煤炭化验课件

第一部分煤的种类和特征,一、煤的种类和特征根据成煤植物种类的不同，煤主要可分为两大类，即腐殖煤和腐泥煤。1、由高等植物形成的煤称为腐殖煤。它在自然界分布最广，储量最大。2、由低等植物和少量浮游生物形成的煤称为腐泥煤。这种煤数量很少，山西浑源、辽宁抚顺、吉林桦甸、广东茂名和山东黄县有少量存在。此外还有腐殖煤和腐泥煤的混合体，有时称为腐殖腐泥煤，主要有烛煤和煤精，烛煤易燃，用火柴即可点燃，燃烧时火焰明亮好象蜡烛一样；煤精盛产于我国抚顺，结构细腻，质轻而有韧性，因能雕刻工艺美术品而驰名。,二、腐殖煤的主要特征和一般特性腐殖煤是近代煤炭综合利用的主要物质基础，也是煤化学的重点研究对象。根据煤化度的不同，它可分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤四大类。各类煤具有不同的外表特征和特性，其典型的品种，一般肉眼就能区分。1、泥炭是植物向煤转变的过度产物，外观呈不均匀的棕褐色或黑褐色。它含有大量未分解的植物组织，如根、茎、叶的残留物，有时肉眼就能看出。泥炭含水量很高，一般可达85%95%，开采出的泥炭经自然风干后，水分可降至25%35%。干泥炭为棕黑色或黑褐色土状碎块。2、褐煤是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名。褐煤含水较多，达30%60%，空气干燥后仍有10%30%的水分，易风化破裂。德国、澳大利亚等国有丰富的褐煤资源，我国主要集中于内蒙古、云南、吉林和黑龙江等省区。,3、烟煤的煤化程度高于褐煤而低于无烟煤的煤，因燃烧时烟多而得名。其特点是挥发分产率范围宽，单独炼焦时从不结焦到强结焦均有，燃烧时有烟。烟煤是自然界最重要，分布最广，储量最大，品种最多的煤种。根据煤化度的不同，我国将其划分为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等。4、无烟煤是煤化程度最高的一种腐殖煤，因燃烧时无烟而得名。其特点是挥发分低，密度大，燃点高，无黏结性，燃烧时多不冒烟。（曾称白煤）上述褐煤、烟煤和无烟煤的主要特征与区分标志如下表所示,褐煤、烟煤和无烟煤的主要特征与区分标志,第二部分煤的工业分析与元素分析,煤的工业分析与元素分析是煤质分析的基本内容。通过工业分析，可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。元素分析主要用于了解煤的元素组成。由于工业分析方法较为简便，故应用较广泛。煤的工业分析煤的工业分析也称为煤的实用分析或技术分析，包括煤的水分、灰分、挥发分的测定和固定炭的计算四项内容。水分和灰分可反映出煤中无机质的数量，而挥发分和固定炭则初步表明了煤中有机质的数量与性质。,1、煤中的水分煤中的水分，按其在煤中存在的形态，可以分为外在水分、内在水分和化合水分。简记符号M。A外在水分煤的外在水分是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中，附着在煤的颗粒表面以及直径大于10-5cm的毛细孔中的水分。也就是当煤在室温下的空气中放置时，外在水分不断蒸发，直至与空气的相对湿度达到平衡时为止。此时失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤称为收到基，仅失去外在水分的煤则称为空气干燥基。煤质化验通常采用空气干燥煤样进行。现行国家标准规定:在制备煤样时,若在室温下连续干燥1小时后煤样质量变化0.1%,则为达到空气干燥状态。,B、内在水分煤的内在水分是指在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分。因此，将空气干燥煤样加热至105110时所失去的水分即为内在水分。失去内在水分的煤称为干燥煤。当环境的相对湿度为96%，温度为30，且煤样内部毛细孔吸附的水分达到平衡（饱和）状态时，内在水分达到最大值，此时的内在水分即称为最高内在水分。全水分是指煤的内在水分和外在水分的和。C、化合水煤中的化合水是指以化学方式与矿物质结合的、除去全水分后仍保留下来的水分。即通常所说的结晶水和结合水。化合水含量不大，在工业分析中一般不考虑。此外，煤的有机质中的氢和氧在干馏或燃烧时生成的水称为热结水，亦不在工业分析的考虑之列。,D、水分对煤利用的影响一般说来，水分是煤中无利有害的无机物质。这是因为：在运输时，煤的水分增加了运输负荷，在寒冷地带水分易冻结；对煤进行机械加工时，煤中水分过多将造成粉碎、筛分困难，降低生产效率，损坏设备；燃烧时降低了煤的有效发热量。2、煤中矿物质和煤的灰分产率煤中矿物质是指除水分外所有无机质的总称。不包括游离水，但包括化合水。主要成分一般有黏土、高岭土、黄铁矿和方解石等。矿物类型属硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、金属硫化物和硫酸亚铁等。煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧时，煤中矿物质在规定条件下完全燃烧后所得的残留物，因此称为灰分产率更确切。简记符号A。灰分不是煤中固有的组成之一，与温度和燃烧条件有关。,煤灰分的组成在工业生产中，煤灰是指煤用作锅炉燃料和气化原料时得到的大量灰渣。煤灰依形态不同可分为粉煤灰和炉渣两种。粉煤灰又称飞灰，是指随同烟道气或煤气一起带出的粒径小于90微米的灰尘。炉渣是指呈熔融状态或以较大颗粒的不熔状态从炉底排出的底灰。煤灰与煤灰分的化学组成是一致的，其主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁，它们之和占煤灰的95%以上。煤中矿物质和灰分对煤利用的影响煤在作为燃料或加工转化的资源时，几乎都是利用煤中的有机质。因此煤中矿物质或灰分一向被认为是有害的废物。但是煤中矿物质对煤的某些利用过程是有益的。即使是煤灰也得到了越来越广泛的利用。,不利影响主要表现在增加运输负荷；增加煤炭消耗，煤灰外排带走显热及夹带一部分未燃煤，动力煤的灰分每增加1%，大约要多消耗2.0%2.5%的煤炭；影响操作条件，煤中的某些低熔点灰分易造成锅炉的结渣和堵塞；腐蚀设备和装置；造成环境污染。利用途径主要表现在作为煤转化过程的催化剂；生产建筑材料；制成环保制剂与材料；回收稀有金属和其他有用成分；用作化肥和土壤改良剂。3、煤的挥发分和固定炭A挥发分的概念煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发出有机物质的产率称为挥发分，简记符号V。事实上，煤在该条件下产生的挥发物既包括了煤的有机质热解气态产物，还包括煤中水分产生的水蒸气以及碳酸盐矿物质分解出的二氧化碳等。因此，挥发分属于煤挥发物的一部分，但并不等同于挥发物。因此称为挥发分产率更确切。,B、挥发分对电厂生产运行的影响挥发分是发电厂用煤的重要指标，挥发分的高低对煤的着火和燃烧有较大影响。挥发分高的煤易着火，火焰大，燃烧稳定，但火焰温度较低。相反，挥发分低的煤，不易点燃，燃烧不稳定，化学和机械不完全燃烧热损失增加，严重时还能引起熄火。煤粉细度、送风方式都与挥发分有关，挥发分高的煤易燃烧完全，煤粉可以磨的粗些，挥发分低的煤不易燃烧完全，煤粉要磨的细些。煤的挥发分对煤粉锅炉燃烧器的结构形式和一、二次风的选择，炉膛形状及大小燃烧带的铺设，制粉系统的选型和防爆措施的设计等都与挥发分有密切关系。所以，在供应煤时，应尽可能根据原设计煤种的挥发分供给。,除此之外，煤的挥发分还与煤的存放及制粉系统的安全运行有密切关系，煤粉引燃的温度随煤的挥发分含量增高而降低，如Vdaf为15%30%的煤的引燃温度为270300，Vdaf为40%的煤的引燃温度为210，因此当挥发分高时，制粉系统积集时容易使煤粉着火自燃。挥发分高的煤在储存时易发生氧化与自燃，因此，高挥发分煤存放时间不易过长，通常以12个月为宜，组堆不易过高。挥发分高的煤加速了煤的氧化和变质，使发热量降低，灰分增加。由于煤的挥发分与煤的煤化程度关系密切，随着煤化程度加深而降低的规律性十分明显，中国以及国际上都以挥发分为煤分类的主要依据。,C、焦渣特征测定挥发分时，坩埚中残留下来的固体物称为焦渣。从焦渣的形状、强度和光泽的特征，可以初步判断煤的粘结性、熔融性和膨胀性。焦渣特征可分为以下八大类：a)粉状(1型)全部是粉末，没有相互粘着的颗粒。b)粘着(2型)用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团块轻轻一碰即成粉末。c)弱粘结(3型)用手指轻压即成小块。d)不熔融粘结(4型)以手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。,e)不膨胀熔融粘结(5型)焦渣形成扁平的块，煤粒的界线不易分清，焦渣上表面有明显银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显。f)微膨胀熔融粘结(6型)用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀泡(或小气泡)。g)膨胀熔融粘结(7型)焦渣上、下表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。h)强膨胀熔融粘结(8型)焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。为了简便起见，通常用上列序号作为各种焦渣特征的代号。根据挥发分产率和焦渣特征，可以初步评价各种煤的加工工艺适宜性。,D、焦渣特征对电力用煤的意义挥发分逸出后的焦渣特征系表示煤在骤热下的粘结结焦性能。它对锅炉用煤的选择有积极的参考意义。对于链条炉，燃用粉状焦渣特征的煤，则容易被空气吹走，造成燃烧不完全，燃用粘结性强的煤，焦渣粘附在炉栅上，增加煤层阻力，妨碍通风。对于煤粉炉，粘结性强的煤，则在喷入炉膛吸热后立即粘结在一起，形成空心的粒子团，未燃尽就被烟气带出炉膛，增加飞灰可燃物。上述这些情况，都会导致锅炉效率降低，增加一次能源消耗，降低电厂经济效益。因此，焦渣特征类型对锅炉燃烧用煤的选择和指导都有着实际应用价值。,4、固定炭A、固定炭的概念从测定煤样挥发分后的焦渣中减去灰分后的残留物称为固定炭，简记符号FC。固定炭实际上是煤中的有机质在一定加热制度下产生的热解固体产物，属于焦渣的一部分。在元素组成上，固定炭不仅含有炭元素，还含有氢、氧、氮等元素。因此，固定炭含量与煤中有机质的碳元素含量是不相同的两个概念。一般说来，煤中固定炭含量小于煤中有机质的碳含量，只有在高煤化度的煤中两者才接近。B、固定炭的计算按照固定炭的概念和煤的工业分析的基本思想煤的固定炭应为除去水分、挥发分和灰分后的残余物，其产率可采用减量法计算，即：,FCad=100(Mad+aad+vad)式中：FCad空气干燥基煤样的固定碳含量，单位为百分数（%）；Mad空气干燥煤样的水分含量，单位为百分数（%）；Aad空气干燥煤样的灰分产率，单位为百分数（%）；Vad空气干燥基煤样挥发分的产率，单位为百分数（%）。,二、煤的元素分析煤的组成以有机质为主体，煤的工艺用途主要是由煤中有机质的性质决定。煤中有机质主要由碳、氢、氧、氮和硫等元素组成。其他种类繁多但含量很少的元素，一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素。通常，碳、氢、氧元素之和占煤中有机质的95%以上。1、碳碳是煤中有机质的主要组成元素。在煤燃烧时，它是发热量的主要来源。碳含量随着煤化度升高而有规律的增加。在我国各种煤中，泥炭的干燥无灰基碳含量为55%62%,褐煤为60%77%，烟煤为77%93%，无烟煤为88%98%。煤中的碳一部分与氢、氧、硫等结合成具有挥发性的有机物；其余成分则呈游离状态存在，称之为固定炭。含碳量愈高，其着火及燃烧就愈困难。1千克碳完全燃烧是生成二氧化碳，可放出32783千焦的热量，1千克碳不完全燃烧是生成一氧化碳，仅放出9270千焦的热量。,2、氢氢在煤中的重要性仅次于碳。氢元素占腐殖煤有机质的质量一般小于7%。但因其相对原子量最小，故原子百分数与碳在同一数量级，甚至可能比碳还多。与碳相比，氢元素具有较大的反应能力，单位质量的燃烧热更大。1千克氢完全燃烧时可放出120370千焦的热量。氢含量与煤的煤化度也密切相关，随着煤化度增高，氢含量逐渐下降。在气煤、气肥煤阶段，氢含量能高达6.5%；到高变质烟煤阶段，氢含量甚至可下降到1%以下。因次，氢的含量多少，直接影响煤的发热量、着火温度以及燃烧的难易程度。,3、氧氧是煤中第三个重要组成元素，反应能力最强，燃烧时不能产生热量，并能与氢生成水，使燃烧热量降低，是燃烧不利因素。氧含量与煤的煤化度也密切相关，随着煤化度增高，氧含量逐渐下降。,4、氮煤中氮含量很少一般约为0.5%3.0%，燃烧时不能产生热量。5、硫燃料中的硫一般以三种形式存在，即含于硫化铁中的硫化铁硫、含于有机物中的有机硫以及含于硫酸根中的硫酸盐硫。前两种硫均能燃烧放出热量，称为可燃硫。但硫发热量很低，每公斤硫燃烧后仅产生9040千焦热量。硫酸盐硫不能燃烧是灰分的一部分。硫是一种有害元素，应采取脱硫措施。,有机硫：与煤的有机质相结合的硫。无机硫：煤中矿物质内的硫化物硫、硫铁矿硫、硫酸盐硫和元素硫的总称。全硫：煤中无机硫和有机硫的总和。固定硫：煤热分解后残渣中的硫。,第三部分煤质指标及基准表示方法,为了统一名称，便于使用,煤质分析项目的术语名称与符号规范如下：,项目细划分符号如下：,基准名称与符号由于煤中水分和灰分变化很大，同一种煤在不同条件下会表现出不同的状态。在这些不同状态下，同一个分析项目的结果将出现很大的差异。为了使不同来源的分析数据具有可比性，在报告分析结果时，不仅要用标准规定的统一符号来表示这些分析项目，而且还必须给出实际分析煤样或理论换算煤样的基本状态。用以表征煤样基本状态的统一尺度，即为基准。,基准名称与符号如下：,书写方法：在我国现行国家标准中，采用英文字母表示将其标注在项目符号的右下角。当该处有项目细划分符号时，则将基准的符号标注在项目细划分符号的后面，并用逗号分开。例如Mad、Ad、Vdaf、St,ad等等。,某电厂煤质化验报告表如下：,分析基准概念及换算1、收到基：以收到状态的煤为基准。2、空气干燥基(理解为分析基)：与空气湿度的达到平衡状态的煤为基准。3、干燥基：以假想无水状态的煤为基准。4、干燥无灰基：以假想无水、无灰状态的煤为基准。5、干燥无矿物质基：以假想无水、无矿物质状态的煤为基准。,在各种基准下元素和工业分析组成分述如下：在收到基基准下：Var+FCar+Aar+Mar=100Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100在空气干燥基基准下：Vad+FCad+Aad+Mad=100Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100在干燥无灰基基准下：Vdaf+FCdaf=100Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100在干燥基基准下：Vd+FCd+Ad=100Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100,一般说来，上述四种基准试验室用空气干燥基，热力计算用收到基，灰分用干燥基，挥发分用干燥无灰基。由于不同基准之间存在如此关系，因此可以对煤质分析数据进行常用基准的换算，这些公式列于下表中。应用表中的公式，可以对工业分析、元素分析的组分和低位发热量等进行换基计算。,第四部分煤的发热量,1、煤的发热量是单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量。2、弹筒发热量：在氧弹中，在有过剩氧的情况下燃烧单位质量试样所产生的热量。在氧弹中，试样在压力和过量氧气中完全燃烧，产生二氧化碳和水，灰和燃烧产物被水吸收后生成硫酸和硝酸。根据水温的上升计算热量。3、恒容高位发热量：由于弹筒发热量是在恒定容积下测定的，所以它称为恒容发热量。若试样是在空气中燃烧，其中的氮则成为游离氮逸出，煤中的硫在空气中燃烧只生成二氧化硫逸出。上述硫酸和硝酸的生成及溶解于弹筒内的水均为放热反应。从上述弹筒发热量中减去硫酸和硝酸的生成热及溶解热后即得到煤的恒容高位发热量。计算式如下：,Qgr,v,ad=Qb,ad-(95Sb,ad+&Qb,ad)式中：Qgr,v,ad-煤的空气干燥基恒容高位发热量，J/g；Sb,ad-由弹筒洗液测的煤的空气干燥基硫含量，%；Qb,ad-煤的空气干燥基高位发热量，J/g；95-煤中每1%的硫的校正值，J；&-硝酸生成热的校正系数，无烟煤为0.0010，对其他煤为0.0015。4、恒容低位发热量：由于煤在常规燃烧时水呈蒸汽状态随燃烧废气排出，因此从煤的恒容高位发热量减去煤样中水和燃烧时生成的水的蒸发潜热后的热值，得出恒容低位发热量，计算式如下：,测定发热量注意事项测定发热量的基本原理是取一定量的燃料试样，置于充有过量氧气的氧弹中燃烧，用一定量的水吸收释放出的热量，同时，准确测定水的温升值，而后依据预先确定好的量热体系的热容量和水的温升值计算。从基本原理可以看出发热量的精密度取决于以下几点：1、苯甲酸使用前应在6070的干燥箱中干燥34个小时；2、热容量标定正确，用标煤试验；3、室内温度1530，标定热容量和测定发热量时内筒温度相差不超过5；4、读取温度准确；5、氧弹不漏气；6、对不易完全燃烧的低热值煤和高变质的无烟煤采用浅金属燃烧皿，皿的质量最好不超过67克，把试样磨细到粒度小于0.1毫米，减少试样量。7、氢含量（客户和自测）和全水分发热量测定的重复性和再现性要求用高位发热量并折算到同一水分基,再现性重复性300J/g（72cal/g）。,第五部分煤炭产品品种,品种的划分煤炭产品按其用途、加工方法和技术要求划分为五大类，28个品种。煤炭产品的类别、品种名称和技术要求应符合表1的规定。,表1煤炭产品的类别、品种和技术要求,、发电1、煤炭灰分等级划分,2、煤炭硫分等级划分,3、煤炭发热量等级划分,第六部分采制化,一、采样和制样1、确定煤源、批量。2、确定预测定煤的标称最大粒度（参考发货单、目视估计或筛分试验）。3、确定采样单元数和采样单元的子样数及子样最小质量。4、确定采样方式和采样方法：系统采样、随机采样或分层随机采样；时间基采样或质量基采样，并确定采样间隔。5、决定采样地点。,标称最大粒度：与筛上物累计质量分数最接近（但不大于）5%的筛子相应的筛孔尺寸。它是确定子样最小质量的主要依据。按下述方法确定：A采取煤样缩分并称出质量；B分别过各粒级的筛子，称出筛上物的质量，计算筛上物占整个煤样的质量百分数。C取筛上物累计质量分数最接近于5%的那个筛孔的孔径尺寸作为煤的最大粒度。,二、具体要求:采样工具；采样点布点正确（车厢分成边长为1米2米的小块，火车为18点，取消斜线3点或5点法）；采样的深度和随意性符合要求：经过运输应挖坑至0.4米以下。煤堆底部子样点应距地面0.5米，非新工作面先除去0.2米的表面层），子样一次采出，多不扔，少不补；子样数目和单个子样的最小质量符合要求:子样数目每一车厢至少取一点，每一基本采样单元最少子样数原煤、筛选煤60个（灰分小于20%煤流30个），精煤、其他洗煤（包括中煤）20个（煤流中精煤15个）。单个子样的最小质量标称最大粒度25毫米时1.5千克、13毫米时0.8千克、小于等于6毫米时0.5千克，区别于缩分后总样最小质量6毫米时3.75千克，1毫米时0.1千克；采样完成采样桶密封；采样量称重，并填写采样记录及标签。,三、制样的两个方法：A堆锥四分法缩分：把已破碎、过筛的煤样用平板铁锹铲起堆成圆锥体，在交互地从煤样堆两边对角贴底逐锹铲起堆成另一个圆锥。每锹铲起的煤样，不应过多，并分两三次撒落在新堆顶端，使之均匀地落在新锥的四周。如此反复堆掺三次，再由煤样堆的顶端，从中心向周围均匀的将煤样摊平（煤样较多时）或压平（煤样较少时）成厚度适当的扁平体。将四字分样板放在扁平体的正中，向下压制底部，煤样被压成厚度均匀的圆饼，并分成四个相等的扇形。将相对的两个扇形体弃去，留下的两个扇形体按规定的粒度和质量限度，制备成一般分析分析煤样或适当粒度的其他煤样。煤样经过逐步破碎和缩分，粒度与质量逐渐变小，混合煤样用的铁锹，应相应地适当改小或相应的减少每次铲起的煤样数量。,B九点法取全水分：布点示意如下图，煤样制备过程中，当煤样破碎到小于13mm时，稍加混合，摊平后用九点法，缩分出2kg，装入密封的容器中，称重，封严后速送化验室测定全水分。图,五、化验测定空气干燥基水分具体要求：从干燥器中取出称量瓶，取时应该用镊子或带手套；称样前煤样要混匀，称样量应在规定范围内0.91.1克，煤样应在称量瓶中摊平；天平使用符合规则（定期检定、调整水平等）；干燥箱的调整与鼓风（提前35分钟），温度设定105110，加热时间烟煤1小时，无烟煤1.5小时，取出称量瓶后立即盖上盖放入干燥器冷却至室温（约20分钟）称量；检查性干燥（大于2.00%）30分钟两次质量减少不超过0.