工业分析第二章煤和焦炭的分析
煤的工业分析方法
煤的工业分析方法1、分析基本知识一、煤和焦炭的组成煤是由一定地质年代生长的繁茂植物在适宜的地质环境下，经过漫长岁月的天然煤化作用而形成的生物岩，是一种包括许多有机和无机化合物的混合物。
通常讲的分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类。
煤炭产品有原煤、精煤和商品煤等．它们主要作为固体燃料，也可作为冶金、化学工业的重要原料．煤是由有机质、矿物质和水组成。
有机质和部分矿物是可燃的，水和大部分矿物是不可燃的。
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、氢与氧化合而放热，硫在燃烧时也放热，但燃烧产生酸性腐蚀性有害气体― 二氧化硫。
矿物持主要是金属、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，但随煤的燃烧过程，变为灰分。
它的存在使煤的可燃部分比例相应减少，影响煤的发热量。
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，还要吸收热量汽化为水蒸气。
煤在隔绝空气的条件下，加热干馏，水及部分有机物裂解生成的气态产物挥发逸出，不挥发部分即为焦炭。
焦炭的组成和煤相似，只是挥发分的含量较低。
二、煤的分析方法为了确定煤的性质，评价煤的质量和合理利用煤炭资源，工业上最重要和最普通的分析方法就是煤的工业分析和元素分析。
1 、工业分析煤的工业分析是指包括煤的水分（M ）、灰分（A ）、挥发分（V ）和固定碳（Fc ) 四个分析项目的总称。
煤的工业分析是了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。
根据分析结果，可以大致了解煤中有机质的含量及发热量的高低，从而初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途：根据工业分析数据还可计算煤的发热量和焦化产品的产率等．煤的工业分析主要用于煤的生产开采和商业部门及用煤的各类用户，如焦化厂、电厂、化工厂… … 等。
2 、元素分析煤的元素分析是指煤中碳、氢、氧、氮、硫五个项目煤质分析的总称。
煤化学知识点(期末考试)
第一章煤的种类、特征与生成1、泥炭化作用泥炭化作用是植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程。
最终形成泥炭的作用.属性:泥炭化作用也是—种植物物质的生物化学分解作用，它与水解作用、氧化与还原作用有关。
条件:泥炭化作用发生于覆水地区的水位以下，即与大气局部沟通的状态下。
泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮。
泥炭化过程的生物化学变化大致可分儿两个阶段;第一阶段：植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，转化为简单的化学性质活泼的化合物；第二阶段：分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。
1.1 凝胶化作用(一)概念与条件:1.概念:凝胶化作用:指植物的主要组成部分在泥炭化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐植酸和沥青质为主的要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。
2.条件:凝胶化作用的条件:①较为停滞的、不太深的覆水条件下，②弱氧化至还原环境，③在厌氧细菌的参与.植物的木质纤维组织一方面进行生物化学变化，一方面进行胶体化学变化，二者同时发生和进行导致物质成分和物理结构两方面都发生变化。
1.2 丝炭化作用（1）概念:植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到需氧细菌的氧化作用，产生贫氢富碳的腐殖物质，或遭受“森林火灾”而炭化成木炭的过程。
产物为丝炭，依成因分为氧化丝质体与火焚丝质体。
2、根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。
（1）腐植煤 Humic Coal：由高等植物经过成煤过程中复杂的生化和地质变化作用生成。
（2）腐泥煤 sapropelite:主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低等植物形成。
储量大大低于腐植煤，工业意义不大。
（3）残植煤 liptobiolite:由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的组分(孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。
（4）腐植腐泥煤humic-sapropelic coal：由高等植物、低等植物共同形成的煤。
煤的分类及工业分析
煤的分类及工业分析一、煤的种类(具体分类详见附录)按国标《煤的分类标准》煤可分为14类。
水泥厂用煤一般是:1.无烟煤：干燥无灰基挥发份小于10%的煤，含碳高，着火温度在600～700℃，燃烧火焰短，是水泥立窑的主要燃料。
2.烟煤：干燥无灰基挥发份15%～40%的煤，着火温度在400～500℃，燃烧火焰长，是水泥回转窑的主要燃料。
二、煤的分析方法1.元素分析法：按照煤的主要元素（包括碳、氢、氧、氮、硫等）的百分含量来表达。
这种方法主要是用做科研分析或十分精确的计算。
2.工业分析法：测量煤的挥发份、灰份、水份、固定碳四组份，四组份合量为100%。
其精度比元素分析法稍差，但工业分析能很好的反应窑、炉中煤的燃烧状况，所以企业一般只做工业分析。
三、煤工业分析的基准（前提条件）：1.收到基（应用基）：代号ar(y)，工厂实际收到煤的组成。
2.空气干燥基（分析基）：代号ad(f),煤样在分析室按规定条件先空气干燥再进行分析的结果。
3.干燥基（干燥基）：代号d(g)，不含任何水分的煤的分析结果。
4.干燥无灰基（可燃基）：代号daf(r)，不含水份和灰份的煤的分析结果。
四、煤的工业分析1.工业分析依据国标：GB/T212－20012.工业分析的内容：1）挥发份（V）：煤在干馏时分馏出可以燃烧的气体，如甲烷、乙烯、一氧化碳等。
挥发份高的煤容易燃烧，燃烧速度快，形成的火焰长。
2）固定碳（Fc）：挥发份挥发后剩下的可燃固体。
3）灰份（A）：固定碳燃烧后剩下的灰渣，灰份越高，发热量越低。
4）水份（M）：煤中水的含量。
水份含量高会降低煤的发热量。
3.工业分析过程（空气干燥基）：1）水份：①称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.1g（精确至0.0002g），平摊在预先干燥并已称量过的称量瓶中；②打开瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的烘干箱内，烘干1小时；③从烘干箱中取出称量瓶立即盖上盖，放至干燥器中冷却至室温（约20分钟）后称量。
第二章 焦炭及其性质
纵裂纹 焦 炭 中 的 裂 纹
测量 方法
横裂纹
将方格(1×1cm)框架平放在焦块上，量出纵 裂纹的 投影长度即得，一次试验用25块焦样， 取其统计平均值。
裂纹面与焦炉炭化室炉墙面 平行的裂纹称为横裂纹。
焦炭气孔率
焦炭气孔率：
焦炭中气孔体积 与焦炭总体积比的百 分数
利用焦炭的真密度和视 密度，还可以用比孔容 积来表示，即单位重量 焦炭内部气孔的总容积。
2、焦炭的强度
转鼓试验是将一定量块度 转鼓试验是将一定量块度 大于某一规定值的焦炭试样， 大于某一规定值的焦炭试样， 放入一个特定结构尺寸的转 放入一个特定结构尺寸的转 鼓内，转鼓以恒定的转速转 鼓内，转鼓以恒定的转速转 动。 动。
方法
转鼓试验
方 法
一定转数转达由于转鼓内 一定转数转达由于转鼓内 的提料板作用，焦炭在鼓内 的提料板作用，焦炭在鼓内 产生翻动和上下跌落运动。 产生翻动和上下跌落运动。
计算方法
焦炭的多孔性与煤质关系
在工业应用上，希望冶 金焦和铸造焦的气孔率尽 可能低，从而降低焦炭的 反应性，提高焦炭质量
在特定的炼焦条件下，焦炭的气孔率主 要取决于煤焦煤的煤质条件。一般情况下， 焦炭的气孔率与煤的挥发份产率成正比， 即随煤化程度的增加，所得焦炭的气孔率 下降。
气孔平均直径与孔径分布
种类
无烟煤
种 类
一定转数转达由于转鼓内 一定转数转达由于转鼓内 自然界中最重要和分布最广 的提料板作用，焦炭在鼓内 的提料板作用，焦炭在鼓内 的煤种。具有不同程度的光 产生翻动和上下跌落运动。 产生翻动和上下跌落运动。 泽，绝大多数呈条带状，暗 条带和亮条带互相交替。燃 烧时烟雾较多。
种类
泥炭
种 类
第二章 配煤炼焦的原理与配煤工艺
（4）配合煤的膨胀压力
煤在炭化室内膨胀压力是由多种因素所决定，膨胀压力的 大小没有可靠的理论计算的方法，配合煤料中煤组分之间存在 相互作用，因此配合煤的膨胀压力不具有加和性，只能用试验 的方法加以测定。可以采用试验焦炉测定膨胀压力大小。对于 新建炼焦厂，在进行炼焦煤种的选择时，可在实际生产焦炉上 对配煤方案做单孔试验，以便得到更加可靠的试验数据。
3、炼焦配煤的质量要求
配煤的质量要求主要包括配煤的灰分、硫分、
煤化程度和粘结性指标等，其中煤化程度和粘结性
指标被称为炼焦的配煤参数，配煤质量要求是由焦 炭质量的要求和炼焦条件所共同确定的。
（1） 配合煤的灰分和硫分
成焦过程中，煤料中的矿物质以灰分形式全部转入焦炭，而 煤料中的硫分部分残留在焦炭中，另一部分转化为气态硫化物进 入煤气，极少量进入液体产物。煤中的灰分与焦炭中的灰分关系 如下： A煤 = K A焦 (2-1) 式中A煤、A焦 ——分别为煤中和焦炭中的灰分(干基)，％； K ——成焦率，％； 煤中的硫分与焦炭中的硫分关系见公式（1-3）。利用式(2-1) 和式(1-3)，可以根据焦炭灰分、硫分的要求，计算出配合煤的灰 分和硫分。例如我国规定，一级冶金焦的灰分不大于12％，按成 焦率75％计算，配合煤料的灰分应不大于9％（干基）。 配合煤料的灰分和硫分可按煤种配合比例加权平均进行计算。
因为焦炉炭化室的侧向供热，且炉料导热系数低，因 此在整个成焦过程的大部分时间内，炭化室内与炉墙垂直 方向上炉料的温度梯度较大(图2-1左)。这样在结焦过程的 大部分时间内，离炭化室墙面不同距离的各层炉料、所受 到的温度不同而处于热解过程的不同阶段，整个炭化室内 炉料的状态随时间而变化(图2-1右)。靠近炉墙附近的煤先 结成焦炭，而后焦炭层逐渐向炭化室中心推移，这就是所 谓的“成层结焦”。炭化室中心面上的炉料温度始终最低， 因此以结焦末期炭化室中心面的温度(焦饼中心温度)作为 焦饼成熟度的标志，称为炼焦最终温度。
焦炭工业分析
水分的测定
• 计算公式
空气干燥基水分计算公式：
M ad
m2 m3 100 % m2
式中：Mad——空气干燥基水分的质量分数，%； m2 ——称取的空气干燥基焦炭试样的质量，单位为克（g）； m3 ——干燥后焦炭试样的质量，单位为克（g）。
试验结果取两次试验结果的算术平均值
• 精密度
水分的测定
2、将马弗炉预先升温至900℃±10℃左右。打开炉门，迅速将放有坩埚 的坩埚架送入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热7min。坩埚及架子 放入后，要求炉温在3 min内恢复至（900±10）℃，此后保持在此温度到 试验结束，否则此次试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。
3、加热到7min立即从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入 干燥器中冷却至室温(约20min)后称量。
Vad
100 M ad
100 %
式中：Vd--干基挥发分的质量分数，%； 3、焦炭的干燥无灰基挥发份计算公式：
Vdaf
Vad
100 M ad Aad
100 %
式中：Vdaf --干基无灰基挥发分的质量分数，%；
• 精密度
挥发份的测定
焦炭固定碳的计算
焦炭中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。它 不仅含有碳，还包括氧、氮、硫等元素，与单质碳是两个完 全不同的概念。 • 焦炭的空气干燥基固定碳的计算公式：
挥发份的测定
• 试剂 1、变色硅胶：工业用品． 2、无水氛化钙：化学纯，粒状．
• 仪器设备 1、挥发份坩埚：带有严密盖的瓷坩
埚。如图
挥发份的测定
• 仪器设备 2、马弗炉：带有测温和控温装置，
能保持温度在900℃士10 ℃ ，炉膛 具有足够的恒温区。
煤化学课件——第2章 煤工业分析与元素分析
在煤中存在形式复杂，有硫醇、硫醚、双硫醚以及呈杂环状 态的硫醌和噻吩等
有机硫与煤中有机质共生，结为一体，分布均匀，不易清除
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2）无机硫
无机硫主要来自矿物质中各种含硫化合物。主要有硫化物硫
和少量硫酸盐硫，偶尔也有元素硫存在。
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2.2.1 煤的元素组成
假定：C+H+O+N+S+M+A=100
有机质 无机质
A 碳 主要元素
表现在：含量较多，构成了稠环芳烃的骨架，形成焦炭的主要 物质基础，发热量的主要来源
1）随煤化度升高而有规律地增加
泥炭
褐煤
烟煤
无烟煤
Cdaf 55%～62% 60%～77% 77%～93% 88%～98%
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2.1.1.3 水分对煤利用的影响 一般说来，水分是煤中无利有害的无机物质。 （1）增加运输负荷； （2）寒冷冬季易冻结； （3）加速了煤的氧化； （4）粉碎、筛分困难，降低生产效率； （5）增加焦炉能耗，降低了焦炉生产能力； （6）增大了焦化废水处理的负荷； （7）降低了煤的发热量。
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煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发性有机物质的产率称为 挥发分，简记符号V。
挥发物=挥发分+水分 挥发分＜挥发物
有机 无机
焦渣=固定炭+灰分
有机 无机
固定炭＜焦渣
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2.1.3.1 挥发分(volatile mattar)
B 测定(干馏法) 空气干燥煤(0.2mm) 900℃±10℃干馏,7min 称重 失重占煤样的百分数再减去水分,即为V(%) C 焦渣特征
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。
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（二）甲苯蒸馏法
根据两种互不相溶的液体混合物的沸点低于其中易挥发组分沸点 的原理，将甲苯与煤样一起蒸馏，收集馏出的水分，计算其含量。
（三）空气干燥法
第二章
二、灰分的测定
煤和焦炭的分析
（一）煤中灰分的 来源和测定意义
（二）缓慢灰化法
（三）快速灰化法
第二章
煤和焦炭的分析
煤的灰分：指在规定条件下煤中所有可燃物质完全燃烧以及煤中 矿物质在一定温度下产生一系列分解、化合等反应后剩余的残渣。
FCad=100 -（Mad+Aad+Vad）
第二章
五、不同基准分析结果的换算 1．煤的各种基准
煤和焦炭的分析
采样后，应装入密闭容器或袋中，立即送至制样室。同时应注明煤 样质量、煤种、采样地点和采样时间，还应登记车号和发运吨数。
第二章
煤和焦炭的分析
四、试样的制备
试样制备一般包括：
破碎
筛分
缩分
混合
第二章
煤和焦炭的分析
第三节
煤的工业分析
一、水分的测定 煤中水分从结合状态来看分为两类，即游离水和化合水。
次生矿 物质
返回
原生矿物质
形成煤灰分 的矿物质
外来矿物质
第二章
煤和焦炭的分析
称取一定量的空气干燥煤样于灰皿中，放入马弗炉中，以一定的 速度加热到（815±10）℃，灰化并灼烧到质量恒定。根据灼烧后残留 物（灰分）的质量与试样质量，计算出灰分的含量。 返回
第二章
煤和焦炭的分析
1．灰分快速测定仪测定法 将装有煤样的灰皿放在预先加热至（815 ±10）℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样 被自动送入仪器内完全灰化，然后送出。
第二章
煤和焦炭的分析
第二节
煤试样的采取和制备
一、采样工具
采样铲
采样探子
气动采样探子 窗板关闭式采样钻
第二章
煤和焦炭的分析
二、采样的基本术语
1．采样单元 一批煤可以是一个或多个采样单元。精 煤或特种工业用煤：按品种、分用户以（1000±100）t为一个采 样单元； 其他煤按品种：不分用户以1000t为一个采样单元；当煤运量超过 1000t或不足1000t时，可以实际运量为一个采样单元。
游离水 游离水又分为外 在水分和内在水分。 外在水分和内在 水分的总和称为收到 基全水分，以Mt表示。
化合水 化合水是以化合 方式与煤中矿物质结 合的水分，又叫结晶 水。
第二章
（一）通氮干燥法
煤和焦炭的分析
称取一定量的空气干燥煤样，置于105～110℃干燥箱中，在干燥 氮气流中干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的含 量。
第二章
煤和焦炭的分析
第二章
煤和焦炭的分析
知识目标 第一节 概 述
第二节 煤试样的采取和制备
第三节 煤的工业分析
第二章
煤和焦炭的分析
第四节 煤的元素分析 第五节 煤中全硫含量的测定 第六节 煤的发热量的测定 思考题
第二章
煤和焦炭的分析
知识目标
掌握煤试样的采取和制备方法。 掌握煤中水分、灰分、挥发分的测定原理及方法。 掌握固定碳含量的计算方法。 掌握煤的各种基准分析结果的换算。 掌握碳、氢和氮的测定原理以及氧的计算方法。 掌握煤中总硫和发热量的测定原理及和计算方法。 能正确采取和制备煤试样。 能正确测定空气干燥煤样的水分、灰分和挥发分含量。 能用碳氢测定仪测定煤中碳、氢的含量。 能用艾士卡法、库仑法或高温燃烧法中和法测定煤中全硫含量。 能正确测定煤的发热量。
其他洗煤（包括中煤）和粒度大于100mm块煤
6
6
子样质量
最大粒度/mm 子样质量/kg ＜25 1 ＜50 2 ＜100 4 ＞100 5
第二章
煤和焦炭的分析
3．原始平均试样 合并所有采取的子样称为原始平均试样。 4．分析化验单位 应采取一个原始平均试样的物料的总量称为分析化验单位。如规 定商品煤以（1000±100）t为一个分析化验单位。在煤堆中采样，则 以一天内的实际发运量为一个分析化验单位。
第二章
煤和焦炭的分析
二、采样的基本术语
2．子样（份样） 用采样器从一个采样单元中一次取得的一定量物料为一个子样。
煤量1000t时最少子样数目
品 种 原煤、筛选煤 精 煤 干基灰分/% ＞20 ≤0 煤流 60 30 15 火车 60 60 20 汽车 60 60 20 船舶 60 60 20 煤堆 60 60 20
第二章
煤和焦炭的分析
第一节
概
述
一、煤和焦炭的组成及各组分的重要性质
可燃部分包 括有机物与矿物 质（通常为 FeS2）中的可燃 硫；
不可燃部分 包括水分及矿物 质（含硫矿物质 除外）。
第二章
二、煤的分析方法分类
煤和焦炭的分析
煤的工业分析:了解煤质特性的主要指标，也是评价煤质的基本依据。
煤的元素分析:测定煤中的碳、氢、氧、氮和硫等元素的含量，煤的元 素分析结果是对煤进行科学分类的主要依据。
其他洗煤（包括中煤）和粒度大于100mm块煤
20
20
20
20
20
第二章
煤量少于1000t时最少子样数目
品 种 干基灰分/% 煤流 表2-1规 定 数 目 的1 /3 火车 汽车
煤和焦炭的分析
船舶
煤堆
原煤、筛选煤
＞20 ≤20 精 煤
18 18 6
18 18 6 表2-1规定数 目的1/2
表2-1规定 数目 的1/2
当原煤和筛选煤以1节车皮为采样单元时，18个子样既可分布在两 交叉对角线上，也可分布在下图所示的18个方块中。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
原煤中粒度大于150mm的煤块（包括矸石）含量若超过5%，则大于 150mm的煤块不再取入。
第二章
3．煤堆采样
第二章
煤和焦炭的分析
三、采样方法
1．煤流中采样 物料流是指输送带上传送的物料。
第二章
2．运煤火车中采样 子样点布置为斜线三点法和斜线五点法。
煤和焦炭的分析
斜线三点法
斜线五点法
当以不足6节车皮为一采样单元时，依据“均匀布点，使每一部分 煤都有机会被采出”的原则分布子焦炭的分析
2．马弗炉测定法 将装有煤样的灰皿由炉外逐渐送入预先加热至(815±10)℃的 马弗炉中灰化并灼烧至恒重。以残留物的质量占煤样的质量分数作 为灰分产率。
返回
第二章
三、挥发分的测定
煤和焦炭的分析
第二章
四、固定碳含量的计算
煤和焦炭的分析
固定碳：在煤的工业分析中，认为煤中除水分、灰分、挥发分外 的可燃性固体物是煤燃烧放热的主要成分。