1、工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-131第三章第三章 煤质分析煤质分析3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 煤的工业分析煤的工业分析3.3 3.3 煤中全硫的测定煤中全硫的测定3.4 3.4 煤发热量的测定煤发热量的测定工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-132 全世界煤的探明储量约全世界煤的探明储量约3500035000亿吨。就蕴藏量来说，亿吨。就蕴藏量来说，世界排名为：美国、俄罗斯、中国。就生产和消费来世界排名为：美国、俄罗斯、中国。就生产和消费来说，为中国、美国。说，为中国、美国。煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。煤炭是一种可以用作燃料或工业原料的矿物。
2、它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。的黑色固体矿物。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-133 煤是我国主要依靠的能源之一，在未来相当长的时期内，煤是我国主要依靠的能源之一，在未来相当长的时期内，我国能源需求的我国能源需求的50%以上要依靠煤。以上要依靠煤。我国煤资源储量相对集中分布于华北地区和西北地区。我国煤资源储量相对集中分布于华北地区和西北地区。我国煤资源丰富，分布广，除上海市之外，其他各省自治我国煤资源丰富，分布广，除上
3、海市之外，其他各省自治区直辖市均发现煤资源；但资源分布不均衡，已查明资源储区直辖市均发现煤资源；但资源分布不均衡，已查明资源储量相对集中分布华北地区量相对集中分布华北地区和西北地区和西北地区（图（图1）。山西煤）。山西煤已查明资源储量占全国的已查明资源储量占全国的25.4%，内蒙古占，内蒙古占22.2%，陕西占，陕西占15.8%，新疆占，新疆占9.6%，以上，以上4省自治区煤查明资源储量合计省自治区煤查明资源储量合计占全国的占全国的73.1%。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1343.1 概述概述一、煤的组成和分类一、煤的组成和分类煤是由煤是由有机质有机质、矿物质矿物质和和水水
4、三部分组成。三部分组成。有机质和部分矿物质是可燃的，水和大部分矿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。物质是不可燃的。有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，碳和氢占有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成，碳和氢占有机质的有机质的95%以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧的产物以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧的产物SO2不不但腐蚀设备而且污染环境。但腐蚀设备而且污染环境。矿物质主要是碱金属、碱土金属、铁、铝的碳酸盐、硫酸矿物质主要是碱金属、碱土金属、铁、铝的碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及硫化物。除硫化物外，其它的矿物质不能燃烧，盐、磷酸盐及硫化物。除硫化物外，其它的矿物质不能燃烧，正是
5、由于矿物质的存在，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热正是由于矿物质的存在，使煤的可燃比例减小，影响煤的发热量。量。1 1、煤的组成、煤的组成工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-135 碳是组成煤大分子碳是组成煤大分子的骨架，在各元素中最的骨架，在各元素中最高，一般大于高，一般大于70%。随。随着煤化程度的不断增高，着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，高，如某些超无烟煤，碳含量可超过碳含量可超过97%。碳碳氢是煤中第二个重要氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的组成元素，它占煤的质量分数为的质量分数为16%，越是年轻的煤，其含越是年轻的煤，
6、其含量也越高。量也越高。氢氢工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-136氧元素是组成煤有氧元素是组成煤有机质的十分重要的机质的十分重要的元素，越是年轻的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例煤，氧元素的比例也越大，发热量常也越大，发热量常随氧元素含量的增随氧元素含量的增高而降低，其含量高而降低，其含量从从130%均有。均有。氧氧 氮元素在氮元素在煤中的比例煤中的比例较少，一般较少，一般为为0.53%。氮氮硫硫硫元素也是组硫元素也是组成煤的有机质成煤的有机质的一种常见元的一种常见元素，它在煤中素，它在煤中含量的多少，含量的多少，与煤化程度的与煤化程度的高低无明显关高低无明显关系，其含量从系，
7、其含量从最低的最低的0.1到最到最高的高的10%均有。均有。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-137 煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同。表征出煤性质的不同。如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结如碳含量低、氧含量高的煤，多是粘结性很差或是没有粘结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无粘结性的年老煤，只有碳含量在年老煤，只有碳含量在8488%，氢含量在，氢含量在5%以上的中等变质以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的
8、炼焦用煤。程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。2、煤的分类、煤的分类 煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用煤的种类繁多，质量也相差悬殊，不同类型的煤有不同的用途。途。新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无烟煤之间共划分为新的煤分类国家标准把我国的煤从褐煤到无烟煤之间共划分为14个大类和个大类和17个小类。个小类。常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-138(1)褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火
9、快，火焰大，冒黑烟；左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤燃烧时间短，需经常加煤。(2)烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分光泽，质地细致，含挥发分30%30%以上，燃点不太高，较易点燃；以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结
10、渣。燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。(3)无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%80%以上；挥发分含以上；挥发分含量低，在量低，在10%10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减
11、轻火力强度。用，以减轻火力强度。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-139二、煤的分析项目二、煤的分析项目1、工业分析、工业分析 煤的工业分析包括煤的煤的工业分析包括煤的水分水分（moisture)、灰分灰分(ash)、挥发挥发分分(volatile)和和固定碳固定碳(fixed carbon)四个项目的测定。四个项目的测定。通常，水分、灰分、挥发分都直接测定，固定碳不直接测通常，水分、灰分、挥发分都直接测定，固定碳不直接测定，而是用差减法进行计算。定，而是用差减法进行计算。有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的有时也将上述四个测定项目叫做半工业分析，再加上煤的发热量和
12、煤中全硫的测定，则称为全工业分析。发热量和煤中全硫的测定，则称为全工业分析。煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是煤的工业分析又叫技术分析或实用分析，是评价煤的基本依据。评价煤的基本依据。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1310 煤的工业分析是了解煤的性质和用途的重要指标。煤的工业分析是了解煤的性质和用途的重要指标。如水分和灰分高的煤，它的有机质含量就少，发热量如水分和灰分高的煤，它的有机质含量就少，发热量低，经济价值就小。低，经济价值就小。2 2元素分析元素分析 煤中煤中主要含有主要含有碳、氢、氧、氮、硫碳、氢、氧、氮、硫等元素，等元素，此外，此外，煤炭中还往往含有许多放射性
13、和稀有元素如煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓铀、锗、镓等。等。元元素分析的结果素分析的结果是对煤进行科学分类的主要依据。在工业是对煤进行科学分类的主要依据。在工业上，是计算发热量、计算热量平衡的依据。上，是计算发热量、计算热量平衡的依据。煤中的稀散元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、煤中的稀散元素很多，但一般是指有提取价值的锗、镓、铀、钒、钽等元素。铀、钒、钽等元素。除硫外，煤中还含有一些有害元素，如磷、氯、砷、氟、除硫外，煤中还含有一些有害元素，如磷、氯、砷、氟、汞等。可以根据需要进行检测。汞等。可以根据需要进行检测。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-131
14、1元素分析仪元素分析仪工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13123煤的工艺性质煤的工艺性质（1）煤的黏结性（）煤的黏结性（caking property)和结焦性和结焦性(coking property)指数指数 煤的黏结性是煤粒（直径煤的黏结性是煤粒（直径0.2mm)在隔绝空气受热后能否黏在隔绝空气受热后能否黏结其本身或惰性物质（无黏结力的物质）成焦块的性质；煤的结其本身或惰性物质（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。二者结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。二者都是炼焦煤的重要特性之一。都是炼焦煤的重要特性之一。（2
15、）煤的发热量和燃点）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所产生的热量。也称煤的发热量是指单位质量的煤完全燃烧所产生的热量。也称热值。热值。煤的燃点是将煤加热到开始燃烧时的温度。也称着火点、临煤的燃点是将煤加热到开始燃烧时的温度。也称着火点、临界温度或发火温度。界温度或发火温度。（3）煤的反应性）煤的反应性工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1313 煤的反应性又称反应活性，是指在一定温度条件下，煤与煤的反应性又称反应活性，是指在一定温度条件下，煤与不同的气体介质（不同的气体介质（CO2、O2、H2O）相互作用的反应能力。）相互作用的反应能力。（4）煤灰的熔融性（）煤
16、灰的熔融性（ash fusibility)煤灰的熔融性又称回熔点。煤灰是由各种矿物质组成的混煤灰的熔融性又称回熔点。煤灰是由各种矿物质组成的混合物，没有固定的熔点，只有一个熔化的温度范围。合物，没有固定的熔点，只有一个熔化的温度范围。4、煤的物理性质、煤的物理性质 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现，包括颜色、光泽、密度、硬度、脆度、断口及导电性等。，包括颜色、光泽、密度、硬度、脆度、断口及导电性等。5、煤灰成分分析、煤灰成分分析 煤在一定条件下完全燃烧后所得到的残留物称为灰分。灰分是煤在一定条件下完全燃烧后所得到的残留物称为灰
17、分。灰分是由由SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、MnO2、SO3、P2O5等成分组成。其中主要成分是等成分组成。其中主要成分是SiO2（约（约60%）和）和Al2O3（约（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）。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。灰分的成分。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13143.2 3.2 煤的工业分析煤的工业分析一、水分的测定一、水分的测定 煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。因为煤中水煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。因为煤中水分含量越多，煤的无用成分也越多，同
18、时有大量水分存在，不分含量越多，煤的无用成分也越多，同时有大量水分存在，不仅煤的有用成分减少，而且它在煤燃烧时要吸收大量的热成为仅煤的有用成分减少，而且它在煤燃烧时要吸收大量的热成为水蒸汽蒸发掉。所以煤的水分越低越好。水蒸汽蒸发掉。所以煤的水分越低越好。（一）煤中水分的存在形态一）煤中水分的存在形态 1 1、游离水游离水 以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游离水分，以物理吸附或附着方式与煤结合的水分称为游离水分，又分为又分为外在水外在水和和内在水内在水。外在水又成为自由水（外在水又成为自由水（free moisture)free moisture)或表面水分或表面水分（surface mo
19、isture)surface moisture)。用。用Mf表示。表示。此类水分是在开采、贮存等此类水分是在开采、贮存等过程中带入的，覆盖在煤粒表面上，其蒸汽压与纯水的相同，过程中带入的，覆盖在煤粒表面上，其蒸汽压与纯水的相同，在空气中风干在空气中风干1 12 2天后，即可蒸发除去，又称风干水分，即在天后，即可蒸发除去，又称风干水分，即在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。除一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。除去外在水分的煤又称风干煤。去外在水分的煤又称风干煤。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1315 内在水（内在水（moisture in t
20、he air dried sample)是指吸附或凝聚是指吸附或凝聚在煤粒内部直径小于在煤粒内部直径小于10-5cm的毛细孔中的水分，用的毛细孔中的水分，用Minh表示。表示。由于毛细孔的吸附作用，这部分水分的蒸汽压低于纯水的，所由于毛细孔的吸附作用，这部分水分的蒸汽压低于纯水的，所以难以蒸发除去，需要在水的正常沸点以上才能除掉。在一定以难以蒸发除去，需要在水的正常沸点以上才能除掉。在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分称为空气干燥煤条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分称为空气干燥煤样水分（样水分（Mad)。除去内在水分的煤称为干燥煤。除去内在水分的煤称为干燥煤。外在水分和内在水分
21、的和称为外在水分和内在水分的和称为全水分全水分（total moisture),用用Mt表示表示。2 2、化合水化合水 以化合的方式与煤中的矿物质结合的水，即通常说的结晶以化合的方式与煤中的矿物质结合的水，即通常说的结晶水。如石膏中的水，水。如石膏中的水，CaSO42H2O。游离水在。游离水在105 110110的的温度下，经过温度下，经过 h即可蒸发掉，而结晶水要在即可蒸发掉，而结晶水要在200以上以上才能除掉。才能除掉。在煤的工业分析中常测定原煤样的全水分和空气干燥在煤的工业分析中常测定原煤样的全水分和空气干燥煤样水分，一般不测化合水。煤样水分，一般不测化合水。工业分析工业分析-煤质分析煤
22、质分析2023-2-1316（二）煤中全水分（二）煤中全水分（M Mt t）的测定）的测定 国家标准国家标准GB/T211-1996GB/T211-1996中规定了煤中全水分测定的四中规定了煤中全水分测定的四种方法。种方法。方法方法A：通氮干燥法，：通氮干燥法，适用于各种煤适用于各种煤 用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取10 10 12g12g粒度小于粒度小于6mm6mm的煤样，打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到的煤样，打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105 110的干燥箱中，烟煤干燥的干燥箱中，烟煤干燥1.5h,褐煤和无烟煤干燥褐煤和无
23、烟煤干燥2h,取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，直到连续取出后盖上盖子，放入干燥器中冷却至室温后称量，直到连续两次干燥后的质量相差不超过两次干燥后的质量相差不超过0.01g为止，根据煤样的质量损失为止，根据煤样的质量损失计算水分的含量。计算水分的含量。结果计算结果计算 mmMt1 Mt煤样的全水分；煤样的全水分；m煤样的质量，煤样的质量，g；m1煤样干燥后减轻的质量，煤样干燥后减轻的质量，g。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1317 方法方法B：空气干燥法，：空气干燥法，适用于烟煤和无烟煤适用于烟煤和无烟煤 将称量瓶放入预先通入鼓风并已加热到将称量瓶放入预先通入鼓风
24、并已加热到105 110的干燥的干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥2h,无烟煤干燥无烟煤干燥3h。其它步骤同。其它步骤同上。上。方法方法C：微波干燥法，：微波干燥法，适用于烟煤和褐煤适用于烟煤和褐煤 煤样在微波炉内，利用微波发生器产生的交变电场作用，煤样在微波炉内，利用微波发生器产生的交变电场作用，引起摩擦发热，使水分迅速蒸发。引起摩擦发热，使水分迅速蒸发。特点特点 受热均匀，水分蒸发快；不适用于无烟煤和焦炭等导受热均匀，水分蒸发快；不适用于无烟煤和焦炭等导电性较强的试样。电性较强的试样。方法方法D：适用于外在水分高的烟煤和无烟煤适用于外在水分高的烟煤和无烟煤 用干燥并称
25、量过的浅盘称取用干燥并称量过的浅盘称取500g500g粒度小于粒度小于13mm13mm的煤样，的煤样，均匀摊平，放入预先通入鼓风并已加热到均匀摊平，放入预先通入鼓风并已加热到105 110的干燥的干燥箱中，烟煤干燥箱中，烟煤干燥2h,无烟煤干燥无烟煤干燥3h，直到连续两次干燥后的，直到连续两次干燥后的质量相差不超过质量相差不超过0.5g为止。为止。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1318 全水分测定结果的允许误差全水分测定结果的允许误差 （三）空气干燥煤样水分的测定（三）空气干燥煤样水分的测定 空气干燥煤样水分又称空气干燥基水分空气干燥煤样水分又称空气干燥基水分（Mad)，测定
26、方法，测定方法有通氮干燥法、甲苯蒸馏法、空气干燥法。有通氮干燥法、甲苯蒸馏法、空气干燥法。全水分（全水分（Mt，%）平行测定结果的允许误差（平行测定结果的允许误差（%）10 10 0.40 0.50二、灰分的测定二、灰分的测定 煤的灰分是煤完全燃烧后剩下的残渣，是煤中矿物质在煤燃煤的灰分是煤完全燃烧后剩下的残渣，是煤中矿物质在煤燃烧过程中经过分解、化合反应后的产物，用符号烧过程中经过分解、化合反应后的产物，用符号A A表示。表示。灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中原有灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中原有矿物质，因此煤的灰分应称为矿物质，因此煤的灰分应称为“灰分产率灰分
27、产率”。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1319 灰分是煤中的无用物质，灰分越低媒质越好。灰分低于灰分是煤中的无用物质，灰分越低媒质越好。灰分低于10%的为低灰煤，在的为低灰煤，在10%15%之间的为中灰煤，在之间的为中灰煤，在25%40%之间的为高灰媒，大于之间的为高灰媒，大于40%的为富灰煤。的为富灰煤。1 1、缓慢灰化法、缓慢灰化法 仪器仪器灰皿（单位：灰皿（单位：mm)工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1320测定过程测定过程 称取空气干燥煤样称取空气干燥煤样1.0 0.1g，于已经在，于已经在815 10灼烧恒量的灼烧恒量的灰皿中，均匀平摊，每灰皿中，均
28、匀平摊，每cm2不超过不超过0.15g，置温度低于，置温度低于100的高的高温炉中。在炉门留有约温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在速度，使炉温在30min左右缓慢升高至左右缓慢升高至500并保持此温度并保持此温度30min。然后，升高温度至。然后，升高温度至815 10，关闭炉门，在此温度下继续灼烧，关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于，直到煤样的质
29、量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不的样品，可不必进行检查性灼烧。必进行检查性灼烧。计算计算mmA1ad式中式中 m m试料的质量，试料的质量，g g；m m1 1灼烧后残渣质量，灼烧后残渣质量，g g。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13212 2、快速灰化法、快速灰化法 用快速灰分测定仪进行测定。仪器由管式电炉、传送用快速灰分测定仪进行测定。仪器由管式电炉、传送带和控制仪组成。带和控制仪组成。一般情况下，应将快速灰化法的测定一般情况下，应将快速灰化法的测定结果与缓慢灰化法进行比较，在允许误差内才可使用。结果
30、与缓慢灰化法进行比较，在允许误差内才可使用。灰分测定的灰分测定的允许误差允许误差(%)灰分（灰分（%）同一实验室同一实验室不同实验室不同实验室30 0.2 0.3 0.50.3 0.5 0.7 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1322三、挥发分的测定三、挥发分的测定 将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小热后，煤中的有机质和部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在
31、特定条因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号因此所测的结果应称为挥发分产率，用符号V V表示。表示。1 1、仪器、仪器 磨口坩埚磨口坩埚 高温炉高温炉 坩埚架坩埚架 坩埚盖外缘槽形，坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释有凹处，以备挥发释出。出。工业分析工业分析-煤
32、质分析煤质分析2023-2-1323 高温炉高温炉 带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在在900900 1010范围内。范围内。坩埚架坩埚架 用镍铬丝制成，用镍铬丝制成，其规格以能放置其规格以能放置6 6个坩埚为好，个坩埚为好，大大小应与炉内小应与炉内900900 1010稳定温稳定温度区相适应，放度区相适应，放在架上的炉堂底在架上的炉堂底距离距离2020坩埚底部坩埚底部应与应与30mm30mm。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1
33、3242 2、测定过程测定过程 称取空气干燥煤样称取空气干燥煤样1.0 0.01g，于已在，于已在900 10灼烧恒量灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至900 10的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好准确灼烧恰好7min，迅速取出坩埚架，在空气中放置，迅速取出坩埚架，在空气中放置56min，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。计算挥，再将坩锅置于干燥器中冷却至室
34、温，称量。计算挥发分产率。发分产率。ad1adMmmV式中式中 m m试料的质量，试料的质量，g g；m m1 1样品加热后减少样品加热后减少的质量，的质量，g g。3 3、计算计算 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13254 4、注意事项、注意事项（1）当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是）当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在在3min内必须使炉温达到内必须使炉温达到900 10，否则试验作废。，否则试验作废。（2）从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化）从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。，造成测定误差。（3）每次测定后，坩埚
35、内常附着一层黑色碳烟，应灼烧）每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用。除去后再使用。5 5、测定挥发分产率的允许误差、测定挥发分产率的允许误差 挥发分产率挥发分产率（%）平行测定结果的允平行测定结果的允许误差（许误差（%）不同化验室同一煤样的测不同化验室同一煤样的测定结果的允许误差（定结果的允许误差（%）45 0.3 0.5 1.0 0.5 1.0 1.5 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1326四、固定碳含量的计算四、固定碳含量的计算 固定碳固定碳 是指除去水分、灰分和挥发分后的残是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物，用符号留物，用符号FCFCadad表示。
36、表示。固定碳的化学组分，主要是固定碳的化学组分，主要是C元素，另外还有一定元素，另外还有一定数量的数量的H、O、N、S等其它元素。等其它元素。FCad=100%-Mad-Aad VadFCd=100%-Ad Vd FCdaf=100%-Vdaf 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1327五、不同基准分析结果的换算五、不同基准分析结果的换算 1 1、媒质分析结果的有关术语和符号、媒质分析结果的有关术语和符号 术语名称术语名称英文术语英文术语定义定义符号符号收到基收到基as received basis以收到状态的煤为基准以收到状态的煤为基准ar空气干燥基空气干燥基air dried
37、 basis以与空气湿度达到平衡状态的煤为基以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准准ad干燥基干燥基dry basis 以假想无水状态的煤为基准以假想无水状态的煤为基准d干燥无灰基干燥无灰基dry ash-free basis以假想无水、无灰状态的煤为基准以假想无水、无灰状态的煤为基准daf干燥无矿物干燥无矿物质基质基dry mineral-free basis以假想无水、无矿物质状态的煤为基以假想无水、无矿物质状态的煤为基准准dmmf恒湿无灰基恒湿无灰基mois ash-free basis以假想含最高内在水分、无灰状态的以假想含最高内在水分、无灰状态的煤为基准煤为基准maf工业分析工业分析-煤
38、质分析煤质分析2023-2-13282 2、空气干燥基与其它基准的换算、空气干燥基与其它基准的换算 干基干基 =空气干燥基空气干燥基 -空气干燥基水分空气干燥基水分 干燥无灰基干燥无灰基 =空气干燥基空气干燥基 -空气干燥基水分空气干燥基水分 -空气干空气干燥基灰分燥基灰分 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1329 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1330换算系数是由物料平衡关系计算得到的换算系数是由物料平衡关系计算得到的 例如收到基与干燥无灰基的转换例如收到基与干燥无灰基的转换 :设已知设已知FCFCdafdaf、M Marar、A Aarar，求，求FCFC
39、arar。解：计算基准：解：计算基准：100kg100kg的收到基煤折合成干燥无灰基煤的收到基煤折合成干燥无灰基煤 100-100-（M Marar+A Aarar）kgkg，但含固定碳的绝对量相等，但含固定碳的绝对量相等，即：收到基含碳量即：收到基含碳量=干燥无灰基含碳量干燥无灰基含碳量故：故：100100FCFCarar=100-(=100-(M Marar+A Aarar)FCFCdafdaf FCFCarar=FCFCdafdaf 100-100-（M Marar+A Aarar）100 100 工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1331 例：煤的工业分析结果如下：例：煤
40、的工业分析结果如下：空气干燥基的水分空气干燥基的水分M Mad=1.76%ad=1.76%，灰分灰分A Aadad=23.17%=23.17%，挥发分，挥发分V Vadad=8.59%=8.59%计算：计算：（1 1）干基的灰分）干基的灰分A Ad=?d=?（2 2）干燥无灰基的挥发分）干燥无灰基的挥发分V Vdafdaf=？adadd100100MAA%59.2376.1100100%17.23工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1332)(100100adadaddafAMVV%44.11)17.2376.1(100100%59.8工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2
41、-1333称取空气干燥基煤试祥称取空气干燥基煤试祥1.2000g1.2000g，测定挥发份时失去质，测定挥发份时失去质量量0.1420g0.1420g，测定灰份时残渣的质量，测定灰份时残渣的质量0.1125g0.1125g，如已知，如已知空气干燥基水分为空气干燥基水分为4 4，求煤样的挥发份、灰份和固定，求煤样的挥发份、灰份和固定碳的含量？碳的含量？%7.83%4%1001.2000.1420挥发分%9.38%1001.2000.1125灰份%78.79%9.38%7.83-4%-100%固定碳含量工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13343.3 3.3 煤中全硫的测定煤中全硫的
42、测定 煤中的硫以煤中的硫以存在形式存在形式分为分为无机硫无机硫、有机硫有机硫、单质硫单质硫三种。三种。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。硫酸盐中主要是硫酸钙。矿中。硫酸盐中主要是硫酸钙。有机硫组成很复杂，主要是硫醚、硫醇、二硫化物、噻吩类有机硫组成很复杂，主要是硫醚、硫醇、二硫化物、噻吩类杂环硫化物等。杂环硫化物等。根据根据燃烧性燃烧性分类：分类：可燃硫可燃硫 （有机硫、硫铁矿硫和单质硫）（有机硫、硫铁矿硫和单质硫）和和不可燃硫不可燃硫（固定硫，硫酸盐硫）（固定硫，硫酸盐硫）煤中的硫对燃烧、炼焦等是有害的，因此硫含量的
43、高低是评煤中的硫对燃烧、炼焦等是有害的，因此硫含量的高低是评价煤质量的重要指标。价煤质量的重要指标。煤中总硫是各种硫的总合，一般不要求分别测定无机硫和有煤中总硫是各种硫的总合，一般不要求分别测定无机硫和有机硫。机硫。一、艾氏卡法一、艾氏卡法工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13351 1、原理、原理 将煤样与将煤样与艾氏卡试剂（艾氏卡试剂（2份质量的份质量的MgO+1份质量的份质量的Na2CO3）混合于混合于850下下进行半熔反应，使各种形态的硫都进行半熔反应，使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐。转化成可溶于水的硫酸盐。发生的反应如下：发生的反应如下：2Na2CO3+2SO2
44、+O2=2Na2SO4+2CO2Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO2方法包括煤样的半熔反应、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、方法包括煤样的半熔反应、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰化和灼烧等过程。洗涤、干燥、灰化和灼烧等过程。煤煤+空气空气 =CO2 +H2O+SO2+SO3+N2 艾氏卡试剂中的艾氏卡试剂中的MgO能疏松反应物，使空气能进入煤样，能疏松反应物，使空气能进入煤样，同时也能与同时也能与SO2和和SO3发生反应。发生反应。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13362MgO+2SO2+O2=2MgSO4不可燃烧又难溶于水的不可燃烧又难溶于水的CaSO4，
45、也能同时能和艾士卡试剂作用，也能同时能和艾士卡试剂作用 Na2CO3+CaSO4=Na2SO4+CaCO3 经半熔反应后的熔块，用水浸取，经半熔反应后的熔块，用水浸取，Na2SO4都溶入水中。未都溶入水中。未作用完的作用完的Na2CO3也进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性也进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性 。滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调节溶液酸度，滤渣经过洗涤，把洗液和滤液合并，调节溶液酸度，使其呈酸性（使其呈酸性（pHpH约约1 12 2），其目的是消除），其目的是消除COCO3 32-2-的影响，的影响，因其也会和因其也会和BaBa2+2+在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。在中性
46、溶液中形成碳酸钡沉淀。加入加入BaBa2+2+后，生成硫酸钡沉淀：后，生成硫酸钡沉淀：MgSO4+Na2SO4+2BaCl2=2BaSO4+2NaCl+MgCl2 滤出滤出BaSOBaSO4 4沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。根据生成的硫酸钡的质量计算煤中硫的含量。根据生成的硫酸钡的质量计算煤中硫的含量。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-13372 2、试剂、试剂艾氏卡试剂艾氏卡试剂(MgONa2CO3质量比质量比2+1)；盐酸溶液（盐酸溶液（1+1）；）；氯化钡溶液（氯化钡溶液（100 g/L）；）；甲基橙指示剂（甲基橙指示剂
47、（2 g/L）；）；硝酸银溶液（硝酸银溶液（10 g/L）。）。3 3、测定步骤、测定步骤（1 1）熔样）熔样 在在30ml 30ml 坩埚内称取粒度小于坩埚内称取粒度小于0.2mm 0.2mm 的空气干燥煤样的空气干燥煤样1g1g（精确至精确至0.0002g),0.0002g),与与2g2g艾氏卡试剂混匀，再用艾氏卡试剂混匀，再用1g 1g 艾氏卡试剂艾氏卡试剂覆盖。将坩埚移入马弗炉中，在覆盖。将坩埚移入马弗炉中，在1 12h2h内从室温逐渐加热到内从室温逐渐加热到800800850850，在该温度下保持，在该温度下保持2h2h，取出坩埚，冷却到室温。，取出坩埚，冷却到室温。用玻璃棒把熔块搅
48、碎，熔块中应无残炭颗粒（如果有，则再用玻璃棒把熔块搅碎，熔块中应无残炭颗粒（如果有，则再送入炉中加热送入炉中加热30min30min）。）。工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1338（2 2）熔块）熔块浸取浸取 将熔块连同坩埚一并放入将熔块连同坩埚一并放入400mL400mL烧杯中，用热蒸馏水洗出烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入坩埚。加入100100150mL150mL热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约沸约5min5min（此时如果发现有未燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶（此时如果发现有未燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶液表面，则此次试验报废）。液表面，则此
49、次试验报废）。用定性滤纸滤出不溶物，收集滤液在烧杯中，再用热蒸馏用定性滤纸滤出不溶物，收集滤液在烧杯中，再用热蒸馏水吹洗不溶物，吹洗时应注意每次加水要少些，多吹洗几次（水吹洗不溶物，吹洗时应注意每次加水要少些，多吹洗几次（约约1212次，最后溶液体积不超次，最后溶液体积不超300mL300mL）。）。（3）调整试液酸度）调整试液酸度 在滤液中滴加甲基橙（在滤液中滴加甲基橙（2g/L2g/L水溶液）指示剂水溶液）指示剂3 3滴，然后用滴，然后用HClHCl溶液溶液(1+1)(1+1)调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加然后再多加2mL HCl
50、2mL HCl溶液溶液(1+1)(1+1)，工业分析工业分析-煤质分析煤质分析2023-2-1339（4）沉淀）沉淀恒量恒量 把烧杯上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加把烧杯上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加10mL BaCl2溶液溶液(100g/L)，在电热板上保温，在电热板上保温2h（或放置过夜），用滤（或放置过夜），用滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无纸过滤。用热蒸馏水洗至无Cl-，将沉淀和滤纸正确折叠放在，将沉淀和滤纸正确折叠放在850下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后放在放在850的高温炉中灼烧的高温炉中灼烧40min，取出
