煤質(zhì)分析化驗(yàn)

煤質(zhì)分析化驗(yàn)2021/6/271有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫等元素，碳和氫占有機(jī)質(zhì)的95%以上。礦物質(zhì)主要是堿金屬、堿土金屬、鐵、鋁的碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽及硫化物。除硫化物外，其它的礦物質(zhì)不能燃燒，使煤的可燃比例減小，影響煤的發(fā)熱量。§1.1煤的組成由有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)和水三部分組成。有機(jī)質(zhì)和部分礦物質(zhì)是可燃的，水和大部分礦物質(zhì)是不可燃的。2021/6/272§1.2煤質(zhì)化驗(yàn)的流程

采樣—破碎—干燥—制樣—

實(shí)驗(yàn)分析

2021/6/273采樣：是指從特定量的煤中取出一部分有代表性的總樣，以供確定該特定量煤的質(zhì)量的過程。

采樣目的：為了采取具有代表性的樣品，以樣品的品質(zhì)、特性推斷整批煤的品質(zhì)、特性。

一、采樣2021/6/274采樣方法：五點(diǎn)取樣法

。按對角線取五個點(diǎn)，不要表層，每點(diǎn)一鐵鍬共取一桶。使取的煤樣盡量具有代表性，隨機(jī)取樣。將取的的煤樣拌勻，分選，最后留下一公斤左右作為待化驗(yàn)煤樣。

采樣原則:采樣方法不能有系統(tǒng)偏差；樣品必須有一定數(shù)目的子樣組成；所采子樣的質(zhì)量必須合乎要求；采樣時要注意安全。

2021/6/275采樣頭2021/6/276二、破碎用破碎機(jī)將煤樣破碎至6毫米以下，用二分器縮分。2021/6/277對錕式破碎機(jī)2021/6/278三、干燥根據(jù)原煤的含水程度，用干燥箱干燥煤樣顆粒，并做出全水分析。

2021/6/279電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱2021/6/2710四、制樣用密封式制樣機(jī)制成0.2毫米以下煤樣。2021/6/2711五、實(shí)驗(yàn)分析煤的分析檢驗(yàn)，根據(jù)目的不同，一般可分為：1．工業(yè)分析2．元素分析3．其它分析(物理性質(zhì)、工藝性質(zhì)和煤灰成分分析等）2021/6/27121.工業(yè)分析煤的工業(yè)分析又叫技術(shù)分析或?qū)嵱梅治?，是評價煤的基本依據(jù)。

半工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳的測定

全工業(yè)分析：水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、發(fā)熱量和硫的測定。2021/6/2713煤中主要含有碳、氫、氧、氮、硫等元素，此外，煤中還含有許多放射性和稀有元素如鈾、鍺、鎵等。元素分析的結(jié)果是對煤進(jìn)行科學(xué)分類的主要依據(jù)。在工業(yè)上，是計算發(fā)熱量、干餾產(chǎn)物產(chǎn)率、熱量平衡的依據(jù)。煤中的稀有元素很多，但一般是指有提取價值的鍺、鎵、鈾、釩、鉭等元素。除硫外，煤中還含有一些有害元素，如磷、氯、砷、氟、汞等?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行檢測。2.煤的元素分析

2021/6/27143、其他分析煤的物理性質(zhì)是煤的一定化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)，包括顏色、光澤、密度、硬度、脆度、斷口及導(dǎo)電性等。2021/6/2715§1.2

煤的工業(yè)分析一、常用的符號和基準(zhǔn)二、水分的測定三、灰分的測定四、揮發(fā)分產(chǎn)率的測定五、固定碳含量的計算六、全硫的測定七、發(fā)熱量的測定2021/6/2716一、常用的符號和基準(zhǔn)1．分析項(xiàng)目的名稱及表示符號項(xiàng)目水分灰分揮發(fā)分固定碳發(fā)熱量符號MAVFCQC、H、O、N、S及煤灰中化學(xué)成分等仍以元素名稱為代表符號。ashvolatilecompoundfixedcarbonquantityofproducedheatmoisture2021/6/2717●煤中的水分屬雜質(zhì)組分。在煤的燃燒過程中，水分受熱逸出除降低熱值外還能與燃燒氣中的一些組分互相作用，產(chǎn)生對設(shè)備、管道、觸媒（催化劑）等造成損害的物質(zhì)，如SO2與H2O作用生成H2SO3等?！褚虼嗣褐兴值暮繉⒂绊懨嘿|(zhì)的質(zhì)量，是經(jīng)常要進(jìn)行檢驗(yàn)的項(xiàng)目之一。二、水分的測定2021/6/2718（一）煤中水分的存在形態(tài)分為兩類:化合水、游離水。煤的工業(yè)分析中只測試游離水，不測化合水。1．化合水：

以化合方式和煤中礦物質(zhì)結(jié)合的水，即通常所說的結(jié)晶水，例如硫酸鈣（CaSO4

2H2O）、高嶺土（Al2O3

2SiO4

2H2O）中的結(jié)晶水。結(jié)晶水要在200℃以上才能分解析出。2021/6/27192．游離水以物理狀態(tài)（如附著、吸附等形式）和煤結(jié)合的水。根據(jù)存在的不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)，分為外在水分和內(nèi)在水分。外在水分（Mf）:是指煤在開采、運(yùn)輸、儲存和洗選過程中潤濕在煤的外表及大毛細(xì)孔（直徑＞10-5cm）中的水分。此水分在空氣中風(fēng)干1-2天就能蒸發(fā)而失去。內(nèi)在水分（Minh）:是指吸附或凝聚在煤粒內(nèi)部的毛細(xì)孔（直徑＜10-5cm）中的水分。這部分水分較難蒸發(fā)，需要在高于正常沸點(diǎn)的溫度下才能除去。2021/6/2720（二）全水分Mt的測定全水分：是指煤中全部的游離水，即煤中外在水分和內(nèi)在水分之和。

測定方法：A、通氮干燥法B、空氣干燥法C、微波干燥法2021/6/2721操作：

用預(yù)先干燥并稱量過的稱量瓶迅速稱取10-12g粒度小于6mm的煤樣，打開稱量瓶蓋，放入預(yù)先通入干燥氮?dú)獠⒁鸭訜岬?05-110℃的干燥箱中，煙煤干燥1.5h,褐煤和無煙煤干燥2h,取出后蓋上蓋子，放入干燥器中冷卻至室溫后稱量，再干燥后稱重，直到連續(xù)兩次干燥后的質(zhì)量相差不超過0.01g為止，根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算水分的含量。方法A：通氮干燥法（適用于各種煤）2021/6/2722式中

Mt——煤樣的全水分；

m——煤樣的質(zhì)量，g；

m1——煤樣干燥后減輕的質(zhì)量，g。2021/6/2723

將稱量瓶放入預(yù)先鼓風(fēng)并已加熱到105-110℃的干燥箱中，在鼓風(fēng)條件下煙煤干燥2h,無煙煤干燥3h。其它步驟同上。方法B：空氣干燥法（適用于煙煤和無煙煤）2021/6/27242021/6/2725

方法C：微波干燥法（適用于煙煤和褐煤）

煤樣在微波爐內(nèi)，利用微波發(fā)生器產(chǎn)生的交變電場作用，引起摩擦發(fā)熱，使水分迅速蒸發(fā)。特點(diǎn)：受熱均勻，水分蒸發(fā)快；不適用于無煙煤和焦炭等導(dǎo)電性較強(qiáng)的試樣。2021/6/2726（三）分析水Mad的測定分析水（空氣干燥基水分

）：指煤在空氣干燥狀態(tài)下所含的水份，也就是內(nèi)在水分。

空氣干燥煤樣：粒度小于0.2mm、與周圍空氣濕度達(dá)到平衡的煤樣

。

樣品制備：將粒度小于0.2mm煤樣,在20℃和相對濕度70％的空氣下連續(xù)干燥1小時后質(zhì)量變化不超過0.1%，即認(rèn)為已達(dá)到空氣干燥狀態(tài)。2021/6/2727稱取樣品1±0.1g105-110℃煙煤干燥1h無煙煤干燥1.5h冷卻檢查性試驗(yàn)至恒重稱取樣品1±0.1g145±5℃煙煤、無煙煤干燥10min、褐煤1h冷卻檢查性試驗(yàn)至恒重1.常規(guī)測定法（適用于煙煤和無煙煤）2.快速測定法（適用于煙煤、無煙煤和褐煤）2021/6/2728Mad——分析水m1——煤樣干燥后失去的質(zhì)量，gm——煤樣的質(zhì)量，g；2021/6/2729三、灰分的測定煤的灰分來自煤中的礦物質(zhì)，灰分是煤中的無用物質(zhì)，灰分越低媒質(zhì)越好。

煤的灰分是煤完全燃燒后剩下的殘渣，是煤中礦物質(zhì)在煤燃燒過程中經(jīng)過分解、化合反應(yīng)后的產(chǎn)物，用符號A表示。測定方法：緩慢灰化法(仲裁法)

快速灰化法(常規(guī)分析方法)2021/6/2730（1）當(dāng)溫度在400℃左右時,主要反應(yīng)：1、化學(xué)反應(yīng)（高溫灼燒法）2021/6/2731灰分的測定（二）（2）當(dāng)溫度在500℃左右時的主要反應(yīng)：（3）當(dāng)溫度在600oC左右時：（3）當(dāng)溫度高于700℃時：

煤中的堿金屬氧化物和氯化物部分發(fā)生分解，待溫度達(dá)到800℃時分解反應(yīng)基本完成，因此煤的灰分測定溫度規(guī)定為（815±10）℃。2021/6/27322、緩慢灰化法（1）灰皿2021/6/2733（2）測定過程

稱取分析煤樣1

0.1g，于已經(jīng)在815

10℃灼燒恒量的灰皿中，輕微振動，使樣品分散為均勻的薄層，置溫度低于100℃的高溫爐中。在爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風(fēng)，控制加熱速度，使?fàn)t溫在30min左右緩慢升高至500℃并保持此溫度30min。然后，升高溫度至815

10℃，關(guān)閉爐門，在此溫度下繼續(xù)灼燒1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進(jìn)行檢查性灼燒，每次進(jìn)行20min，直到煤樣的質(zhì)量變化小于0.001g時為止，取最后一次質(zhì)量計算。灰分<15%的樣品，可不必進(jìn)行檢查性灼燒。2021/6/2734（3）計算m——煤樣的質(zhì)量，g；m1——灼燒后殘渣質(zhì)量，g。2021/6/27354、快速灰化法用快速灰分測定儀進(jìn)行測定。儀器由管式電爐、傳送帶和控制儀組成。優(yōu)點(diǎn)：與普通馬弗爐相比，測定速度快，連續(xù)自動傳送，速度可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)。測定效率是馬弗爐的4~5倍，能耗為馬弗爐的三分之一。(15~50min)缺點(diǎn)：誤差較緩慢灰化法大，一般情況下，應(yīng)將快速灰化法的測定結(jié)果與緩慢灰化法進(jìn)行比較，在允許誤差內(nèi)才可使用。2021/6/27365．灰分測定的允許誤差（%）

灰分（%）同一實(shí)驗(yàn)室不同實(shí)驗(yàn)室<1515~30>300.20.30.50.30.50.72021/6/2737四、揮發(fā)分產(chǎn)率的測定將煤放在與空氣隔絕的容器內(nèi)，在高溫下經(jīng)一定時間加熱后，煤中的有機(jī)質(zhì)和部分礦物質(zhì)分解為氣體釋出，由減小的質(zhì)量再減去水的質(zhì)量即為煤的揮發(fā)分（V）

。因?yàn)槊褐锌扇夹該]發(fā)分不是煤的固有物質(zhì)，而是在特定條件下，煤受熱的分解產(chǎn)物，因此所測的結(jié)果應(yīng)稱為揮發(fā)分產(chǎn)率。2021/6/2738

1、主要儀器設(shè)備

（1）坩堝

坩堝蓋外緣槽形，此槽正好蓋在坩堝口的外緣上，在蓋內(nèi)邊有凹處，以備揮發(fā)釋出。

2021/6/2739

用鎳鉻絲制成，其規(guī)格以能放置6個坩堝為好，大小應(yīng)與爐內(nèi)900

10℃穩(wěn)定溫度區(qū)相適應(yīng)，放在架上的坩堝底部應(yīng)與爐堂底距離20-30mm。（2）坩堝架2021/6/27402．測定過程

稱取分析煤樣1

0.01g（精確至0.0001g），于已在900

10℃灼燒恒量的專用坩鍋內(nèi)，輕敲坩堝使試樣攤平，然后蓋上坩堝蓋，置于坩堝架上，迅速將坩堝架推至已預(yù)先加熱至900

10℃的高溫爐的穩(wěn)定溫度區(qū)內(nèi)，并立即開動秒表，關(guān)閉爐門（3min內(nèi)回復(fù)爐溫）。準(zhǔn)確灼燒恰好7min，迅速取出坩堝架，在空氣中放置5～6min，再將坩鍋置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。計算揮發(fā)分產(chǎn)率。2021/6/27413.計算式中m——煤料的質(zhì)量，g；

m1——樣品加熱后減少的質(zhì)量，g。2021/6/27424．注意事項(xiàng)

當(dāng)打開爐門，推入坩堝架時，爐溫可能下降，但是在3min內(nèi)必須使?fàn)t溫達(dá)到900

10℃，否則試驗(yàn)作廢。從加熱至稱量都不能揭開坩堝蓋，以防焦渣被氧化，造成測定誤差，空冷時間適宜，防止焦渣吸水。每次測定后，坩堝內(nèi)常附著一層黑色碳煙，應(yīng)灼燒除去后再使用。

2021/6/27435．測定揮發(fā)分產(chǎn)率的允許誤差

揮發(fā)分產(chǎn)率（%）平行測定結(jié)果的允許誤（%）不同化驗(yàn)室測定結(jié)果的允許誤差（%）<1010~45>450.30.51.00.51.01.52021/6/2744五、固定碳含量的計算

固定碳：是指除去水分、灰分和揮發(fā)分后的殘留物，用符號FCad表示。固定碳的化學(xué)組分，主要是C元素，另外還有一定數(shù)量的H、O、N、S等其它元素。

固定碳含量，一般不直接測定，而是通過計算得到。FCad=100%-Mad-Aad–Vad2021/6/2745六、全硫的測定

（1）煤中硫的分類按存在形式

無機(jī)硫(硫化物、硫酸鹽）有機(jī)硫(硫醚、硫醇、噻吩類雜環(huán)硫化物等)

單質(zhì)硫根據(jù)燃燒性分類

可燃硫(有機(jī)硫、硫鐵礦硫和單質(zhì)硫）不可燃硫(固定硫，硫酸鹽硫）2021/6/2746（2）全硫

煤中各種形態(tài)硫的總和叫做全硫，記作St一般工業(yè)分析中只測全硫，不要求分別測定無機(jī)硫和有機(jī)硫。全硫的測定方法有：艾士卡質(zhì)量法、燃燒法、彈筒法等。燃燒法是快速方法，而艾士卡法至今仍是全世界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2021/6/2747（3）艾氏卡質(zhì)量法

1、原理將煤樣與艾氏卡試劑（2份質(zhì)量的MgO+1份質(zhì)量的Na2CO3）混合于850℃下燃燒，使各種形態(tài)的硫都轉(zhuǎn)化成可溶于水的硫酸鹽，然后用硫酸鋇重量法測定硫酸根含量

MgO作用：MgO能疏松反應(yīng)物，使空氣能進(jìn)入煤樣，同時也能與SO2和SO3發(fā)生反應(yīng)。2021/6/27482Na2CO3+2SO2+O2=2Na2SO4+2CO2Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO22MgO+2SO2+O2=2MgSO4Na2CO3+CaSO4=Na2SO4+CaCO3煤+空氣=CO2+H2O+SO2+SO3+N2

2021/6/27492、測定步驟熔樣在30ml坩堝內(nèi)稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣1g（精確至0.0002g),與2g艾氏卡試劑混勻，再用1g艾氏卡試劑覆蓋。將坩堝移入馬弗爐中，在1～2h內(nèi)從室溫逐漸加熱到800～850℃，在該溫度下保持2h，取出坩堝，冷卻到室溫。用玻璃棒把熔塊攪碎，熔塊中應(yīng)無殘?zhí)款w粒（如果有，則再送入爐中加熱30min）。2021/6/2750

熔塊浸取將熔塊連同坩堝一并放入400mL燒杯中，用熱蒸餾水洗出坩堝。加入100-150mL熱蒸溜水，充分?jǐn)嚢枋谷蹓K散碎，煮沸約5min（此時如果發(fā)現(xiàn)有未燃燒完全的黑色顆粒漂浮在溶液表面，則此次試驗(yàn)報廢）用定性濾紙濾出不溶物，收集濾液在燒杯中，再用熱蒸餾水吹洗不溶物，吹洗時應(yīng)注意每次加水要少些，多吹洗幾次（約12次，最后溶液體積不超300mL）2021/6/2751調(diào)整試液酸度在濾液中滴加甲基橙（2g/L水溶液）指示劑3滴，然后用HCl溶液(1+1)調(diào)節(jié)酸度。先調(diào)至甲基橙的黃色剛轉(zhuǎn)為紅色，然后再多加2mLHCl溶液(1+1)。沉淀、恒量把燒杯溶液加熱到微沸，在不斷攪拌下，慢慢滴加10mLBaCl2溶液(100g/L)，在電熱板上保溫2h（或放置過夜），用定量濾紙過濾。用熱蒸餾水洗至無Cl-，將沉淀和濾紙正確折疊放在850℃下已恒量的坩堝中進(jìn)行干燥，灰化至濾紙已無黑色，然后放在850℃的高溫爐中灼燒40min，取出，中冷到室溫、稱量。2021/6/27523．測定流程

熔塊浸取調(diào)整試液酸度灼燒至恒重沉淀過濾洗滌至無氯離子灰化熔樣2021/6/2753（4）結(jié)果計算

m——煤樣質(zhì)量，g；

m1——灼燒后硫酸鋇的質(zhì)量，g；

m2——空白試驗(yàn)硫酸鋇的質(zhì)量，g；0.1374——由硫酸鋇換算為硫的換算因數(shù)。

2021/6/2754（5）測定全硫的允許誤差

St,ad同一實(shí)驗(yàn)室，%

不同實(shí)驗(yàn)室，%<11~4>40.050.100.200.100.200.302021/6/2755（1）發(fā)熱量的定義及單位煤的發(fā)熱量或熱值是指單位質(zhì)量的煤完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時（室溫）所放出的熱量，用Q表示。

單位:

J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。1cal=4.1816J。

七、發(fā)熱量的測定

2021/6/2756彈筒發(fā)熱量高位發(fā)熱量低位發(fā)熱量（2）發(fā)熱量的分類：2021/6/27571．彈筒發(fā)熱量：（Qb）是指單位質(zhì)量的煤樣在量熱計和彈筒內(nèi)，在過量的高壓氧氣條件下（初始壓力為27～35大氣壓）燃燒后產(chǎn)生的熱量，也就是用彈筒量熱計實(shí)測出的熱量煤中原有的水和氫元素燃燒生成的水冷凝在彈筒中，氮被氧化為NO2或N2O5，硫被氧化為SO3，它們?nèi)苡谒矔a(chǎn)生熱量。因此煤在彈筒中燃燒要比在空氣中燃燒時產(chǎn)生的熱量多，所以又稱為“最高發(fā)熱量”。

2021/6/27582．高位發(fā)熱量（Qgr）

高位發(fā)熱量是指煤在大氣中燃燒時產(chǎn)生的熱量，此時煤中的硫只