煤的工业分析

煤的工业分析引言：煤的工业分析，也称为技术分析或实用分析。主要测定项目有煤的水分(M)、灰分(A)、挥发分(V)和固定碳(FC)四项，有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。

通常，水分、灰分、挥发分产率都直接通过实验测定，固定碳不作直接测定，而是用差减法进行计算。利用煤的工业分析结果，可以基本掌握各种煤的质量、工艺性质及特点，以确定煤在工业上的实用价值。

煤是一种多孔性的固体，含有一定的水分。煤的水分，是很难用肉眼估量出来的，即使看起来是干煤，而实际上烟煤还含有1%~2%的水分，褐煤含有10%~40%的水分。水分是煤中的无机组分，其含量和存在状态与煤的内部结构及外界条件有关。一般而言，煤中水分是无用的物质，它的存在不利于煤的加工利用，其含量越低越好。一、煤的水分测定1、外在水分(Mf)

：是指附着在煤的颗粒表面的水膜或存在于直径大于10-5cm的毛细孔中的水分，又称自由水分或表面水分。

该水分以机械方式和煤结合，在常温（45℃~50℃）下较易失去。（一）煤中水分的存在形态水分分类

游离水

化合水

（煤的工业分析中不考虑）内在水分外在水分

全水分（Mt）2、内在水分(Minh）：是指在一定条件下达到空气干燥状态时所保留的水分，即存在于煤粒内部直径小于10-5cm的毛细孔中的水分。

该水分以物理化学方式与煤结合，其含量与煤的表面积大小和吸附能力有关，在室温下这部分水分不易失去,需加热到105℃~110℃时才失去。收到煤空气干燥煤干燥煤3、化合水：是指以化学方式与矿物质结合、有严格的分子比，在全水分测定后仍保留下来的水分，即通常所说的结晶水。

化合水在煤中含量不大，通常要加热到200℃甚至500℃以上才能析出。如石膏(CaS04·2H20)，煤的工业分析中，一般不考虑化合水，只测定游离水。另外，煤的有机质中氧和氢在干馏或燃烧时生成的水称为热解水，不属于上述三种水分范围，也不是工业分析的内容。（二）煤中水分与煤中的关系

煤中水分含量的变化范围很大，由煤的水分含量大致推断煤的煤化程度，其中内在水分与煤化程度的关系见下表表煤中内在水分与煤化程度的关系泥炭：几千年形成的天然沼泽地产物，（又称为草炭或是泥煤）是煤化程度最低的煤，是煤最原始的状态。

褐煤：煤化程度低的煤。外观多呈褐色，光泽暗淡，含有较高的内在水分和不同数量的腐殖质。又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。长焰煤：变质程度最低的一种烟煤，是煤化程度仅高于褐煤的最年轻烟煤。气煤：变质程度较低，挥发分较高的烟煤。是煤化程度较低的一种烟煤，不粘结或微具粘结性。肥煤：对煤化度中等、黏结性极强的烟煤的称谓。肥煤挥发物一般较高。胶质层较厚。粘结性强，加热时产生大量胶质体，肥煤是炼焦配合煤中的重要组分，配入肥煤可使焦炭熔融良好，从而提高焦炭的耐磨强度。焦煤：（cokingcoal）也称冶金煤，是中等及低挥发分的中等粘结性及强粘结性的一种烟煤。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但产生的膨胀压力大，使推焦困难，必须配入气煤、瘦煤等，以改善操作条件和提高焦炭质量。瘦煤：变质程度高的烟煤。单独炼焦时，大部分能结焦。焦炭的块度大、裂纹少，但熔融较差，耐磨强度低。在炼焦配合煤中，瘦煤可以起到骨架和缓和收缩应力，从而增大焦炭块度的作用，是配合煤中的重要组分。以提高焦炭的块度。减少焦炭的裂纹。贫煤：变质程度高,挥发分最低的烟煤,不结焦。无烟煤：煤化程度高的煤。其挥发分低、密度大、燃点高、无黏结性、燃烧时多不冒烟。

内在水分随煤的煤化程度加深而呈规律性变化：

泥炭→褐煤→烟煤→年轻无烟煤

（随煤化程度加深，内在水分逐渐减小）

年轻无烟煤→年老无烟煤（随煤化程度加深，内在水分又有所增加）主要原因：①煤的内在水分随煤的内表面积而变化；②煤中含有的亲水基团。[羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH3)及羟基(-OH)等]

煤在生成过程中,其内部形成了极微细的毛细管及孔隙,它们构成的内表面积比外表面积要大得多。这种毛细管及孔隙的数量极大,分布又深又广,具有极为复杂的发达的内部结构,是煤能吸附各种气体及液体的原因。（二）煤中水分的测定方法间接法：将已知质量的煤样放在一定温度的烘箱或专用微波炉内进行干燥，根据煤样蒸发后的质量损失计算煤中水分。本节中水分的测定包括原煤样的全水分测定和分析煤样的水分测定。煤中水分测定方法间接法直接法（甲苯蒸馏法）（三）煤中全水分的测定（Mt）

煤中全水分测定可采用三种方法，即通氮干燥法、空气干燥法及微波干燥法，其中通氮干燥法属于仲裁方法。各种方法的测定要点及适用范围如下表所示：方法代号方法名称方法提要适用范围A通氮干燥法（一步法或两步法）一步法：称取一定量的粒度小于6mm的煤样，于105℃~110℃下，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。两步法：称取一定量的粒度小于13mm的煤样，在温度不高于40℃的环境下干燥到质量恒定，再将煤样破碎到粒度小于3mm，于105℃~110℃下，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样两步干燥后的质量损失计算出全水分。对各种煤样均适用B空气干燥法（一步法或两步法）一步法：称取一定量的粒度小于6mm的煤样，于105℃~110℃下，在空气流中干燥到质量恒定。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。两步法：称取一定量的粒度小于13mm的煤样，在温度不高于40℃的环境下干燥到质量恒定，再将煤样破碎到粒度小于3mm，于105℃~110℃下，在空气流中干燥到质量恒定。根据煤样两步干燥后的质量损失计算出全水分。适用于烟煤和无烟煤C微波干燥法称取一定量的粒度小于6mm的煤样，置于微波炉内，煤中水分子在微波发生器的交变电场作用下，高速震动产生摩擦热，使水分迅速蒸发。根据煤样干燥后的质量损失计算出全水分。适用于烟煤和无烟煤指灼烧或烘干,并于干燥器中冷却至室温后称量,重复进行至最后两次之差不大于0.0003g时,即为质量恒定。结果表述

测定值保留小数点后两位，报告值修约小数点后一位。①A法和B法的一步法及C法均按下式计算全水分质量分数：注：进行检查性干燥时，注意煤样质量的变化，质量减少小于0.0010g②A法和B法中的两步法按下式计算煤中全水分质量分数：全水分的精密度两次重复测定结果的差值不得超过下表的规定：（四）空气干燥煤样水分的测定

方法相似，见书重复性，是指同一分析者,在同一试验室,在较短的时间内,对同一试样所得一系列分析结果的离散程度.离散程度小的.则谓之重复性好.大的则谓之重复性不好.再现性，则是指不同试验室,不同分析者使用同一分析方法对同一试样所得一系列分析结果的离散程度,同样离散程度小的为好.反之大的为不好。（五）水分测定所需仪器（六）煤中水分对工业加工利用的影响

水分是煤中的不可燃成分，它的存在对煤的加工利用通常是有害无利的，可以表现在以下几个方面。①造成运输浪费。煤是大宗商品，水分含量越大，则运输负荷越大。特别是在寒冷地区，水分容易冻结，造成装卸困难，解冻又需要消耗额外的能耗。例如：日燃煤1万吨的电厂，煤中水分由10%减少至9%，每天可减少100t水运进电厂，全年就可节约运力三万余吨，直接经济效益可观。②引起储存负担。煤中水分随空气温度而变化，易氧化变质，煤中水分含量越高，要求相应的煤场、煤仓容积越大，输煤设备的选型也随之增加，势必造成投资和管理的负担。③增加机械加工的困难。煤中水分过多，会引起粉碎、筛分困难，既容易损坏设备，又降低了生产效率。④延长炼焦周期。炼焦时，煤中水分的蒸发需消耗热量，增加焦炉能耗，延长了结焦时间，降低了焦炉生产效率。煤中水分每增加1%，结焦时间延长20～30min，水分过大，还会损坏焦炉，缩短焦炉使用年限。⑤降低发热量。煤作为燃料，水分在气化和燃烧时，成为蒸汽，蒸发时需消耗热量，每增加1%的水分，煤的发热量降低0.1%。但是，在现代煤炭加工利用中，有时水分高反而是一件好事，如煤中水分可作为加氢液化和加氢气化的供氢体。燃烧粉煤时，若煤中含有一定水分，可适当改善炉膛辐射，有效减少粉煤的损失。

煤样在规定的条件下完全燃烧后所得到的残留物，称为灰分。虽然灰分全部来自煤中矿物质，但灰分的组成和质量与矿物质不完全相同，是矿物质在空气中经过一系列复杂的化学反应后剩余的残渣，因此，称之为“灰分产率”更为合理。煤的灰分与煤中矿物质关系密切，对煤炭利用都有直接影响。二、灰分的测定（A）

煤的灰分来自煤中的矿物质，包括如下几个部分：（一）煤中灰分的来源煤中矿物质外来矿物质原生矿物质次生矿物质内在矿物质1、原生矿物质煤的原生矿物质是成煤植物在生长过程中，从土壤中吸收的碱金属和碱土金属的盐类，其含量一般为2﹪～3﹪。这类盐类与煤的有机质结合紧密不易分离。2、次生矿物质在成煤过程中，由外界混到煤层中的矿物质而形成了次生矿物质。次生矿物质在煤中的含量一般不高。以内在矿物质所形成的灰分称之为内在灰分。内在矿物质难以用洗选的方法去除。3、外来矿物质

在采煤过程中混入的矿顶、底板及夹矿层的矿石、泥、沙等称为外来矿物质。这类矿物质由于是从外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗选的方法将其除去。一、测定灰分的意义（1）灰分是表征煤炭质量的最主要指标，是考核煤矿和选煤厂煤炭产品质量的主要指标之一。商品煤灰分是煤矿、选煤厂地和用（户）煤单位结算的依据。灰分也是现阶段我国制定煤炭出厂价格的基本依据。（2）灰分与煤的发热量、密度等性质有关。灰分增加，可燃部分相对地减少，单位质量煤的发热量就降低。灰分和发热量有很好的线性关系，灰分增加，发热量降低；灰分增加，煤的密度也随之增大。（3）煤的灰分大小，直接影响着煤作为工业原料和能源使用时的作用。如炼焦、气化、加氢液化以及制造石墨电极等都要求煤的灰分在一定限度以下，否则将影响这些工业的生产和产品质量。在工业利用上，灰分＜10%称特低灰煤，灰分=10%~15%为低灰煤，灰分=15%~25%为中灰煤，灰分=25%~40%为富灰煤，灰分＞40%为高灰煤。（二）灰分测定原理称取一定量的煤样于灰皿中，置于高温炉并灼烧至恒重。根据灼烧后残留物（灰分）的质量占煤样质量的百分数，计算出灰分的含量。注：实验的关键是温度的控制以高温灼烧法测定煤中的灰分的含量时，将伴随发生一系列的物理化学反应，主要的反应如下：⑴当温度在400℃左右时：

CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O↑2SiO2·Al2O3·2H2O=Al2O3+2SiO2+2H2O↑即煤中的硫酸盐和硅酸盐发生脱水反应，失去结晶水。⑵当温度在500℃左右时：

ＣaCO3=CaO+CO2↑FeCO3=FeO+CO2↑

即煤中的碳酸盐在温度高于500℃时，则发生分解反应，生成氧化物和二氧化碳。⑶当温度在600℃左右时：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

2CaO+2SO2+O2=2CaSO44FeO+O2=2Fe2O3

即在400～600℃时，由于空气中氧的作用，发生了氧化反应。为使反应完全，一般让煤样在500℃保温一段时间，使煤中的黄铁矿硫和有机硫被完全氧化。⑷

当温度高于700℃时：

当温度高于700℃时，煤中的碱金属氧化物和氯化物部分发生分解，待温度达到800℃时分解反应基本完成。因此，煤的灰分测定温度规定为（810±10）℃。（三）灰分测定方法

灰分测定缓慢灰化法（仲裁法）快速灰化法（常规分析法）测定方法：高温灼烧法（空气干燥煤样）（1）缓慢灰化法：煤样恒重灰皿马弗炉100℃缓慢升温30min至500℃保温30min升温至815℃保温1h冷却至室温称量检查性灼烧至恒量（2）快速灰化法：煤样恒重灰皿马弗炉815℃灼烧40min冷却至室温称量检查性灼烧至恒量（四）结果表述Aad---空气干燥煤样的灰分含量，％；m1----残留物的质量，g；m-----煤样的质量，g。灰分测定精密度灰分测定结果的重复性和再现性要求见下表：长方形灰皿

（五）灰分测定所需仪器马弗炉马弗炉灰分快速测定仪（六）测定灰分注意事项(1)严格掌握测定温度(815±10)℃，因为在这种温度下煤中有机质完全燃烧，如果温度过高、过低都会影响灰分值。(2)测定灰分必须从低温开始，温度高容易使煤样爆燃，表面形成焦状，而里面燃烧不完全。(3)灰化速度不易过快，否则会使部分挥发物逸出，带走细小颗粒而使灰分产率结果偏低。(4)灰化过程必须有足够的空气通入。(5)质量=（灰皿＋灼烧残留物）－灰皿。

煤在规定条件下隔绝空气加热进行水分校正后的质量损失即为挥发分。去掉挥发分后的残渣叫焦渣。挥发分不是煤中原来固有的挥发性物质，而是煤在严格规定条件下，加热时的热分解产物，确切地说，煤中挥发分应叫挥发分产率。挥发分是煤分类的主要指标，根据挥发分产率可以大致判断煤的变质程度；根据挥发分产率和焦渣特征可初步判断煤的加工利用性质和热值的高低三、挥发分的测定（V）

挥发分:是评定煤质的指标，在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时，挥发分有重要的参考作用。煤化程度低的煤，挥发分较多。如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。因此，要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。焦渣按其形状，特征的不同可分为八种类型，用来初步表不同煤种的粘性，熔融性及膨胀性。根据挥发分测定后的焦渣可知，泥炭，褐煤，烟煤中长焰煤，贫煤及无烟煤没有粘结性；烟煤中气，肥，焦，瘦煤都有粘结性，可作为炼焦煤，而其中肥煤和焦煤没有粘结性最好，其坩埚焦熔融，粘结良好且具有膨胀性。（一）煤在隔绝空气加热时的变化⑴

温度<100℃时，煤中吸附的气体和部分水逸出⑵

温度在200℃时，化合水逸出⑶温度在250℃时，第一次热解开始，有气体逸出⑷温度>350℃时，有焦油产生⑸温度在550℃~600℃时，焦油逸尽⑹

温度>600℃时第二次热解开始，气体再度逸出冷凝，得高温焦⑺

温度在900℃~1000℃时分解停止，残留物为焦炭（二）挥发分的组成

煤的挥发分主要是由水分和碳氢化合物（CH4为主）组成，但物理吸附水（包括外在水和内在水分）和矿物质生成二氧化碳不属挥发分范围。

（三）测定原理

称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在(900±10)℃下，隔绝空气加热7min，以减少的质量占煤样质量的百分数再减去该煤样水分含量作为挥发分产率。（四）结果表述①空气干燥煤样的挥发分的计算

Vad

----空气干燥煤样的挥发分含量，％；

m1----煤样加热后减少的质量，g；

m----煤样的质量，g；Mad----空气干燥煤样的水分含量，％。②当空气干燥煤样中碳酸盐及二氧化碳含量为2~12％，则:（五）测定挥发分所需仪器

坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。

坩埚架

用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好。大小应与炉内900

10℃稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离20～30mm。

马弗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度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在900

10℃范围内。（六）注意事项

1、当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到900

10℃，否则试验作废。2、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。3、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。4、总加热时间（包括温度恢复时间）要严格控制在

7min，用秒表计时。5、坩埚应带有严密盖的瓷坩埚。