第三章煤的工业分析和元素分析

1、 第三章第三章 煤的工业分析和元素分析煤的工业分析和元素分析7.1 煤样的采集煤样的采集7.2 煤的工业分析煤的工业分析 7.3 煤中硫的测定煤中硫的测定 7.4 煤发热量的测定煤发热量的测定 7.5 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7.2 煤样的制备煤样的制备n一、采样基础知识n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。n1. 采样中常用的基本概念n（1）批 n（2）采样单元 n（3）子样 n（4）总样 n（5）分样 7.1 煤样的采集煤样的采集n2采样的基本原理n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

2、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 煤样的采集煤样的采集n二、商品煤样采取方法n1采取商品煤样对采样工具的要求n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2.03.0倍。n2采样精密度n国家标准GB 475-1996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 煤样的采集煤样的采集n3采样单元n4子样数目和质量n5煤流中采取商品煤样n6火车顶部采取商品煤样n【例题3-1】设一节车皮容量为

3、50t，分别画出下列要求的采样点布置情况。n以200t煤量的原煤为一采样单元；n以50t煤量的原煤为一采样单元；n以150t煤量的精煤为一采样单元。 7.1 煤样的采集煤样的采集n三、生产煤样采取方法n1采取生产煤样的总则n2生产煤样的采样要点n3采取生产煤样时应注意的问题n四、煤层煤样采取方法 n1煤层煤样及其采取目的n2采取煤层煤样的总则n3煤层煤样采取方法7.1 煤样的采集煤样的采集n4煤层煤样分析试验结果的整理n按GB/T 217真相对密度测定方法和GB/T 212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

4、均灰分，其计算公式如下： 7.1 煤样的采集煤样的采集d煤样的加权平均灰分（干燥基），%； Ad1、Ad2、Adn第1、2n个煤分层或夹石层的灰分 （干燥基），%； t1、t2、tn第1、2n个煤分层或夹石层的厚度，m； TRD1、TRD2TRDn第1、2n个煤分层或夹石层的真相对密度。7.1 煤样的采集煤样的采集n（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不得超过10%，如超过限度时，则所采的煤样作废，应重新采取。n其相对差值按下式计算： 7.1 煤样的采集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

5、样的采集煤样的采集n可采煤样的分析试验结果 7.1 煤样的采集煤样的采集n一、煤样制备的程序n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。 n1. 破碎n2. 筛分n3. 混合7.2 煤样的制备煤样的制备n4. 缩分n5. 干燥 7.2 煤样的制备煤样的制备n二、煤样的减灰n1. 减灰重液的相对密度n（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。n

6、（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 （n）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 煤样的制备煤样的制备第三节煤质分析中常用基准和符号n一、煤质分析的常用基准n新旧标准中各种基采用的名称及符号对照表 n二、煤质分析中的常用符号n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 煤的工业分析煤的工业分析n一、常用的符号和基准一、常用的符号和基准n二、水分的测定二、水分的测定 n三、灰分的测定三、灰分的测定 n四、挥

7、发分产率的测定四、挥发分产率的测定 n五、固定碳含量的计算五、固定碳含量的计算 n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及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。名称为代表符号。ashvolatile compoundfixed carbonquantity of produced heatminera

8、l 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n基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤样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。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 received空气干燥基（空气干燥基（ad）aird

9、ry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出具有是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样代表性的煤样，以此种状态的煤样测定的结果并以，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。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是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样的煤样。在新标准中规定：煤样若在空气。在新标准中规

10、定：煤样若在空气中连续干燥中连续干燥1小时后质量变化不超过小时后质量变化不超过0.10%，则认为达到空气干燥状态。则认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方法。的煤样为标准的分析结果表示方法。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 n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，煤的无用成分标。因为煤中水分含量越多，煤的无用成分也越多，同时有

11、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n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，即以化合方式和煤中矿物质结合的水，即通 常 所

12、说 的 结 晶 水 ， 例 如 硫 酸 钙通 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以上才能分以上才能分解析出。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

13、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10cm10cm）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内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径（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法煤中全水分的测定有三种方法: A 、B、 C 方法方法A仅适用于烟煤和无烟煤，并作为测定烟煤和仅适用于烟煤和无烟煤，并作为测定烟煤和无烟煤水分的

14、仲裁测定方法；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，但以方适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但以方法法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问题 1. 1. 在测定煤样的全水分以前，应仔细检查贮存煤在测定煤样的

15、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。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：式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

16、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）分析煤样的水分测定三）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分析煤样水分分析煤样水分 ； m1分析煤样干燥后失去的质量，分析煤样干燥后失去的质量，g； m分析煤样的质量，分析煤样的质量，g。三、灰分的测定三、灰分的测定 n煤的灰分是煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质（除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，经一水分以外的所有无

17、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n因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤，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，灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但

18、进行综合利用后，也会变废为宝，为国家创但进行综合利用后，也会变废为宝，为国家创造财富的。造财富的。 1仪器 灰皿 长方形灰皿长方形灰皿 2测定过程 n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灼烧恒灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，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，使左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在炉温在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

19、温度至815 10，关闭炉门，关闭炉门，在此温度下继续灼烧在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行每次进行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，取最后一次质量计算。灰分时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，的样品，可不必进行检查性灼烧。可不必进行检查性灼烧。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

20、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 n 将煤放在与将煤放在与空气隔绝空气隔绝的容器内，在高温下经的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分有机质和部分矿物质分解解为为气体气体释出，由减小的质量再减去水的质量即释出，由减小的质量再减去水的质量即为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，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，而而是在特定条件下，煤受热的分解

21、产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、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法，因此所测的结果应称为挥发分产率挥发分产率，用，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，可以初步判别根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的煤的变质程度变质程度、发热量及焦油产率发热量及焦油产率等各种重要性质，等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用而且几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分干燥无灰基挥发分作作为煤分类的一个主要指标。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

22、解挥发分是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。的重要指标。 1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。 n高温炉高温炉 n带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。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

23、度稳定的恒温区，以保证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，其规格以能放其规格以能放置置6 6个坩埚为好，个坩埚为好， 大小应与炉内大小应与炉内900900 1010稳定稳定温度区相适应，温度区相适应，放在架上的坩放在架上的坩埚底部应与炉埚底部应与炉堂底距离堂底距离202030mm30mm。 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，

24、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。准确灼烧恰好炉门。准确灼烧恰好7min7min，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 56min6min，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

25、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，炉温可能下当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降 ， 但 是 在降 ， 但 是 在 3 m i n3 m i n 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。4.24.2从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦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。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烟，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

26、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、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

27、。 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. FCdaf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，是表示煤的变质程度的一个参数，即煤中固定即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高碳含量随煤的变质程度的增高而增高，因此有，因此有些国家（

28、如日本、美国）的煤炭分类即以干燥些国家（如日本、美国）的煤炭分类即以干燥无灰基固定碳含量无灰基固定碳含量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，如对合成氨用煤，要求FCFCadad65%65%。 4. 4. 固定碳含量，一般不直接测定，而是固定碳含量，一般不直接测定，而是通过计算得到通过计算得到 计计 算算nFCad = 100% - Mad - Aad Vadn FCd = 100% - Ad Vdn FCdaf = 100% - Vdaf六、不

29、同基准分析结果的换算六、不同基准分析结果的换算干基 = 空气干燥基 - 空气干燥基水分干燥无灰基 = 空气干燥基 - 空气干燥基水分 - 空气干燥基灰分换算关系 煤的干燥无灰基煤的干燥无灰基组成不受水分和灰分的组成不受水分和灰分的影响。一般同一矿井的煤，它的干燥无灰影响。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，因此煤矿的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。也就是说煤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，而实际使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，不同基准时的组用时则为收到基。因此，不同基准时的组成需要进行

30、换算成需要进行换算. . 换算系数是由物料平衡关系计算得到的换算系数是由物料平衡关系计算得到的 例如收到基与干燥无灰基的转换例如收到基与干燥无灰基的转换 : :设设已知已知FCFCdafdaf、M Marar、A Aarar，求，求FCFCarar。 解：计算基准：解：计算基准：100kg的收到基煤折合成干燥无灰的收到基煤折合成干燥无灰基煤基煤 100-（Mar+Aar）kg，但含固定碳的绝对量，但含固定碳的绝对量相等，相等，即：收到基含碳量即：收到基含碳量=干燥无灰基含碳量干燥无灰基含碳量故：故：100FCar =100- (Mar+Aar)FCdaf FCar =FCdaf 100-（Ma

31、r+Aar）100 例：煤的工业分析结果如下：例：煤的工业分析结果如下： 空气干燥基的水分空气干燥基的水分M Madad=1.76%=1.76%， 灰分灰分A Aadad=23.17%=23.17%，挥发分，挥发分V Vadad=8.59%=8.59% 计算：计算： （1 1）干基的灰分）干基的灰分A Ad d=?=? （2 2）干燥无灰基的挥发分）干燥无灰基的挥发分V Vdafdaf= =？n解：解： adadd100100MAA%59.2376. 1100100%17.23)(100100adadaddafAMVV%44.11)17.2376. 1 (100100%59. 8一、煤的元素组

32、分一、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，在各元素中最高，一般大于中最高，一般大于70%。随着煤化程度。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。 碳碳7.5 煤的元素分析煤的元素分析 一、煤的元素组分一、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. . 氢是煤中第二个重要的组成元素，它占氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为煤的质量分数为16%，越是年轻

33、的煤，越是年轻的煤，其含量也越高。其含量也越高。 氢氢7.5 煤的元素分析煤的元素分析 一、煤的元素组分一、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，其含热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从量从130%均有。均有。 氧氧7.5 煤的元素分析煤的元素分析 一、煤的元素组分一、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. . 氮元素在煤中的比例较少，一般

34、为氮元素在煤中的比例较少，一般为0.53%。 氮氮7.5 煤的元素分析煤的元素分析 一、煤的元素组分一、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的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到到最高的最高的10%均有。均有。硫硫7.5 煤的元素分析煤的元素分析 煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，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而且也直接表征出煤性质的

35、不同。 如碳含量低、氧含量高的煤，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；碳含量高、氧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性的年老煤，含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有碳含量在只有碳含量在848488%88%，氢含量在，氢含量在5%5%以上的中以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。煤。 二、二、 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、

36、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 7.5 煤的元素分析煤的元素分析 硫是煤中的有害元素之一硫是煤中的有害元素之一n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，而且还会造成空气污染。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铁质量，钢铁含硫炼焦用煤中的硫直接影响钢铁质量，钢铁含硫大于大于0.07%0.07%，就会使钢铁热脆而成为废品。脱，就会使钢铁热脆而成为废品。脱除煤中的硫是煤炭利用的一个重要问题。除煤中的硫是煤炭利用的一个重要问

37、题。 全全 硫硫 n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n 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

38、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+21+2的混和物）作为熔剂，所以称为艾士卡质量法。的混和物）作为熔剂，所以称为艾士卡质量法。方法包括煤样的方法包括煤样的半熔反应半熔反应、用水浸取、硫酸钡、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰化和灼烧等过的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰化和灼烧等过程。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行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

39、种形态的硫都转化成可溶于水半熔反应，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，可燃硫首先的硫酸盐。煤样在空气中燃烧时，可燃硫首先转化为转化为SO2，继而在有空气存在下，和艾士卡，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 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，使空气能进入煤，使空

40、气能进入煤样，同时也能与样，同时也能与SOSO2 2和和SOSO3 3发生反应。发生反应。 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？n经半熔反应后的熔块，用水浸取，经半熔反应后的熔块，用水浸取，NaNa2 2SOSO4 4都溶都溶入水中。未作用完的入水中。未作用完的NaNa2 2COCO3 3也进入水中，并部也

41、进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。分水解，因此水溶液呈碱性。 酸性酸性 pH约约12n滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调节溶液滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调节溶液酸度，使其呈酸性（酸度，使其呈酸性（pHpH约约1 12 2），），其目的是消其目的是消除除COCO3 32-2-的影响的影响，因其也会和，因其也会和BaBa2+2+在中性溶液中在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。形成碳酸钡沉淀。 沉淀、洗涤、灼烧、恒量沉淀、洗涤、灼烧、恒量 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

42、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 n称取煤样（粒度应小干称取煤样（粒度应小干0.2mm 0.2mm ）1g1g，置于，置于30mL30mL瓷坩埚中，取艾士卡试剂瓷坩埚中，取艾士卡试剂2g2g，放在瓷坩埚内仔，放在瓷坩埚

43、内仔细混匀，上面再覆盖细混匀，上面再覆盖1g1g艾士卡试剂，把坩埚推艾士卡试剂，把坩埚推入高温炉内。在入高温炉内。在2h2h内从室温升到内从室温升到850850，在，在850850下加热下加热2h2h，取出坩埚，冷却到室温。用，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）。果有，则再送入炉中加热）。 熔熔 样样 熔块熔块浸取浸取 将熔块连同坩埚一并放入将熔块连同坩埚一并放入400mL400mL烧杯中，用热蒸馏烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入水洗出坩埚。加入100100150mL150mL热蒸溜水，充分搅拌使热蒸

44、溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约熔块散碎，煮沸约5min5min（此时如果发现有未燃烧完全（此时如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（约吹洗几次（约1212次，最后溶液体积不超次，最后溶液体积不超300mL300mL）。）。 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（2g/L2g/L水溶液）指示水溶液）指示

45、剂剂3 3滴，然后用滴，然后用HClHCl溶液溶液(1+1)(1+1)调节酸度。先调调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加2mL 2mL HClHCl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，在不断搅拌把烧杯放到电热板上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加下，慢慢滴加10mLBaCl10mLBaCl2 2溶液溶液(100g/L)(100g/L)，在电热板，在电热板上保温上保温2h2h（或放置过夜），用慢速定量滤纸过滤。（或放置过夜），用慢速定量滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无用热蒸馏水洗至无ClCl，将沉淀和滤纸正确

46、折叠放，将沉淀和滤纸正确折叠放在在850850下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后放在已无黑色，然后放在850850的高温炉中灼烧的高温炉中灼烧40min40min，取出，先在空气中冷却，然后移入干燥器中冷到取出，先在空气中冷却，然后移入干燥器中冷到室温、称量。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

47、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，否则煤粒燃烧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不完全而使部分硫不能转化为SOSO2 2。这就是为什么。这就是为什么在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。 7.2 7.2 在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入当加入BaC1BaC1

48、2 2溶液后，最后体积应在溶液后，最后体积应在200mL200mL左右为左右为宜。体积过大，虽然宜。体积过大，虽然BaSOBaSO4 4的溶度积不大，但是也的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。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，是为了消除调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除COCO3 32-2-的影响：的影响：2H2H+ + + CO + CO3 32-2- = 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慢溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了

49、防止滴加，都是为了防止BaBa2+2+局部过浓，以致造成局部局部过浓，以致造成局部BaBa2+2+和和SOSO4 42-2- 的乘积大于溶度积而析出沉淀。的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使在上述条件下可以使BaSOBaSO4 4晶体慢慢形成，长成较晶体慢慢形成，长成较大颗粒。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，应在洗涤过程中，每次吹入蒸馏水前，应该将洗液都滤干，这样洗涤效果较好。该将洗液都滤干，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，风。如果这两方面

50、不注意，BaSOBaSO4 4会被还原而导致会被还原而导致测定结果偏低。测定结果偏低。 BaSOBaSO4 4 + 2C = BaS + 2CO + 2C = BaS + 2CO2 2 7.6 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7.6 煤发热量的测定煤发热量的测定n煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。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，经济价煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。值就越大。 2. 煤在燃烧或气化过程中

51、，还须用煤的发热量计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。根据这些计算参数算热平衡、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利用率。到最大的热能利用率。 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综合指标标，在煤质研究中也是一个十分重要的参数。，在煤质研究中也是一个十分重要的参数。煤的发热量也是反映煤的发热量也是反映煤化程度煤化程度的指标，还常作的指标，还常作为为煤碳分类煤碳分类的指标。的指标。一、发热量的定义及单位n煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃

52、烧，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）所当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用放出的热量，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n煤的发热量分类：煤的发热量分类：n弹筒发热量弹筒发热量n高位发热量高位发热量n低位发热量低位发热量1弹筒发热量：（Qb）n是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内，在过量是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内，在过量的高压氧

53、气条件下（初始压力为的高压氧气条件下（初始压力为27273535大气压）大气压）燃烧后产生的热量，也就是用弹筒量热计实测出燃烧后产生的热量，也就是用弹筒量热计实测出的热量。的热量。 煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹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。因此煤在弹筒中燃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，所以又烧要比在空气中燃烧时产生的热量多，所以又称为称为“最高发热量最高发热量”。 2 2高位发热量（高位发热量

54、（Q Qgrgr表示）表示） n高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量，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，水呈液态冷凝（常温约呈液态冷凝（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

55、,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 3 3低位发热量（低位发热量（Q Qnetnet） n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。n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

56、（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，即为低位发热量热后，即为低位发热量。4常用的表示方法常用的表示方法 n 除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种不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不同的表同的基准。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用意义不大。示方法，但

57、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：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n空气干燥基弹筒发热量只作为测定的原始数据，空气干燥基弹筒发热量只作为测定的原始数据，应以高位发热量作测定结果报出。动力燃料必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

58、低位发热量。在使用发热量结果须使用收到基低位发热量。在使用发热量结果时，必须搞清楚其类别和基准；否则会造成很时，必须搞清楚其类别和基准；否则会造成很大的误差。大的误差。5不同表示方法间的换算 n同一基准间低位发热量与高位发热量的换算可同一基准间低位发热量与高位发热量的换算可利用前面介绍的公式。不同基准间高位发热量利用前面介绍的公式。不同基准间高位发热量的换算可利用表的换算可利用表4-114-11的换算关系换算。的换算关系换算。n不同基准间低位发热量间的换算，因为要考虑不同基准间低位发热量间的换算，因为要考虑水对发热量的影响，所以不能直接应用表水对发热量的影响，所以不能直接应用表4-114-11

59、的换算关系。的换算关系。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（浸没在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装一定质量的水的容器俗称内筒）内完全燃烧，生成俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的发热量。的发热量。 2 2仪器及设备仪器及设备 3.3.测定方法测定方法 7.7 由工业分析结果计算煤的发热量由工业分析结果计算煤的发热量n 煤的发热量可以直接用量热仪测定

60、，但煤的发热量可以直接用量热仪测定，但大多数厂矿的化验室由于仪器条件的限制大多数厂矿的化验室由于仪器条件的限制无法测定，因此利用煤的工业分析结果如无法测定，因此利用煤的工业分析结果如水分、灰分、挥发分等来计算煤的发热量，水分、灰分、挥发分等来计算煤的发热量，对于指导生产、降低煤耗具有很大的实用对于指导生产、降低煤耗具有很大的实用意义。意义。 半经验公式 1无烟煤空气干燥基低位发热量的计算式无烟煤空气干燥基低位发热量的计算式 Qnet,ad = - 86Mad - 92Aad - 24Vad 式中式中 Qnet,ad煤的空气干燥基低位发热量，煤的空气干燥基低位发热量，kcal/kg（1cal =