煤质基础知识

煤质基础知识一、煤的概述1、煤的形成亿万年前，古代植物由于地壳的作用被埋在地下，植物在隔绝空气的状况下由于细菌的作用发生腐烂分解，其内部组织遭到破坏，一部分物质转化为气体溢出，残存物质开始变成泥炭，泥炭在地下受地层压力和地温的影响，慢慢地被压紧和硬化，继续排出挥发性气体和水分，使含碳成分比例不停增高，最终变为我们目前开采出来的煤。2、煤的分类根据成煤的原始植物及其煤化程度的不一样，煤的化学构成与其特性各有差异，依其煤化程度可分为无烟煤、烟煤、褐煤三大类。无烟煤：碳化程度最高，挥发分低，着火点高，质地坚硬，无粘结性，燃烧时多不冒烟。烟煤：碳化程度低于无烟煤，挥发分范围很大，燃烧时多冒烟。褐煤：没有或很少通过变质作用形成的煤，光泽暗淡，呈褐色，含数量不一样的腐植酸，高水分、挥发分、低发热量。3、煤的成分及特性指标3．1煤是一种混合物，重要由C、H、O、N、S五种元素构成，对煤中这五种元素含量的分析称之为煤的元素分析，是煤燃烧性能的一种分析措施。水分煤灰分C、H、O、N、S碳：煤的重要构成元素，其含量在70%以上，决定煤发热量的高下，碳完全燃烧生成二氧化碳。氢：煤的重要构成元素，随煤的碳化程度加深而减少，因此无烟煤中含量最低，烟煤次之，褐煤最高，含量在2%—6%内。氧：在煤中呈化合态存在，含量随煤化程度的加深而减少，褐煤中有的要高达40%，无烟煤中有的低到1%。氮：煤燃烧中的无用成分，一般含量为1%。硫：煤燃烧中的有害物质，对大气污染严重，受环境保护部门监测，含量1%如下的煤为低硫煤，含量3%以上为高硫煤，含量在1%—3%的为中含硫量煤。3．2工业分析构成从煤的构成成分来分，煤是由水分、灰分、挥发分和固定碳构成。\外在水分水分无机物内在水分煤灰分挥发分有机物固定碳水分：属于不可燃成分，用符号M表达。灰分：代表无机矿物质含量，属于一种不可燃成分，用符号A表达。挥发分：代表易挥发的有机物含量，重要是碳氢化合物等，属于可燃成分，用符号V表达。固定碳：代表不挥发的有机物含量，属于可燃成分，用符号FC表达。对煤中水分，灰分，挥发分含量的分析，我们称之为煤的工业分析。工业分析是对煤质分析的一种最常规的、最重要的分析措施。二、反应煤炭质量的重要特性指标1、发热量（Q）：单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量，称之为煤的发热量或热值。单位为：焦耳/克（J/g）或兆焦/公斤（MJ/kg）。发热量的原单位为卡/克或千卡/公斤，1卡=4.1816焦耳。作为动力用煤，目的就是要用煤的发热量，煤的发热量高下与它具有的成分（灰分、水分、挥发分）有关系，因此，它是表征煤质好坏的综合性指标，我国的煤炭价格，重要是以发热量议价，是以收到基低位发热量为计价原则。用于测量煤的发热量的仪器为量热仪。2、挥发分（V）：煤的挥发分是指煤中的有机构成成分，在燃烧过程中，碳氢化合物分解氧化成CO和H2，H2和CO很快燃烧，且释放大量的热能，很快点燃了固定碳，因此煤中的挥发分越高，煤越轻易着火，固定碳也越轻易烧尽。一般状况下，在发热量相似的煤中，假如挥发分较高，锅炉热效率也越高。因此，煤的挥发分含量是评价动力用煤的重要条件。检测挥发分的仪器有马弗炉、自动工业分析仪、挥发分测试仪等。3、水分（M）：水分是动力用煤的一种重要特性指标，是评估煤经济价值的基本指标，煤中全水分由外在水分和内在水分构成。外在水分：开采、运送、存储以及洗煤时，煤表面所附着的水分，将煤置于空气中干燥时，煤的外在水分会蒸发掉。内在水分：煤所固有的游离水，在室温条件下，这部分水不易失去。煤中的水分过高，发热量必然减少，且蒸发还要吸热，减少炉温，使煤不易着火，煤中水分过低，易导致煤粉飞扬，合适的水分则有助于燃烧。检测水分的仪器设备有恒温干燥箱、工业分析仪和微波水分仪等。4、灰分（A）：煤中所有可燃成分完全燃烧以及煤中矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等得复杂反应后的残渣即灰分。灰分是煤的重要杂质，灰分在煤燃烧时因分解吸热而大大减少炉温，使煤着火困难，灰分含量高，其发热量一定低，灰分每增长1%，发热量减少约0.4MJ/kg，因此可根据灰分估算出发热量，但估算值误差较大。5、硫（S）：煤中硫可分为可燃硫和不可燃硫，是一种重要的环境保护指标。可燃硫燃烧后，虽然放出一部分热量，但会生成SO2和少许的SO3，SO2会从烟囱排放到大气中，污染大气。SO3和水汽结合形成硫酸蒸汽，并在低温受热面上凝结而腐蚀设备，因此目前越来越多的单位规定煤的含硫量在1%以内。检测硫含量的仪器为测硫仪。6、灰熔点：煤的灰熔融性是评价煤灰与否轻易结渣的一种指标，煤灰在一定温度下开始变形，开始变形的温度称为变形温度（DT），进而软化和流动，故称为软化温度（ST）和流动温度（FT）。煤灰软化温度实际上是开始熔融的温度，故习惯称其为灰熔点（ST）。当炉温到达或超过灰熔点温度时，煤灰就会结成渣块，影响通风和排渣，使炉膛含碳量升高，有时会粘在炉墙管壁或炉排上，恶化传热，导致局部高温，严重影响锅炉的正常运行。因此灰熔融性对锅炉的安全经济运行关系极大。7、氢（H）：中国的煤炭分类原则中把Hdaf作为划分无烟煤小类的指标之一。煤的氢含量也是发热量由高位换算到低位时必须用到的一种参数。1%的氢含量大概影响热值200J/g。除以上所述的七大特性指标外，尚有结焦性，可磨性指数，粒度等特性指标，因与我企业现行产品不有关，这里不再详述，有爱好者可查阅有关资料。三、煤的基准前面我们提到对煤的多种煤质特性的分析，其成果均用某种成分在煤中所占的百分含量表达，但同一种煤样，在不一样的状态下，各成分的百分含量均不一样，那么我们所说的某种成分的百分含量，必须标明某种状态，否则成果就不具有可比性，不能对的反应煤的成分含量，这种状态，即煤的基准。1、基准的含义与分类煤所处的状态或者按需要而规定的成分组合，称为煤的基准，煤的基准一般分为四类：收到基准、空气干燥基准、干燥基准、干燥无灰基准。收到基准：顾客收到的原煤所处的状态。含全水分（内水和外水），灰分、挥发分、简称收到基，用符号ar表达。以收到基表达的煤质特性指标，直接反应原煤多种成分的含量与性能。空气干燥基准：试验室内测定煤质特性指标时试样所处的状态，一般不含外水，简称空干基，用符号ad表达，试验室直接测出的煤质特性指标值，均为空干基数据。干燥基准：除去所有水分的干煤所处的状态，不含水分，简称干燥基，用符号d表达，用原则煤样校验或检查仪器时，均要将空干基含量换算成干燥基含量，再与标样数据比较，从而判断测试成果的精确性。干燥无灰基准：不计算不可燃成分（水分和灰分）的煤所处状态，用符号daf表达，重要用于理论计算和确定煤的特性，在现实中不存在这种基准的煤样。从上面的定义中不难理解，同一煤样同一煤质特性指标中，收到基表达的值最小，空干基次之，干燥基较大，干燥无灰基最大。2、四种基准与工业分析成分或元素分析成分之间的关系FCVAMCHONSoSpSsAMinhMfdafdadarFC—固定碳V—挥发分A—灰分M—水分C—碳H—氢O—氧N—氮So—有机硫Sp—硫化铁Ss—硫酸盐硫Minh—内在水分Mf—外在水分3、燃烧条件与燃烧产物种类及其相态的关系燃烧条件燃烧产物种类及其相态热力学状态CHSN氧弹内CO2(g)H2O(I)H2SO4(I)HNO3(I)恒容状态空气中CO2(g)H2O(I)SO2(g)N2(g)恒压状态工业炉CO2(g)H2O(g)SO2(g)N2(g)恒压状态4、基准间换算与应用我们懂得不管使用何种基准，煤中以质量百分含量表达的多种成分和都应是100。即：收到基准Mt+Aar+Var+FCar=100空气干燥基准：Mad+Aad+Vad+FCad=100干燥基准：Ad+Vd+FCd=100干燥无灰基准：Vdaf+FCdaf=100根据上面四个式子和各基准的含义，我们就不难进行基准之间的换算。5、各基准之间的换算关系规定基已知基空气干燥基ad收到基ar干基d干燥无灰基daf干燥无矿物质基dmmf空气干燥基ad收到基ar干基d干燥无灰基daf干燥无矿物质基dmmf从表中系数关系可以看出，煤质特性指标按收到基→空气干燥基→干燥基→干燥无灰基的次序，其数值依次增大，所乘系数的分母上所减去的数值，就是基准所相差的成分，反之亦然。在试验室所测煤中全水分是以收到基来表达，而其他特性指标均以空气干燥基表达。四、煤质特性检测过程概述目前我们所述的对煤质特性指标的检测均为离线检测，即在化验室中进行分析检测，这样就对所分析的试样有规定：其一，所分析的试样具有代表性，能如实反应整批煤的特性指标；其二，分析煤样的粒度应不不小于0.2mm，具有分析可操作性。而煤炭供货商提供的煤不也许满足这样的规定，因此从供货商提供到煤的分析试样尚有一种采样、制样过程。采样：对供货商提供的煤进行采样，一般都在汽车、火车、船舶上进行。目前重要还是依托人工采样，采样的原则可查阅现行国标GB475-1996。所采用煤样的质量，根据煤的最大粒度可在1-5kg范围内。但人工采样人为原因太多，误差较大，不能很好地打击搀杂使假行为，因此有许多单位一直在寻求机械化采样设备，国内也有不少企业一直在研制和销售。我企业从1996年开始研制汽车机械化采样装置，1997年推出第一台样机，通过近几年来的不停改善，技术和构造已相称成熟，产品性能和质量均较稳定。对于电厂提供燃烧数据的入炉煤采样是在输煤皮带上进行的，现已逐渐由人工采样转化为机械化采样。制样：采完样后，还必须将采用的煤样制成能进行多种特性测定的分析煤样，制样的原则过程可查阅现行国标GB474-1996，即将采集的煤样通过反复的破碎、混合、缩分等操作，以逐渐减小煤样的粒度和质量，最终制备成能代表本来煤样、粒度不不小于0.2mm的分析用煤样。煤样的筛分与破碎过程是分阶段进行的，以到达逐渐减小煤样粒度的规定。一般按煤样粒度划分为25、13、6、3、1mm五个阶段，粒度不小于25mm的煤样未通过破碎不容许缩分，当煤样粒度破碎到不不小于1mm时，然后用制粉机将煤样制成粒度不不小于0.2mm的分析煤样。为使煤样破碎到规定粒度，必须采用不一样孔径的筛子进行筛分，凡未通过筛分的煤样，都要再次破碎，直至所有煤样通过所用筛子为止。因此，为了进行制样，必须配有25、13、6、3、1、0.2mm的方孔筛及3mm圆孔筛。目前大多数单位采用的是机械方式破碎，出料粒度不不小于13mm和6mm的粗破碎，一般用鄂式破碎机，细碎多用对辊式破碎机，制粉则多采用密封式粉碎机。破碎后的煤样加以掺合和缩分，以到达减少煤样质量的规定。掺合煤样力争到达均匀，然后才容许缩分。缩分时必须严格遵照煤样粒度与保留煤样最小量之间的关系，煤样粒度与所保留样品最小量之间关系见下表。缩分使用的工具为十字分样板或二分器。全水分煤样的制备与其他分析煤样的制备不一样，全水分煤样粒度不不小于13mm时，煤样质量为2kg，不不小于6mm时，制样质量为500g。煤样粒度与所保留样品最小量之间的关系：煤样粒度（mm）＜25＜13＜6＜31＜0.2最小保留量（kg）60157.53.750.10.1制样完毕后，将各煤样用瓶装好后，送化验室化验，得出测试数据，换算成对应基准后，汇报有关部门及上级主管。煤炭分析试验措施一般规定（摘录）1．煤样分析试验煤样（如下简称煤样）一律按GB474制备。在制煤样时，若在室温下持续干燥1h后煤样质量变化不超过0.1%，则为到达空气干燥状态。煤样应装入严密的容器中，一般可用带有严密玻璃塞或塑料塞的广口玻璃瓶。称取煤样时，应先将其充足混匀，再行称取。测定除尤其规定者外，每项分析试验应对同一煤样进行2次测定（一般为反复测定）。2次测值的差如不超过规定程度（反复性限——同一化验室容许差T），则取其算术平均值作为测定成果；否则，需进行第3次测定。如3次测值的极差不不小于等于1.2T，则取3次测值的算术平均值作为测定成果，否则需进行第4次测定。如4次测值的极差不不小于等于1.3T，则取4次测值的算术平均值作为测定成果；如极差不小于1.3T而其中3个测值的极差不不小于等于1.2T，则可取此3个测值的算术平均值作为测定成果。如上述条件均未到达，则应舍弃所有测定成果，并检查仪器和操作，然后重新进行测定。凡需根据水分测定成果进行校正和换算的分析试验，应同步测定煤样水分。如不能同步进行，两者测定也应在尽量短的、煤样水分不发生明显变化的期限（最多不超过7d）内进行。措施精密度本原则所波及的分析试验的措施精密度，以反复性限（同一化验室的容许差）和再现性临界差（不一样化验室的容许差）来表达。反复性限在同一试验室中，由同一操作者，用同一台仪器，对同一分析试验煤样，于短期内所做的反复测定，所得成果间的差值（在95%概率下）的临界值。再现性临界差在不一样试验室中，对从煤样缩制最终阶段的同一煤样中分取出来的、具有代表性的部分所做的反复测定，所得成果的平均值间的差值（在95%概率下）的临界值。成果表述本原则采用下述数据修约规则：凡末位有效数字后边的第一位数字不小于5，则在其前一位上增长1，不不小于5则弃去；凡末位有效数后边的第一位数等于5，而5背面的数字并非所有为零，则在5前一位上增长1；5背面数字所有为零时，如5前面一位为奇数，则在5前一位上增长1，如前面一位为偶数（包括零），则将5舍去。所拟舍弃的数字，若为两位以上数字时，不得持续进行多次修约，应根据所拟舍弃数字中左边第一种数字的大小，按上述规定一次修约出成果。测定值和汇报值按4.1条所述规则，修约到表1规定的位数。测定项目单位测定值汇报值全水%小数后一位小数后一位最高内在水分%小数后二位小数后一位工业分析元素分析%%全硫多种形态硫灰中硅、铁、铝、钛、钙、镁、钾、钠、硫、磷真相对密度%%%无小数后二位小数后二位发热量MJ/kgJ/g小数后三位个位小数后二位十位灰熔融性特性温度奥阿膨胀度特性温度胶质层指数（x、y）坩埚膨胀序数℃℃mm无十位个位0.51/2十位个位0.51/2符号本原则采用各分析试验项目的英文名词第一种字母或缩略字，以及各化学成分的元素符号或分子式作为它们的代表符号。下列符号为煤炭分析试验项目专用符号：A——灰分，%；b——膨胀度，%；DT——灰熔融性变形温度，℃；FC——固定碳，%；FT——灰熔融性流动温度，℃；GR.I——粘结指数；HT——灰熔融性半球温度，℃；M——水分，%；MHC——最高内在水分，%；Q——发热量，J/g或MJ/kg；ST——灰熔融性软化温度，℃；V——挥发分，%。对各分析试验项目的深入划分，采用对应的英文名词的第一种字母或缩略字，标在有关符号的右下角。本原则所波及的分析试验项目中采用的下标有下列几种：f——外在或游离；inh——内在；o——有机；p——硫化铁；s——硫酸盐；gr,p——恒压高位；gr,v——恒容高位；net,p——恒压低位；net,v——恒容低位；b——弹筒；t——全。为了区别以不一样基表达的煤炭分析成果，采用下列英文字母，标在有关符号的右下角、项目细划分符号背面，并用逗号分开。本原则波及的常用基的符号有下列几种：ad——空气干燥基；ar——收到基；d——干燥基；daf——干燥无灰基；dmmf——干燥无矿物质基。举例：如空气干燥基全硫，以St,ad表达。试验记录和试验汇报试验记录试验记录应按规定的格式、术语、符号和法定计量单位填写，并应包括如下内容：分析试验项目名称及记录纸编号；分析试验日期；分析试验根据原则及使用重要仪器设备名称或编号；样品试验室编号；分析试验数据；分析试验成果及计算；分析试验过程中发现的异常现象及其处理；试验者和审核者；其他需阐明的问题。试验汇报试验汇报应按规定格式、术语、符号和法定计量单位填写，并应包括如下内容：汇报名称、编号，页号、总页数；试验单位名称、地址；委托单位名称、地址（假如合用）；样品名称、特性和状态、原编号、送样日期；试验室样品编号；重要分析试验根据原则或规程；分析试验项目及成果；（假如合用）抽样程序（包括煤产品特性、抽样根据原则、抽样基数，子样数目和质量、总样质量、抽样时间、地点和人员）（假如合用）有关“本汇报只对来样负责”的申明；同意、审核和主验人员、签发日期。常用公式一、发热量计算公式1、热容量计算公式。E=2、弹筒发热量计算公式Qb=3、空干基高位热值计算公式Qgr,ad=Qb,ad－(94.1Sb,ad＋Qb,ad)注：当全硫含量低于4.00%时，或发热量不小于14.60MJ/kg时，用全硫（按GB/T214测定）替代Sb,ad。(引用国标GB/T213-《煤的发热量测定措施》中9.3.2条)。4、收到基低位热值计算公式Qnet,ar=(Qgr,ad－206Had)5、空干基高位热值换算为干基高位热值公式Qgr,d=Qgr,ad×6、硝酸生成热计算公式qn=QG0.00157、冷却校正公式7.1国标公式C=（n－a）Vn＋aV0当≤1.20时，a=当＞1.20时，a=V0=K（t0―tj）＋A（测发热量时用）Vn=K（tn―tj）＋A7.2瑞方公式C=nV0+7.3奔特公式C=式中：E——热容量J/KQb——弹筒发热量MJ/kgQgr,ad——空干基高位热值MJ/kgQnet,ar——收到基低拉热值MJ/kgQgr,d——干基高位热值MJ/kgQ——苯甲酸热值J/gG——试样重量gq1——点火丝热值Jq2——添加物热值Jqn——硝酸生成热J——主期温升K或℃——点火后1'40''时的温升K或℃C——温升冷却校正值K或℃——硝酸校正系数当Qb≤16.7MJ/kg时，＝0.001当16.7MJ/K＜Qb≤25.1MJ/kg时，＝0.0012当Qb＞25.1MJ/kg时，=0.0016St——全硫%Mar——收到基水分%Mad——空干基水分%Had——空干基氢%V0——初期内筒降温速度K/min(瑞方、奔特为K/0.5min)Vn——未期内筒降温速度K/mintj——外筒温度℃t0——点火时的内桶温度℃tn——终点时的内桶温度℃——初期的平均温度℃ ——末期的平均温度℃m——主期内每30S，温升0.3℃以上的次数，低热值时为温升0.1℃以上的次数。r——主期内每30S，温升0.3℃如下的次数，低热值时为温升0.1℃如下的次数。n——主期从点火到终点的时间min（瑞方、奔特为0.5min）8、弹筒硫计算公式:Sb,ad=（c×V/m－Qb,ad/60）×1.6式中：Sb,ad——弹筒硫%c——氢氧化钠溶液的浓度0.1mol/LV——滴定用去的氢氧化钠溶液体积mLm——试样重量g60——相称1mmol硝酸的生成热J1.6——将每摩尔硫酸1/2（H2SO4）转换为硫的质量分数的转换因子。9、多种点火丝的热值表铁丝：6700J/g镍络丝：6000J/g铜丝：2500J/g棉线：17500J/g二、水泥等行业计算高位发热量及低位发热量方案1、根据国标GB/T213-，煤的高位发热量其测定措施有全硫法和弹筒硫滴定法，计算公式如下：一般来说，大多数水泥厂不也许为了测定全硫而购置一台定硫仪。因此水泥厂多是用弹筒硫滴定法测煤的高位发热量。和电厂不一样的是，水泥厂使用的NaOH的浓度一般为0.15mol／L。2、煤的低位发热量的计算公式如下：Qnet,ar=(Qgr,ad－206Had)可以看出，在计算煤的高下位热值时，由于滴定弹筒硫比较麻烦、费时。我企业量热仪软件在粗略计算低位热值的状况下可以由弹筒热值减去一种经验值而得到煤的低位热值，其详细状况如下：（1）当＞6000kcal/kg时，（2）当4000≤≤6000kcal/kg时，（3）当＜4000kcal/kg时，