chap 5 煤的工业分析和元素分析122~129

1、第第5章章 煤的工业分析和元素分析煤的工业分析和元素分析n 煤的工业分析及其应用煤的工业分析及其应用n 煤的元素分析煤的元素分析n 煤质分析中的基准及其相互换算煤质分析中的基准及其相互换算1）内涵及特点）内涵及特点不同煤种的工业分析结果不同煤种的工业分析结果2）煤的水分）煤的水分l成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中成煤过程中，环境中的水随着成煤过程进入煤中l煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中煤层形成后，地下水进入煤层的裂隙、孔隙中l开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中 根据其存在形态，可分为：根据其存在形态，可分为：游离水游离水和和化合水化合水

2、。 游离水：游离水：即煤中呈物理态结合的水。它吸附在煤的外表即煤中呈物理态结合的水。它吸附在煤的外表面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，面和内部孔隙中。因此，煤的颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附的游离水分就越高。煤中吸附的游离水分就越高。 根据游离水在常温下易于失去的水分和不易失去的水分根据游离水在常温下易于失去的水分和不易失去的水分又可细分为：又可细分为：内在水分内在水分和和外在水分外在水分。 化合水：化合水：即煤中所含即煤中所含结晶水结晶水和和热解水热解水。结晶水结晶水指煤指煤中含结晶水的矿物质所具有（如石膏中含结晶水的矿物质所具有（如石膏CaSO4 2H2O），通常），

3、通常煤中结晶水含量不大；煤中结晶水含量不大；热解水热解水是煤炭在高温热解条件下，是煤炭在高温热解条件下，煤中的氧和氢结合生成的水，它取决于热解的条件和煤中的煤中的氧和氢结合生成的水，它取决于热解的条件和煤中的氧含量。氧含量。说明：说明： 通常，煤中水分均是指煤中物理吸附态的水，在稍高于通常，煤中水分均是指煤中物理吸附态的水，在稍高于100 条件下已完全析出条件下已完全析出。而化合水则需要更高温度。如。而化合水则需要更高温度。如CaSO4 2H2O 在在 163 析出结晶水，煤中的氢和氧形成化合水需析出结晶水，煤中的氢和氧形成化合水需300 以上。以上。l 外在水分外在水分l 内在水分内在水分l

4、 煤的全水分煤的全水分l 应用基煤样应用基煤样l 收到基煤样收到基煤样l 风干状态或空气干燥状态风干状态或空气干燥状态l 风干煤样或空气干燥煤样风干煤样或空气干燥煤样l 空气干燥基水分空气干燥基水分l 煤的最高内在水分煤的最高内在水分外在水分外在水分 在常温下易于失去的游离水，以机械方式吸附在煤粒在常温下易于失去的游离水，以机械方式吸附在煤粒的外表面和较大毛细孔隙内（直径大于的外表面和较大毛细孔隙内（直径大于10-5cm）。严格来讲，是）。严格来讲，是指煤放置在室温大气中，水分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大指煤放置在室温大气中，水分不断蒸发，当煤中水的蒸气压与大气中水蒸气分压达到平衡时，这时所

5、失去的水分占煤样质量的百气中水蒸气分压达到平衡时，这时所失去的水分占煤样质量的百分数称为外在水分，用分数称为外在水分，用Mf 表示。表示。内在水分内在水分 在常温下不易失去的游离水，以物理化学（即吸附在常温下不易失去的游离水，以物理化学（即吸附或凝聚）方式存在于较小毛细孔隙中（直径小于或凝聚）方式存在于较小毛细孔隙中（直径小于10-5cm） ，内表，内表面积越大，小毛细孔越多，则内在水分越高。由于其蒸汽压小于面积越大，小毛细孔越多，则内在水分越高。由于其蒸汽压小于纯水蒸汽压而较难蒸发，用纯水蒸汽压而较难蒸发，用Minh表示。加热到表示。加热到100105可蒸发。可蒸发。煤的全水分煤的全水分 外

6、在水分和内在水分的质量之和，用外在水分和内在水分的质量之和，用Mt表示。表示。应用基煤样应用基煤样 按照一定采样标准从商品煤堆、商品煤运输工按照一定采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或用户煤场等处所采煤样。具或用户煤场等处所采煤样。收到基煤样收到基煤样 应用煤样送到化验室后称为收到煤样。它含有应用煤样送到化验室后称为收到煤样。它含有的水分占收到煤样质量的百分数称为收到基的水分占收到煤样质量的百分数称为收到基(as received basis)水分，也称全水分，用水分，也称全水分，用Mt或或Mar表示。表示。 外在水分和内在水分构成了收到基的全水分，其相互关外在水分和内在水分构成了收到基的全水

7、分，其相互关系可用下式表示：系可用下式表示：finhft100100MMMM，%风干状态或空气干燥状态风干状态或空气干燥状态 煤失去外在水分后所处状态。煤失去外在水分后所处状态。风干煤样或空气干燥煤样风干煤样或空气干燥煤样 即失去外在水分的煤样。残留在即失去外在水分的煤样。残留在风干煤中的全部水分质量占风干煤样质量百分数称为内在水风干煤中的全部水分质量占风干煤样质量百分数称为内在水分分(Minh)。 通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于通常，煤质分析化验采用的煤样均是粒度小于0.2 mm的的空气干燥煤样（空气干燥煤样（又称分析煤样又称分析煤样），空气干燥煤样的水分也可），空气干燥煤样的水分

8、也可称为称为空气干燥基空气干燥基(air dried basis)水分水分，用，用Mad表示，其值与表示，其值与Minh相同。相同。煤的最高内在水分煤的最高内在水分 煤样在煤样在30时，相对湿度达到时，相对湿度达到 96%的条的条件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号件下吸附水分达到饱和时测得的水分，用符号MHC (moisture holding capacity) 表示。这一指标反映了年青煤的表示。这一指标反映了年青煤的煤化程度，用于煤质研究和年青煤的分类。其值高于空气干煤化程度，用于煤质研究和年青煤的分类。其值高于空气干燥基水分。燥基水分。说明：说明： 通常，工业分析中，煤的水分是指通

9、常，工业分析中，煤的水分是指空气干燥基水分空气干燥基水分(Mad)。而外在水分、内在水分、最高内在水分等不属工业。而外在水分、内在水分、最高内在水分等不属工业分析范围。分析范围。MHC,% 年轻褐煤的最高内年轻褐煤的最高内在水分多在在水分多在25%以上，以上，少数如云南弥勒褐煤最少数如云南弥勒褐煤最高内在水分达高内在水分达31%。 最高内在水分小于最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强的烟煤，几乎都是强粘结性和高发热量的肥粘结性和高发热量的肥煤和主焦煤。煤和主焦煤。 无烟煤的最高内在无烟煤的最高内在水分比烟煤有所提高。水分比烟煤有所提高。 煤的内在水分与煤化程度的关系煤的内在水分与煤化程度的关

10、系主要原因？主要原因？煤的内在水分与煤化程度的关系煤的内在水分与煤化程度的关系 1）煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上。内表面积越大，）煤的内在水分吸附于煤的孔隙内表面上。内表面积越大，吸附水分能力就越强，煤的水分越高。吸附水分能力就越强，煤的水分越高。 2）煤分子结构上极性含氧官能团数量越多，煤吸附水分能）煤分子结构上极性含氧官能团数量越多，煤吸附水分能力也越大。力也越大。 低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能团的数低煤化程度的煤内表面积发达，分子结构上含氧官能团的数量也多，因此内在水分较高。随煤化程度提高，煤内表面积和含量也多，因此内在水分较高。随煤化程度提高，煤内表面积和含氧官

11、能团均呈下降趋势，其内在水分也下降。到无烟煤阶段，由氧官能团均呈下降趋势，其内在水分也下降。到无烟煤阶段，由于煤的内表面积有所增大，因而内在水分略有提高。于煤的内表面积有所增大，因而内在水分略有提高。3）煤的灰分）煤的灰分 主要是主要是植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细粘植物遗体在沼泽中堆积时，由于水流和风带来的细粘土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺混，土、沙粒或水中钙、镁离子沉淀及硫铁矿的形成，与泥炭掺混，有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹体，呈有的均匀分散在泥炭的有机质中，有的则形成独立的包裹体，呈透镜状、条带状、薄片状等；透镜状、条带状、薄片状

12、等；此外此外，煤层形成后，地下水中溶解，煤层形成后，地下水中溶解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中，主要有方解的矿物质由于条件变化而沉淀并充填在煤的裂隙中，主要有方解石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了煤的可选性难石、石膏等矿物。次生矿物质的存在形态，决定了煤的可选性难易程度。易程度。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。煤中的原生矿物质和次生矿物质合称为内在矿物质。 这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混这种矿物质原来不含于煤层中，它是在采煤过程中混入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是入煤中的顶、底板和夹矸层中的矸石所形成的。它与煤是独立存在的

13、，几乎不影响煤的可选性。独立存在的，几乎不影响煤的可选性。adadd100100AMA，%我国煤灰主要化学成分的一般范围我国煤灰主要化学成分的一般范围DTSTFT原形原形 水力淘汰法、重介质分选法、泡沫浮选水力淘汰法、重介质分选法、泡沫浮选法法、油团聚法和磁力分离法等。、油团聚法和磁力分离法等。 氢氟酸和盐酸联合处理法、碱性溶剂处氢氟酸和盐酸联合处理法、碱性溶剂处理法、溶剂抽提法等。理法、溶剂抽提法等。4）煤的挥发分和固定碳）煤的挥发分和固定碳，ad1ad100 MmmmV 按下式计算空气干燥基的固定碳按下式计算空气干燥基的固定碳FCad： 称取称取1g空气干燥煤样放入挥发分坩埚，在空气干燥煤

14、样放入挥发分坩埚，在900的马弗炉内的马弗炉内隔绝空气加热隔绝空气加热7min取出，冷却后称量，认为失重由挥发分和水取出，冷却后称量，认为失重由挥发分和水分蒸发所致。分蒸发所致。 按下式计算空气干燥基的挥发分按下式计算空气干燥基的挥发分Vad: Vad空气干燥基挥发分，空气干燥基挥发分，%;m煤样的质量，煤样的质量，g;m1残渣的质量，残渣的质量，g;Mad空气干燥基的水分，空气干燥基的水分，%。，adadadAVMFC100ad 挥发分是由煤的有机质热解产生，挥发分高低反映了煤挥发分是由煤的有机质热解产生，挥发分高低反映了煤有机质的特性。但挥发分测定结果用空气干燥基表示时，既有机质的特性。但

15、挥发分测定结果用空气干燥基表示时，既不能正确反映这种特性，而且由于水分和灰分影响，也不能不能正确反映这种特性，而且由于水分和灰分影响，也不能准确表达挥发分大小。因此，排除水分和灰分，采用无水无准确表达挥发分大小。因此，排除水分和灰分，采用无水无灰的基准表示，无水无灰基也称灰的基准表示，无水无灰基也称干燥无灰基（干燥无灰基（dry ash free basis ），即），即Vdaf 。 实际中除非特别指明，挥发分的基准均是干燥无灰基。实际中除非特别指明，挥发分的基准均是干燥无灰基。 按下式计算干燥无灰基的挥发分：按下式计算干燥无灰基的挥发分： adadaddaf100100VAMV，按下式计算干

16、燥无灰基的固定碳：按下式计算干燥无灰基的固定碳： ，dafdafVFC100在新国标在新国标GB/T 212- 2001中，规定干燥基和空气干燥基中，规定干燥基和空气干燥基挥发分无须进行碳酸盐二氧化碳的校正，只有干燥无灰基挥发分无须进行碳酸盐二氧化碳的校正，只有干燥无灰基挥发分需要校正，主要原因是挥发分需要校正，主要原因是“挥发分是指从挥发物中扣挥发分是指从挥发物中扣除水分后的量除水分后的量”，在干燥基和空气干燥基下，其物质中包在干燥基和空气干燥基下，其物质中包含了碳酸盐。而干燥无灰基定义为假想无水、无灰状态，含了碳酸盐。而干燥无灰基定义为假想无水、无灰状态，而在假想无灰状态时，煤中不存在碳酸

17、盐。故计算干燥无而在假想无灰状态时，煤中不存在碳酸盐。故计算干燥无灰基挥发分时，应从空气干燥基挥发分中扣除煤中碳酸盐灰基挥发分时，应从空气干燥基挥发分中扣除煤中碳酸盐二氧化碳的含量。二氧化碳的含量。不同显微组分的挥发分与其镜质组随机反射率的关系不同显微组分的挥发分与其镜质组随机反射率的关系说明：说明： 煤的燃料比越高，其燃烧性越差，延后燃烧现象越明显，对煤的燃料比越高，其燃烧性越差，延后燃烧现象越明显，对应的反应性较差。应的反应性较差。煤种煤种焦炭焦炭无烟煤无烟煤贫煤贫煤瘦煤瘦煤焦煤焦煤气煤气煤长焰煤长焰煤褐煤褐煤燃料比燃料比45-609-294-94-6.22-4.61-2.31-1.70.

18、6-1.5不同煤炭的燃料比不同煤炭的燃料比1）内涵及特点）内涵及特点2）煤的元素组成及特点）煤的元素组成及特点本田模型本田模型全硫全硫St无机硫无机硫有机硫有机硫（Sor：与煤的有机质结合，参与煤的大分子结构）与煤的有机质结合，参与煤的大分子结构）硫化物硫硫化物硫Spy硫酸盐硫硫酸盐硫Ss煤煤 种种Cdaf，%Hdaf，Odaf，Ndaf，泥泥 炭炭55625.36.5273413.5年轻褐煤年轻褐煤60705.56.620231.52.5年老褐煤年老褐煤7076.54.56.0152012.5长长 焰焰 煤煤77814.56.010150.72.2气气 煤煤79855.46.881211.2

19、肥肥 煤煤82894.86.04912焦焦 煤煤86.5914.55.53.56.512瘦瘦 煤煤8892.54.35.0350.92贫贫 煤煤8892.74.04.7250.71.8无烟煤无烟煤 189933.34.0240.81.5无烟煤无烟煤 293952.03.2230.61.0无烟煤无烟煤 395980.82.0120.31.0腐腐 泥泥 煤煤75806.57.03）煤中元素随煤化程度的变化规律）煤中元素随煤化程度的变化规律4）各元素之间的数量关系）各元素之间的数量关系5）煤中主要元素的分析方法）煤中主要元素的分析方法 电量电量-重量法是我国独有的碳氢测定方法，它以电量法（即重量法是

20、我国独有的碳氢测定方法，它以电量法（即库仑法）测氢，重量法测碳。具有测定速度快，准确度、精密库仑法）测氢，重量法测碳。具有测定速度快，准确度、精密度高，取样量少等特点。度高，取样量少等特点。1）电量）电量-重量法重量法2）电量法）电量法 煤样经高温燃烧，氢生成水，碳生成的二氧化碳与氢氧化煤样经高温燃烧，氢生成水，碳生成的二氧化碳与氢氧化锂反应后也生成水，分别送入相应的电解池电解，测量电解所锂反应后也生成水，分别送入相应的电解池电解，测量电解所消耗的电量，依照法拉第电解定律计算出样品中氢和碳的含量。消耗的电量，依照法拉第电解定律计算出样品中氢和碳的含量。 双管定硫仪双管定硫仪 1）双管定硫仪法）

21、双管定硫仪法 库仑滴定法自动测定煤的全硫含量库仑滴定法自动测定煤的全硫含量2）库仑滴定法）库仑滴定法6）煤中的其它微量有害元素及伴生元素）煤中的其它微量有害元素及伴生元素 由此衍生出由此衍生出粉煤灰综合利用粉煤灰综合利用交叉学科方向。交叉学科方向。1）基准概念及划分）基准概念及划分2）基准种类）基准种类基准的名称与符号（新旧标准对比）基准的名称与符号（新旧标准对比）空气干燥基（分析基）空气干燥基（分析基）：Mad+Aad+Vad+FCad100% 或或 Mad+Aad+Cad+Had+Oad+Nad+Sad 100% 干燥基（干基）干燥基（干基）：Ad+Vd+FCd 100% 或或 Ad+Cd

22、+Hd+Od+Nd+Sd 100% 干燥无矿物质基（有机基）干燥无矿物质基（有机基）：Vdmmf+FCdmmf 100% 或或 Cdmmf+Hdmmf+Odmmf+Ndmmf+Sdmmf 100% 干燥无灰基（可燃基）干燥无灰基（可燃基）：Vdaf+FCdaf100% 或或 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf 100% 收到基（应用基）收到基（应用基）：Mar+Aar+Var+FCar 100% 或或 Mar+Aar+Car+Har+Oar+Nar+Sar 100% 常用基准定义以及煤在各基准下的工业分析和元素分析常用基准定义以及煤在各基准下的工业分析和元素分析组成表述如下：组成

23、表述如下：3）基准之间的关系）基准之间的关系ASsSoSpMfMinhCHON收到基收到基 ar空气干燥基空气干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥无灰基干燥无灰基 daf干燥无矿物基干燥无矿物基 dmmf灰分灰分可燃质可燃质矿物质矿物质有机质有机质全全 硫，硫， St4）各基准指标间的换算系数）各基准指标间的换算系数换算换算因子因子所求基准所求基准 (适用于煤中适用于煤中A、V、FC、C、H、O、N、S 等具体指标等具体指标)收到基收到基 ar空气干燥基空气干燥基 ad干燥基干燥基 d干燥无灰基干燥无灰基daf已已知知基基准准收到基收到基1空气干燥基空气干燥基1干燥基干燥基1干燥无灰基干燥无灰基1aradMM100100arM100100ararAM100100adarMM100100adM100100adadAM100100100100arM100100adMdA100100100100ararAM 100100adadAM100100dA 例例 1：已知某煤样已知某煤样 M