张惠清讲稿-2(全水工业分析).ppt

煤的工业分析 煤的工业分析又叫技术分析或实用分析 它包括煤的水分 灰分 挥发份产率和固定碳等四个项目的测定 水分 灰分 挥发份都是直接测定 固定碳是用差减法进行计算 煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标 也是评价煤质的基本依据 根据工业分析的各项测定结果可初步判断煤的性质 种类和各种煤的加工利用效果及其工业用途 煤中水的来源及其存在形态 1 来源 水是煤炭的组成部分 随着煤的变质程度不同 水分变化很大 从泥炭 褐煤 烟煤 年轻无烟煤 水分逐步减少 从年轻无烟煤 年老无烟煤 水分又有增加的趋势 这是由于煤中的水分除与煤的变质程度有关外 还与煤的结构有关 我们可以由煤的水分含量来大致推断煤的变质程度 2 煤中水的存在形态煤中水分按其结构状态可分为游离水和化合水 即结晶水 两大类 游离水是以物理吸附或吸着方式与煤结合的水分 化合水是以化合的方式同煤中的矿物质结合的水 它是矿物晶格的一部分 煤中的游离水于常压下在 105 110 的温度下经过短时干燥即可全部蒸发 结晶水通常要在200 有的甚至要在500 以上才能析出 煤的工业分析中测定的水分只是游离水 水分测定的意义 水分是一项重要的煤质指标 它在煤的基础理论研究和加工利用中都具有重要的作用 根据煤中水分随煤的变质程度加深呈现规律性变化 1 根据煤的水分含量可以大致推断煤的变质程度 2 煤的水分对其加工利用 贸易和储存运输都有很大影响 一般来说水分高不是一件好事 例如在锅炉燃烧中 水分高会影响燃烧稳定性和热传导 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 在煤炭贸易上 煤的水分是一个重要的计质和计量指标 在煤质分析中 煤的水分是进行不同基的煤质分析结果换算的基础数据 什么是煤的全水分 煤的外在水分和内在水分的总和叫煤的全水分 外在水分 在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时失去的水分 内在水分 在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时保持的水分 煤中全水分测定方法 GB T211 2007 a 修改试样量 13mm 3Kg 6mm 1 25kg b 两步法内水测定试样粒度由 6mm改为 3mm c 两步法内水测定增加了通氮干燥方法 d 两步法外水测定温度由50 改为40 一 方法提要 1 方法A 两步法 1 方法A1 在氮气流中干燥一定量的粒度 13mm煤样 在不高于40 的环境下干燥到质量恒定 再将煤样破碎到粒度 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 2 方法A2 在空气流中干燥一定量的粒度 13mm的煤样 在温度不高于40 的环境下干燥到质量恒定 在将煤样破碎到粒度 3mm 与 105 110 C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 2 方法B 一步法 a 方法B1 在氮气流中干燥一定量的粒度 6mm的煤样 于 105 110 下 在氮气流中干燥到质量恒定 根据煤样的损失计算全水分 b 方法B2 在空气流中干燥一定量的粒度 13mm 或 6mm 的煤样 于 105 110 下 在空气流中干燥到质量恒定 计算出全水分 3 方法C 微波干燥法 附录A微波干燥水分测定仪 微波辐射时间可控 煤样放置区微波辐射均匀 经试验证明测定结果与方法B中 6mm煤样的测定结果一致 4 试剂 5 仪器设备 干燥箱 自动控温 鼓风 有气体进出口 有足够的换气量 6 在全水分测定操作中的注意 1 采集的全水样保存在密封良好的容器内 并放在阴凉地方 2 全水分样品送到试验室后立即测定 3 进行全水分测定的煤样不宜过细 4 称取煤样之前 应将密封容器中的煤样充分混合均匀 称样速度要快 7 测定步骤 在国标中通常用7 2 2的方法测定 结果计算 Mt Mf 100 Mf 100 Minh 二步法测水分 Mt 煤样的全水分 用质量分数 Mf 煤样的外在水分 Minh 煤样的内在水分 全水分的测定值和报告值全都保留到小数点后一位 GB T212 2008 2001 煤的工业分析方法 主要变化如下 a 增加微波干燥法 取消GB T15334 1994 煤的水分测定微波干燥法 b 增加水煤浆 取消GB T18856 7 2002 水煤浆质量试验方法第7部分水煤浆工业分析方法 煤的工业分析方法 水分的测定 一般分析试验煤样水分 在规定条件下测定的一般分析煤样水分 代替空气干燥煤样水分 水分 Mad 方法要点 称取一定量的一般分析试验煤样 在105 110 干燥至质量衡定 根据煤样的质量损失计算水分的含量 三种方法 方法A 通氮干燥法 方法B 空气干燥法 附录A 微波干燥法 主要分析仪器 设备天平 烘箱 带控温装置或经校准的温度计 称量瓶 干燥器 试验中应知道 1 鼓风的目的 在于促使干燥箱内空气流动 一方面使箱内温度均匀 另一方面使煤中水分尽快蒸发缩短试验周期 2 水分加热干燥过程中如增重 说明煤样的氧化量超过了煤样的汽化的量 所以不能用增重计算 灰分的测定 1 煤的灰分 煤的灰分不是煤中的固有成分 而是煤在规定条件下完全燃烧后的残留物 而是煤中矿物质在一定条件下经过一系列分解 化合等复杂反应而形成的 是煤中矿物质的衍生物 2 煤中矿物质的来源和种类 煤中矿物质来源有三种 一是 原生矿物质 成煤植物中所含无机元素 二是 次生矿物质 煤形成过程中混入或与煤伴生的矿物质 三是 外来矿物质 煤炭开采和加工处理中混入的矿物质 煤中存在的矿物质主要包括粘土或页岩 方解石 碳酸钙 黄铁矿或白铁矿以及其它微量成分 如无机硫酸盐 氯化物和氟化物等 3 煤在灰化过程中发生的主要反应 粘土和页岩矿物失去结晶水 500 600 2SiO2 AI2O3 2H2O 2SiO2 AI2O3 2H2O CaSO4 2H2O CaSO4 2H2O 碳酸盐受热分解生成二氧化碳和氧化钙 氧化钙再与硫氧化物 二氧化硅反应生成硫酸钙 硅酸钙 CaCO3 CaO CO2 CaO SO3 CaSO4CaO SiO2 CaSiO3 黄铁矿氧化生成三氧化铁和硫氧化物 主要是SO2 一小部分是SO3 4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO2 2SO2 O22SO3 与煤中有机物结合的金属元素被氧化成金属氧化物 4 灰分测定 Aad Ad Aar 方法要点缓慢灰化法 仲裁法 称取一定量的一般分析试验煤样 放入马弗炉中 以一定的速度加热到815 10 灰化并灼烧到质量恒定 以残留物的质量占煤样质量的百分数作为煤样的灰分 快速灰化法 方法B 将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至815 10 的马弗炉中灰化并灼烧至质量恒定 以残留物的质量占煤样质量的百分数作为煤样的灰分 方法A见附录B中图B 1 主要分析仪器 设备天平 马弗炉 控温仪 快灰仪 缓慢灰化法 试验证明 煤中黄铁矿和有机硫在500 开始分解 到800 分解完全 据此 国标规定了缓慢灰化程序 煤样放入冷马弗炉 在30min内由室温逐渐加热到500 使煤样逐渐灰化 防止爆燃 在500 停留30min 使有机硫和硫化铁充分氧化并排除 然后再将炉温升到815 10 并保持1h 使碳酸钙分解完全 500 停留的目的 使煤样燃烧产生的SO2在碳酸盐分解前全部逸出 否则会同碳酸钙分解产物氧化钙反应生成难分解的硫酸钙 使煤中硫分固定在煤炭中 这既增加煤灰中的含硫量 又增高煤的灰分 快速灰化法测定过程中存在二个问题 1 煤样易爆燃 2 因为在500度时不作停留 煤中硫会固定在灰中 使测定值偏高 因此 快速灰化法测定值重复性 再现性差 该方法不能用于商品煤灰分的测定 商品煤的灰分测定要用缓慢灰化法 快速灰化法测定耗时短 因此对测定准确度要求不高的生产检查样可用快速灰化法 造成灰分测定误差的主要因素有三个 硫铁矿氧化程度 碳酸盐 主要是方解石 分解程度 灰中固定的硫的多少 为了得到可靠的灰分产率 就必须使黄铁矿氧化完全 方解石分解完全 以及三氧化硫和氧化钙的反应降低到最低程度 采取措施 采用慢速灰化 灰化过程中保持良好的通风状态 使硫氧化物一经生成就及时排出 煤样在灰皿中要铺平 在足够高的 800 温度下灼烧足够长的时间 以保证碳酸盐完全分解及二氧化碳完全驱出 试验步骤 国标 4 1 3 4 2 2 3 5 挥发分的测定 一 定义 煤样在规定的条件下 隔绝空气加热 并进行水分校正后的挥发物质产率既为挥发分 剩下的焦渣为不挥发物 如测定条件不同 剩下的焦渣不同由此看来 煤的挥发分不是煤中固有的物质 而是在特定条件下煤受热分解的产物 因此应称为煤的挥发分产率 煤的挥发分主要是由水分 碳氢的氧化物和碳氢化合物 以CH4为主 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挥发分之例 挥发分产率 Vdaf 是煤炭分类的主要指标 根据挥发分产率可以大致判断煤的变质程度 根据煤的挥发分产率和焦渣特征可初步决定煤的加工利用途径 所以挥发分产率在工业上和煤质研究方面有重要意义 淮南矿业集团商品煤煤种 老区以1 3焦煤为主 李嘴孜矿为气煤 Vdaf 28 37 新区为气煤 Vdaf 37 二 挥发分测定 Vad Var Vdaf 方法要点 称取一定量的一般分析试验煤样 放在带盖的瓷坩埚中 在900 10 下 隔绝空气加热7分钟 以减少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 主要仪器 设备 天平 马弗炉 控温仪 干燥器 挥发分测定是一种规范性很强的试验 其结果受加热温度 加热时间 加热速度 所用坩埚的大小 形状 材质及坩埚盖的严密程度等影响 试验步骤 国标中 5 3 5 3 3 煤样称入坩埚中要把煤样摊平 这样以便焦型准确 焦渣特征分类 1型 8型挥发分测定采用重复测定 结果的计算 Vad m1 m 100 Madm1 煤样加热后减少的质量 单位为克 g 挥发分测定过程中应注意的问题影响挥发分测定的主要因素 加热温度 加热速度 加热时间 主要从以下几个方面控制 a 定期检定 校准 热电偶和控温仪 校正和使用热电偶冷端放入冰水或采用冷端补偿器 B 定期进行测量马弗炉恒温区 测定时煤样一定要置于恒温区 C 煤样放入马弗炉后要三分钟内要恢复到900 10 因此事先要进行废样测定验证加热速度是否符合要求 适当控制使之符合要求 其次 每次试验放入同样数目的坩埚 保证每次坩埚及支架热容量基本一致 D总加热时间严格控制在7分钟 此外 还应注意以下几个方面 E 坩埚盖子必须配合严密 F 坩埚架要用耐热金属做成 受热后不能变形或掉皮 G 坩埚从马弗炉中取出在空气中不宜冷却时间过长 以防焦渣吸水 褐煤 长焰煤 无烟煤测定挥发分应注意什么问题 褐煤 长焰煤挥发分高 以松散状态放入炉中加热 挥发分骤然释放 顶起埚盖 带走碳粒 使测定结果偏高 因此要将试样压饼 切成3mm小块后测定 无烟煤挥发分低 加热后逸出的挥发物质少 空气会进入坩埚使煤样氧化 使测定值偏高 坩埚盖要严 可以在煤样中加几滴挥发性液体 如苯 增加受热时逸出的挥发物质从而阻止空气的进入 固定碳的计算 1 什么是固定碳 固定碳是从测定煤的挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物叫固定碳 固定碳的计算 FCad 100 Mad Aad Vad Fd 100 Ad Vd 水煤浆工业分析 水煤浆水分的测定 试验步骤 8 2 3结果计算 Mcwm m m1 m 100Mcwm 水煤浆水分的质量分数 m 水煤浆试样质量 g m1 水煤浆试样干燥后的质量 g 水煤浆工业分析 水煤浆干燥试样水分的测定 按照本标准第3章测定 水煤浆灰分的测定 本标准第4章测定 Acwm Aad 100 Mcwm 100 Mad 水煤浆挥发分的测定 本标准第5章测定 Vcwm Vad 100 Mcwm 100 Mad 水煤浆固定碳的计算 FCcwm 100 Mcwm Acwm Vcwm 挥发分的计算 例1 某一煤样 样重0 9995g 加热后焦渣重0 6963g Mad 0 94 Aad 10 44 求干燥基和干燥无灰基挥发分 解 0 9995 0 6963 0 3032 g 0 3032 0 9995 100 30 34 Vad 30 34 0 94 29 40 Vd 29 40 100 100 0 94 29 68 Vdaf 29 40 100 100 10 44 0 94 33 18 答 干燥基和干燥无灰挥发分为29 68 和33 18 固定碳的计算 例2 已知一煤样Mad 1 00 Ad 18 24 Vad 18 00 求FCad 解 Aad Ad 100 Mad 100 18 24 100 1 00 100 18 06 FCad 10