煤的工业分析

浅谈煤的工业分析及应用

一 煤工业分析的概念：

煤的工业分析，又叫煤的技术分析或使用分析，主要是根据技术需要测定煤经转化生成的物质或呈现的性质。煤的全工业分析测定项目主要是水分、灰分、挥发分、固定碳。发热量和全硫。煤的工业分析通常指半工业分析，它包括水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目的测定。

二 水分的测定及应用：

1 水的存在形式：煤中水分从结合状态来看，分为游离水和结合水两类

（1）化合水 以化合的方式同煤中的矿物质结合的水，级结晶水如硫酸钙Caso4.2H2O, 高岭土Ai22sio2.2H2o,化合水属于煤的固有组

分，在煤中的比例极小，一般可忽略，这种水只能在高于煤的分解温度才能完全脱除，工业上一般也不测结晶水。

（2）游离水 即以物理吸附或附着方式与煤结合的水分，它又分为外在水分和内在水分。外在水分是在开采、储存、运输及洗煤时带入的，附在没颗粒表面和存在于直径大于10-5㎝的毛细孔中，易于蒸发除去在空气中（温度20℃，相对湿度65%）风干1-2天后即可蒸发, 所以此类水分又叫风干水分，除去外在水分的煤叫风干煤，外在水分的含量记为Mf。内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于10-5

㎝的毛细孔中难于蒸发除去的水分。内在水分需要在高于水的正常沸点的温度才能除尽，故又称为烘干水分，除去内在水分的煤叫干燥煤，

内在水含量记为Minh

外在水的含量一般为0-30%，取决于下列变量：煤的类别、环境的相对湿度、煤中矿物成分和含量、煤颗粒大小及粒度分布、井下与地面温度、氧化、化学添加剂等。内在水分的含量多少与煤化程度有关以烟煤为例，焦煤肥煤的水分低，低阶褐煤水分最高，到高阶无烟煤阶段，煤中的内在水分又明显增高。

（3）煤的外在水分Mf和经换算的内在水分Minh之和称为全水分，

记为Mt，它们之间关系不是简单的加和关系换算关系如下：

100% M f Mt= Mf+100% ×M inh

在实际测定全水分时，不必分别测定外在水分和内在水分，可直接将试样粉碎到粒度小于3mm，然后称取试样在102-105度下烘干，称量并计算求出全水分含量。

（4）空气干燥煤样水分（分析基水分） 作一般工业分析用的样品，大都是将测定外在水分（已经风干）后并粉碎为小于3mm的风干样品按样品的制备方法继续磨碎至全部通过80目筛（粒度在0.2mm以下）后再进行各项测定。粒度在0.2mm以下的空气样煤在规定条件下测得的水分叫空气干燥水分（或叫分析基水分），记为Mad。分析基水分Mad与全水分Mt和内在水分Minh之间的关系是：

Mad

2 外在水分的测定：

将粒度小于13mm的样煤（1㎏左右）倒入恒重并称量的铁皮浅

盘中（长×宽×高=280mm×230mm×30mm），在工业天枰（精确至0.1g）上准确称量，记下质量G (g)，摊平试样放入45～50℃的烘箱中，干燥8h，取出冷却至室温称量，放置8h自然干后，再称量，直至两次称量之差不大于0.3%为止。试样减轻的质量为G1(g)，按下列公式计

算外在水分的含量:

Mf=

3 内在水分的测定:

将测定外在水分后试样粉碎至粒度小于3mm，用分析天平称量10～15g，记为G(g)，放入已知直径为70mm高40mm的称量瓶中，置入102～105℃的烘箱内，鼓风干燥1.5h，冷却称重，重复干燥0.5h直至恒重（两次质量之差不大于0.005g）试样减轻质量为G1（g），用下列公式计算内在水分的含量

Minh=

4 分析基水分的测定：

测定分析基水分的方法有通氮干燥法、空气干燥法、甲苯干燥法等。下以通氮干燥法为例说明：称取粒度为0.2mm以下的干燥煤样（1.0±0.1）g，精确至0.002g，记为G(g)，平摊于已恒重带盖称量瓶中，送入预先通入干燥氮气并以加热至 102～105℃ 的干燥箱中干燥（烟煤烘1.5h，褐煤和无烟煤烘2h）从干燥箱中取出，立即加盖，放入干燥器中冷却至室温称量。重复干燥制恒重（两次称量之差小于0.001g），试样减轻质量为 G1，用下列公式计算出分析基水分的含量 G1GG1G×100% ×100%

Mad =

5 水分测定的应用： G1G×100%

目前各国及国际标准在煤水分测定时，测定技术有所不同，导致测定值的差异，需注意某些测定方法并不适用所有煤阶段水分的测定。

煤中水分含量影响到煤的工业用途、使用、运输、储存。水分的存在相对降低煤的发热量，同时与SO2等作用生成H2SO3腐蚀设备。

因此煤的水分是评价煤炭质量的一个基本指标，水分被列为低阶煤质编码参数。商品煤中的水还是煤炭生产、流通领域中的一个计价因数，煤炭供需双方的合同通常规定煤的最高水分及水分超量的扣款方法。煤中水分虽谈不上有害，但属无效物质，对炼焦没来说每提高1%水分，结焦时间相应增长十几分钟。作为燃料，发热量降低；运输中属无效运输；在冬季易冻车造成卸车困难；有的用煤设备，对煤中水分有其严格要求，否则将降低设备的运行效率。

三 灰分的测定及应用：

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，经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣。

煤中矿物质有不同的来源：一原生矿物质 二次生矿物质 三外来快物质。原生矿物质和次生矿物质总称为内在矿物质，有内在矿物质形成的灰分叫内在灰分，外来矿物质形成的灰分叫外在灰分。高

温燃烧测煤中灰分产率时，其矿物质在燃烧过程中发生一系列物理化学反应，主要反应如下：

400℃以上时，盐类脱水如：

CaSO4.2H2O= CaSO4+2H2O ↑

Al2SO32SiO22H2O = Al2SO32SiO2+2H2O↑

500℃以上时碳酸盐分解如：

CaCO3=CaO+CO2↑

FeCO3=FeO+ CO2↑

400℃-600℃,因空气中氧气的存在，发生氧化反应：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2↑

2CaO+ 2SO2+ O2= 2CaSO4

4FeO+ O2=2 Fe2O3

高于700℃时，其中碱金属氧化物和氮化物部分发生挥发，以上物质在温度为800℃左右基本完成，所以测定灰分温度控制在温度为815±10℃。煤中灰分测定有两种方法：缓慢灰化法，它用作仲裁分析：另一种叫快速灰化法，它适用日常分析。

1 缓慢灰化法： 用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的干燥煤样（1 0.1）g（精确至0.0002g），质量记为G（g），中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于100℃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，使炉温在30min

• 马弗炉测定法是将盛有煤样的已恒定质量的灰皿预先分排放在耐热瓷板或石棉网上，将马弗炉加热到850℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉网缓慢推入马弗炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化，等5-10min，煤样不再冒烟时，以不大于2mm/min的速度把第二排、第三排、第四排的灰皿按顺序推入炉内炽热部分，关上炉门，在815 10℃的温度下灼烧40min，从炉中取出灰皿，放在空气中冷却5 min左右。移入干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧至恒重，取最后一次质量计算。（如检查灼烧时结果不稳定，改为缓慢灰化法重新测定，灰分

3 灰分测定的应用：

灰分是一个重要的煤指标，它对煤的加工利用产生负面影响，同时造成环境污染。从对煤质评价及煤对环境的影响考虑，灰分被列为‘中国煤炭编码系统和中国炉层煤分类’中，作为一个分类编码参数。 灰分的存在不但影响燃烧时煤的发热量，同时也影响煤灰的熔融特性以及对炉膛表面的腐蚀及灰沉积情况。煤灰也可综合利用变废为宝，如用煤灰生产水泥、预制块、砖瓦或轻骨料等建筑材料；在农业上用作土壤改良剂；煤中稀有元素含量高时，尚可富集提取稀有元素。

四 挥发分的测定：

将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出而减小质量，减小质量占煤样质量的百分数与分析水分之差即为煤的挥发分（Vad）

剩下的不挥发物质称为焦渣，焦渣减去灰分含量即得到固定碳含量。

煤在隔绝空气下加热，温度低于100℃时煤中吸附的气体和部分水逸出，当温度升高至110℃游离水逸尽，当温度达到200℃时，化合水逸出，当温度升至250℃时，第一次热分解开始，有气体逸出，当温度超过350℃时，有焦油产生，500-600℃焦油逸尽，当温度超过600℃，第二次热分解开始，气体再度逸出，气体冷凝后的到高焦，900-1000℃，分解停止，残留为焦炭。煤的挥发分的测定结果完全取决于坩埚的材料、大小和形状及加热温度。时间。隔绝空气等实验条件，尤其是加热时间和温度。为便于比较我国规定采用带严密坩埚盖的特质瓷坩埚，在900±10℃温度下隔绝空气准确灼烧7min的测定方法。

1 挥发分的测定：

用预先在900℃下灼烧至质量恒定带盖瓷坩埚，称取粒度为0.2mm以下的干燥煤样（1±0.1）g（精确至0.0002g），质量记为G（g），中，轻微振动，使样品分散为均匀，盖上盖，放在坩埚架上，将马弗炉预热至920℃，打开炉门，迅速将放有坩埚的架子恒温区并关上炉门，准确加热7min，从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5 min左右，

当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量在2%-12%时按下列公式计算挥发分：

当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于12%时按下列公式计算挥发分：

Vad=G1G×100%-Mad-（（CO2）ad-（（CO2）ad焦渣）） ．

注意事项当打开炉门，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。加热时间应包括温度恢复时间在内，时间应严格控制为7min，用秒表计时。 2挥发分测定的应用：

根据挥发分产率的高低，可以初步判别煤的变质程度、发热量及焦油产率等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用干燥无灰基挥发分作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解挥发分是否合乎要求，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，也是煤分类的重要指标。

五 固定碳的计算和各种基的换算：

1 固定碳的计算：

固定碳 —是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物，用符号FCad表示。固定碳计算公式如下：

FCad = 100% - Mad - Aad – Vad

2固定碳计算的应用：

固定碳含量越高，发热量越好。从煤的工业分析指标来看，发热量主要是煤中固定碳燃烧产生的，因此国际上利用工业分结果计算发热量的公式，即以煤的固定碳作为发热量的主要来源，

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，即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高，因此有些国家（如日本、美国）的煤炭分类即以干燥无灰基固定碳含量FCdaf作为分类指标之一

煤质分析结果的有关术语如下表：

2各种基的换算:

工业分析的结果大都是用含水样品测定的，但是，水分含量又应温度，湿度和其他条件而改变。一旦水分含量改变，其他组分含量必

然相应的改变，因此分析结果失去实际使用价值，也不能相互比较。如果用干燥物质为基准表示组分的含量，则不受水分改变的影响，所以，在工业分析标准中规定用干燥基为基准表示组分的含量，而工业分析结果通常是以分析试样计算出来的，但在生产现场，在工艺员设计计算中，常以物料的应用状态为基准表示组分的含量，因此分析的结果需要相互换算，下面介绍一些换算公式;

收到基煤样的灰分和挥发分的换算： Xar=Xad×

100%-Mar

100%-Mad

干燥基煤样的灰分和挥发分的换算： Xa=Xad×

100%100%-Mad

干燥无灰基煤样的挥发按下式换算： Vdaf=Vad×

当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于2%时按下列公式计算挥发分：

Vdaf=Vad×

100%

100%-Mad-Aad-(co2)ad

100%

100%-Mad-Aad

上述公式中;

X→收到基煤样的灰分产率或挥发分产率 X→空气干燥基煤样的灰分产率或挥发分产率

Mar→收到基煤样的水分含量 M→空气干燥基煤样的水分含量

X→干燥基煤样的灰分产率或挥发分产率 A→空气干燥基煤样的灰分

V→干燥无灰基煤样的灰分产率或挥发分产率

V→空气干燥基煤样的灰分产率或挥发分产率

aradaddaddafad

各国在挥发分的测定时有不同的标准，因此对同一煤样，测定结果略有不同，下表列出各主要工业国测定方法的要点与差异：

各国主要工业（组织）的煤工业分析方法要点