第五章 工业分析煤质分析

1、 第五章第五章 煤质分析煤质分析5.1 概述概述5.2 煤的工业分析煤的工业分析 5.3 煤中硫的测定煤中硫的测定 5.4 煤发热量的测定煤发热量的测定 5.5 工业分析结果计算煤的发热量工业分析结果计算煤的发热量 主要内容主要内容 一、煤的组成和分类一、煤的组成和分类 二、煤的分析方法分类二、煤的分析方法分类5.1 概述概述 一、煤的组成和分类一、煤的组成和分类 1煤的组成煤的组成2煤的分类煤的分类3对工业用煤的要求对工业用煤的要求1 1煤的组成煤的组成 煤包含有很多种元素，由煤包含有很多种元素，由可燃物和不可燃物两部分组可燃物和不可燃物两部分组成。成。 可燃物主要包括有机质和可燃物主要包括

2、有机质和少量的矿物质，少量的矿物质，不可燃物不可燃物包包括水和括水和大部分大部分矿物质，象碱矿物质，象碱金属、碱土金属、铁、铝等金属、碱土金属、铁、铝等的盐类。的盐类。 煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 碳是组成碳是组成煤大分子的骨架煤大分子的骨架，在各元素中，在各元素中最高，一般大于最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过无烟煤，碳含量可超过97%。 碳碳煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、

3、氮、硫五个元素. . 氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为质量分数为16%，越是年轻的煤，其含量，越是年轻的煤，其含量也越高。也越高。 氢氢煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 氧元素是组成煤氧元素是组成煤有机质有机质的十分重要的元素，的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从130%均有。均有。 氧氧煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧

4、、氮、硫五个元素. . 氮元素在煤中的比例较少，一般为氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。 氮氮煤的元素组分煤的元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素即碳、氢、氧、氮、硫五个元素. . 硫元素也是组成煤的硫元素也是组成煤的有机质有机质的一种常见元素，的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的明显关系，其含量从最低的0.1到最高的到最高的10%均有。均有。硫硫煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同程度，而且也直接表征出煤性质的不同。 如碳含量低、氧含

5、量高的煤，多是粘结性很如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；差或是没有粘结性的年轻煤； 碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，性的年老煤， 只有碳含量在只有碳含量在848488%88%，氢含量在，氢含量在5%5%以上的以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。用煤。 2 2煤的分类煤的分类 煤的种类繁多，质量也相煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。不同的用途。 如结焦性好或粘结性好的如结焦性好或粘结性好的煤是优质的煤是优质的炼焦用煤

6、炼焦用煤，热，热稳定性好的无烟块煤是稳定性好的无烟块煤是合合成氨厂的主要原料成氨厂的主要原料，挥发，挥发分和发热量都高的煤是较分和发热量都高的煤是较好的好的动力用煤动力用煤，一些低灰，一些低灰、低硫的年轻煤则是加压、低硫的年轻煤则是加压气化制造气化制造煤气和加氢液化煤气和加氢液化制取人造液体燃料制取人造液体燃料的较好的较好原料。原料。2 2煤的分类煤的分类煤的成因分类：煤的成因分类：按成煤的原始植物进行分类的方法；按成煤的原始植物进行分类的方法；工业分类或商业分类：工业分类或商业分类：按煤的工业使用方法分类；按煤的工业使用方法分类；煤的科学分类：煤的科学分类：按煤的组分结构进行分类。按煤的组分

7、结构进行分类。我国的分类法是以炼焦用煤为主的工业分我国的分类法是以炼焦用煤为主的工业分类法类法 新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无烟煤之间共划分为烟煤之间共划分为1414个大类和个大类和1717个小类个小类。 常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤 无烟煤无烟煤无烟煤分为三个小类：无烟煤分为三个小类： 年老无烟煤、典型无烟煤、年轻无烟年老无烟煤、典型无烟煤、年轻无烟煤，主要是按照各小类工艺利用特性的煤，主要是按照各小类工艺利用特性的不同而划分。不同而划分。 褐煤褐煤褐煤划为褐煤划为2 2个小类：个小类：年老褐煤和年轻褐煤，也是根据

8、其性质和年老褐煤和年轻褐煤，也是根据其性质和利用特征不同而划分的。利用特征不同而划分的。 贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气肥煤、气煤、肥煤、气煤、1/31/3焦煤、焦煤、1/21/2中粘煤、弱中粘煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤共粘煤、不粘煤和长焰煤共1212个煤类。个煤类。 烟煤烟煤3 3对工业用煤的要求对工业用煤的要求 煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对冶金用焦，对炼焦用煤炼焦用煤有以下要求：有以下要求：（1

9、）有较强的结焦性或粘结性）有较强的结焦性或粘结性 （2）煤的灰分要低）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低）煤的硫分要低 （4）配合煤的挥发分要合适）配合煤的挥发分要合适建材工业用煤建材工业用煤 在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石在建材工业中，水泥、玻璃、陶瓷、砖瓦、石灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧灰等建筑材料，都要经过各种炉窑焙烧、锻烧甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，甚至熔化等高温处理，而煤炭是主要的燃料，其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水其中水泥工业对煤质要求最高，尤其是年产水泥泥2020万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成万吨以上的大、中型水泥厂的回转窑烧成用煤。

10、因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的组成成分直接影响到水泥的配料，通常要求灰分低、煤直接影响到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不灰成分稳定。如灰分太高，发热量就低，达不到熟料的烧成温度到熟料的烧成温度14501450以上（要求燃料火焰以上（要求燃料火焰温度达温度达1600160017001700）。）。 二、煤的分析方法分类二、煤的分析方法分类 煤的分析检验，根据目的不同，一般可煤的分析检验，根据目的不同，一般可分为工业分析和元素分析。分为工业分析和元素分析。 1 1工业分析工业分析 2 2元素分析元素分析 3 3其它分析其它分

11、析二、煤的分析方法分类二、煤的分析方法分类 1 1工业分析工业分析煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤的基本依据。的基本依据。它包括煤的水分、灰分它包括煤的水分、灰分、挥发分产率挥发分产率和固定碳和固定碳四个项目的测定。四个项目的测定。 通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定通常，水分、灰分、挥发分产率都直接测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。 有时也将上述四个测定项目叫做有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析半工业分析，再加，再加上煤的上煤的发热量发热量和煤中全硫的测定，和煤中全硫的测

12、定，则称为全工业分则称为全工业分析。析。 二、煤的分析方法分类二、煤的分析方法分类 煤的工业分析是了解煤的性质和用途的重要指标。煤的工业分析是了解煤的性质和用途的重要指标。如如水分和灰分高水分和灰分高的煤，它的有机质含量就少，的煤，它的有机质含量就少，发热量发热量低，低，经济价值就小经济价值就小。 根据煤的水分、灰分、挥发分及其焦渣特征等指标，就根据煤的水分、灰分、挥发分及其焦渣特征等指标，就可以比较可靠地算出煤的可以比较可靠地算出煤的高位发热量和低位发热量高位发热量和低位发热量。 煤中全硫煤中全硫分是确定炼焦用烟煤的重要指标分是确定炼焦用烟煤的重要指标。 对于合成氨工业，空气干燥基的对于合成

13、氨工业，空气干燥基的固定碳含量固定碳含量（FCad）是评价是评价无烟煤用于制造合成气（半水煤气）时经济价值的一个重无烟煤用于制造合成气（半水煤气）时经济价值的一个重要指标。要指标。 煤的煤的外在水分和全水分外在水分和全水分，不仅影响动力用煤的低位发热量，不仅影响动力用煤的低位发热量，而且还与煤的运输与贮存等都有着十分密切的关系。而且还与煤的运输与贮存等都有着十分密切的关系。 2元素分析 主要测定煤中主要测定煤中碳、氢、氧、氮、硫碳、氢、氧、氮、硫等元等元素，了解煤的元素组成。元素分析的结素，了解煤的元素组成。元素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据。在果是对煤进行科学分类的主要依据。在工业上

14、，是计算发热量、计算热量平衡工业上，是计算发热量、计算热量平衡的依据。的依据。 元素分析仪元素分析仪3 3其它分析其它分析 如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一如伴生元素分析。煤中的伴生元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、铝、钽等常见的稀有元素。等常见的稀有元素。 如煤中的锗含量在如煤中的锗含量在2020 g gg g-1-1以上时即可计算储以上时即可计算储量而有一定的提取价值，镓含量在量而有一定的提取价值，镓含量在5050 g gg g-1-1以以上和铀含量在上和铀含量在300300500500 g gg g-1-1以上时也有提取以上时

15、也有提取价值，价值， 3 3其它分析其它分析 再如有害元素分析。煤中的有害元素种再如有害元素分析。煤中的有害元素种类很多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、类很多，如硫，磷、氯、砷、氟、铬、镉、汞等。硫、磷、氯主要是指工业利镉、汞等。硫、磷、氯主要是指工业利用中对生产有害，后几种则是对人体和用中对生产有害，后几种则是对人体和环境有害，根据特殊的需要进行检测。环境有害，根据特殊的需要进行检测。 其它还有煤灰成分分析，物理性质测定其它还有煤灰成分分析，物理性质测定等，需根据要求来确定检测项目。等，需根据要求来确定检测项目。 5.2 煤的工业分析煤的工业分析 一、常用的符号和基准一、常用的符号和基准 二、水

16、分的测定二、水分的测定 三、灰分的测定三、灰分的测定 四、挥发分产率的测定四、挥发分产率的测定 五、固定碳含量的计算五、固定碳含量的计算 六、不同基准分析结果的换算六、不同基准分析结果的换算 一、常用的符号和基准一、常用的符号和基准1分析项目的名称及表示符号分析项目的名称及表示符号表表1 1 分析试验项目及符号分析试验项目及符号项项目目水分水分灰分灰分挥发挥发分分固定固定碳碳发热发热量量矿物矿物质质符符号号MAVFCQMMC、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。表符号。ashvolatile compoundfixed carbonquan

17、tity of produced heatmineral mattermoisture2存在形态或操作情况指标及符号存在形态或操作情况指标及符号表表2 2 常用指标及符号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finhtgrnetvpfreeinherence totalnether3各种基准的表示符号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又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。 收到基（收到基（ar）as r

18、eceived空气干燥基（空气干燥基（ad）airdry干基（干基（d）dry干燥无灰基（干燥无灰基（daf） dry af干燥无矿物质基（干燥无矿物质基（dmmf） mineral matter tree3.13.1收到基（收到基（arar） 就其含义而言，就其含义而言，是从收到的一批煤样中取是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样出具有代表性的煤样，以此种状态的煤样测，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。定的结果并以此基表示的值，称为收到基。 3.23.2空气干燥基（空气干燥基（ad ad ）v是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的

19、煤样煤样。在新标准中规定：煤样若在空气中连。在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥续干燥1小时后质量变化不超过小时后质量变化不超过0.10%，则认，则认为达到空气干燥状态。为达到空气干燥状态。3.33.3干基（干基（d d）以以无水状态无水状态的煤样为标准的分析结果表示的煤样为标准的分析结果表示方方法。法。3.4干燥无灰基（干燥无灰基（daf）v它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分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。析结果表示方法。二、水分的测定二、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

20、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。所以煤的水分越低的热成为水蒸汽蒸发掉。所以煤的水分越低越好。越好。 （一）煤中水分的存在形态（一）煤中水分的存在形态 （二）煤中全水分（二）煤中全水分（M Mt t）的测定的测定 （三）分析煤样的水分测定（三）分析煤样的水分测定 （一）煤中水分的存在形态（一）煤中水分的存在形态 分为两类分为两类 : :化合水、游离水化合水、游离水 1 1化合水：化合水： 以化合方式和煤中矿物质结合的水

21、，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（即通常所说的结晶水，例如硫酸钙（CaSOCaSO4 4 2H2H2 2O O）、）、高岭土（高岭土（AlAl2 2O O3 3 2SiO2SiO4 4 2H2H2 2O O）中的结晶水。结晶水要在中的结晶水。结晶水要在200200以上才以上才能分解析出。能分解析出。2 2游离水：游离水： 以物理状态（如附着、吸附等形式）和煤结合的水。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：根据存在的不同结构状态，分为以下两种： 2.1 2.1外在水分（外在水分（MfMf）是指煤在开采、运输、储存和洗选

22、过程中润湿在煤的外是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔（直径表及大毛细孔（直径1010cmcm）中的水分。中的水分。 2.2 2.2内在水分（内在水分（MinhMinh） 内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径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。中的水分。这部分水分较难蒸发。 （二）煤中全水分二）煤中全水分（Mt或或Mar ）的测定的测定 煤中全水分的测定有三种方煤中全水分的测定有三种方法法: : A A通氮干燥法、通氮干燥法、B B甲苯蒸馏法、甲苯蒸馏法、C C空气干燥法空气干燥法 方法方法A仅适用于烟煤和无烟

23、煤，并作为测定烟煤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；和无烟煤水分的仲裁测定方法； 方法方法B和和方法方法C适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但以适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但以方法方法B作为测定褐煤全水分的仲裁方法。作为测定褐煤全水分的仲裁方法。 按测定的速度来说按测定的速度来说: 方法方法A为常规测定法，方法为常规测定法，方法B、C为快速测定法。为快速测定法。结果计算结果计算 mmM1t式中式中 M Mt t煤样的全水分；煤样的全水分； m m煤样的质量，煤样的质量，g g； m m1 1煤样干燥后减轻的质量，煤样干燥后减轻的质量，g g。全水份测定注意问题全水份测定注意

24、问题 1. 1. 在测定煤样的全水分以前，应仔细检查贮存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。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：求出补正后的煤样全水分：)1 (111tMmmMMM1为煤样在运送过程中水分的损失量（为煤样在运送过程中水分的损失量（%） 全水份测定注意问题全水份测定注意问题2. 全水分测定结果的允许误差全水分测定结果的允许误差表表3 3 平行测定全水分的允

25、许误差平行测定全水分的允许误差全水分全水分（Mt，%）平行测定结果的平行测定结果的允许误差（允许误差（%）10100.400.50* * 在同一化验室进行全水分测定时在同一化验室进行全水分测定时 三、灰分的测定三、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温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣残渣，用符号，用符号A A表示。表示。 灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中

26、原有矿物质，因此煤的灰分应称为中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率灰分产率” ” 。 测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量以及测定煤的灰分，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。会变废为宝，为国家创造财富的。 1仪器 灰皿 长方形灰皿长方形灰皿 2测定过程 称取分析煤样称取分析煤样1 0.1g，于已经在于已经在815 10灼烧恒

27、量灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于置温度低于100的高温炉中。在炉门留有约的高温炉中。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左右缓慢升高至左右缓慢升高至500并保持此温度并保持此温度30min。然后，升高温度至然后，升高温度至815 10，关闭炉门，在此温度关闭炉门，在此温度下继续灼烧下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行称量，然后进行检查性灼烧，每次进行

28、20min，直到煤样的质量变化小于直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取时为止，取最后一次质量计算。灰分最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不必进的样品，可不必进行检查性灼烧。行检查性灼烧。3. 计 算mmA1ad式中式中 m试料的质量，试料的质量，g； m1灼烧后残渣质量，灼烧后残渣质量，g。 4 4灰分测定的允许误差灰分测定的允许误差 表表4 4 灰分测定的允许误差（灰分测定的允许误差（% %）灰分（灰分（%）同一实验室同一实验室不同实验室不同实验室300.20.30.50.30.50.7四、挥发分产率的测定四、挥发分产率的测定 将煤放在与将煤放在与空气隔绝空气隔绝的容器内，在高温

29、下的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿有机质和部分矿物质分解物质分解为为气体气体释出，由减小的质量再减去释出，由减小的质量再减去水的质量即为水的质量即为煤的挥发分煤的挥发分。 因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而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的结果应称为挥发分产率挥发分产率，用

30、，用符号符号V V表示。表示。主要指标主要指标 根据挥发分产率的高低，可以初步判根据挥发分产率的高低，可以初步判别别煤的变质程度煤的变质程度、发热量及焦油产率发热量及焦油产率等等各种重要性质，而且几乎世界各国都采各种重要性质，而且几乎世界各国都采用用干燥无灰基挥发分干燥无灰基挥发分作为煤分类的一个作为煤分类的一个主要指标。主要指标。 工业生产上用煤也都首先需要了解挥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。的指标，也是煤分类的重要指标。 1

31、仪器 1.1 1.1 磨口坩埚磨口坩埚 1.2 1.2 高温炉高温炉 1.3 1.3 坩埚架坩埚架 坩埚盖外缘坩埚盖外缘槽形，此槽槽形，此槽正好盖在坩正好盖在坩埚口的外缘埚口的外缘上，在盖内上，在盖内边有凹处，边有凹处，以备挥发释以备挥发释出。出。 高温炉高温炉 带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气带热电偶和调温器，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区，以保证炉内温度能恒定在900900 1010范围内。范围内。 坩埚架坩埚架 用镍铬丝制成用镍铬丝制成，其规格以能，其规格以能放置放置6 6个坩埚个坩埚为好，为好， 大小大

32、小应与炉内应与炉内900900 1010稳定稳定温度区相适应温度区相适应，放在架上的，放在架上的坩埚底部应与坩埚底部应与炉堂底距离炉堂底距离20203030mmmm。 2测定过程测定过程 称取分析煤样称取分析煤样1 1 0.010.01g g，于已在于已在900900 1010灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊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将坩埚架推至已预先加热至900900 1010的高温的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼

33、烧恰好炉门。准确灼烧恰好7 7minmin，迅速取出坩埚架迅速取出坩埚架，在空气中放置，在空气中放置5 56 6minmin，再将坩锅置于干燥再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。计算挥发分产率。器中冷却至室温，称量。计算挥发分产率。3. 3. 计计 算算ad1adMmmV式中式中 m试料的质量，试料的质量，g； m1样品加热后减少的质量，样品加热后减少的质量，g。4 4注意事项注意事项 4.14.1当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在下降，但是在3 3minmin内必须使炉温达到内必须使炉温达到900900 1010，否则试验作废。，否则试验作废。

34、4.24.2从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防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。焦渣被氧化，造成测定误差。4.34.3每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用烟，应灼烧除去后再使用。 5 5测定挥发分产率的允许误差测定挥发分产率的允许误差 表表5 5 挥发分产率测定的允许误差挥发分产率测定的允许误差挥发分挥发分产率产率（%）平行测定结果平行测定结果的允许误差的允许误差（%）不同化验室同一煤不同化验室同一煤样的测定结果的允样的测定结果的允许误差（许误差（%）450.30.51.00.51.01.5五、固定碳含量的计算五、

35、固定碳含量的计算 固定碳固定碳 是指除去水分、灰分和挥发分后是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物，用符号的残留物，用符号FCFCadad表示。表示。 固定碳的化学组分，固定碳的化学组分，主要是主要是C C元素元素，另外还，另外还有一定数量的有一定数量的H H、O O、N N、S S等其它元素等其它元素。 说 明 1.从煤的工业分析指标来看，从煤的工业分析指标来看，发热量主要是发热量主要是煤中固定碳燃烧产生的煤中固定碳燃烧产生的，因此国际上利用工，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，碳作为发热量的主要来源， 2. F

36、Cdaf煤的变质程度的一个参数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，也是煤的干燥无灰基固定碳含量与挥发分一样，也是表示煤的变质程度的一个参数，表示煤的变质程度的一个参数，即煤中固定碳含即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高量随煤的变质程度的增高而增高，因此有些国家，因此有些国家（如日本、美国）的煤炭分类即以干燥无灰基固（如日本、美国）的煤炭分类即以干燥无灰基固定碳含量定碳含量FCdaf作为分类指标之一。作为分类指标之一。 说 明3. 3. 空气干燥基固定碳含量是某些工业用煤的空气干燥基固定碳含量是某些工业用煤的一个重要指标，如对合成氨用煤，要求一个重要指标，如对合成

37、氨用煤，要求FCFCadad65%65%。4. 4. 固定碳含量，一般不直接测定，而是通固定碳含量，一般不直接测定，而是通过计算得到过计算得到 换算关系 煤的干燥无灰基煤的干燥无灰基组成不受水分和灰分组成不受水分和灰分的影响。一般同一矿井的煤，它的干燥的影响。一般同一矿井的煤，它的干燥无灰基组成不会发生很大的变化，因此无灰基组成不会发生很大的变化，因此煤矿的煤质资料常以此基组成表示。也煤矿的煤质资料常以此基组成表示。也就是说煤矿一般给的是干燥无灰基组成就是说煤矿一般给的是干燥无灰基组成，而实际使用时则为收到基。因此，不，而实际使用时则为收到基。因此，不同基准时的组成需要进行换算同基准时的组成需

38、要进行换算. . 3.3 煤中硫的测定煤中硫的测定 煤中的硫根据其存在的形态分类：煤中的硫根据其存在的形态分类： 有机硫有机硫 无机硫无机硫 单质硫单质硫 根据燃烧性分类：根据燃烧性分类： 可燃硫：有机硫、硫铁矿硫和单质硫可燃硫：有机硫、硫铁矿硫和单质硫 不可燃硫（固定硫不可燃硫（固定硫 ）：硫酸盐硫）：硫酸盐硫 硫是煤中的有害元素之一硫是煤中的有害元素之一 燃料用煤中的硫在煤燃烧过程中形成燃料用煤中的硫在煤燃烧过程中形成SOSO2 2。SOSO2 2不仅腐蚀金属设备，而且还会造成不仅腐蚀金属设备，而且还会造成空气污染。炼焦用煤中的硫直接影响钢空气污染。炼焦用煤中的硫直接影响钢铁质量，钢铁含硫

39、大于铁质量，钢铁含硫大于0.07%0.07%，就会使钢，就会使钢铁热脆而成为废品。脱除煤中的硫是煤铁热脆而成为废品。脱除煤中的硫是煤炭利用的一个重要问题。炭利用的一个重要问题。 全全 硫硫 煤中各种形态硫的总和叫做全硫，记作煤中各种形态硫的总和叫做全硫，记作St，全硫通常就是煤中的硫酸盐硫（记作全硫通常就是煤中的硫酸盐硫（记作Ss）、）、硫铁矿硫（记作硫铁矿硫（记作Sp）和有机硫（记作和有机硫（记作So）的的总和，即总和，即 St = Ss + Sp + So如果煤中有单质硫（记作如果煤中有单质硫（记作S），），也应包含在全硫中。也应包含在全硫中。 一般工业分析中只测全硫，全硫的测定方法有：艾

40、士卡质一般工业分析中只测全硫，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，法至今仍是全世界公认的标准方法， 艾士卡质量法艾士卡质量法 1 1方法要点方法要点 本法是用本法是用艾士卡试剂艾士卡试剂（NaNa2 2COCO3 3和和MgOMgO以质量比以质量比1 1 :2:2的混和物）作为熔剂，所以称为艾士卡的混和物）作为熔剂，所以称为艾士卡质量法。方法包括煤样的质量法。方法包括煤样的半熔反应半熔反应、用水浸、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干

41、燥、灰化和灼烧等过程。化和灼烧等过程。 2 2基本原理基本原理 熔样：熔样： 煤样和艾士卡试剂均匀混合后在高温下进煤样和艾士卡试剂均匀混合后在高温下进行半熔反应，使各种形态的硫都转化成可溶行半熔反应，使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐。煤样在空气中燃烧时，可燃于水的硫酸盐。煤样在空气中燃烧时，可燃硫首先转化为硫首先转化为SO2，继而在有空气存在下，和继而在有空气存在下，和艾士卡试剂作用形成可溶于水的硫酸盐艾士卡试剂作用形成可溶于水的硫酸盐： 煤煤 + 空气空气 = CO2 + H2O + SO2 + SO3 + N2 2SO2 + O2 + 2Na2CO3 = 2Na2SO4 + 2CO2

42、 SO3 + Na2CO3 = Na2SO4 + CO2 MgO 作用？作用？ 艾士卡试剂中的艾士卡试剂中的MgOMgO能能疏松反应物疏松反应物，使空，使空气能进入煤样，同时也能与气能进入煤样，同时也能与SOSO2 2和和SOSO3 3发生反发生反应。应。 CaSO4 ？ MeSO4？ 不可燃烧又难溶于水的不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能同时也能同时能和艾士卡试剂作用。难溶于水的硫酸盐能和艾士卡试剂作用。难溶于水的硫酸盐MeSO4和艾士卡试剂中的和艾士卡试剂中的Na2CO3反应如下：反应如下： MeSO4 + Na2CO3 = Na2SO4 + MeCO3熔块浸取熔块浸取？ 经半熔反应后的

43、熔块，用水浸取，经半熔反应后的熔块，用水浸取，NaNa2 2SOSO4 4都溶入水中。未作用完的都溶入水中。未作用完的NaNa2 2COCO3 3也进入水也进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。 酸性酸性 pH约约12 滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调节溶液酸度，使其呈酸性（节溶液酸度，使其呈酸性（pHpH约约1 12 2），其目的是消除其目的是消除COCO3 32-2-的影响的影响，因其也会，因其也会和和BaBa2+2+在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。 沉淀、洗涤、灼烧、恒量沉淀、洗涤、灼烧、恒量

44、 加入加入BaBa2+2+后，生成硫酸钡沉淀：后，生成硫酸钡沉淀： SOSO4 42-2- + Ba + Ba2-2- = BaSO = BaSO4 4 滤出滤出BaSOBaSO4 4沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。，即可称量。3试剂试剂3.1 艾士卡合剂艾士卡合剂(MgONa2CO3质量比质量比2 :1)；3.2 盐酸溶液（盐酸溶液（1+1）；）；3.3 氯化钡溶液（氯化钡溶液（100 g/L）；）；3.4 甲基橙指示剂（甲基橙指示剂（2 g/L）；）；3.5 硝酸银溶液（硝酸银溶液（10 g/L）。）。 4 4测定方法测定方法 称取煤样（粒度应小干称

45、取煤样（粒度应小干0.20.2mm mm ）1g1g，置置于于3030mLmL瓷坩埚中，取艾士卡试剂瓷坩埚中，取艾士卡试剂2 2g g，放放在瓷坩埚内仔细混匀，上面再覆盖在瓷坩埚内仔细混匀，上面再覆盖1 1g g艾艾士卡试剂，把坩埚推入高温炉内。在士卡试剂，把坩埚推入高温炉内。在2 2h h内从室温升到内从室温升到850850，在，在850850下加热下加热2 2h h，取出坩埚，冷却到室温。用玻璃棒把取出坩埚，冷却到室温。用玻璃棒把熔块搅碎，熔块中应无残炭颗粒（如果熔块搅碎，熔块中应无残炭颗粒（如果有，则再送入炉中加热）。有，则再送入炉中加热）。 熔熔 样样 熔块熔块浸取浸取 将熔块连同坩埚

46、一并放入将熔块连同坩埚一并放入400400mLmL烧杯中，用烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入热蒸馏水洗出坩埚。加入100100150150mLmL热蒸溜水热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约5 5minmin（此时如此时如果发现有未燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶液表果发现有未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，多吹洗溶物，吹洗时应注意每次加水要少些，多吹洗几次（约几次（约1212次，最

47、后溶液体积不超次，最后溶液体积不超300300mLmL）。）。 调整试液酸度调整试液酸度 在滤液中滴加甲基橙（在滤液中滴加甲基橙（2 2g/Lg/L水溶液）水溶液）指示剂指示剂3 3滴，然后用滴，然后用HClHCl溶液溶液(1+1)(1+1)调节酸调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加然后再多加2 2mL HClmL HCl溶液溶液(1+1)(1+1)， 沉淀沉淀恒量恒量 把烧杯放到电热板上加热到微沸，在不断把烧杯放到电热板上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加搅拌下，慢慢滴加1010mLBaClmLBaCl2 2溶液溶液(100(100g/L)g/

48、L)，在电热板上保温在电热板上保温2 2h h（或放置过夜），用慢速定或放置过夜），用慢速定量滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无量滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无ClCl，将沉淀和将沉淀和滤纸正确折叠放在滤纸正确折叠放在850850下已恒量的坩埚中进下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后放在行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后放在850850的高温炉中灼烧的高温炉中灼烧4040minmin，取出，先在空气取出，先在空气中冷却，然后移入干燥器中冷到室温、称量。中冷却，然后移入干燥器中冷到室温、称量。 5 5结果计算结果计算mmmS1374. 0)(21adt, m煤样质量，煤样质量，g； m1灼烧后硫

49、酸钡的质量，灼烧后硫酸钡的质量，g； m2空白试验硫酸钡的质量，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。由硫酸钡换算为硫的换算因数。 6 6测定全硫的允许误差测定全硫的允许误差 测定全硫的允许误差测定全硫的允许误差St,ad同一实验室，同一实验室，% 不同实验室，不同实验室，%40.050.100.200.100.200.307注意事项注意事项 7.1 7.1 必须在通风下进行半熔反应，否则煤粒必须在通风下进行半熔反应，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为燃烧不完全而使部分硫不能转化为SOSO2 2。这就这就是为什么在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色是为什么在半熔完

50、毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。颗粒的缘故。 7.2 7.2 在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入大，当加入BaC1BaC12 2溶液后，最后体积应在溶液后，最后体积应在200200mLmL左右为宜。体积过大，虽然左右为宜。体积过大，虽然BaSOBaSO4 4的溶度积不的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。大，但是也会影响测定值（偏低）。7 7注意事项注意事项 7.3 7.3 调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除消除COCO3 32-2-的影响：的影响：2 2H H+ + + CO + CO3 32-2-

51、 = H = H2 2O + COO + CO2 2 7.4 7.4 在热溶液中加入在热溶液中加入BaClBaCl2 2溶液以及在搅拌下慢溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止慢滴加，都是为了防止BaBa2+2+局部过浓，以致造成局部过浓，以致造成局部局部BaBa2+2+和和 SOSO4 42-2- 的乘积大于溶度积而析出的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使沉淀。在上述条件下可以使BaSOBaSO4 4晶体慢慢形成晶体慢慢形成，长成较大颗粒。，长成较大颗粒。 7 7注意事项注意事项 7.5 7.5 在洗涤过程中，每次吹入蒸馏水前，应该将在洗涤过程中，每次吹入蒸馏水前，应该将洗液都滤干

52、，这样洗涤效果较好。洗液都滤干，这样洗涤效果较好。 7.6 7.6 在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风。在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风。如果这两方面不注意，如果这两方面不注意，BaSOBaSO4 4会被还原而导致测定结会被还原而导致测定结果偏低。果偏低。 BaSOBaSO4 4 + 2C = BaS + 2CO + 2C = BaS + 2CO2 2 5.4 煤发热量的测定煤发热量的测定 一、发热量的定义及单位一、发热量的定义及单位 二、发热量的种类和基准二、发热量的种类和基准 三、煤的发热量的测定三、煤的发热量的测定5.4 煤发热量的测定煤发热量的测定 煤的发热量是煤质分析的重要指标

53、之一。煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。 1. 1. 煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。大。 2. 煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计算热煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数即可考虑平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数即可考虑改进操作条件和工艺过程，从而设法达到最大的热能改进操作条件和工艺过程，从而设法达到最大的热能利用率。利用率。 煤的发热量是表征煤炭各种特征的煤的发热量是表征煤炭各种特征的综合指标综合指标，在煤质研究中也是一个十分重要的参数。煤的发热在煤质研究中也是一个十分重要的参

54、数。煤的发热量也是反映量也是反映煤化程度煤化程度的指标，还常作为的指标，还常作为煤碳分类煤碳分类的的指标。指标。一、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，用度时（室温）所放出的热量，用Q Q表示。表示。 发热量的单位发热量的单位: : J/g、kJ/kg或或MJ/kg表示。表示。过去曾使用卡（过去曾使用卡（cal）作单位，作单位，1 cal = 4.1816 J。 二、发热量的种类和基准二、发热量的种类和基准 煤的发热量分类：煤的发热量分类： 弹筒发热

55、量弹筒发热量 高位发热量高位发热量 低位发热量低位发热量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（初始压力为过量的高压氧气条件下（初始压力为27273535大气压）燃烧后产生的热量，也就是用弹筒大气压）燃烧后产生的热量，也就是用弹筒量热计实测出的热量。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，氮被氧化为弹筒中，氮被氧化为NONO2 2或或N N2 2O O5 5，硫被氧化为硫被氧化为SOSO3 3，它们溶于水也会产生热量。因此煤在它们溶于水也会产生热量

56、。因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多，所以又称为多，所以又称为“最高发热量最高发热量”。 2 2高位发热量（高位发热量（Q Qgrgr表示）表示） 高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热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量，此时煤中的硫只生成SOSO2 2，氮是游离状态氮是游离状态N N2 2，水呈液态冷凝（常温约水呈液态冷凝（常温约2525）。）。 高位发热量可从弹筒发热量求得：高位发热量可从弹筒发热量求得：Qgr,ad = Qb,ad -（95St,ad + Qb,ad）高位发热量可从弹筒发热量求得：高位发热量可

57、从弹筒发热量求得：Qgr,ad = Qb,ad -（95St,ad + Qb,ad） Qgr,ad空气干燥基煤的高位发热量，空气干燥基煤的高位发热量，J/g； Qb,ad空气干燥基煤的弹筒发热量，空气干燥基煤的弹筒发热量，J/g； St,ad空气干燥基煤的全硫含量；空气干燥基煤的全硫含量； 95煤中每煤中每1%硫的校正值，硫的校正值，J； 硝酸校正系数（可由表硝酸校正系数（可由表4-11查得）。查得）。 Qb,ad，KJ/g25.10 0.0010.00120.0016硝酸校正系数表硝酸校正系数表 低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热量。量。

58、 煤在工业窑炉中燃烧时，煤中水分和氢生成的水蒸煤在工业窑炉中燃烧时，煤中水分和氢生成的水蒸汽随烟道气进入大气中（假设燃烧产物中的水成汽随烟道气进入大气中（假设燃烧产物中的水成2020水蒸气状态），此时燃料燃烧放出的水蒸气状态），此时燃料燃烧放出的热量一部热量一部分被水气化分被水气化所吸收，故热值降低。所吸收，故热值降低。 高位发热量必须减去这部分气化热或叫蒸发热高位发热量必须减去这部分气化热或叫蒸发热后，即为低位发热量后，即为低位发热量。4常用的表示方法常用的表示方法 除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种不同的基准。因此煤的发热量就可以有十五种种不同的

59、基准。因此煤的发热量就可以有十五种不同的表示方法，但其中有些表示方法的实际应不同的表示方法，但其中有些表示方法的实际应用意义不大。常用的有下列五种：用意义不大。常用的有下列五种： 4.1 空气干燥基弹筒发热量，空气干燥基弹筒发热量，Qb,ad；4.2 空气干燥基高位发热量，空气干燥基高位发热量，Qgr,ad；4.3 干基高位发热量，干基高位发热量，Qgr,d；4.4 干燥无灰基高位发热量，干燥无灰基高位发热量，Qgr,daf；4.5 收到基低位发热量，收到基低位发热量，Qnet,ar； 注意表示方法的问题注意表示方法的问题 空气干燥基弹筒发热量只作为测定的原空气干燥基弹筒发热量只作为测定的原始

60、数据，应以高位发热量作测定结果报始数据，应以高位发热量作测定结果报出。动力燃料必须使用收到基低位发热出。动力燃料必须使用收到基低位发热量。在使用发热量结果时，必须搞清楚量。在使用发热量结果时，必须搞清楚其类别和基准；否则会造成很大的误差其类别和基准；否则会造成很大的误差。三、煤的发热量的测定三、煤的发热量的测定 测定发热量的通用方法是测定发热量的通用方法是“氧弹法氧弹法”。 1 1原理原理 取一定量的分析煤样在充满高压氧气的弹筒（浸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没在装一定质量的水的容器俗称内筒）内完全燃俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升