煤化工工艺学第1章

第1章

煤炭资源与煤分析

运城学院应用化学系1.1煤炭的基本知识1.1.1煤化学的发展历程煤化学的发展历程可以分为四个阶段。（1）萌芽阶段（1780—1830年）在这一阶段，人们考虑的问题是煤的起源。到1830年以后，人们基本接受了煤是由植物质、特别是陆生植物群形成的看法。（2）启蒙阶段（1830—1912年）在1887年，人们在煤炭研究中首次应用显微镜，辨认出煤的主要煤岩类型，为1919年斯托普斯（Stopes）的镜煤、亮煤、暗煤和丝炭煤岩分类奠定了基础，开辟了通向经典煤岩学之路。与此同时，法国也开展了对煤的系统研究，率先提出以元素组成为基础的第一个煤分类系统，开始对煤的热分解、溶剂抽提、煤的氧化等系列研究。（3）经典阶段（1913—1963年）即煤化学发展的黄金时期。在这一时期，煤作为热源和能源处于实际垄断地位，在铁路运输、航海、炼焦、电力生产等领域取得了重要突破，人们对煤炭及煤化学的研究产生了极大的兴趣，在煤分类学、煤的液化与气化以及煤加工工艺、反应机理和动力学方面取得了巨大进步，其中具有里程碑意义的贡献包括：贝吉乌斯研究开发的煤高温高压直接液化技术，引起固体物料加工工艺革命；被称为温克勒炉的流化床反应器；煤间接液化技术（F-T合成液烃技术）等。（4）波动阶段（1963年——现在）从1963年到现在，煤炭的研究经历了衰落、复兴到陷入低谷和再振兴的变动期。20世纪60年代初期，大量的廉价石油和天然气动摇了煤炭经济，煤炭工业逐渐衰落，煤炭研究处于停滞不前的状况。随着石油价格的上涨、石油危机的出现，改变了燃料结构的面貌，重新唤起人们对煤炭研究的兴趣，又恢复了煤在能源结构中的地位。到八十年代前后，环境保护的呼声，再一次冲击煤炭的利用及煤化学研究的进程，有关全球气温变暖的问题、温室气体CO2的排放，构成对煤炭利用的又一次冲击，使煤炭研究重新陷入低谷。但是煤炭始终是最主要的能源和化工原料，面对石油、天然气资源有限的现实，尤其是2010~2011年，石油价格一次又一次的飞涨，人们到了谈“油”色变的阶段，对煤炭再次燃起希望，新一轮的煤化学研究全面复苏。从全球的观点看，因为储量巨大，煤炭始终是人类生产生活中无法替代的能源之一，随着洁净煤技术的发展，煤炭气化等新技术的日趋成熟，煤炭将恢复和保持最具竞争力的地位。1.1.2中国煤炭的储藏量和分布状况我国煤炭资源丰富，煤种齐全，据最新统计数据，全国煤炭储量超过6424亿吨，资源量超过1万亿吨，预测远景储量为5.5万亿吨以上，分别居世界第三位、第二位、第一位。其中，炼焦用煤占储量的35%，其他非炼焦煤为65%。由此可见，我国的煤炭储量是相当丰富。煤炭分布情况：按保有储量分析分布情况，三分之二的煤炭集中于华北地区，西北占12%，西南占12%，华东只占6.5%，中南仅占3.7%，东北占3.1%.按省、区地分布情况，山西为首位，占31.3%，其次是内蒙古占30%，贵州第三占7.2%.储量在100~200亿吨的省区有宁夏、安徽、陕西、河南、新疆、云南、河北、山东、黑龙江。以上十二个省煤炭保有储量占全国的93.5%.其他省如湖南、湖北、广东、广西、江苏、浙江、福建、江西等省区，仅占全国保有储量的1.9%.总之，我国煤炭资源的分布特点是北多南少，西多东少.1.1.3煤炭资源禀赋条件的不足之处随着经济的快速发展，煤炭需求大幅度增加，煤炭产量不断增长，有力地支撑了国民经济的快速发展。但是，从我国人均煤炭资源占有量、开采条件、煤种结构分析，煤炭资源的禀赋条件与社会需求还有很大差距。（1）人均占有可采储量少我国煤的储藏量达6千多亿吨,居世界第三位,但由于人口众多，人均储藏量约462吨,远远小于世界平均水平。（2）煤炭资源禀赋条件差，开采比较复杂有研究表明，我国大陆是由众多小型地块多幕次汇集而成，多次发生陆块地碰撞、俯冲，产生强烈的板内变形，使煤盆地经受了多期次挤压变形改造，煤田具有高地应力、高瓦斯、高地温等自然灾害，客观上为煤炭开采带来难度。（3）优质的煤炭资源少如作为生产焦炭的主要煤种焦煤和肥煤资源稀缺：焦煤仅占我国炼焦煤资源的24%，肥煤与气肥煤仅占13%左右，其中还有部分髙灰、高硫、难洗选，不能用于炼焦用煤，优质的焦煤和肥煤资源量更少。

1.1.4成煤的五大条件(1)物质条件

主要是成煤的原始植物，包括高等植物和低等植物。植物遗体大量堆积是成煤的物质条件高等植物形成的煤叫腐植煤，低等植物形成的煤叫腐泥煤。由高等植物和低等植物共同形成的煤叫腐植腐泥煤。

植物演化的5个阶段：菌藻植物时代；裸蕨植物时代；蕨类和种子植物时代；裸子植物时代；被子植物时代。

(2)堆积条件或环境条件

泥炭沼泽：常年积水，极其潮湿，内有大量植物生长、堆积，植物死亡后遗体被沼泽水覆盖，并与氧呈半隔绝状态，使植物遗体不至于完全氧化分解，经生物化学作用形成泥炭。

泥炭沼泽的形成取决于古植物、古气候、古地理和大地构造条件。

沼泽根据不同的分类标准分为低位沼泽、高位沼泽、中位沼泽；滨海泥炭沼泽、三角洲平原泥炭沼泽、红树林泥炭沼泽；草本泥炭沼泽、木本泥炭沼泽；淡水沼泽、半咸水沼泽、咸水沼泽等。

堆积方式（原地生成、异地生成）、形成泥炭的植物群落（高等植物、低等植物）、沉积环境（浅沼的、湖沼的、微咸水的、咸水的、富含钙质的）和养分供给（富养分的、贫养分的）、pH值、细菌活动性、硫的供给、泥炭的温度、氧化还原电位等因素决定了煤层原始特征(3)温度和压力条件

温度和压力决定于埋藏深度，成煤应有一定的埋藏深度。煤化程度是煤受热温度和持续时间的函数。温度越高，变质作用的速度越快。

(4)时间条件

漫长的地质年代（宙、代、纪、世、期），一般需要几千万到几亿年的时间。

(5)地质条件

地壳的不断运动。1.1.5煤的形成过程当地球处于不同地质年代，随着气候和地理环境的改变，生物也在不断地发展和演化。就植物而言，从无生命一直发展到被子植物。这些植物在相应的地质年代中造成了大量的煤。

由于古代植物大量沉积,被深深的埋在地层下,受到高压和高温,经过几亿年的时间,变成煤炭、煤矿和其它矿。煤与煤之间的性质千差万别，不仅不同煤田的煤质差别较大，即使是同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大。究其原因，是与成煤的物质和成煤的条件有关。由植物变为煤的过程可以分为三个阶段：

（1）菌解阶段即泥炭化阶段。当植物堆积在水下被泥砂覆盖起来的时候，便逐渐与氧气隔绝，由嫌气细菌参与作用，促使有机质分解而生成泥炭。通过这种作用，植物遗体中氢、氧成分逐渐减少，而碳的成分逐渐增加。泥炭质地疏松、褐色、无光泽、比重小，可看出有机质的残体，用火柴烧可以引燃，烟浓灰多。

（2）煤化作用阶段即褐煤阶段。当泥炭被沉积物覆盖形成顶板后，便成了完全封闭的环境，细菌作用逐渐停止，泥炭开始压缩、脱水而胶结，碳的含量进一步增加，过渡成为褐煤，这称为煤化作用。褐煤颜色为褐色或近于黑色，光泽暗淡，基本上不见有机物残体，质地较泥炭致密，用火柴可以引燃，有烟。

（3）变质阶段即烟煤及无烟煤阶段。褐煤是在低温和低压下形成的。如果褐煤埋藏在地下较深位置时，就会受到高温高压的作用，使褐煤的化学成分发生变化，主要是水分和挥发成分减少，含碳量相对增加；在物理性质上也发生改变，主要是密度、比重、光泽和硬度增加，而成为烟煤。这种作用是煤的变质作用。烟煤颜色为黑色，有光泽，致密状，用蜡烛可以引燃，火焰明亮，有烟。烟煤进一步变质，成为无烟煤。无烟煤颜色为黑色，质地坚硬，有光泽，用蜡烛不能引燃，燃烧无烟。1.2煤炭的分类

1.2.1煤炭的分类方法

煤的种类很多，各有不同的性质和用途，这和它的化学组成、结构、工艺性质密切相关。针对不同的侧重点，煤种划分方法有：

（1）煤的成因分类成煤的原始物料和堆积环境分类，称为煤的成因分类

（2）煤的科学分类煤的元素组成等基本性质分类，称为科学分类。（3）煤的实用分类煤的实用分类又称煤的工业分类。按煤的工艺性质和用途分类，称为实用分类。中国煤分类和各主要工业国的煤炭分类均属于实用分类。1.2.2中国煤炭的分类2009年6月1日，我国发布了《中国煤炭分类》（GB5751-2009），并规定从2010年1月1日起正式实施。(1)分类参数①用于表征煤化程度的参数：干燥无灰基挥发分，符号为Vdaf，以质量分数表示；干燥无灰基氢含量，符号为Hdaf，以质量分数表示；恒湿无灰基高位发热量:符号为Qgr,maf，单位为兆焦每千克（MJ/kg）；低煤阶煤透光率:符号为PM，以百分数表示。②用于表征煤工艺性能的参数:烟煤的黏结指数，符号为GR·I（简记为G）；烟煤的胶质层最大厚度，符号为Y，单位为毫米（mm）；烟煤的奥阿膨胀度，符号为b，以百分数表示。(2)编码各类煤的编码用两位阿拉伯数字表示。①十位上的数字，按煤的挥发分分组，数字越大，表示煤化程度越低：无烟煤为0（Vdaf≤10%）；烟煤为1~4。分别表示：1-低挥发分烟煤（10%＜Vdaf≤20%）；2-中挥发分烟煤（20%＜Vdaf≤28%）；3-中高挥发分烟煤（28%＜Vdaf≤37%）；4-高挥发分烟煤（Vdaf＞37%）；褐煤为5（Vdaf＞37%）。②个位上的数字，表示的意义与煤类有关，不同的煤类，意义不同：无烟煤类为1~3，表示煤化程度依次降低;烟煤类为1~6，表示黏结性依次增强;褐煤类为1~2，表示煤化程度依次提高。（3）煤类划分①首先，采用煤化程度参数（主要是干燥无灰基挥发分Vdaf）将煤炭划分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类。②无烟煤亚类的划分，采用煤化程度参数干燥无灰基挥发分Vdaf和干燥无灰基氢含量Hdaf作为分类指标，将其分为3个亚类，即无烟煤一号、二号和三号。③褐煤亚类的划分，采用煤化程度参数低煤阶煤透光率PM，将其分为2个小类，即褐煤一号和二号。④烟煤比较复杂，需同时考虑煤化程度和工艺性质（主要是黏结性）。首先，根据干燥无灰基挥发分Vdaf分为4组，分别用1~4的数码表示，数码越大，表示煤化程度越低。其次，每组再根据烟煤的黏结指数G值，分为6个，分别用1~6的数码表示，依次为：不黏结或微黏结煤（G≤5），弱黏结煤（5＜G≤20），中等偏弱黏结煤（20＜G≤50），中等偏强黏结煤（50＜G≤65）和强黏结煤（G>65）。数码越大，煤的黏结性越强（在个别组中，G>30或G>35仍用2表示）。根据干燥无灰基挥发分Vdaf、黏结指数G、胶质层最大厚度Y和奥阿膨胀度b可将烟煤划分为24个单元（根据Vdaf分成4个，根据G分成6个），每个单元都对应有一个两位数的数码，该数码就是烟煤分类表中“编码”一栏的数值，其中，十位上的数值（1~4）表示煤化程度，个位上的数值（1~6）表示黏结性。在24个单元中，按照同类煤的性质基本相似，不同类煤的性质有较大差异的原则进行归类，共分成12个类别，这12个类别，就是烟煤的12个大类。1.2.3各类煤的特性及用途

(1)无烟煤(WY)煤化程度最高的一类煤，固定碳含量高，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。01号无烟煤为年老无烟煤，适于作碳素材料及民用型煤；02号无烟煤为典型无烟煤，是合成煤气的主要原料；03号无烟煤为年轻无烟煤，因其热值高、可磨性好而适于作高炉喷吹燃料。这三类无烟煤都是较好的民用燃料。如北京、晋城、阳泉分别为01、02、03号无烟煤。

(2)贫煤(PM)贫煤是煤化度最高的一种烟煤，不黏结或微具黏结性，燃烧时火焰短，耐烧。在层状炼焦炉中不结焦。主要用作动力、民用和工业锅炉的燃料。山西潞安矿区是生产贫煤的典型代表。(3)贫瘦煤(PS)贫瘦煤是高变质、低挥发分、弱黏结性的一种烟煤。其性质介于贫煤和瘦煤之间。结焦较典型瘦煤差，单独炼焦时，生成的焦粉较多，配煤炼焦时，配入较少比例就能起到瘦化作用，有利于提高焦炭的块度。这种煤主要用于动力或民用燃料，少量用于制造煤气。山西西山矿区生产典型的贫瘦煤。

(4)瘦煤(SM)瘦煤是低挥发分的中等黏结性的炼焦用煤，在炼焦时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时，能得到块度大、裂纹少、抗碎性较好的焦炭，但焦炭的耐磨性较差，主要用于配煤炼焦使用。河北峰峰四矿生产典型的瘦煤。

(5)焦煤(JM)焦煤是中等及低挥发分的中等黏结性及强黏结性的一种烟煤。加热时能产生热稳定性很高的胶质体。单独炼焦时能得到块度大、裂纹少、抗碎强度高的焦炭，其耐磨性也好。但单独炼焦时，产生的膨胀压力大，使推焦困难。河北峰峰五矿、安徽淮北后石台及山西古交矿井生产典型的焦煤。

表1-2中国煤炭分类简表(6)肥煤(FM)肥煤是低、中、高挥发分的强黏结性烟煤，加热时能产生大量的胶质体。单独炼焦时能生成熔融性好、强度较高的焦炭，其耐磨强度优于相同挥发分的焦煤炼出的焦炭。缺点是单独炼出的焦炭，横裂纹较多，焦根部分常有蜂焦。属配煤炼焦的基础煤，但不宜单独使用。河北开滦、山东枣庄是生产肥煤的主要矿区。

(7)1／3焦煤(1／3JM)1／3焦煤是中高挥发分、强黏结性的一种烟煤，是介于焦煤、肥煤、气煤三者之间的过渡煤。单独炼焦能生成熔融性较好、强度较高的焦炭，既能单独炼焦供中型高炉使用，同时也是炼焦配煤的好原料。安徽淮南、四川永荣等矿区产1／3焦煤。(8)气肥煤(QF)气肥煤是一种挥发分和胶质层都很高的强黏结性肥煤类，有的称为液肥煤。炼焦性能介于肥煤和气煤之间，单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学产品，最适宜高温干馏制煤气，用于配煤炼焦可增加化学产品的回收率。江西乐平和浙江长广煤田是典型的气肥煤生产矿区。

(9)气煤(QM)气煤是一种煤化度较浅，挥发分较高的烟煤。加热时能产生较高的挥发分和较多的焦油。胶质体的热稳定性低于肥煤，能够单独炼焦。但焦炭多呈细长条而易碎，有较多的纵裂纹，因而焦炭的抗碎强度和耐磨强度均较其他炼焦煤差。在炼焦中能产生较多的煤气、焦油和其他化学产品，多作为配煤炼焦使用。辽宁抚顺老虎台、山西平朔等矿区生产典型气煤。

(10)1/2中黏煤(1/2ZN)1/2中黏煤是一种中等黏结性的中高挥发分烟煤。其中有一部分在单独炼焦时能形成一定强度的焦炭，可作为炼焦配煤的原料。一部分煤黏结性稍好，在单独炼焦时能结成一定强度的焦炭，可用于配煤炼焦；另一部分黏结性较差，在单独炼焦时，形成的焦炭强度差，粉焦率高。1/2中黏煤主要用于气化原料或动力用煤的燃料，目前我国这类煤的资料很少。(11)弱黏煤(RN)弱黏煤是一种黏结性较弱的从低变质到中等变质程度的烟煤。加热时，产生较少的胶质体。单独炼焦时，有的能结成强度很差的小焦块，有的则只有少部分凝结成碎焦屑，粉焦率很高。一般适于气化原料或动力燃料使用。山西大同是典型的弱黏结煤矿区。(12)不黏煤(BN)不黏煤是一种在成煤初期已经受到相当氧化作用的低变质程度到中等变质程度的烟煤。加热时，基本上不产生胶质体。煤的水分大，有的还含有一定的次生腐植酸，含氧量较多，有的高达10%以上。主要用作发电和气化用煤，也可作动力用煤及民用燃料。内蒙古东胜、陕西神府、甘肃靖远和新疆哈密矿区都是典型的不黏煤产区。

(13)长焰煤(CY)长焰煤是变质程度最低的一种烟煤，从无黏结性到弱黏结性的都有。其中最年轻的还含有一定数量的腐植酸，由于其燃烧时火焰较长而得名。贮存时易风化碎裂。煤化度较高的年老煤，加热时能产生一定量的胶质体。单独炼焦时也能结成细小的长条形焦炭，但强度极差，粉焦率很高。多用作电厂、机车燃料及工业窑炉燃料，也可用作气化用煤。辽宁阜新和内蒙古准格尔矿区是长焰煤基地。

(14)褐煤(HM)褐煤分为透光率PM＜30％的年轻褐煤和PM＞30～50％的年老褐煤两小类。是煤化程度最低的一类煤，外观呈褐色到黑色，光泽暗淡或呈沥青光泽。褐煤的特点为：含水分大，密度较小，无黏结性，并含有不同数量的腐植酸。煤中氢含量高达15～30%，化学反应性强，热稳定性差，块煤加热时破碎严重。存放在空气中易风化变质、破碎成小块甚至粉末状。发热量低，煤灰熔点也低，煤灰中含有较多的CaO，而有较少的Al2O3。褐煤大多用作发电厂锅炉的燃料，也可用作化工原料，有些褐煤可用来制造磺化煤或活性炭，有些褐煤可用作提取褐煤蜡的原料，腐植酸含量高的年轻褐煤可用来提取腐植酸，生产腐植酸铵等有机肥料，用于农田和果园，起到增产的作用。内蒙古霍林河及云南小龙潭矿区是典型的褐煤产地。1.3煤的组成煤是植物遗体在适宜的地质环境下，经复杂的生物化学和物理化学作用而形成的可燃沉积岩，是组成复杂的混合物（GB/T3715—1996）。了解煤的组成及煤质分析，对于正确评价煤质，充分合理利用煤炭资源是非常重要的。煤是由有机质、矿物质和水组成的。有机物由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，无机物则包括水、硅、铁、铝、钙、镁、钾、钠、硫、磷等元素，还有锗、镓、钒、铀、钍等稀有元素。有机质和部分矿物质是可燃的，水和大部分矿物质是不可燃的。1.3.1煤中的有机质煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，其中碳和氢占有机质的95%以上。煤燃烧时，主要是有机质中的碳、氢与氧的化合并放热。硫在燃烧时也放热，但燃烧产生的二氧化硫气体，不但腐蚀设备而且污染环境。（1）煤中的碳

一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。这些稠环的骨架是由碳元素构成的。因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。同时，煤中还存在着少量的无机碳，主要来自碳酸盐类矿物，如石灰岩和方解石等。碳含量随煤化度的升高而增加。在我国泥炭中干燥无灰基碳含量为55～62％；成为褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；烟煤的碳含量为77～92.7％；一直到高变质的无烟煤，碳含量为88.98％。个别煤化度更高的无烟煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的无烟煤，碳含量高达95～98％。

（2）煤中的氢

氢是煤中第二个重要的组成元素。除有机氢外，在煤的矿物质中也含有少量的无机氢。它主要存在于矿物质的结晶水中，如高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O)、石膏(CaSO4·2H2O)等都含有结晶水。在煤的整个变质过程中，随着煤化度的加深，氢含量逐渐减少，煤化度低的煤，氢含量大；煤化度高的煤，氢含量小。总的规律是氢含量随碳含量的增加而降低。尤其在无烟煤阶段就尤为明显。当碳含量由92%增至98％时，氢含量则由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80～86％之间时，氢含量最高。即在烟煤的气煤、气肥煤段，氢含量能高达6.5％。在碳含量为65～80％的褐煤和长焰煤段，氢含量多数小于6％。

（3）煤中的氧

氧是煤中第三个重要的组成元素。它以有机氧和无机氧两种状态存在。有机氧主要存在于含氧官能团，如羧基(-COOH)，羟基(-OH)和甲氧基（-OCH3)等中；无机氧主要存在于煤中水分、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和氧化物中等。煤中有机氧随煤化度的加深而减少，甚至趋于消失。褐煤在干燥无灰基碳含量小于70％时，其氧含量可高达20％以上。烟煤碳含量在85％附近时，氧含量几乎都小于10％。当无烟煤碳含量在92％以上时，其氧含量都降至5%以下。

（4）煤中的氮

煤中的氮含量比较少，一般约为0.5～3.0％。氮是煤中唯一的完全以有机状态存在的元素。煤中有机氮化物被认为是比较稳定的杂环和复杂的非环结构的化合物，其原生物可能是动、植物脂肪。植物中的植物碱、叶绿素和其他组织的环状结构中都含有氮，而且相当稳定，在煤化过程中不发生变化，成为煤中保留的氮化物。以蛋白质形态存在的氮，仅在泥炭和褐煤中发现，在烟煤中很少，几乎没有发现。煤中氮含量随煤的变质程度的加深而减少，随氢含量的增高而增大。

（5）煤中的硫

煤中的硫是有害杂质，它能使钢铁热脆、设备腐蚀、燃烧时生成的二氧化硫(SO2)污染大气，危害动、植物生长及人类健康。硫含量是评价煤质的重要指标之一。根据煤中硫的赋存形态，一般分为有机硫和无机硫两大类。各种形态的硫分的总和称为全硫分。所谓有机硫，是指与煤的有机结构相结合的硫。有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质。煤中无机硫主要来自矿物质中含硫化合物，如硫化物和硫酸盐，有时也有微量的单质硫。硫化物硫主要以黄铁矿（FeS2）为主，其次为闪锌矿(ZnS)、方铅矿(PbS)等。硫酸盐硫主要以石膏(CaSO4·2H2O)为主，也有少量的绿矾(FeSO4·7H2O)等。1.3.2煤中的矿物质矿物质主要是碱金属、碱土金属、铁、铝等的碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐及硫化物。除硫化物外，矿物质不能燃烧，但随着煤的燃烧过程，变为灰分。正是由于矿物质的存在，使煤的可燃部分比例相应减少，影响煤的发热量。1.3.3煤中的水分煤中的水分，主要存在于煤的孔隙结构中。水分的存在会影响燃烧稳定性和热传导，本身不能燃烧放热，还要吸收热量气化为水蒸气。1.4煤的性质1.4.1煤的物理性质煤的物理性质,包括煤的颜色、光泽、密度、导电性、煤的机械性质（硬度、脆度、可磨性、机械强度、弹性）、煤的光学性质（反光性、折光性、透光性）、煤的电性质和磁性质、煤的热性质（比热、导热、热稳定性）等。1.4.1.1煤的密度密度是煤的主要物理性质之一，凡涉及煤的体积和质量，都使用煤的密度。根据研究和应用的需要，密度以真密度、视密度、堆密度表示。真密度用密度瓶法测定；视密度采用涂蜡法、凡士林法、水银法测定；堆密度用容器法测定。1.4.1.2煤的机械性质煤的机械性质,硬度、脆度、可磨性、抗碎强度、弹性。煤的硬度是指煤能抵抗外来机械作用的能力。煤的脆度是表征煤的抗碎或抗压强度，即机械坚固性的一个指标。脆度大的煤，其块煤的破碎概率大，会产生较多的煤粉。煤的可磨性（粉碎性）是指煤磨碎成粉的难易程度。可磨性指数越大，煤越易被粉碎，反之则较难粉碎。煤的弹性是指煤在外力作用下所产生的形变，当外力除去后形变的复原程度。。1.4.1.3煤的光学性质煤的光学性质主要包括：可见光照射下的反射率、折射率、透光率；不可见光照射下的X-射线衍射、红外光谱、紫外光谱和荧光性质。煤的光学性质在煤质研究和应用中有着十分重要意义。如煤的反射率、透光率作为煤的分类指标；荧光性质可表征煤化程度和煤的黏结性。1.4.1.4煤的电性质和磁性质煤的电、磁性质，主要包括导电性、介电常数、抗磁性磁化率、核磁共振等。研究电、磁性质可为煤的结构提供信息，煤的介电性可用于煤的地球物理方法勘探，煤的电性质用于炼焦、气化等新工艺。1.4.1.5煤的热性质煤的热性质包括煤的比热、导热性、热稳定性，研究煤的热性质，不仅对煤的热加工(煤的干馏、气化、液化)过程及其传热计算有很大意义，而且某些热性质还与煤的结构密切相关，如煤的导热性，能反映煤中分子的定向程度。1.4.2煤的化学性质煤的化学性质主要包括：煤的氧化、加氢、卤化、磺化、水解、烷基化等。研究煤的化学性质是研究煤的化学结构的主要方法，同时也是煤炭转化技术和直接化学加工的基础。1.4.2.1煤的氧化反应煤在空气中堆放一定时间后就会被空气中的氧慢慢氧化，使煤失去光泽，变得疏松易碎，其工艺性质发生显著变化，如发热量降低、黏结性变差等，同时，缓慢氧化所产生的热量还会引起自燃。煤中的可燃物与空气中的氧进行迅速的发光、放热的反应即燃烧。煤与硝酸、双氧水等氧化剂反应，生成各种有机芳香羧酸和脂肪酸，这是煤的深度氧化。1.4.2.2煤的加氢反应煤加氢液化是煤的重要化学反应，是具有发展前途的煤转化技术。煤加氢可制取洁净的液体燃料，煤加氢脱灰、脱硫可制取溶剂精制煤，可生产结构复杂、有特殊用途的化工产品，可对煤进行改质。煤和液体烃类化学组成上的差别，在于煤的氢、碳原子比（H/C）较石油低，一般石油的H/C为2.0，而煤的H/C随煤化程度不同而异，褐煤H/C在1.0~1.2之间，长焰煤为0.9，肥煤为0.8，无烟煤的H/C可小到0.4。因此，煤液化或改变性质需要将煤加氢。1.4.2.3煤的其它化学反应

煤的其它化学反应有煤的卤化、磺化、水解、烷基化、酰基化、氟化等，现仅介绍煤的磺化、卤化、水解。（1）煤的磺化

煤与浓硫酸或发烟硫酸进行磺化反应，将磺基-SO3H引入到煤的缩合芳香环和侧链上，生成磺化煤。煤的磺化反应如下：RH+HOSO3H—→R-SO3H+H2O煤经过磺化反应后，增加了—SO3H、—COOH等官能团，这些官能团上的氢离子可以被其他金属离子所取代，因此，磺化煤是一种多官能团的阳离子交换剂。（2）煤的氯化煤的氯化属于卤化反应。氯化方法有两种，一是在较高温度下用氯气进行气相氯化，另一种是在100℃以下的水介质中氯化（取代反应或加成反应）。取代反应RH+Cl2—→RCl+HCl加成反应>C=C<+Cl2

（3）煤的水解反应煤的水解反应是在碱性介质中进行的，其水解产物有苯酚类、醇类、羧酸类等。通过对煤的水解产物的研究，说明煤的结构单元是由缩合芳香环组成，在芳香环的周围有含氧官能团，为研究煤的结构提供了依据。1.4.3煤的工艺性质煤的工艺性质包括煤的黏结性和结焦性指数、煤的发热量和燃点、煤的反应性、煤灰熔融性等。1.4.3.1煤的黏结性和焦结性指数

煤的黏结性是煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气受热后能否黏结其本身或惰性物质(即无黏结力的物质)成焦块的性质。煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。两者都是炼焦煤的重要特性1.4.3.2煤的发热量和燃点

煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量，又称为热值，用Q表示，单位是J/g。发热量是供热用煤或焦炭的主要质量指标之一。燃煤或焦炭工艺过程的热平衡、焦炭耗量、热效率等的计算，都以发热量为依据。煤的燃点是将煤加热到开始燃烧时的温度，也称着火点、临界温度。测定煤的燃点的方法，一般是将氧化剂加入煤中，对煤进行加热，使煤有明显的升温现象，然后求出煤爆燃或急剧升温的临界温度作为煤的燃点。我国测定燃点时采用亚硝酸钠作氧化剂，在燃点测定仪中进行。1.4.3.3煤的反应性煤的反应性又叫反应活性，是指在一定温度条件下，煤与不同的气体介质（CO2、O2和H2O水蒸气）相互作用的反应能力，是煤在燃烧、气化和冶金中的重要指标。我国测定煤的反应性的方法是:测定高温下煤还原CO2的性能，以CO2还原率表示。反应性强的煤，在气化燃烧过程中，反应速率快、效率高。1.4.3.4煤灰熔融性煤灰熔融性又称灰熔点，是动力和气化用煤的重要指标。煤灰是由各种矿物质组成的混合物，没有一个固定的熔点，只有一个熔化温度的范围。灰熔点的测定方法常用角锥法，将煤灰与糊精混合塑成三角锥体，放在高温炉中加热，根据灰锥形态变化确定变形温度（deformationtemperature，DT）、软化温度（softeningtemperature，ST）和熔化温度（flowtemperature，FT）。一般用ST评定煤灰熔融性。1.4.5煤的质量分析为了解煤的性质，评价煤的质量和合理利用煤炭资源，就需要对煤的质量进行正确分析。煤的分析项目很多，一般可分为工业分析、元素分析、物理性质测定、工艺性质测定和煤灰成分分析等。工业上最重要和最常见的分析项目是煤的工业分析和元素分析。1.4.5.1煤的工业分析煤的工业分析,又叫煤的技术分析或实用分析。它包括煤的水分（moisture，M）、灰分(ash,A)、挥发分(volatilematter,V)、固定碳(fixedcarbon,FC)等指标的测定。有时也将水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目的测定称为煤的半工业分析，再加上发热量和全硫的测定称为煤的全工业分析。但现在一般将煤的全硫测定和发热量的测定作为单独的测定项目。1.4.5.2煤的元素分析煤的元素分析通常是指煤中碳、氢、氧、氮、硫等项目的分析。元素分析结果是对煤进行科学分类的主要依据之一，在工业上可作为计算发热量、干馏产物的产率和热量平衡的依据。煤中的稀有元素很多，主要有锗、镓、铀、钒、钽等元素。当煤中的锗、镓等稀有元素含量超过一定值时即有提取价值。除硫外，煤中还含有一些有害元素，如磷、氯、砷、氟、汞等。可以根据特殊的需要进行检测。1.4.5.3煤灰成分分析煤样在规定的条件下完全燃烧所得到的残留物，称为灰分。灰分是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾、氧化锰、三氧化硫、五氧化二磷等成分组成的。其中主要成分是二氧化硅（约60%）和三氧化二铝（约12%~20%）。在煤的工业分析中，往往只测定灰分的产率，而不测定灰分的成分。1.5煤的工业分析煤的工业分析包括煤的水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）、固定碳（FC）四项指标的测定，用作评价煤质的基本依据。煤的水分、灰分、挥发分通常是直接测出的，而固定碳是用差减法计算出来的。1.5.1煤中水分的测定煤的水分，是煤炭计价中的一个辅助指标。煤的水分直接影响煤的使用、运输和储存。煤的水分越多，煤中的有用成分相对减少，且水分在燃烧时变为蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。煤的水分多，还增加了无效运输，并给卸车带来了困难。特点是冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响卸车。因此，水分是煤质评价的基本指标，煤中水分的含量越低越好。1.5.1.1煤中水分的类型根据煤中水分的结合状态分为游离水和化合水两大类。（1）游离水以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游离水分，又分为外在水分和内在水分两种。外在水分又称表面水分，它是指附着于煤粒表面的水膜和存在于直径大于10-5cm的毛细孔中的水分，它是在一定条件下煤样与周围空气达到平衡时所失去的水分，用符号Mf表示。此类水分是在开采、贮存及洗煤时带入的，覆盖在煤粒表面上，其蒸汽压与纯水的蒸汽压相同。内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于10-5cm的毛细孔中的水分，它是在一定条件下煤样与周围空气达到平衡时所保持的水分，用符号Minh表示。由于毛细孔的吸附作用，这部分水的蒸汽压低于纯水的蒸汽压，故较难蒸发出去，需要在105~110℃下经过1~2小时即可蒸发掉。

煤的外在水分和内在水分的总和称为全水分,用符号Mt表示。（2）化合水化合水是指以化合的方式同煤中的矿物质结合的水，即通常所说的结晶水。如存在于石膏（CaSO4.2H2O）、高岭土中的水。结晶水要在200℃以上才能解析，在煤的工业分析中不考虑结晶水。1.5.1.2煤中全水分的测定国家标准GB/T211—2007中规定了煤中全水分测定的四种方法。其中方法A（通氮干燥法）适用于各种煤，方法B（空气干燥法）适用于烟煤和无烟煤，方法C（微波干燥法）适用于烟煤和褐煤，方法D（一步法、两步法）适用于外在水分高的烟煤和无烟煤。在国家标准中通氮干燥法被列为仲裁方法，以此为例来介绍全水分的测定。（1）外在水分将粒度小于13mm的煤样，在温度不高于40℃的环境下干燥到质量恒定，根据煤样的质量损失计算外在水分的含量。Mf=m1/m×100%（1-1）式中Mf—煤样的外在水分；%m—煤样的质量，g；m1—煤样干燥后减少的质量，g。（2）内在水分立即将测定外在水分后的煤样破碎到粒度小于3mm，称量，质量为m2，于105~110℃下在氮气流中干燥到质量恒定，根据（1-2）计算内在水分的含量。Minh=m3/m2×100%（1-2）式中Minh—煤样的内在水分；%m2—煤样的质量，g；m3—煤样干燥后减少的质量，g。（3）全水分虽然全水分应等于外在水分和内在水分的总和，但外在水分以收到基为基准，而内在水分以空气干燥基为基准。基准不同，测定结果不能直接相加，必须经过换算。将空气干燥基内在水分换算为收到基内在水分，按（1-3）计算收到基全水分的含量。Mt=Mf+(100—Mf)/100×Minh

（1-3）式中Mt—煤样的全水分；%Mf—煤中外在水分；%Minh—煤样的内在水分，%。质量煤样Ⅰ煤样Ⅱ煤样质量

/g10.0000 10.0000105℃干燥后煤样质量

/g9.51209.4840例：有一煤样质量为500.0g,经空气干燥后质量为450.0g,用空气干燥煤样测定内在水分，两次重复测定结果见表1-2.求收到的煤样的全水分。解：将试验数据代入（1-1），计算收到煤样的外在水分Mf：Mf=×100%＝10.0%

用式（1-2）计算煤样的内在水分Minhl：

煤样ⅠMinhl=×100%＝4.88%

煤样ⅡMinh2=×100%＝5.16%

Minh=（Minhl+Minh2）/2＝%＝5.02%由式（1-3）计算收到煤样全水分Mt:Mt

＝Mf+Minh×

＝10.0%+5.02%×＝14.7%因此，该收到的煤样的全水分为14.7%。1.5.1.3空气干燥煤样水分的测定空气干燥煤样水分又叫空气干燥基水分，测定方法有三种，方法A（通氮干燥法）和方法B（甲苯蒸馏法）适用于所有煤种，方法C（空气干燥法）仅适用于烟煤和无烟煤。在仲裁分析中遇到有空气干燥煤样水分进行基的计算时，应用方法A测定空气干燥煤样的水分。在通氮干燥法中，称取一定量的分析试验煤样，置于105~110℃干燥箱中，在氮气流中干燥到质量恒定。根据煤样的质量损失，计算水分的含量。Mad=m1/m×100%（1-4）式中Mad—空气干燥煤样水分；%m—煤样的质量，g；m1—煤样干燥后减少的质量，g。1.5.2煤中灰分的测定1.5.2.1煤的灰分及灰分产率煤的灰分是指煤完全燃烧后剩下的残渣，是煤中矿物质在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物。煤灰的成分十分复杂，主要有二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁等。由于灰分的组成和含量不同于煤中原有的矿物质，因此煤的灰分应称为灰分产率。灰分是煤中的无用物质，灰分越低煤质越好。在工业利用上，灰分低于10%的为特低灰煤，灰分在10%~15%之间的为低灰煤，灰分在15%~25%之间的为中灰煤，灰分在25%~40%之间的为高灰煤，灰分>40%的为富灰煤。煤的灰分增加，不仅增加了无效运输，更重要的是影响煤作为工业原料和能源的使用。当煤用作动力燃料时，灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少，煤的发热量低。同时，煤中矿物质燃烧灰化时吸收热量，大量排渣还要带走热量，因而也降低了煤的发热量。另外，煤中灰分增加，还会影响锅炉操作（如易结渣、熄火），加剧设备磨损，增加排渣量等。当煤用于炼焦时，灰分增加，焦炭灰分也随之增加，从而降低了高炉的利用系数。因此，煤的灰分是表征煤质的主要指标，也是煤炭计价的辅助指标之一。煤灰可以用来制造硅酸盐水泥、制砖等，还可以用来改良土壤。此外，从煤灰中可以提炼锗、镓、钒等重要元素，使它变“废”为宝。1.5.2.2煤中灰分的测定煤的灰分的测定分为缓慢灰化法和快速灰化法（GB/T212—2008）。缓慢灰化法为仲裁法，快速灰化法可作为例行分析方法。（1）缓慢灰化法测定灰分的主要仪器和设备是箱形电炉和灰皿。

对箱形电炉的基本要求是保持温度为（815±10）℃，炉膛具有足够的恒温区，炉后壁的上部带有直径为25~30mm的烟囱，下部离炉膛底20~30mm处，有一个插热电偶的小孔，炉门上有一个直径为20mm的通气孔。灰皿一般是长方形的瓷灰皿，底面为长45mm、宽22mm、高14mm，如图1-1所示。在缓慢灰化法中，测定时称取于一定量的煤样于灰皿中，放入温度低于100℃的箱形电炉中，关上炉门并使炉门留有15mm左右的缝隙，以一定的速度加热到（815±10）℃，并在此温度下灼烧至质量恒定（直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止）。灰化结束后从炉中取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，盖上灰皿盖，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。空气干燥煤样的灰分按式（1-5）计算。

Aad=m1/m×100%（1-5）式中

Aad—空气干燥煤样的灰分产率；%m—煤样的质量，g；m1—煤样灼烧后残留物的质量，g。灰皿一般是长方形的瓷灰皿，底面为长45mm、宽22mm、高14mm，如图1-1所示【注意事项】①煤中矿物质在测定灰分的温度下燃烧时许多组分都发生了变化，如粘土、石膏等失去结晶水；碳酸盐受热分解放出CO2；FeO氧化成Fe2O3；硫化铁等矿物质氧化成SO2和Fe2O3；在燃烧中生成的SO2与碳酸钙分解成的CaO和氧作用生成CaSO4。为了减少SO2被CaO固定在灰中，应采取以下措施:炉后装有25~30mm的烟囱，以保证炉内通风良好，使生成的SO2及时排出；测定时炉门留有15mm左右的缝隙，以保证有足够的空气通入；煤样在100℃以下送入高温炉中，并在半小时内缓慢升至500℃，并保温30min,使煤样燃烧时产生的二氧化硫在碳酸盐分解前能全部逸出；煤样在灰皿中厚度小于0.15g/cm2。③从100℃升到500℃的时间控制为半小时，以使煤样在炉内缓慢灰化，防止爆燃，否则部分挥发性物质急速逸出将矿物质带走会使灰分测定结果偏低。④最终灼烧温度之所以定为（815±10）℃，是因为在此温度下，煤中碳酸盐分解结束而硫酸盐尚未分解。一般纯硫酸盐在1150℃以上才开始分解，但如与硅、铁共存，实际到850℃即开始分解。（2）快速灰化法

快速灰化法可作为日常分析用。一般情况下，应将快速灰化法的测定结果与缓慢法进行比较，在允许误差之内的方可使用。快速灰分测定仪见图1-2，由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成。快速灰分测定仪见图1-2，由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成。快速灰化法的测定结果计算方法：测定时，空气干燥煤样的灰分按式（1-6）计算。

Aad=m1/m×100%

（1-6）式Aad—空气干燥煤样的灰分产率；%m—煤样的质量，g；m1—煤样灼烧后残留物的质量，g。1.5.3挥发分的测定挥发分(V)是煤在规定条件下隔绝空气加热进行水分校正后的质量损失。去掉挥发份后的残渣叫焦渣。煤在隔绝空气下加热，当温度低于100℃时煤中吸附的气体和部分水逸出，低于110℃游离水逸尽；当温度达到200℃时化合水逸出；当温度升至250℃时，第一次热解开始，有气体逸出；当温度超过350℃时，有焦油产生，550~600℃焦油逸尽；当温度超过600℃时，第二次热解开始，气体再度逸出，气体冷凝后得高温焦，900~1000℃分解停止，残留物为焦炭。煤的挥发分主要是水分、碳、氢的氧化物和碳氢化合物（以CH4为主）组成，但不包括物理吸附水（包括外在水和内在水）和矿物质生成的二氧化碳。1.5.3.1主要仪器和设备（1）挥发分坩埚

带有配合严密的盖的瓷坩埚，形状和尺寸如图1-3所示。坩埚总质量为15~20g。

（2）马弗炉

带有高温计和调温装置，能保持温度在（900±10）℃，并有足够的恒温区。当起始温度为920℃时，放入室温下的坩埚架和坩埚，关炉门后，在3min内恢复到（900±10）℃。炉后壁有一排气孔和一个插热电偶的小孔。小孔位置应使热电偶插入炉内后其热接点在坩埚底和炉底之间，距炉底20~30mm处。（3）坩埚架

用镍铬丝或其他耐热金属丝制成。其规格尺寸以能使所有的坩埚都在马弗炉恒温区内，并且坩埚底部位于热电偶接点上方并距炉底20~30mm为宜，如图1-4所示。（4）压饼机

螺旋式或杠杆式压饼机，能压制直径约10mm的煤饼。1.5.3.2测量方法用预先在900℃下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样（1.0±0.01）g，精确至0.0002g，然后轻轻振动坩埚，使煤样平摊，加盖放在坩埚架上。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内并关上炉门，准确加热7min。从炉中取出坩埚，空气冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min左右）后称量。1.5.3.3结果计算空气干燥煤样的挥发分按式（1-7）计算：Vad=m1/m×100%－Mad(1-7)当空气干燥煤样中碳酸盐CO2含量为2~12%时，按下式计算：Vad=m1/m×100%－Mad—(CO2)ad

（1-8）当空气干燥煤样中碳酸盐CO2含量大于12%时，按下式计算：Vad=

m1/m×100%－Mad—[(CO2)ad—(CO2)ad(焦渣)]（1-9）式中Vad—空气干燥煤样的挥发分产率；%m1—煤样加热后减少的质量，g；

m—煤样的质量，g；Mad—空气干燥煤样的水分含量；%(CO2)ad—空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量；%(CO2)ad(焦渣)—焦渣中二氧化碳对煤样量的百分数。%【注意事项】①因为挥发份测定是一个规范性很强的试验项目，所以必须严格控制实验条件，尤其是加热温度和加热时间。测定温度应严格控制在（900±10）℃，总加热时间（包括温度恢复时间）要严格控制在7min。②坩埚从马弗炉取出后，在空气中冷却时间不宜过长，以防焦渣吸水。坩埚在称量前不能开盖。③褐煤、长焰煤水分和挥发分很高，如以松散状态放入900℃炉中加热，则挥发分会骤然大量释放，把坩埚盖顶开并带走碳粒，使结果偏高，而且重复性差。因此应将样煤压成饼，切成3毫米小块后，使试样紧密可减缓挥发分的释放速率，因而可有效防止煤样爆燃、喷溅，使测定结果可靠。1.5.4煤中固定碳含量的计算煤中固定碳含量不是实测的，而是从测定煤样挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物。固定碳含量按下式计算：

FCad=100%—(Mad+Aad+Vad)(1-10)式中

FCad—空气干燥煤样的固定碳含量；%

Mad—空气干燥煤样的水分含量；%

Aad—空气干燥煤样的灰分含量；%

Vad

—空气干燥煤样的挥发分含量，%。1.5.5各种基的换算1.5.5.1煤质分析结果的表示方法

煤质分析结果的有关术语和符号见表1-3.1.5.5.2空气干燥基与其它基的换算收到基煤样的灰分和挥发分按式(1-11)换算：(1-11)干燥基煤样的灰分和挥发分按式(1-12)换算：(1-12)

干燥无灰基煤样的挥发分按式(1-13)换算：(1-13)当空气干燥煤样中碳酸盐CO2含量大于2%时，按式(1-14)换算：

式中Vdaf=Xar—收到基煤样的灰分产率；%

Xad—空气干燥基煤样的灰分产率；%

Mar—收到基煤样的水分含量；%

Xd—干燥基煤样的灰分产率；%

Xdaf—干燥无灰基煤样的灰分产率。%1.6煤中全硫的测定煤中的硫对燃烧、炼焦、气化都是有害的，因此，硫含量的高低是评价煤或焦炭质量的重要指标之一。煤中的硫通常以无机硫和有机硫两种状态存在。无机硫以硫化物和硫酸盐形式存在。硫化物主要存在于黄铁矿中，在某些特殊矿床中也含有其他金属硫化物如闪锌矿（ZnS）、方铅矿（PbS）、黄铜矿(Fe2S3·CuS)等)。硫酸盐中主要以硫酸钙（CaSO4·2H2O）形式存在，有时也以其它硫酸盐如绿矾(FeSO4·7H20)等形式存在。有机硫通常含量较低，主要来自成煤植物和微生物的蛋白质，但组成却很复杂，主要是以巯基、硫茚、硫醚、硫醇、硫醌、二硫化物、噻吩类杂环硫化物等形式存在。焦炭中硫则主要以FeS状态存在。煤中全硫是指无机硫和有机硫的总和。在一般分析中不要求分别测定无机硫或有机硫，而只测定全硫。GB/T214—2007规定了煤中全硫的测定方法有艾氏卡法、高温燃烧中和法、库仑法。1.6.1艾氏卡法1.6.1.1方法原理将煤样与艾氏卡试剂（两份质量的氧化镁和一份质量的无水碳酸钠）混匀并研细至粒度小于0.2mm，于850℃下燃烧，煤中硫生成硫酸盐，然后使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量计算煤中全硫的含量。测定过程中的主要反应为：（1）煤的氧化作用：煤+O2→CO2↑+H2O+SO2↑+

SO3↑+N2↑（2）硫氧化物的固定作用:2SO2+2Na2CO3+O2＝2Na2SO4+2CO2↑SO3+Na2CO3＝

Na2SO4+CO2↑2SO2+2MgO+O2＝2MgSO4SO3+MgO＝2MgSO4（3）硫酸盐的转化作用：Na2CO3+CaSO4＝Na2SO4+CaCO3↓（4）硫酸盐的沉淀作用：MgSO4+Na2SO4+2BaCl2＝2BaSO4↓+2NaCl+MgCl21.6.1.2.测定步骤在30mL坩埚内称取粒度小于0.2mm空气干燥煤样1g（精确至0.0002g），与2g艾氏卡试剂混合均匀，再用1g艾氏卡试剂覆盖。将装有煤样的坩埚移入通风良好的马弗炉中，在1~2h内从室温逐渐加热到800~850℃，并在该温度下保持1~2h。将坩埚从炉中取出，冷却至室温。用玻璃棒将坩埚中的灼烧物仔细搅松捣碎（如发现有未烧尽的煤粒，应在800~850℃下继续灼烧30min），然后转移到400mL烧杯中。用热水冲洗坩埚内壁，将洗液收入烧杯，再加入100~150mL刚煮沸的水，充分搅拌。此时若有黑色煤粒漂浮在液面上，则本次实验作废。用中速定性滤纸以倾泻法过滤，用热水冲洗3次，然后将残渣移入滤纸中，用热水仔细清洗至少10次，洗液总体积约为250~300mL。向滤液中滴入2~3滴甲基橙指示剂（20g/L）,加盐酸（1+1）中和后再过量2mL,使溶液呈微酸性。将溶液加热到沸腾，在不断搅拌下滴加10mL氯化钡溶液（100g/L），在近沸状况下保持约2h，使溶液体积为200mL左右。将溶液冷却或静置过夜后，用无灰定量滤纸过滤，并用热水洗至无氯离子为止（用硝酸银溶液检验）。将带沉淀的滤纸移入已恒重并称量过的瓷坩埚中，灰化后，在温度为800~850℃的马弗炉内灼烧1h，取出坩埚，在空气中稍加冷却后放入干燥器中冷却到室温，称量。煤中全硫含量按式（1-15）计算：St,ab=100%（1-15）式中St,ab—空气干燥煤样全硫含量；%m1—硫酸钡质量，g;m2—空白试验的硫酸钡质量，g;Ms—硫的摩尔质量，g/mol;MBaSO4—硫酸钡的摩尔质量，g/mol;m—煤样质量，g。全硫质量分数St,ab%重复性St,ab%再现性St,ab%≤1.500.050.101.50~4.000.100.20＞4.000.200.30【注意事项】

①每配制一批艾氏卡试剂或更换其他任一试剂时，应进行2个以上的空白试验，硫酸钡质量的极差不得大于0.0010g，取算术平均值作为空白值。②必须在通风条件下进行半熔反应，否则煤粒燃烧不完全而且部分硫不能转化为SO2。③调节酸度到微酸性，同时加热，使CO32-生成CO2，从而消除CO32-的影响。1.6.2高温燃烧-酸碱滴定法1.6.2.1方法原理煤样在催化剂作用下在氧气流中燃烧，煤中硫生成硫的氧化物，用过氧化氢吸收形成硫酸，用标准氢氧化钠溶液滴定，根据消耗氢氧化钠溶液的浓度和体积，计算出煤中全硫含量。1.6.2.2主要仪器和试剂①管式高温炉

能加热到1250℃，并有80~100mm（1200±5）℃的高温恒温带，附有铂铑-铂热电偶测温和控温装置。②异径燃烧管

耐温1300℃以上，管总长约750mm,一端外径约22mm，内径约19mm，长约690mm,另一端外径约10mm，内径约7mm,长约60mm。③干燥塔

容积250mL,下部2/3装碱石棉，上部1/3装无水氯化钙。④过氧化氢溶液的配制

取30mL30%过氧化氢加入970mL水，加2滴甲基红-亚甲基蓝混合指示剂，用稀硫酸或氢氧化钠溶液中和至溶液呈灰色（现用现配）。甲基红-亚甲基蓝混合指示剂

将0.125g甲基红溶于100mL乙醇中，另将0.083g亚基蓝溶于100mL乙醇中，分别贮存于棕色瓶中，使用前按等体积混合。氢氧化钠标准溶液对硫的滴定度的标定

称取0.2g左右标准煤样（称准至0.0002g），置于燃烧舟中，再盖上一薄层三氧化钨。按测定步骤进行试验并记下滴定时氢氧化钠溶液的用量，按下式计算滴定度。Ts/NaOH

＝

（1-18）式中Ts/NaOH—氢氧化钠标准溶液对硫的滴定度，g/mL;m—标准煤样的质量，g;S—标准煤样的硫含量；%V—氢氧化钠溶液的用量，mL。⑦羟基氰化汞溶液

称取约6.5g羟基氰化汞，溶于500mL水中，充分搅拌后，放置片刻，过滤。滤液中加入2~3滴甲基蓝混合指示剂，用稀硫酸溶液中和至中性，贮存于棕色瓶中。（一周内使用）。1.6.2.3测定步骤按图1-5所示测定装置连接好，将高温炉加热并稳定在（1200±5）℃，测定燃烧管内高温带、恒温带及500℃温度带部位和长度。1-管式炉；2-干燥塔；3,4-洗气瓶（内装硫酸）；5-氧气瓶；6-燃烧舟；7-气体吸收瓶；8-异径管将高温炉加热并控制在（1200±5）℃。用量筒分别量取100mL已中和的过氧化氢溶液（每升含30mL30%H2O2），加入吸收瓶中。称取0.2g（精确至0.0002g）煤样于燃烧舟中，盖上一薄层三氧化钨。将盛有煤样的燃烧舟放在燃烧管入口端，用镍铬丝推棒将燃烧舟推到500℃温度区，以350mL/min的流量通入氧气，5min后再将燃烧舟推到高温区，使煤样燃烧10min。停止通入氧气，取下吸收瓶，用水清洗气体过滤器2~3次。向吸收瓶内加入3~4滴甲基红-亚甲基蓝混合指示剂，用0.02mol/LNaOH标准溶液滴定至溶液由桃红变成灰色，记下氢氧化钠溶液的体积。同时进行空白试验。1.6.2.4结果计算（1）用氢氧化钠标准溶液的浓度计算

（1-19）

式中St,ad—空气干燥煤样中全硫含量；%V—煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;V0—空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;c—氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L;32.07—硫的摩尔质量，g/mol;m—煤样质量，g。f—校正系数，当St,ad<1%时，f=0.95；当St,ad为1~4时，f=1.00；当St,ad>4%时，f=1.05；（2）用氢氧化钠标准溶液对硫的滴定度计算

（1-20）式中

St,ad—空气干燥煤样中全硫含量；%V—煤样测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL;V0—空白测定时，氢氧化钠标准溶液的用量，mL；Ts/NaOH—氢氧化钠标准溶液对硫的滴定度，g/mL;m—煤样质量，g。（3）氯的校正

当试样中氯含量高于0.02%时，或用氯化锌减灰的精煤，均应进行氯的校正。在氢氧化钠标准溶液滴定到终点的试液中加入10mL羟基氰化汞溶液，用0.01mol/L硫酸标准溶液滴定到溶液由绿色变为灰色，记下硫酸标准溶液的体积，按式（1-21）计算全硫含量。

（1-21）式中

St,ad—空气干燥煤样中全硫含量；%S—按式（1-19）或（1-20）计算的全硫含量；c—硫酸标准溶液的浓度，mol/L;V2—硫酸标准溶液的用量，mL;32.07—硫的摩尔质量，g/mol;m—煤样质量，g。1.6.3库仑滴定法1.6.3.1方法原理煤样在催化剂作用下，于空气流中燃烧分解，煤中硫生成二氧化硫并被净化过的空气流带到电解池内，并立即被电解池内的I2氧化为H2SO4。由此导致溶液中的I2浓度降低，而I-浓度则增加，指示电极间的电位改变，仪器自动启动电解，又产生出I2。这样电解产生的I2使SO2全部氧化，并使电解液回到平衡状态。根据电解产生I2所耗电量的积分，再由法拉第电解定律计算出试样中全硫的含量。反应式如下：2I-—2e＝I2I2+SO2+2H2O＝H2SO4+2HI1.6.3.2仪器装备测定所使用的仪器是库仑测硫仪，由以下几部分构成。①管式高温炉

能加热到1200℃以上，（11505）℃的高温区长度超过90mm，附有铂铑-铂热电偶测温及控温装置，炉内装有耐1300℃以上的异径燃烧管。电解池和电磁搅拌器

电解池高120~180mm,容量不少于400mL，内有面积约150mm2的铂电极和面积约15mm2的指示电极。指示电极响应时间应小于1s，电磁搅拌器连续可调，转速约500r/min。库仑积分器

电解电流0~350mA范围内，积分线性误差应小于0.1%。配有4~6位数字显示器和打印机。送样程序控制器

可按指定的程序前进、后退。空气供应及净化装置

由电磁泵和净化管组成。供气量约1500mL/min,抽气量约1000mL/min,净化管内装氢氧化钠及变色硅胶。1.6.3.3测定步骤将管内高温炉升温1150℃，用另一组铂铑-铂热电偶高温计测定燃烧管中高温带的位置、长度及500℃的位置。调节送样程序控制器，使煤样预分解及高温分解的位置分别处于500℃和1150℃的部位。在燃烧管出口处填充洗净、干燥的玻璃纤维棉，在距出口端约80~100mm处，充填厚度约3mm的硅酸铝棉。将程序控制器、管式高温炉、库仑积分器、电解池、电磁搅拌器和空气供应及净化装置组装在一起。开动抽气泵和供气泵，将抽气流量调节到1000mL/min，然后关闭电解池与燃烧管间的活塞，若抽气量降到500mL/min以下，说明仪器各部件及各接口气密性良好，否则需检查各部件及其接口。将管式高温炉升温并控制在（11505）℃。开动供气泵和抽气泵并将抽气流量调节到1000mL/min。在抽气下，将250~320mL电解液加入电解池内，开动电磁搅拌器。在瓷舟中放入少量非测定用的煤样，按下述方法进行测定。如试验结束后库仑积分器的显示值为0，应再次测定直至显示值不为0。于瓷舟中称取粒度小于0.2mm空气干燥煤样0.05g（称准至0.0002g），在煤样上盖一薄层三氧化钨。将瓷舟置于送样的石英托盘上，开启送样程序控制器，煤样即自动送进炉内，库仑滴定随即开始。试验结束后，库仑积分器显示出硫的量（mg）或百分含量，并由打印机打印结果。当库仑积分器最终显示为硫的质量时，全硫含量按下式计算。

（1-22）式中St,ad—空气干燥煤样中全硫含量；%m1—库仑积分器显示值，mg;m—煤样质量，mg。【注意事项】①使用的催化剂是三氧化钨。②电解液的配制方法是将碘化钾和溴化钾各5g、冰醋酸10mL，溶于250~300mL水中。③要求燃烧舟长70~77mm,素瓷或刚玉制品，耐热1200℃以上。1.7煤的发热量测定1.7.1发热量及表示方法煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧时所产生的热量，也称为热值，用符号Q表示，单位是“J/g”。发热量是供热用煤或焦炭的主要质量指标之一。燃煤或焦炭工艺过程的热平衡、煤或焦炭耗量、热效率等的计算，都以发热量为依据。发热量可以直接测定，也可以由工业分析的结果粗略地计算。现行企业中测定煤的发热量不属于常规分析项目。发热量的表示方法有弹筒发热量、恒容高位发热量和恒容低位发热量三种。（1）弹筒发热量

单位质量的试样在充有过量氧气的氧弹内燃烧，其燃烧产物组成为氧气、氮气、二氧化碳、硝酸、硫酸、液态水以及固态灰时放出的