到基（ar）asreceived空气干燥基（ad）airdry干基（d）dry干燥无灰基（daf）dryaf干燥无矿物质基（dmmf）mineralmattertree3.1收到基（ar）就其含义而言，是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样，以此种状态的煤样测定的结果并以此基表示的值，称为收到基。3.2空气干燥基（ad）是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样。在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥1小时后质量变化不超过0.10%，则认为达到空气干燥状态。3.3干基（d）以无水状态的煤样为标准的分析结果表示方法。3.4干燥无灰基（daf）它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果表示方法。二、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。（一）煤中水分的存在形态（二）煤中全水分（Mt）的测定（三）分析煤样的水分测定（一）煤中水分的存在形态分为两类:化合水、游离水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（CaSO42H2O）、高岭土（Al2O32SiO42H2O）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，分为以下两种：2.1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＞10cm）中的水分。2.2内在水分（Minh）内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径＜10cm）中的水分。这部分水分较难蒸发。（二）煤中全水分（Mt或Mar）的测定煤中全水分的测定有三种方法:A、B、C方法A仅适用于烟煤和无烟煤，并作为测定烟煤和无烟煤水分的仲裁测定方法；方法B和方法C适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但以方法B作为测定褐煤全水分的仲裁方法。按测定的速度来说:方法A为常规测定法，方法B、C为快速测定法。结果计算mmM1t式中Mt——煤样的全水分；m——煤样的质量，g；m1——煤样干燥后减轻的质量，g。全水份测定注意问题1.在测定煤样的全水分以前，应仔细检查贮存煤样的容器密封情况，擦净容器表面，称量，并与容器标签上所注明的质量进行核对。如果煤样在运送过程中水分有损失，则可按下式求出补正后的煤样全水分：)1(111tMmmMMM1为煤样在运送过程中水分的损失量（%）全水份测定注意问题2.全水分测定结果的允许误差表3平行测定全水分的允许误差全水分（Mt，%）平行测定结果的允许误差（%）10≥100.400.50*在同一化验室进行全水分测定时（三）分析煤样的水分测定分析煤样的水分就是空气干燥基水分Mad，测定方法分为常规方法、快速方法和蒸馏方法三种。mmM1adMad——分析煤样水分；m1——分析煤样干燥后失去的质量，g；m——分析煤样的质量，g。三、灰分的测定煤的灰分是煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质（除水分以外的所有无机质的总称）在一定温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣，用符号A表示。灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率”。测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量以及确定其使用价值也有重要意义因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤，灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但进行综合利用后，也会变废为宝，为国家创造财富的。1．仪器灰皿长方形灰皿2．测定过程称取分析煤样10.1g，于已经在81510℃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℃并保持此温度30min。然后，升高温度至81510℃，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mmA1ad式中m——试料的质量，g；m1——灼烧后残渣质量，g。4．灰分测定的允许误差表4灰分测定的允许误差（%）灰分（%）同一实验室不同实验室1515~30300.20.30.50.30.50.7四、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。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，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V表示。主要指标根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变质程度、发热量及焦油产率等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分作为煤分类的一个主要指标。工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。1．仪器1.1磨口坩埚1.2高温炉1.3坩埚架坩埚盖外缘槽形，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。高温炉带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在90010℃范围内。坩埚架用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，大小应与炉内90010℃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．测定过程称取分析煤样10.01g，于已在90010℃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90010℃的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置5～6min，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ad1adMmmV式中m——试料的质量，g；m1——样品加热后减少的质量，g。4．注意事项4.1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90010℃，否则试验作废。4.2从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。4.3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表5挥发分产率测定的允许误差挥发分产率（%）平行测定结果的允许误差（%）不同化验室同一煤样的测定结果的允许误差（%）1010~45450.30.51.00.51.01.5五、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。说明1.从煤的工业分析指标来看，发热量主要是煤中固定碳燃烧产生的，因此国际上利用工业分结果计算发热量的公式，即以煤的固定碳作为发热量的主要来源，2.FCdaf煤的变质程度的一个参数煤的干燥无灰基固定碳含量与挥发分一样，也是表示