煤挥发分测定准确性探讨.doc

Anhui Vocactional determination of volatile best quality of crucible similar to the determination of repeatability to comply with the requirements of GB. 关键词：煤 测定技术 挥发分 坩埚 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 2 - 目目 录录 摘要（中文）1 摘要（英文）1 引 言3 第一章 准确测定挥发分的重要性3 1.1 煤中挥发分的测定原理 3 1.2 煤中挥发分的主要组成 3 1.3 煤中挥发分测定的意义 3 第二章 挥发分的测定方法 3 2.1 方法提要 3 2.2 测定步骤 4 第三章 影响煤挥发分准确测定的若干因素4 3.1 加热温度 4 3.2 总加热时间对挥发分测定结果的影响 4 3.3 冷却时间对挥发分测定结果的影响 5 3.4 坩埚数目对挥发分测定的影响 5 3.5 坩埚严密性对挥发分测定结果的影响 5 3.6 坩埚架对挥发分的影响 5 3.7 马弗炉的恒温区 5 3.8 坩埚数目对挥发分测定的影响 6 第四章 坩埚和坩埚盖质量的影响6 4.1 坩埚质量的影响 6 4.2 坩埚盖质量的影响 8 总 结9 致 谢 10 参考文献 11 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 3 - 引 言 煤在规定的条件下隔绝空气加热，并进行水分校正后挥发物质的产率即为 挥发分。工业分析中测定的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，所以煤挥发分的测定是一个规范性很强 的实验，改变任何实验条件都会给测定结果带来不同程度的影响，所以为了 能够更准确的测定挥发分作出探讨 第一章第一章 准确测定挥发分的重要性 1.11.1煤中挥发分的测定原理 把煤隔绝空气加热到（90010）左右，煤中的有机物质和一部分矿物质 分解成气体或液体逸出，减少煤中的水分剩余的就是挥发分。 1.21.2煤中挥发分的主要组成 煤中的有机质在一定温度和条件下，受热分解后产生的可燃性气体，被称 为挥发分，煤中挥发分主要是由是由水分、碳氢的氧化物和碳氢化合物组成， 但煤中物理吸附水（包括外在水和内在水）和矿物质二氧化碳不属于挥发分之 列。 1.31.3煤中挥发分测定的意义 挥发分是煤炭分类的主要指标，根据挥发分可以大致判断煤的变质程度。 此外根据煤的挥发分和焦渣特征可以初步判断煤的加工利用性质和热值的高低。 以符号 Vdaf（过去用 Vr）表示。煤中有机质的可挥发的热分解产物。其中除含 有氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体外，还有一些复杂的有 机化合物。实验中将煤样在隔绝空气条件下高温加热，从煤中有机质分解出来 的液体和气体的总量中减去水分，就得出挥发分。Vdaf（过去用 Vr）表示。其 残留物的粘结、结焦性状称为焦渣特征。由于煤中矿物质会影响挥发分的数值， 因此一般用精煤测定挥发分，并以可燃物（干燥无灰基）为基准，计算出挥发 分产率。挥发分产率在一定程度上能反映煤的变质程度；变质程度愈高，煤的 挥发分产率愈低。挥发分产率是确定煤的类别的主要指标之一，也是确定煤层 氧化带的一个参数。另外，根据挥发分产率和焦渣形状能初步判断煤的加工技 术特性。测定煤的挥发分在工业应用上和煤质研究方面都有重要意义。 第二章第二章 挥发分的测定方法 2.12.1方法提要 称取一定量的空气干燥煤样，放在带盖的磁坩埚中，在（90010）下， 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 4 - 隔绝空气加热 7 分钟。以减少的的质量占煤样质量的百分数，减去该煤样的水 分含量作为煤样的挥发分。 2.22.2测定步骤 2.2.1 在预先于 900温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚中，称取粒度小 于 0.2的空气干燥煤样（1.000.01）g（称准至 0.0002g）,然后轻轻振动坩 埚，使煤样摊平，盖上盖，放在坩埚架上。 2.2.2 将马弗炉预先加热至 920左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的架子 送入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热 7min，坩埚及架子放入后，要求 炉温在 3min 内恢复至（90010），此后保持在（90010）。否则此次试 验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。 2.2.3 从炉中取出坩埚，放在空气中冷却 5min 左右，移入干燥器中冷却至 室温（约 20min）后称量。 第三章第三章 影响煤挥发分准确测定的若干因素 挥发分是煤的工业分析中最难测准的一个项目,影响挥发分测定的因素很多,主 要有加热温度和时间;坩埚材质、大小、厚薄、严密性与坩埚架大小;试样的质 量和粒度以及水分测定的准确度和实验操作是否规范等，因此挥发分的测定是 一个规范性很强的实验项目。 3.13.1加热温度 国标中对加热样品的温度有明确的规定，但在具体操作中加热温度不容易 控制，常见的有马弗炉控制不好，不能保证样品炉温在 3min 内恢复至 （90010），解决该问题方法是刚放入煤样后的加热时间，通常马弗炉设定 的加热时间是 1min，然后从 1min1s 到 2min59s 不加热，再从 3min 开始控温， 控制温度在（90010）至 7min，要保证样品炉温在 3min 内恢复至 （90010）就要根据具体情况进行调整刚放入煤样后的加热时间，马弗炉设 定为 50s 较佳，用的时间长可以适当延长开始的加热时间。 还要注意马弗炉预先加热至 920左右后应稳定一段时间，一般稳定 20min，避 免炉温不稳定影响在 3min 内不能恢复至（90010）。在隔绝空气条件下对 煤样加热，煤样会随着温度的变化而变化，结果如下表 表 3-1 煤样在各阶段温度变化情况 温度/ 煤样发生的变化 100 内在水分逸出 200 结晶水逸出 250 第一次热解开始，有气体逸出 350 产生焦油 530600 停止产生焦油 815 碳酸盐完全分解 600850 至 900 第二次热解开始，气体再次逸出 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 5 - 3.23.2总加热时间对挥发分测定结果的影响 总加热时间对挥发分测定的影响总加热时间（包括温度恢复时间）要严格 控制在 7min，应在 6min59s 就取，不要等到 7min 再取。研究表明，如果取早 了结果偏低，取晚了结果偏高。计时应该是：当炉温升到 900910，将煤 样坩埚放进马弗炉恒温区时，立即开始计时，马上关闭炉门，等待升温。在 6min58s 时，打开炉门，正好 7min 时将煤样拿出马弗炉。由下表实验数据可以 看出，提前拿出坩埚，人为减少总加热时间，会使结果偏低，而延长总加热时 间，测量结果会偏大。 表 3-2 加热时间对挥发分测定的影响 总加热时间 6min55s7min7min5s7min10s 样品 1/g 33.4933.6033.9634.15 样品 2/g 24.0624.3124.5925.11 3.33.3冷却时间对挥发分测定结果的影响 实验分析了冷却时间对灰分的测定结果的影响，煤样取自当天的入煤炉。 将马弗炉中加热 7 分钟的煤样取出，一个煤样在空气中冷却 5 分钟后放入干燥 皿，另一个在空气中冷却 15 分钟后放入干燥皿，在干燥皿冷却 20 分钟后称量。 发现按规定冷却 5 分钟的煤样，其挥发分均比冷却 15 分钟的偏高，说明煤样在 空气中冷却时间过长，会吸附空气中的水分。 3.43.4坩埚数目对挥发分测定的影响 分别在标准 6 个孔坩埚架上放上 2 个 4 个和 6 个坩埚，测定煤样的挥发分。 当坩埚架上的坩埚数目不同时，分布在坩埚周围的温度就有差异，从而导致测 定结果不同，当不足 6 个时，测定结果会偏高。因此测定时要保证坩埚数目为 6 个，坩埚不足时，可以用空坩埚补足，以便确保实验数据准确。 3.53.5坩埚严密性对挥发分测定结果的影响 试验中一个选用合格的符合 GB/T212-91 规定的坩埚，另一个选用坩埚盖与 坩埚之间存在空隙，不符合 GB/T212-91 的坩埚，试验后发现后者的挥发分一直 比前者高，并且在坩埚上可以看到灰白色物质，说明煤样被空气氧化了。标准 的挥发分坩埚是带有配合严密上盖的瓷坩埚，总质量为 15-20g。 3.63.6坩埚架对挥发分的影响 选用一个经过多次高温灼烧的耐热金属架（A 架） 、一个新制的金属坩埚架 （B 架）对煤样进行对比实验，结果见下表。从中可以看出 B 架所测煤样的挥 发分偏低，这是由于每次实验后，新制坩埚架上有金属片状物脱落，部分贴在 坩埚体上，部分落在坩埚盖上，导致挥发分测定结果偏低。所以要用耐热金属 做的坩埚架，受热时不能掉皮。如果坩埚架不合格，受热时会粘在坩埚上，测 定的结果偏低。 表 3-3 坩埚架对挥发分的影响变化 坩埚架第一次/g第二次/g第三次/g第四次/g A 架 33.6333.6033.6733.69 B 架 33.1633.2233.1533.21 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 6 - 3.73.7马弗炉的恒温区 将马弗炉炉膛划分成三个区域：前区（靠近炉门） 、中央区和后区（靠近后 墙） 。依据 GB9452-88、JB/T5520-91 和 JB/T9505-1999 标准，使用温场记录仪 测量三个区域的温度分布和变化，并记录结果。该仪器可以同时测量 8 个不同 温点的温度，测量范围为 01200，精确度为 0.5。记录数据如下表所示， 可知中央区温场均匀性良好，确定中央区为恒温区。定期测量马弗炉的恒温区， 装有煤样的坩埚必须放在马弗炉的恒温区内。如果放在恒温区外，其测定结果 会偏低。 表 3-4 马弗炉区域对挥发分的影响 煤样恒温区内恒温区前恒温区后 样品 1/g 33.5433.2433.26 样品 2/g 24.2824.1224.16 3.83.8坩埚数目对挥发分测定的影响 分别在标准 6 孔坩埚架上放 2 个、4 个和 6 个坩埚，测量煤样的挥发分。 当坩埚架上的坩埚数目不同时，分布在坩埚周围的温度就有差异，从而导致测 定结果不同，当不足六个时，测量结果会偏高。因此实验都要保证坩埚数目为 6 个，坩埚不足时，可以用空坩埚补足，以便确保实验数据可靠。 表 3-5 挥发分随坩埚数目的变化 煤样2 个坩埚4 个坩埚6 个坩埚 样品 1/g 33.9333.8733.72 样品 2/g 24.6824.5224.42 第四章 坩埚和坩埚盖质量的影响 国标中要求坩埚的总质量为 1520g，可是挥发分在坩埚总质量从 15g 到 20g 具体怎么变化？变化的量究竟有多大？为此探讨坩埚对挥发分准确测定的 影响，把坩埚整体分成坩埚和坩埚盖，所用仪器设备完全符合国标，实验步骤 严格按照国标操作步骤，得出以下实验内容。 4.14.1坩埚质量的影响 下表是研究坩埚质量对挥发分影响的三组实验数据，实验用坩埚盖重 （4.50.02）g，坩埚总质量为（1520）g 的要求。坩埚质量增加，其变化 规律如下图折线图所示 表 4-1 挥发分随坩埚壁厚变化情况 挥发分产率坩埚质量 样品 1/g样品 2/g样品 3/g 11.661738.108341.182919.2024 12.54937.997841.069519.1451 13.552437.861340.910419.0978 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 7 - 13.99137.762240.829219.0654 14.639437.703940.722719.0324 15.406637.574740.630618.9865 样品1 37.3 37.4 37.5 37.6 37.7 37.8 37.9 38 38.1 38.2 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 样品1 图 4-1 样品 1 随坩埚壁厚变化折线图 样品2 40.3 40.4 40.5 40.6 40.7 40.8 40.9 41 41.1 41.2 41.3 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 样品2 图 4-2 样品 2 随坩埚壁厚变化折线图 样品3 18.85 18.9 18.95 19 19.05 19.1 19.15 19.2 19.25 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 样品3 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 8 - 图 4-3 样品 3 随坩埚壁厚变化折线图 实验表明：挥发分随坩埚壁厚的增加而逐渐降低，呈线性变化；但是数据 中样品 1 挥发分最大值和最小值差为 0.5336，样品 2 为 0.5223，样品 3 为 0.2159，根据挥发分测定的精密度规定，样品 1 测得的挥发分差值超出重复性 限，样品 2 和 3 没有超出。 4.24.2坩埚盖质量的影响 下表是研究坩埚盖质量对挥发分影响的三组数据，实验用坩埚盖重 （4.50.02）g，坩埚总质量也符合国标中的要求。其变化规律如下折线图所 示。 表 4-2 挥发分随坩埚盖质量变化情况 挥发分产率坩埚盖质 量样品 1/g样品 2/g样品 3/g 3.631739.097345.614718.3667 3.915139.082145.598818.3516 4.309939.046145.566418.3375 4.571739.032545.552118.3227 4.628539.034845.553818.3251 5.962638.943545.438718.2531 样品1 38.85 38.9 38.95 39 39.05 39.1 39.15 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 样品1 图 4-4 样品 1 挥发分随坩埚盖质量变化折线图 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） - 9 - 样品2 45.35 45.4 45.45 45.5 45.55 45.6 45.65 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 样品2 图 4-5 样品 2 随坩埚盖质量变化折线图 样品3 18.18 18.2 18.22 18.24 18.26 18.28 18.3 18.32 18.34 18.36 18.38 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 样品3 图 4-6 样品 3 挥发分随坩埚质量变化折线图 实验表明:挥发分随坩埚盖质量的增加而逐渐降低，呈线性变化，样品 1 挥 发分最大值和最小值差为 0.1538，样品 2 为 0.1760，样品 3 为 0.1136，根据 挥发分测定的精密度规定，样品 1、2、3、测得的挥发分差均没有超出重复性 限。 总 结 影响挥发分准确测定的因素有很多，有人为的因素 ，也有仪器的因素，排 除以上因素，在国标规定范围内坩埚质量对煤灰发分测定的影响因素也很重要， 根据上面的数据可以得出：挥发分随坩埚质量的增加而逐渐降低，呈线性变化； 坩埚质量变化比坩埚盖质量对挥发分的影响大；测定挥发分用坩埚规格一定