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煤的工业分析有哪些?

2021-08-04 443

煤的工业分析
 
[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,是评价煤质的基本依据。

在国家标准种,煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。通常

煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。通常煤的水分、灰分、挥发分是直接测

出的,而固定碳是用差减法计算出来的。广义上讲,煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热

量的测定, 又叫煤的全工业分析。


1、煤的水分

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。煤的水分增加,煤中有用成分相对减少

,且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热,因而降低了煤的发热量。煤的水分增加,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,影响生产,影响车皮周转,加剧了运输的紧张。

煤的水分也容易引起煤炭粘仓而减小煤仓容量,甚至发生堵仓事故。

随着矿井开采深度的增加,采掘机械化的发展和井下安全生产的加强,以及喷露洒水

、煤层注水、综合防尘等措施的实施,原煤水分呈增加的趋势。为此,煤矿除在开采

设计上和开采过程中的采煤、掘进、通风和运输等各个环节上制定减少煤的水分的措

施外,还应在煤的地面加工中采取措施减少煤的水分。

(1)煤中游离水和化合水

煤中水分按存在形态的不同分为两类,既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附

在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分;化合水也叫结晶水,是以化合的

方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙(NaSO4.2H2O)和高龄土(

AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的结晶水。游离水在105~110C的温度下经过1~2小时可蒸发

掉,而结晶水通常要在200C以上才能分解析出。

煤的工业分析中只测试游离水,不测结晶水。

(2)煤的外在水分和内在水分

煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。

外在水分,是附着在煤颗粒表面的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发

,蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。

内在水分,是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分需在100C以上的温度

经过一定时间才能蒸发。

最高内在水分,当煤颗粒内部毛细孔内吸附的书分达到饱和状态时,这是煤的内在

水分达到最高值,称为最高内在水分。最高内在水分与煤的孔隙度有关,而煤的孔隙

度又于煤的煤化程度有关,所以,最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程

度,尤其能更好地区分低煤化度煤。如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上,少数

的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%。最高内在水分小于2%的烟煤,几乎都是强粘

性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高内在水分比烟煤有有所下降,因为无烟

煤的孔隙度比烟煤增加了。

(3)煤的全水分

全水分,是煤炭按灰分计加中的一个辅助指标。a.煤中全水分的含义。煤中全水分,

是指煤中全部的游离水分,即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是,化验室

里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分,与上面讲的煤中不同结构状态

下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中

并同空气湿度达到平衡时失去的水分(这是吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失

去一部分,其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大),这时残留在煤中的

水分为内在水分。显然,化验室测试的外在水分和内在水分,除与煤中不同结构状态

下的外在水分和内在水分有关外,还与测试是空气的湿度和温度有关。b.煤的全水分

测试方法要点见GB212-91。

2、煤的灰分

煤的灰分,是指煤完全燃烧后剩下的残渣。因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧,煤

中矿物质(除水分外所有的无机质)在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应

后的产物,所以确切地说,灰分应称为灰分产率。

(1)煤中矿物质

煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。

a.内在矿物质,又分为原生矿物质和次生矿物质。

原生矿物质,是成煤植物本身所含的矿物质,其含量一般不超过1~2%;次生矿物质

,是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物yi 体混在一起成煤而留在煤中的。

次生矿物质的含量一般也不高,但变化较大。

内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分,内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分

离出去。

b.外来矿物质,是在菜煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。外在

矿物质形成的灰分叫外在灰分,外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。

(2)煤中灰分

煤中灰分来源于矿物质。煤中矿物质燃烧后形成灰分。如粘土、石膏、碳酸盐、黄铁

矿等矿物质在煤的燃烧中发生分解和化合,有一部分变成气体逸出,留下的残渣就是

灰分。

  2SiO2•AL2O3•2H2O   2SiO2+AL2O3+2H2O↑
-→ 
  CaSO4•2H2O   CaSO4+2H20↑
-→ 
  CaCO3   CaO+CO2↑"
-→ 
  CaO+SO3   CaSO4
-→ 
  CaO+SO3   2Fe2O3+8SO2↑
-→ 

  灰分通常比原物质含量要少,因此根据灰分,用适当公式校正后可近似地算出矿物质含量。

(3)煤灰灰分对工业利用的影响
煤中灰分是煤炭计价指标之一。在灰分计加重,灰分是计价的基础指标;在发热量计

加重,灰分是计价的辅助指标。

灰分是煤中的有害物质,同样影响煤的使用、运输和储存。

煤用作动力燃料时,灰分增加,煤中可燃物质含量相对减少。矿物质燃烧灰化时要吸

收热量,大量排渣要带走热量,因而降低了煤的发热量,影响了锅炉操作(如易结渣

、熄火),加剧了设备磨损,增加排渣量。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。

还必须指出的是,煤中灰分增加,增加了无效运输,加剧了我国铁路运输的紧张。

(4)煤的灰分测定见GB212-91。

3、煤的挥发分

煤的挥发分,即煤在一定温度下隔绝空气加热,逸出物质(气体或液体)中减掉水分

后的含量。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的,而是在特定温度下热

解的产物,所以确切的说应称为挥发分产率。

(1)煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标,也是动力用煤的一个重要指

标,是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。

挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度,挥发分由大到小,煤

的变质程度由小到大。如泥炭的挥发分高达70%,褐煤一般为40~60%,烟煤一般为

10~50%,高变质的无烟煤则小于10%。煤的挥发分和煤岩组成有关,角质类的挥发分

最高,镜煤、亮煤次之,丝碳zui 低。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类

的最重要的指标。

(2)煤的挥发分测试要点见GB212-91。


有关国标、行业标准 GB 3715-91  代替GB 3715-83


                                  
4、煤的固定碳

煤中去掉水分、灰分、挥发分,剩下的就是固定碳。
煤的固定碳与挥发分一样,也是表征煤的变质程度的一个指标,随变质程度的增高

而增高。所以一些国家以固定碳作为煤分类的一个指标。

固定碳是煤的发热量的重要来源,所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要

参数。固定碳也是合成氨用煤的一个重要指标。

固定碳计算公式:

(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)

当分析煤样中碳酸盐CO2含量为2-12%时:

(FC)ad=100-(Mad-Aad+Vad)-CO2,ad(煤)

当分析煤样中碳酸盐CO2含量大于12%时:

(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)-[CO2,ad(煤)-CO2,ad(焦渣)]

式中:

(FC)ad——分析煤样的固定碳,%;

Mad——分析煤样的水分,%;

Aad——分析煤样的灰分,%;

Vad——分析煤样的挥发分,%;

CO2,ad(煤)——分析煤样中碳酸盐CO2含量,%;

CO2,ad(焦渣)——焦渣中CO2占煤中的含量,%;

5、煤的硫分

(1)煤中硫存在的形态

煤中硫分,按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质

硫。

煤中的有机硫,是以有机物的形态存在与煤中的硫,其结构复杂,至今了解的还

不够充分,大体有以下官能团:

硫醇类,R-SH(-SH,为硫基);

噻吩类,如噻吩、苯骈噻吩、硫醌类,如对硫醌、硫醚类,R-S-R';硫蒽类等。

煤中无机硫,是以无机物形态存在于煤中的留。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐

硫。

硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫,少部分为白铁矿硫,两者是同质多晶体。还有少量

的ZnS,PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。

煤中硫分,按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和

单质硫都能在空气中燃烧,都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧,是不可燃硫。

煤燃烧后留在灰渣中的硫(以硫酸盐硫为主),或焦化后留在焦炭中的硫(以有机

硫、硫化钙和硫化亚铁等为主),称为固体硫。煤燃烧逸出的硫,或煤焦化随煤气和

焦油析出的硫,称为挥发硫(以硫化氢和硫氧化碳(COS)等为主)。煤的固定硫和挥

发硫不是不变的,而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而

变化。

煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫(St)。煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫(

Ss)、硫铁矿硫(Sp)和有机硫(So).

St=Ss+Sp+So

如果煤中有单支流,全硫中还应包含单质硫。

(2)煤中硫对工业利用的影响

硫是煤中有害物质之一。煤作为燃料在燃烧时生成SO2,SO3不仅腐蚀设备,而且污

染空气,甚至降酸雨,严重危及植物生长和人的健康。煤用于合成氨制半水煤气

时,由于煤气中硫化氢等气体较多不易脱净,易毒化合成催化剂而影响生产。煤

用于炼焦,煤中硫会进入焦炭,使钢铁变脆。钢铁中硫含量大于0.07%时就成了废

品。为了减少钢铁中的硫,在高炉炼铁时加石灰石,这就降低了高炉的有效容积,

而且还增加了排渣量。煤在储运中,煤中硫化铁等含量多时,会因氧化、升温而

自燃。我国煤田硫的含量不一。东北、华北等煤田硫含量较低,山东枣庄小槽煤、

内蒙乌大、山西汾西、山西铜川等煤矿硫含量较高,贵州、四川等煤矿硫含量更

高。四川有的煤矿硫含量高达4~6%以上,洗选后降到2%都困难。

脱去煤中的硫,是煤炭利用的一个重要课题。在这方面美国等西方国家对洁净煤

的研究取得很大进展。他们首先是发展煤的洗选加工(原煤入洗比重0~80%以上

,我国不足20%),通过洗选降低了煤中的灰分,除去煤中的无机硫(有机硫靠洗

选是除不去的);其次是在煤的燃烧中脱硫和烟道气中脱硫。这无疑增加了用煤

成本。我们也在开展洁净煤的研究,针对我国目前动力煤洗煤厂能力利用率仅

50%多,应尽快制定和实施燃煤环保法,以促进煤碳洗选加工的发展和洁净煤

技术的应用。

(3)煤中的测试要点

煤中硫的测试包括煤的全硫、硫铁矿硫和硫酸盐硫的测试。见GB214-83。

有关国标、行业标准  GB 3715-91  代替GB 3715-83


 

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