煤质分析

3.3
干基（d）
以无水状态的煤样为标准的分析结果表示方法。 3.4

干燥无灰基（daf）
它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果 表示方法。
§3.2
一、水分的测定
煤的工业分析
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 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 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， 又分为外在水和内在水。 外在水又成为自由水（free moisture)或表面水分 （surface moisture)。用Mf表示。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， 在空气中风干1～2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 去外在水分的煤又称风干煤。
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。
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 评价煤的基本依据。
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 低，经济价值就小。
氢
氢是煤中第二个重要 的组成元素，它占煤 的质量分数为1～6%， 越是年轻的煤，其含 量也越高。
氧
氧元素是组成煤有 机质的十分重要的 元素，越是年轻的 煤，氧元素的比例 也越大，发热量常 随氧元素含量的增 高而降低，其含量 从1～30%均有。
氮
氮元素在 煤中的比例 较少，一般 为0.5～3%。
硫
硫元素也是组 成煤的有机质 的一种常见元 素，它在煤中 含量的多少， 与煤化程度的 高低无明显关 系，其含量从 最 低 的 0.1 到 最 高 的 10% 均 有 。
常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤
对工业用煤的要求
• 煤炭的主要用途是燃烧、炼焦和造气等，也可作为 化工原料。为了得到强度高，灰分、硫分低的优质 冶金用焦，对炼焦用煤有以下要求：
（1）有较强的结焦性或粘结性
（2）煤的灰分要低
（3）煤的硫分要低 （4）配合煤的挥发分要合适
二、煤的分析项目
1、工业分析
煤的工业分析包括煤的水分（moisture)、灰分(ash)、挥发 分(volatile)和固定碳(fixed carbon)四个项目的测定。
（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（Mad) ，测定方法 有通氮干燥法——A、甲苯蒸馏法——B、空气干燥法——C 。
方法A仅适用于烟煤和无烟煤，并作为测定烟煤和无烟 煤水分的仲裁测定方法； 方法B和方法C适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但 以方法B作为测定褐煤全水分的仲裁方法。 按测定的速度来说: 方法A为常规测定法，方法B、C为快速测定法。
外在水分和内在水分的和称为全水分（total moisture), 用 Mt表示 。 2、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 水。如石膏中的水，CaSO4· 2H2O。游离水在105 ～110℃的 温度下，经过１ ～２h即可蒸发掉，而结晶水要在200℃以上 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 煤样水分，一般不测化合水。
使其呈酸性（pH约1～2），其目的是消除CO32-的影响， 因其也会和Ba2+在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。
加入Ba2+后，生成硫酸钡沉淀：
MgSO4+Na2SO4+2BaCl2=2BaSO4+2NaCl+MgCl2
滤出BaSO4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。
3.1
收到基（ar）
就其含义而言，是从收到的一批煤样中取出 具有代表性的煤样，以此种状态的煤样测定的结 果并以此基表示的值，称为收到基。 3.2

空气干燥基（ad ）
是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样。 在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥 1 小 时后质量变化不超过 0.10%，则认为达到空气干 燥状态。
艾氏卡试剂中的MgO能疏松反应物，使空气能进入煤样， 同时也能与SO2和SO3发生反应。
2MgO+2SO2+O2=2MgSO4
不可燃烧又难溶于水的CaSO4，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，Na2SO4都溶入水中。未 作用完的Na2CO3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，
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。 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 年老煤，只有碳含量在84～88%，氢含量在5%以上的中等变质 程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。
2、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 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 14个大类和17个小类。
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， 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。
碳
碳是组成煤大分子 的骨架，在各元素中最 高，一般大于70%。随 着煤化程度的不断增高， 煤中碳元素的含量也越 高，如某些超无烟煤， 碳含量可超过97%。
一、艾氏卡法
1、原理
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。
将煤样与艾氏卡试剂（2份质量的MgO+1份质量的 Na2CO3）混合于850℃下进行半熔反应，使各种形态的硫都 转化成可溶于水的硫酸盐。发生的反应如下：
煤 + 空气 = CO2 + H2O + SO2 + SO3 + N2 2Na2CO3+2SO2+O2=2Na2SO4+2CO2↑ Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO2
FCad = 100% - Mad - Aad – Vad FCd = 100% - Ad – Vd FCdaf = 100% - Vdaf
五、不同基准分析结果的换算 1、媒质分析结果的有关术语和符号
术语名称
收到基 空气干燥基 干燥基 干燥无灰基 干燥无矿物 质基 恒湿无灰基
定义
以收到状态的煤为基准 以与空气湿度达到平衡状态的煤为基准 以假想无水状态的煤为基准 以假想无水、无灰状态的煤为基准 以假想无水、无矿物质状态的煤为基准 以假想含最高内在水分、无灰状态的煤为 基准
符号
ar ad d daf dmmf maf
称取空气干燥基煤试祥1.2000g，测定挥发份时失去质 量0.1420g，测定灰份时残渣的质量0.1125g，如已知 空气干燥基水分为4％，求煤样的挥发份、灰份和固定 碳的含量？ 0.1420 挥发分 100 % 4% 7.83% 1.200
煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹筒中，氮被 氧化为NO2或N2O5，硫被氧化为SO3，它们溶于水也会产生热 量。因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多， 所以又称为“最高发热量”。 2、恒容高位发热量 (Qgr ) 成SO2，氮是游离状态N2，水呈液态冷凝（常温约25℃）。 高位发热量即由弹筒发热量减去硝酸和硫酸校正热后得到 的发热量。
内在水（moisture in the air dried sample) 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，用Minh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 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 样水分（Mad) 。除去内在水分的煤称为干燥煤。
2．元素分析
煤中主要含有碳、氢、氧、氮、硫等元素，此外， 煤炭中还往往含有许多放射性和稀有元素如铀、锗、镓等。元 素分析的结果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。
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。 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。
§3.4
煤发热量的测定
一、发热量的定义及单位
煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产 物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用Q表示。 发热量的单位: J/g、kJ/kg或MJ/kg表示。
热量的单位可用卡（cal）表示，1 cal = 4.18 J。
二、发热量的表示方法
1、弹筒发热量(Qb ) 单位质量的煤样在充有过量高压氧气（初始压力为27～35 大气压）的弹筒内燃烧，其燃烧产物为O2、N2、CO2、HNO3、 H2SO4和液态水以及固态灰时所放出的热量，也就是用弹筒量 热计实测出的热量。
3．各种基准的表示符号P54 • 基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤 样分析试验，将得出不同的结果，所以基准 又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。
收到基（ar） as received air dry 空气干燥基（ad）
干基（d） dry
干燥无灰基（daf） dry af
干燥无矿物质基（dmmf） mineral matter tree
测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量以及确定 其使用价值也有重要意义 • 因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤， 灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但 进行综合利用后，也会变废为宝，为国家创造财 富的。