煤质分析(工业分析课件)

煤试样的制备主要内容三制样方法二制样设施，设备和工具制样总则一1缩分2破碎3混合4空气干燥一煤样总则试样制备的目的是通过破碎，混合，缩分和干燥等步骤将采集的煤样。煤样制备成能代表原来煤样特性的分析用煤样二制样的设施，设备和工具制样室应宽大敞，不受风雨及外来灰尘的影响，要有除尘设备。破碎机鄂式破碎机，锤式破碎机，钢制棒磨机，其他密封式研磨机以及无系统偏倚，精密度符合要求的各种缩分机和联合破碎机。锤子，手工磨碎煤样的钢板和刚锟等。不同规格的二分器十字分样板铁锹镀锌铁盘和搪瓷盘毛刷台秤托盘天平磅秤

清扫设备和磁铁等。存储全水分煤样和分析试验煤样的严密容器。振筛机标准筛鼓风干燥箱温度可控。缩分先锥子，再破碎机

破碎目的：使煤样尽可能均匀

混合温度不超过50度

空气干燥1机械缩分法2人工缩分法3堆锥四分法二分器锤式破碎机锥堆四分法

煤的分类和分析方法一．煤的分类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14个大类和17个小类。常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤3．对工业用煤的要求煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质冶金用焦，对炼焦用煤有以下要求：（1）有较强的结焦性或粘结性（2）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低（4）配合煤的挥发分要合适

煤的基础知识知识准备一、煤的组成和分类1．煤的组成

煤包含有很多种元素，由可燃物和不可燃物两部分组成。可燃物主要包括有机质和少量的矿物质（通常为FeS2）。不可燃物包括水和大部分矿物质，象碱金属、碱土金属、铁、铝等的盐类。。知识准备

碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。

碳即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.

测定步骤氢氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为1～6%，越是年轻的煤，其含量也越高。

知识准备氮元素在煤中的比例较少，一般为0.5～3%。

氮知识准备硫元素也是组成煤的有机质的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。硫2．煤的分类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14个大类和17个小类。常见的三类：无烟煤、褐煤、烟煤

子学习情境1.2煤中全硫的测定主要内容3任务资讯4计划决策任务实施52任务分析任务来源16任务评价检测人员按照检测标准和规范化操作要求，完成商品煤中全硫测定并提交检测报告。任务来源

完成商品煤中全硫测定，需要具备的基本知识和基本技能：任务分析样品交接常用礼仪常识、有关规定煤试样采取、制备的方法艾氏卡质量法测定煤中全硫的方法数据处理及检验报告编写方法重量分析操作技术任务资讯

制定检测方案

决策计划

实施样品检测

任务实施

任务检查评价

检查评价获取相关知识煤中硫分，按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。

任务资讯煤中硫的存在、作用无机硫：硫醚，二硫化物等（含量较低）有机硫：硫化物，硫酸盐，微量元素硫（后两者含量低，前者多为硫铁矿）硫是煤中的有害元素之一煤中全硫记作St，全硫通常就是煤中的硫酸盐硫（记作Ss）、硫铁矿硫（记作Sp）和有机硫（记作So）的总和，即St=Ss+Sp+So如果煤中有单质硫（记作S），也应包含在全硫中。任务资讯煤中硫的存在、作用1艾氏卡（质量）法2库仑滴定法3高温燃烧-酸碱滴定法.煤中硫的测定方法任务资讯艾氏卡法为标准方法、仲裁分析方法；库伦滴定法和高温燃烧中和法为快速分析方法。库伦滴定法

煤样在催化剂作用下，在空气流中燃烧分解，生成的SO2用碘化钾吸收，电解碘化钾溶液产生的I2滴定SO2，根据电解所需电量，计算出S的含量。任务资讯库伦测硫仪

任务资讯将煤样与艾氏卡试剂（Na2CO3和MgO以质量比1+2的混和物）混合灼烧，然后使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，有硫酸钡沉淀的质量计算煤中全硫的含量。①熔样：煤样和艾氏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于水的硫酸盐。煤样在空气中燃烧时，可燃硫首先转化为SO2，继而在有空气存在下，和艾氏卡试剂作用形成可溶于水的硫酸盐：任务资讯艾氏卡法

煤+空气=CO2+H2O+SO2+SO3+N22SO2+O2+2Na2CO3=2Na2SO4+2CO2SO3+Na2CO3=Na2SO4+CO2煤中原有硫酸盐与Na2CO3反应：不可燃烧又难溶于水的CaSO4，也能同时能和艾士卡试剂作用：CaSO4+Na2CO3→Na2SO4+CaO+CO2难溶于水的硫酸盐MeSO4和艾士卡试剂中的Na2CO3反应如下：MeSO4+Na2CO3=Na2SO4+MeCO3任务资讯②熔块浸取经半熔反应后的熔块，用水浸取，Na2SO4都溶入水中。未作用完的Na2CO3也进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。③洗滤渣，调酸性pH约1～2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（pH约1～2），其目的是消除CO32-的影响，因其也会和Ba2+在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。任务资讯④沉淀、洗涤、灼烧、恒量加入Ba2+后，生成硫酸钡沉淀：SO42-+Ba2+=BaSO4

滤出BaSO4沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。⑤空白试验：不加煤样的条件下同样操作⑥结果计算：任务资讯计划决策方法概要

本法是用艾氏卡试剂（Na2CO3和MgO以质量比1+2的混和物）作为熔剂，所以称为艾氏卡质量法。方法包括煤样的半熔反应、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰化和灼烧等过程。计划决策煤样中的SSO42-艾氏卡试剂硫酸盐水BaCl2BaSO4↓称重得BaSO4质量实验仪器任务实施1、仪器与装备（1）分析天平，感量0.0001g。（2）马弗炉，附有测温和控温仪表，能升温至900℃，温度可调并可通风。（3）瓷坩埚，容量为30mL和10～20mL两种。实验试剂任务实施2、试剂（1）艾氏卡试剂。以2份质量的化学纯轻质氧化镁与1份质量的化学纯无水碳酸钠混匀并研细至粒度小于0.2mm，保存于密闭容器中。（2）盐酸溶液（1+1）。（3）氯化钡溶液，100g·L-1.（4）甲基橙溶液，20g·L-1.（5）硝酸银溶液，10g·L-1，加入几滴硝酸，储存于深色瓶中。实验步骤第1步熔样

称取煤样（粒度应小干0.2mm）1g，置于30mL瓷坩埚中，取艾士卡试剂2g，放在瓷坩埚内仔细混匀，上面再覆盖1g艾士卡试剂，把坩埚推入高温炉内。在2h内从室温升到850℃，在850℃下加热2h，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（如果有，则再送入炉中加热）。任务实施实验步骤第2步熔块浸取将熔块连同坩埚一并放入400mL烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入100～150mL热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约5min（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，多吹洗几次（约12次，最后溶液体积不超300mL）。任务实施实验步骤第3步洗滤渣，调pH

在滤液中滴加甲基橙（2g/L水溶液）指示剂3滴，然后用HCl溶液(1+1)调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加2mLHCl溶液(1+1)。任务实施实验步骤第4步

沉淀、洗涤、灼烧、恒量

把烧杯放到电热板上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加10mLBaCl2溶液(100g/L)，在电热板上保温2h（或放置过夜），用慢速定量滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无Cl，将沉淀和滤纸正确折叠放在850℃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850℃的高温炉中灼烧40min，取出，先在空气中冷却，然后移入干燥器中冷到室温、称量。任务实施实验结果任务实施m——煤样质量，g；m1——灼烧后硫酸钡的质量，g；m2——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。注意事项(1）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SO2。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。(2）在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入BaC12溶液后，最后体积应在200mL左右为宜。体积过大，虽然BaSO4的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。任务实施(3）调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除CO32-的影响：2H++CO32-=H2O+CO2(4）在热溶液中加入BaCl2溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止Ba2+局部过浓，以致造成局部［Ba2+］和[SO42-]的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使BaSO4晶体慢慢形成，长成较大颗粒。任务实施注：艾氏卡试剂中MgO作用？艾氏卡试剂中的MgO具有较高的熔点（2800℃），当煤样与其混合在一起与800~850℃进行灼烧时不至于熔融，使熔块保持疏松，防止Na2SO4在不太高的温度下熔化；同时MgO能疏松反应物，使空气能进入煤样，有利于熔剂对生成硫化物的吸收。3MgO+2SO2+SO3+O2→3MgSO4任务资讯(5）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。(6）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，BaSO4会被还原而导致测定结果偏低。BaSO4+2C=BaS+2CO2(7）每配制一批艾氏卡试剂或更换其它任一试剂时，应进行两个以上空白试验（除不加煤样外，全部操作同样品操作），硫酸钡质量的极差不得大于0.0010g，取算术平均值作为空白值。任务实施

子学习情境1.3煤的发热量测定主要内容3任务资讯4计划决策任务实施52任务分析任务来源16任务评价

任务来源检测人员按照检测标准和规范化操作要求，完成商品煤发热量测定并提交检测报告。样品交接常用礼仪常识、有关规定煤试样采取、制备的方法氧弹式热量计法测定煤的发热量的方法数据处理及检验报告编写方法完成商品煤中发热量测定，需要具备的基本知识和基本技能：任务分析任务资讯

制定检测方案

决策计划

实施样品检测

任务实施

任务检查评价

检查评价获取相关知识煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。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。任务资讯煤的发热量及表示方法1．定义

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）所放出的热量，用Q表示。发热量的单位:J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。过去曾使用卡（cal）作单位，1Cal=4.1816J。任务资讯煤的发热量及表示方法2．发热量的表示方法

①弹筒发热量（Qb）：是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内，在过量的高压氧气条件下（初始压力为27～35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。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NO2或N2O5，硫被氧化为SO3，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，所以又称为“最高发热量”。任务资讯

②高位发热量（Qgr表示）：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SO2，氮是游离状态N2，水呈液态冷凝（常温约25℃）。任务资讯高位发热量可从弹筒发热量求得Qgr,ad=Qb,ad-（95St,ad+αQb,ad）式中：

Qgr,ad——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，J/g；St,ad——空气干燥基煤的全硫含量；95——煤中每1%硫的校正值，J；α——硝酸校正系数任务资讯硝酸校正系数表任务资讯Qb,adKJ/g<16.7016.70~25.10>25.10α0.0010.00120.0016任务资讯③低位发热量（Qnet）：低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热量。

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20℃水蒸气状态），此时燃料燃烧放出的热量一部分被水气化所吸收，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后，即为低位发热量。④常用的表示方法：除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种不同的基准。因此煤的发热量就可以有十五种不同的表示方法，常用的有下列五种：a.空气干燥基弹筒发热量，Qb,ad；b.空气干燥基高位发热量，Qgr,ad；c.干基高位发热量，Qgr,d；d.干燥无灰基高位发热量，Qgr,daf；e.收到基低位发热量，Qnet,ar；任务资讯煤的发热量的测定（氧弹式热量计法）任务资讯一定量的分析试样在氧弹式热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧。氧弹式热量计的热容量通过在相似条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定，根据试样点燃前后量热系统产生的温升，并对点火热进行校正即可求得试样的弹筒发热量。从弹筒发热量中扣除硝酸形成热和硫酸校正热（硫酸与二氧化硫形成热之差）后即得高位发热量。

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无法测定。因此利用煤的工业分析结果，如M，A，V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意义。任务实施煤的发热量的计算方法1、烟煤空气干燥基低位发热量的计算式：Qnet,v,ad=[100K-(K+6)(Mad+Aad)-3Vad-40Mad]×4.1868K:常数，在72.5~85.5之间。据Vdaf和焦渣特征查表可得。只有在Vdaf<35%，且Mad>3%时，才减去最后一项40Mad。任务实施煤的发热量的计算方法2、褐煤Qnet,v,ad的计算式：Qnet,v,ad=[100K1-(K1+6)(Mad+Aad)-Vdaf]×4.1868K1：常数，在61~69之间，与煤中的O含量有关。3、无烟煤空气干燥基低位发热量的计算式：

Qnet，ad=86Mad-92Aad–24Vad计划决策方法概要一定量的分析试样在氧弹式热量计中，在充有过量氧气的氧弹内燃烧。氧弹式热量计的热容量通过在相似条件下燃烧一定量的基准量热物苯甲酸来确定，根据试样点燃前后量热系统产生的温升，并对点火热进行校正即可求得试样的弹筒发热量。从弹筒发热量中扣除硝酸形成热和硫酸校正热（硫酸与二氧化硫形成热之差）后即得高位发热量。计划决策

空气干燥煤样弹筒发热量Qad可按下式计算：计算公式式中：Qb，ad—空气干燥煤样弹筒发热量，J·g-1；E—热量计的热容量，J·K-1；H—贝克曼温度计的平均分值；t0—点火时温度，℃；tn—终火时温度，℃；h0和hn—点火及终点温度校正值，由贝克曼温度计检定证书中查得，℃；C—辐射校正系数或冷却校正系数，℃；q1—点火丝发热量（应扣除燃烧剩余部分）；q2—添加物如包装纸等产生的总热量，J；m—空气干燥煤样的质量，g。计划决策实验仪器：1．热量计：氧弹（弹筒），内筒（水筒），外筒（水套），搅拌器，量热温度计，点火装置2．附属设备：温度计读数放大镜和照明灯；振荡器；燃烧皿；压力表和氧气导管；点火装置；压饼机；秒表或其它能指示10s的计时器；天平（分析天平：感量0.1mg；工业天平：载重量4～5kg，感量1g）任务实施恒温式量热计主要有氧弹、内筒、外筒、量热温度计、点火装置等组成。氧弹由耐热、耐腐蚀的镍铬钼合金制成。内筒由紫铜、黄铜或不锈钢制成，断面可为圆形、菱形或其他适当形状。外筒由金属制成的双层容器，一般外壁是圆形，内壁的形状则以内筒的形状而定，内外筒之间保持10cm的距离。外筒要光亮，尽量减少辐射作用。量热温度计点火装置任务实施3．材料：点火丝：直径0.1mm左右的铂、铜、镍铬丝或其它已知热值的金属丝，如使用棉线，则应选用粗细均匀，不涂蜡的白棉线。各种点火丝点火时放出的热量如下：铁丝6700J/g(1602cal/g);镍铬丝1400J/g(335cal/g);铜丝2500J/g(598cal/g);棉线17500J/g(4185cal/g)。任务实施实验试剂：1．氧气：不含可燃成分，因此不许使用电解氧。2．苯甲酸：经计量机关鉴定并标明热值的苯甲酸。3．氢氧化钠标准溶液（供测弹筒洗液中硫用）：0.1mol/L。4．甲基红指示剂：0.2%任务实施氧弹式热量计任务实施（二）测定步骤（1）试样称取及燃烧前的准备①称取粒度为0.2ｍｍ以下的空气干燥煤样１～1.1ｇ（精确至0.000２ｇ）于燃烧皿中。对于让燃烧时易飞溅的煤，可用已知质量的擦镜纸包紧，或先用压饼机将煤样压成饼状，再将其切成２～４ｍｍ的小块。对于不易燃烧完全的煤样，可先在燃烧皿底铺上一层石棉垫，任务实施但注意不能是煤样漏入石棉垫底部，否则燃烧不完全。若加入了石棉垫仍燃烧不完全，则可提高充氧压力促进燃烧。采用石英燃烧皿时，不必加石棉垫。②取一段已知质量的点火丝，两端接在氧弹内的来年各个电极柱上，注意是使火四与试样保持接触或保持有一小段距离。对易飞溅的煤样要特别注意点火丝不能接触燃烧皿，两电极之间或燃烧皿与另一电极之间不能接触，以免发生短路，造成点火失