煤炭元素分析
浙江大学——煤的元素分析及其意义
煤的元素分析及其意义煤炭中所含元素较多，但是主要是由有机质所组成，主要含有氮、硫、氧、氢以及碳五大类，碳、氧、氢占据了9 5 %以上，氮的含量约占1%~2%，硫的含量约占0.1%~10%。
煤炭中的碳是主要元素，主要是以六碳环形式存在，而少量的碳且是以碳酸盐及二氧化碳的形式存在，相比之下碳含量要高过任何元素。
氢和氧主要以结晶水形式存在于煤炭之中。
氮是煤炭之中唯一全部按照有机状态形式存在的元素，在煤结构中主要以氮杂环的形态存在，主要来自于成煤植物中的蛋白质，不同的原始成煤物质生成的煤其氮含量不同，腐泥煤中的氮含量往往比相同变质程度的腐植煤高，这是因为藻类等低等植物含氮量比高等植物高。
硫的含量随着煤炭沉积条件不同发生改变，煤炭中含硫量总趋势属于海陆交替相沉积煤，含硫量相对比较高。
煤炭中硫分按照有机硫、无机硫以及少量的元素硫的形式存在。
煤炭中的无机硫可以划分成硫铁矿硫和少量的硫酸盐硫两种，有机硫可以划分成脂肪硫和芳香硫两种。
当煤炭变质程度（又称碳化程度）不断加深，煤炭中的碳含量也就会随之而增高，例如褐煤中的含碳量(C daf)达到了70 %～8 0 %，无烟煤炭中含碳量达到了9 0 %～98 %，煤炭中的氢含量会随之降低，如褐煤的氢含量(H daf)为5％～6％，而无烟煤中氢的含量却只有1％～3％。
因此元素分析是煤炭科学分类重要的指标之一。
元素分析还能够用作核对、计算和煤炭中其他的特征密切相关的指标，比如煤炭发热量、水分等，通过元素分析能够估计与预测煤炭中的苯抽出物与低温干馏产物等。
而且对于工业而言，将煤炭作为燃料进行热工计算时，还要将煤炭元素作为计算基础，从而计算出燃烧产物和热平衡，比如计算燃烧中的烟气量。
气化工业之中，还要依据元素分析计算出煤炭气化之时物料平衡。
不同的元素组分不但能够体现出煤炭变质程度，还能够体现出煤炭具备的不同性质，比如氧含量高、碳含量低的煤，粘结性比较差，而且发热量也比较低。
例如含碳量较高而含氢量较低的煤炭，必定具备较深的变质程度。
煤的元素分析汇总
煤的元素分析煤的元素分析包括煤中碳、氢、氧、氮和硫的测定。
由于我国煤质分析标准将硫单独列为一项，所以，这里讲的元素分析，是指煤中碳、氢、氮的测定和氧的计算。
第一节煤中碳、氢、氮和氧的存在形态和测定意义煤由有机物和无机物两部分组成。
无机物主要是矿物质和水；有机物主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。
其中碳、氢、氧的总和占有机质的95%以上，其中碳元素占60%~98%，氢元素占0.8~6.6%,氧占1%~30%。
氮含量变化范围不大，一般在0.3~3%之间，而硫元素大约占0.5~3%。
一般来说随着煤化程度的加深，碳元素含量增加，氢、氧元素含量减少，表2-44是我国各种类别煤的元素组成。
表2-44 各种类别煤的元素组成煤中各种元素的赋存形式不尽一致。
煤中碳、氢、氧主要以芳香族结构，脂肪族结构以及脂环族结构存在，目前，一般认为煤是由带脂肪的侧链大芳环和杂环的核所构成，碳是构成这些环的骨架，氢和其它元素结合分布在侧链和桥链上。
少量碳以碳酸盐二氧化碳形式存在，少量氢、氧以结晶水方式存在。
煤中氮，主要由成煤植物中的蛋白质转化而来的，通常为有机氮，其中有些是杂环型。
在泥炭和褐煤中又以蛋白质氮（各种氨基酸及其衍生物）形态存在。
由于在煤的无机组分中也含有少量碳、氢、氧和硫等元素，因此，在了解煤中有机质的元素组成及进行煤炭分类时，应以重液（密度为1.4或1.35）中洗选后的精煤来测定。
煤的工艺用途主要由煤中有机质的性质所决定。
因此，了解煤中有机质的组成是必要的。
在动力工业中，煤的元素组成可用来计算煤的燃烧热，煤中的碳和氢是热量的主要来源。
1g碳完全燃烧生成二氧化碳产生34040J的热量，而1g氢产生的热量为143000J，约为碳的4倍，因此，它们的含量决定了发热量的高低。
氧在煤中以化合态存在，氧本身不燃烧，但加热时容易使有机组分分解成挥发性物质，如：烟煤和褐煤含氧量高，所以生成的挥发性物质多，使着火点降低，但氧的含量高，碳氢的含量降低，发热量降低。
煤的元素分析[优质PPT]
![煤的元素分析[优质PPT]](https://img.taocdn.com/s3/m/d68f27435f0e7cd1842536f7.png)
§2 煤中碳和氢的测定
煤中碳和氢的含量有多种测定方法，其中有 国标GB/T476-2001所规定的元素炉法，即利 比西法，有电力标准高温碳氢测定法；还有红 外吸收法等，每种方法各具特点。其中元素炉 法为经典方法，可用作仲裁分析，也是国内多 数单位实际使用的方法；高温碳氢测定法，较 元素炉法快速，系统结构也较简单，测定结果 与国标法同样可靠；红外吸收法具有技术先进， 测试效率高，结构可靠的特点。
二、煤的燃烧及其条件
煤的燃烧反应
所谓燃烧，就是物质与氧进行反应而产生 光和热的现象，一般情况下是利用其热能。
煤中所含的碳、氢、氧、氮、硫中．能够 燃烧产生热量的实际上为碳、氢、硫三种元素。 前已指出：碳与氢是产生热量的主要来源，而 硫燃烧产生的热量很少。
煤的燃烧条件
煤Байду номын сангаас燃烧反应
所谓燃烧，就是物质与氧进行应应而产生光 和热的现象，一般情况下是利用其热能。煤中 碳、氢、氧、氮、硫中，能够燃烧产生热量的 实际为碳、氢、硫三种元素。
的不同，其元素组成与其特性也就有所差异。 碳、氢、氧三元索构成煤中有机组分的主体，
通常三者含量可达90％以上； 碳含量随煤的变质程度加深而增高；而氢含量
则与此相反。
氧在煤中呈化合态存在。氧的含量随煤的变 质程度加深而减少，
煤中氮一般为有机氮，其含量在各类煤中均不 高；约为0.5～1.5％，其含量的高低大体上随 煤的变质程度加深而减少。
3 锅炉热平衡
锅炉的热平衡，一般指锅炉设备的输入热量 与输出热量及各项热损失之间的平衡。
或者用入炉热量的百分率表示：
锅炉输出热量占输入热量的百分率，就称为锅 炉热效率或简称锅炉效率，即
由（4-5）可知，欲求锅炉效率，则应通过试验，测出锅炉的输出 热量Q1，这种方法称为正平衡法，利用此法所测出的热效率称为 正平衡热效率。
什么是煤的元素分析与工业分析
1.什么是煤的元素分析与工业分析？答：元素分析法就是研究煤的主要组成成分。
煤的主要组成成分包括碳(C)，氢(H)，氧(O)，氮(N)，硫(S)，灰分(A)，水分(M).其中碳、氢、硫是可燃成分。
硫燃烧后生成SO2及少量SO3，是有害成分。
煤中的水分和灰分也都是有害成分。
通过元素分析可以了解煤的特性及实用价值。
但元素分析法较复杂。
发电厂常用较用简便的工业分析法，可以基本了解煤的燃烧特性。
煤的工业分析是把煤加热到不同温度和保持不同的时间而获得水分，挥发分，固定碳，灰分的百分组成.2.链条锅炉炉拱的作用是什么？答：链条锅炉的炉拱分为前拱和后拱，与炉排一起构成燃烧空间。
前拱（辐射拱）：位于炉排的前部，主要起引燃作用。
吸收来自火焰和高温烟气的辐射热，并辐射到新煤上，使之升温、着火。
后拱: 位于炉排后部，主要作用是引导高温烟气，属对流型炉拱。
后拱具体作用如下：1）引燃：从引燃看，前拱是主要的；后拱通过前拱起作用，是辅助的。
2）混合：后拱输送富氧的烟气至前拱区，使之与那里的可燃气体相混合。
前拱一般短，后拱的输气路程较长。
后拱烟气的流动速度高，所产生的扰动混合大。
从混合上看，后拱的作用是主要的。
3）保温促燃：后拱可有效地防止炉排面向炉膛上部放热，能有效地提高炉排后部的炉温，起保温促燃作用。
3.什么是自然水循环？自然水循环是怎样形成的？答：依靠下降管中的水和上升管中的汽水混合物之间的密度差进行的水循环，称为自然水循环。
在自然循环锅炉中，下降管一般在炉外不受热，而上升管是在炉内受热，水在上升管中吸收热量后，逐渐成为汽水混合物，其密度减小。
这样，下降管与上升管工质之间就产生了密度差，密度差所产生的压差作为推动力，推动工质在循环回路中流动。
这种循环流动，没有依靠外力，只靠工质本身状态变化后所产生的密度差，作为推动工质循环流动的动力，所以称为自然水循环。
4.简述自然水循环的工作过程。
答：自然循环回路由上升管、下降管、汽包和下集箱组成。
煤炭化验中常规指标
煤炭化验中常规指标煤炭化验中的常规指标是指对煤炭样品进行化学分析的常用指标。
其目的是了解煤炭的基本化学成分，评估其燃烧性能和应用前景。
常规指标通常包括元素含量、发热量、挥发分、灰分、固定碳等。
下面将详细介绍这些常规指标。
1.元素含量元素含量是评估煤炭质量的重要指标之一、常见的元素有碳、氢、氮、硫和氧。
其中，碳是主要元素，其含量与煤炭的发热量密切相关。
氢和氮主要与煤炭的燃烧性能有关，高氢低氮的煤炭易燃烧。
硫是煤炭中的有害元素，燃烧时会生成二氧化硫，对环境造成污染。
氧通常以损失在煤中的干燥基含量表示。
2.发热量发热量是煤炭燃烧时释放的热量。
它是煤炭的重要性能指标之一，评估煤炭的热能利用率和经济价值。
发热量与煤炭的碳含量、挥发分、灰分和水分等因素密切相关。
通常以低位发热量和高位发热量表示，低位发热量指的是水分不饱和状态下煤炭燃烧的热量，高位发热量指的是水分饱和状态下煤炭燃烧的热量。
3.挥发分挥发分是煤炭在加热过程中从样品中挥发出的含碳物质的质量百分比。
挥发分的多少直接影响煤炭的燃烧性能。
挥发分高的煤炭易燃烧，适用于锅炉燃料，而挥发分低的煤炭适合作为焦炭原料。
4.灰分灰分是煤炭在高温下焚烧后残留下来的无机物质的质量百分比。
灰分主要由煤炭中的无机物质组成，如氧化钙、氧化铁等。
灰分的含量对煤炭的应用范围和燃烧性能有重要影响。
灰分高的煤炭在燃烧时会生成大量的灰渣和污染物，不适合作为锅炉燃料。
5.固定碳固定碳是煤炭在焦化过程中残留下来的碳质量百分比。
固定碳是煤炭中不可挥发物质的主要组成部分，与煤炭的燃烧性能和焦化性能密切相关。
固定碳含量高的煤炭易燃烧，适用于锅炉燃料和炼焦原料。
此外，在煤炭化验中还可以测试煤炭的水分、硫分、灰熔点等指标。
水分是煤炭中存在的挥发性水分的含量。
水分高的煤炭燃烧时会降低燃烧温度。
硫分是煤炭中含有的硫的含量，与燃烧产生的二氧化硫有关，高硫煤炭易产生酸性煤烟，对环境造成污染。
灰熔点是煤炭燃烧时灰分的熔融温度，直接影响煤灰在锅炉中的沉积和危害。
煤的工业分析和元素分析
号
C、H、O、N、S及煤灰中化学成份等仍以元素 名称为代表符号。
moisture ash
volatile compound
fixed carbon
quantity of produced heat
mineral matter
2．存在形态或操作情况指标及符号
表2 常用指标及符号
项 外在 内 全 高 低 恒 恒
（一）煤中水分旳存在形态
（二）煤中全水分（Mt）旳测定 （三）分析煤样旳水分测定
（一）煤中水分旳存在形态
分为两类 :化合水、游离水
1．化合水：
以化合方式和煤中矿物质结合旳水，即一般所说旳结 晶水，例如硫酸钙（CaSO42H2O）、高岭土 （Al2O32SiO42H2O）中旳结晶水。结晶水要在200℃ 以上才干分解析出。
100 (M ad
Aad )
8.59%
100
11.44%
100 (1.76 23.17)
§3.2 煤旳元素分析
一、煤旳元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.
碳
碳是构成煤大分子旳骨架，在各元素 中最高，一般不小于70%。伴随煤化程 度旳不断增高，煤中碳元素旳含量也越 高，如某些超无烟煤，碳含量可超出 97%。
§3.2 煤旳元素分析
一、煤旳元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.
氢
氢是煤中第二个主要旳构成元素，它占 煤旳质量分数为1～6%，越是年轻旳煤， 其含量也越高。
§3.2 煤旳元素分析
一、煤旳元素组分 即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.
氧
氧元素是构成煤有机质旳十分主要旳元素， 越是年轻旳煤，氧元素旳百分比也越大， 发烧量常随氧元素含量旳增高而降低，其 含量从1～30%都有。
煤的分析基包括
煤的分析基包括
煤的分析基本包括以下几个方面：
元素分析：对煤样中的主要元素进行分析，包括碳（C）、氢（H）、氮（N）、硫（S）以及灰分、水分等。
组分分析：将煤样按照不同组分进行分离和分析，如挥发分、固定碳、可燃物质等。
物理性质测试：包括煤的密度、孔隙度、粒度分布等物理特性的测定。
热值测试：确定煤样的热值，即单位质量煤所含热能的大小。
燃烧性能测试：对煤样进行燃烧实验，了解其燃烧特性、燃烧行为、燃尽性等相关指标。
煤的矿物组成鉴定：通过显微镜观察煤体中的矿物颗粒和有机质形态，判断煤的类型和质量等信息。
这些分析可以帮助人们了解煤样的组成、热值、燃烧性能以及适用领域等重要指标，为煤炭资源的合理开发和利用提供依据。
需要指出的是，请确保煤炭分析工作符合国家相关标准和规定。
煤的元素分析
3 锅炉热平衡
锅炉的热平衡，一般指锅炉设备的输入热量 与输出热量及各项热损失之间的平衡。
或者用入炉热量的百分率表示：
锅炉输出热量占输入热量的百分率，就称为锅 炉热效率或简称锅炉效率，即
由（4-5）可知，欲求锅炉效率，则应通过试验，测出锅炉的输出 热量Q1，这种方法称为正平衡法，利用此法所测出的热效率称为 正平衡热效率。
由表可看出．随着煤的变质程度加深．其挥发份含量减少．煤中氧含 量也减少，而燃烧时所需理论空气量则相应增大。
若实际空气量少于理论空气，结果就会产生 未燃物、煤烟及应该燃烧的可燃气体排到大气 中去，另一方面，若把多于理论空气量的空气 送入燃烧室也是不经济的。
从热能经济观点来看，供给燃料燃烧的空气量 是十分重要的。
生成的二氧化碳和水分别用不同的吸收剂 吸收，根据吸收剂的增重，就可计算出煤中
碳和氢的含量。
为确保煤样燃烧完全．就必须满足其完全
燃烧的条件。因此，要求维持一定的燃烧温度
800度，控制一定的氧气流（120mL/min）， 称取适量的煤粉试样（小于0.2mm，称0.2g） 以及充分的燃烧时间（一般不少于20min）。 同时，为防止燃烧不完全而产生一氧化碳，要
硫含量在元素组成中所占比例不大。通常在 0.5％～5％范围内，其中可燃硫参加燃烧，并 释放出少量的热量。
煤中硫按其存在形态划分，可分为有机硫及 无机硫两大类。而根据其燃烧特性划分，则可 分为可燃硫及不可燃硫两大类。－切有机硫化 物、无机硫化物及元素硫均属可燃硫；煤烧后 残留于灰中的硫均以硫酸盐形式存在。
在吸收系统中，在其末端还连接一个装有浓硫酸的气泡汁， 一方面它可以大体指示氧气流流速；另一方面．又可阻止空气中 的水分进入吸收系统。
二氧化碳吸收 瓶
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
煤炭元素分析
一：煤的相关介绍（003）
煤的元素组成，是研究煤的变质程度，计算煤的发热量，估算煤的干馏产物的重要指标，也是工业中以煤作燃料时进行热量计算的基础。
煤中除无机矿物质和水分以外，其余都是有机质。
由于组成煤的基本结构单元是以碳为骨架得多聚芳香环系统，在芳香环周围有碳、氢、氧及少量的氮和硫等原子组成的侧链和官能团。
如羧基（-COOH）、羟基（-OH）和甲氧基（-OCH3）。
说明了煤中有机质主要由碳、氢、氧和氮、硫等元素组成。
煤的变质程度不同，其结构单元不同，元素组成也不同。
碳含量随变质程度的增加而增加，氢、氧含量随变质程度的增加而减少，氮、硫与变质程度则无关系（但硫含量与成煤的古地质环境和条件有关）。
二：煤质分析
在煤质分析化验中，不同的煤样其化验结果是不同的。
同一煤样在不同的状态下其测试结果也是不同的。
如一个煤样的水分，经过空气干燥后的测试值比空气干燥前的测试值要小。
所以，任何一个分析化验结果，必须标明其进行分析化验时煤样所处的状态。
分析基（ad）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为空气干燥状态。
干燥基（d）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为无水分状态。
收到基（ar）：进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。
干燥无灰基（daf）：煤样的这种状态实际中是不存在的，是在煤质分析化验中，根据需要换算出的无水、无灰状态。
无水无矿物质基（dmmf）：煤样的这种状态实际中也是不存在的，也是换算出的无水、无矿质状态。
恒湿无灰基（maf）：煤样的这种状态也是换算出来的。
恒湿的含义是指温度在30c，相对湿度为96%时测得煤样的水分（或叫最高内在水分）；
三：主要分析项目
科标能源检测中心提供关于煤炭方面的主要检测产品：褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤等
主要检测项目：水分、灰分、挥发分、硫分、发热量、罗加指数、粘结指数、胶质指数、碳、氢、氧、氮、二氧化碳等元素方面的分析（3.12）。