煤的工业分析-煤中的水分(煤化学课件)

煤中水分的分类《煤化学》学校名称：目录游离水和化合水外在水分和内在水分全水分最高内在水分1234游离水是以附着、吸附等物理状态与煤结合的水。煤中的游离水，在105~110℃的温度下放置1~2h后即可全部蒸发掉.化合水是指以化合方式与煤中的矿物质结合，即通常所说的结晶水和结合水，如硫（CaSO4·2H2O）中的结晶水和高岭土[Al2Si2O5(OH)3]中的结合水。一、游离水和化合水根据结合状态的不同，煤中的水分可分为游离水和化合水两大类。根据水分的不同赋存状态，煤中水分又可分为内在水分和外在水分两种。

外在水分以机械的方式与煤结合，蒸汽压与水的蒸汽压相等，较易蒸发。当煤在室温下的空气中放置时，外在水分不断蒸发，直至与空气的相对湿度达到平衡时为止。此时失去的水分就是外在水分。外在水分附着在煤粒的外表面或较大的毛细孔中的水（直径大于10-5cm）称为外在水分，是一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时失去的水分，又称自由水分或表面水分，项目符号为Mf。二、外在水分和内在水分

内在水分以吸附或凝聚方式存于煤粒内部直径小于10-5小毛细孔中，蒸汽压小于纯水的蒸汽压，较难蒸发，加热至105~110℃时才能蒸发。

内在水分吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔中的水（直径小于10-5cm）称为内在水分，它是在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所保持的水分，项目符号为Minh。二、外在水分和内在水分工业分析所测定的外在水分和内在水分与理论定义的差异之处在工业分析的实际测定中，由于煤从脱去表面水到脱去内在水是连续而复杂的过程，二者难以严格分开，因此工业分析中的表面水和内在水不是按照其理论定义来划分的，而是按照测定方法或者说是测定条件来定义的。所谓表面水是指环境温度和湿度下，煤与大气接近湿度平衡时失去的那部分水，而留下来的水分则为内在水，这与以表面吸附和毛细管吸附为根据的理论划分法有所出入。因为当煤与大气接近平衡时不仅失去表面吸附水，而且部分毛细管吸附水也要失去，所以实测的表面水和内在水不是一个定值，而是随测定环境的温度和湿度等的变化而异。二、外在水分和内在水分全水分：煤的外在水分与内在水分的总和称为煤的全水分。它代表了刚开采出来，或使用单位刚收到或即将投入使用状态下煤中的全部水分（游离水分）。

（1）

虽然全水分应等于外在水分和内在水分之和，但外在水分以收到基为基准，而内在水分以空气干燥基为基准。基准不同，测定结果不能直接相加，必须经过换算。将空气干燥基内在水分换算为收到基内在水分，才能相加得出全水分，即收到基全水分。三、全水分最高内在水分（MHC）：煤样在温度为30℃，相对湿度为96%下达到平衡时测得的内在水分称为最高内在水分。由于煤的孔隙率与煤化度有一定的相关性，所以煤的最高内在水分基本上反映了煤的变质程度、黏结性和发热量等煤质特征。如年轻褐煤的最高内在水分在30%以上，而最高内在水分含量小于1%的烟煤几乎都是强黏结性和高发热量的肥煤和主焦煤。

在煤的工业分析中，只测定游离水，一般不考虑化合水。煤有机质中的氢和氧在干馏或燃烧时生成的水称为热解水，不属于上述的水分范围，也不是工业分析的内容。四、最高内在水分煤中的水分《煤化学》学校名称：目录煤中水分的来源煤中水分的测定原理煤中水分与煤质的关系煤中水分对煤加工利用的影响1234

煤中水分的来源是多方面的。1.在成煤过程中，成煤植物遗体堆积在沼泽或湖泊中，水因此进入煤中；2.煤层形成后，地下水进入煤层的缝隙中；3.在水力开采、洗选和运输过程中，煤接触水体、雨、雪或潮湿的空气均可使水分增加。一、煤中水分的来源

测定煤中水分含量的方法有蒸馏法、微波加热法、加热干燥法（分为干燥失重法和直接重量法）等。常用方法为加热干燥法中的干燥失重法。1.干燥失重法

煤中水分是以物理态吸附在煤的表面或孔隙中，只要将煤加热到高于100℃，即可使煤中的水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何变化，煤的失重即认为是水分失去所引起的。

通常是将煤加热到105～110℃并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样的失重即为煤样在干燥中失去的水分。二、煤中水分的测定原理2.微波干燥法

将煤样置于微波测水仪内，在微波作用下，煤中的水分子高速振动，产生摩擦热，使水分蒸发，根据煤样失重计算水分含量。微波加热法对煤样能够均匀加热，水分可以迅速蒸发，因而测定快速周期短能够防止煤样因加热时间过长而氧化，但因为无烟煤和焦炭的导电性强，不适合该法。3.共沸蒸馏法将煤样悬浮在一种与水不互溶的有机溶剂中，通常用甲苯会二甲苯，放入水浴中加热，煤种的水分受热后形成蒸汽，与有机蒸汽一起进入冷凝泠却器，冷凝液进入有刻度的接收管。由于溶剂与水不互溶，且水的密度大，沉于底部，可通过刻度读取水的体积，从而得到水分的量。在我国国标和国际标准中已将此方法淘汰。二、煤中水分的测定原理

煤中各种水分的多少均在一定程度上反映了煤质状况，煤中的外在水分、内在水分和最高内在水分都与煤质有关，表1为不同煤化度煤中内在水分的含量变化区间。煤中的化合水与煤的变质程度没有关系，但化合水多，说明含化合水的矿物质多，会间接地影响煤质。表1煤中内在水分与煤的煤化程度的关系

煤种

内在水分/%

煤种内在水分/%泥炭5~25焦煤0.5~1.5褐煤5~25瘦煤0.5~2.0长焰煤3~12贫煤0.5~2.5气煤1~5无烟煤0.7~3肥煤0.3~3年老无烟煤2~9.5三、煤中水分与煤质的关系

低煤化度煤结构疏松，结构中有较多的亲水基团，内部毛细管发达，内表面积大，因而外在水分高，内在水分大，例如褐煤的外在水分和内在水分均可高达20%以上。随着煤化度的提高，煤的结构渐趋紧密，内表面积减少，两种水分都在降低。在中等煤化程度的肥煤和焦煤阶段，外在水分较少，内在水分达到最低值（小于1%）。到高变质的无烟煤阶段，煤分子的排列更加整齐，加之缩聚的收缩应力使煤粒内部的裂隙增加，外在水分于内在水分的含量又有所提高，内在水分可达到4%左右。三、煤中水分与煤质的关系

煤的最高内在水分与煤化度的关系与内在水分基本相同，但表现出更为明显的规律性，如图1所示。当挥发分（Vdaf）为25±5%时，MHC＜1%，达到最小值。对于高挥发分（Vdaf＞30%）的低煤化度，MHC随着Vdaf的增加而迅速增大，最高可达20%~30%。对于低挥发分（Vdaf＜20%）的高煤化度煤，MHC随着Vdaf的减少又略有增大。因此，可以采用MHC作为低煤化度煤的一个分类指标。图1MHC与Vdaf的关系二、煤中水分与煤质的关系

一般来说，煤的水分对其加工利用、贸易和储存运输都会带来不利的影响。1.在运输过程时，煤的水分增加了运输负荷与成本，在寒冷地带水分的冻结导致装卸困难。2.在储存时，煤中的水分随空气的湿度而变化，使煤易破裂，加速了氧化。3.在机械加工时，水分过多会引起粉碎、筛分困难，既容易损坏设备，又降低生产效率。4.在锅炉燃烧中，水分高会影响燃烧的稳定性和热传导。四、煤中水分对煤加工利用的影响5.在炼焦工业中，水分高会降低焦炭产率，而且由于水分大量蒸发带走热量而延长焦化周期。水分过大，还会损坏焦炉，缩短焦炉使用年限，同时，炼焦煤中的各种水分（包括热解水）全部转入焦化剩余氨水中，增大了焦化废水处理负荷。因此，在煤炭贸易中，水分成为一项重要的计价依据。但水分高有时也会产生积极效应。例如，燃烧粉煤时，若煤中含有一定水分，可有效减少粉煤的损失，在一定程度上改善炉膛的辐射效能。在现代煤炭加工利用中，煤中水分可作为加氢液化和加氢气化的供氢体。此外，高水分褐煤的利用价值也逐渐被发掘。四、煤中水分对煤加工利用的影响煤中水分的测定《煤化学》学校名称：

在实际工作中，需要测定的水分指标包括煤中全水分、一般分析试验煤样水分和最高内在水分。目录全水分的测定一般分析试验煤样水分的测定最高内在水分的测定123

GB/T211--2017规定，全水分测定可采用两步法、一步法和微波干燥法等三种方法，其中两步法和一步法又分别包括通氮干燥法及空气干燥法两种方法，而为了进行在线分析，快速、准确地了解煤中水分，微波干燥法被列入规范性附录中。在氮气流中干燥的方式适用于所有煤种，在空气流中干燥的方式适用于烟煤和无烟煤，微波干燥法适用于烟煤和褐煤。两步法中的通氮干燥法被标准列为仲裁方法，这里以此为例说明煤中全水分测定的方法要点以及结果计算等。1.外在水分在两步法中的通氮干燥法测定中，称取一定量13mm试样，在温度不高于40℃的环境下一、全水分的测定干燥到质量恒定，按照式（1）计算外在水分。（1）式中Mf——试样的外在水分，%；m1——试样干燥后的质量损失，单位为克（g）；m——称取的13mm试样的质量，单位为克（g）。2.内在水分立即将测定外在水分后的煤样破碎到标称最大粒度3mm，于105~110℃下在氮气（空气）流中干燥到质量恒定，按照式（2）计算内在水分。（2）式中Minh——试样的内在水分，%；m2——称取的试样的质量，单位为克（g）；m3——试样干燥后的质量损失，单位为克（g）。一、全水分的测定

3.全水分虽然全水分应等于外在水分和内在水分之和，但外在水分以收到基为基准，而内在水分以空气干燥基为基准。基准不同，测定结果不能直接相加，必须经过换算。将空气干燥基内在水分换算为收到基内在水分，按照式（3）相加得出全水分，即收到基全水分。（3）式中Mt——煤中全水分，%。如果在运送过程中煤样的水分有损失，按式（4）求出补正后的全水分值：（4）式中Mt′——补正后的煤中的全水分，%；M1——试样的的水分损失率，%；Mt——不考虑煤样在运送过程中的水分损失时测得的全水分，%。一、全水分的测定

当M1大于1%时，表明煤样在运送过程中可能受到意外损失，则不可补正。但测得的水分可作为试验室收到煤样的全水分。在报告结果时，应注明“未经补正水分损失”，并将煤样容器标签和密封情况一并报告。为使分析结果可靠，每项分析试验应对同一试样进行两次重复测定，在同一试验室，两次重复测定结果的差值不得超过表1的规定，否则应进行第三次测定。一、全水分的测定

一般分析试验煤样水分过去曾被称为空气干燥煤样水分，是指在规定条件下测定的一般分析煤样水分。GB/T212-2008规定，用通氮干燥法、空气干燥法和微波干燥法等三种方法测定一般分析煤样水分。其中通氮干燥法适用于所有煤种，空气干燥法仅适用于烟煤和无烟煤，微波干燥法被列入附录中，适用于褐煤和烟煤水分的快速测定。在仲裁分析中，遇到有用一般分析试验煤样水分进行校正以及基的换算时，应采用通氮干燥法测定。这里以通氮干燥法为例说明一般分析试验煤样水分的测定方法要点。二、一般分析试验煤样水分的测定在通氮干燥法中，称取一定量的一般分析试验煤样，置于105~110℃干燥箱中，在干燥氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样的质量损失，按照式（5）计算出水分的质量分数。