煤的工业分析方法ppt课件.ppt

一.概述二.煤的工业分析三.煤中全硫的测定四.煤发热量的测定,煤质分析,1 煤的组成和分类,一.概述,1.1煤的组成,煤是由有机质、矿物质和水三部分组成。,有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成碳和氢占有机 质的95%以上。硫在燃烧时也放热，但燃烧的产物SO2不但 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。,1.2煤的分类,常见的三类：褐煤、烟煤、无烟煤,2023/1/9,3,(1)褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%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），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，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%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，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。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%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，以减轻火力强度。,2.“基”的含义,煤炭分析试验的结果与煤样在分析试验时所处的状态直接相关，即同一煤样在相同的试验条件下，试验结果会因煤样的状态不同而不同。这种“状态”除粒度以外，主要指的是煤样的水分。所以，在提到某一项试验结果时，必须同时说明这个结果是以何种状态的煤样为基础得到的，这样的结果才算完整科学。煤炭分析试验中的“基”，指的就是这种“状态”。它含有“基准”、“基础”的意思。,2.1 煤炭分析试验常用的基及其含义,空气干燥基(ad)煤样的水分与空气湿度达到平衡的状态干燥基（d）假想的无水状态收到基（ar）以实际收到时的煤为准的状态干燥无灰基（daf）假想的无水无灰状态干燥无矿物质基（dmmf）假想的无水无矿物质的煤所处的状态,空气干燥基（下标符号为ad）,表示在不含外在水分的条件下，燃料各组成成分的质量百分数总和，是实验室煤质分析所用煤样的成分组成。Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%,收到基（下标符号为ar）,表示燃料中全部成分的质量百分数总和是锅炉燃料燃烧计算的原始依据。Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%,干燥无灰基（下标符号为daf）,表示在不含水分和灰分的条件下，干燥无灰燃料各组成成分的质量百分数总和，干燥无灰基中只包含燃料的可燃成分，各成分不受水分和灰分变化的影响，煤炭交易。Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%,干燥基（下标符号为d）,表示在不含水分的条件下干燥燃料各组成成分的质量百分数总和干基中各成分不受水分变化的影响 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%,煤质分析结果（基准）的表示方法,2023/1/9,11,二.煤的工业分析,1 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。,1.1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或表面水分。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12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。,2023/1/9,12,内在水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。,外在水分和内在水分的和称为全水分 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，CaSO42H2O。游离水在105 110的温度下，经过 h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。,2023/1/9,13,1.2 煤中全水分（Mt）的测定,国家标准GB/T211-2007中规定了煤中全水分测定的五种方法。通常采用以下方法：,方法A：通氮干燥法，适用于各种煤,用预先干燥并称量过的称量瓶迅速称取10 12g(精确至0.001g）粒度小于6mm的煤样，平摊。打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105 110的通氮干燥箱中，烟煤干燥2h,褐煤和无烟煤干燥3h,取出后立即盖上盖子。在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温后称量。进行检查性干燥，每次30min,直到连续两次干燥后的质量减少或质量增加时为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量作为计算依据。根据煤样的质量损失计算水分的含量。,结果计算,Mt煤样的全水分；m煤样的质量，g；m1煤样干燥后减轻的质量，g。,2023/1/9,14,方法B：空气干燥法，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105 110的空气干燥箱中，在鼓风条件下烟煤干燥2h,无烟煤干燥3h。其它步骤同上。,方法C：微波干燥法，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，引起摩擦发热，使水分迅速蒸发。特点：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。,方法D：适用于外在水分高的烟煤和无烟煤,在预先干燥并称量过的浅盘中迅速称取粒度小于13mm的煤样50010g(准确至0.1g)，均匀摊平，放入预先通入鼓风并已加热到105 110的干燥箱中，烟煤干燥2h,无烟煤干燥3h。将浅盘取出，迅速称量。进行检查性干燥，每次30min,直到连续两次干燥后的质量减少不超过0.5g或质量增加为止。在后一种情况下，采用质量增加前一次的质量作为计算依据.,2023/1/9,15,1.3 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)，测定方法有三种。A 通氮干燥法（适用于所有煤种）B 空气干燥法（适用于烟煤和无烟煤）C 微波干燥法（适用于褐煤和烟煤水分的快速测定),。,2.3 煤中矿物质在煤炭燃烧过程中的反应,2.3.1固硫作用CaCO3 CaO+CO2500开始分解，到800 基本分解完全FeS2 O2 Fe2O3 SO2500前基本反应完全CaOSO2O2 Ca SO4,空气干燥法的测定步骤：,(1).在预先干燥并称量过的称量瓶内迅速称取粒度小于0.2mm的一般分析实验煤样1.00.1g，称准至0.0002g,平摊在称量瓶中.(2)打开称量瓶盖，放入预先通入鼓风并已加热到105 110的干燥箱中，烟煤干燥1h,无烟煤干燥1.5h。（3)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减少不超过0.0010g或质量增加时为止.根据煤样的质量损失计算水分的含量。当水分小于2.00%时，不必进行检查性干燥。结果计算：Mad 煤样的空气干燥基水分；m煤样的质量，g；m1煤样干燥后减轻的质量，g。,；,煤的灰分不是煤中固有物质，而是煤在规定条件下，其中所有可燃物质完全燃烧后以及煤中矿物质在一定温度下经过一系列分解、氧化和化合等复杂反应所形成的残留物。用符号A表示。煤的灰分几乎全部来自煤中的矿物质，但它的组成和性质与煤中的矿物质不完全相同，是煤中矿物质的衍生物。,缓慢灰化法,仪器,2023/1/9,19,2.1测定过程,称取粒度小于0.2mm的一般分析实验煤样1.00.1g，称准至0.0002g,于已经在81510灼烧恒量的灰皿中，均匀平摊，每cm2不超过0.15g，送入炉温不超过100的马弗炉恒温区中，关上炉门并使炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风。在不少于30mind 时间将炉温缓慢升至500，并在此温度下保持30min。然后继续升温至81510，关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。,2.2计算,式中 m试料的质量，g；m1灼烧后残渣质量，g。,2.3.2 固硫作用对灰分测定结果的影响测定结果偏高重复性和再现性较差2.3.3 避免固硫作用 良好通风CaO 和 SO2“不见面”500前至少30min 500停留30min,2023/1/9,21,3.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。,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V表示。,仪器,磨口坩埚 高温炉 坩埚架,坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。,2023/1/9,22,高温炉 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在90010范围内。,坩埚架,用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，大小应与炉内90010稳定温度区相适应，放在架上的炉堂底距离20坩埚底部应与30mm。,2023/1/9,23,3.1 测定过程,称取粒度小于0.2mm的一般分析实验煤样1.00.01g，称准至0.0002g,于已在90010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，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至90010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7min，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。计算挥发分产率。,式中 m试料的质量，g；m1样品加热后减少的质量，g。,3.2 计算,2023/1/9,24,3.3 注意事项,（1）当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到90010，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，造成测定误差。（3）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。,4.固定碳的计算,FCad=100 MadAadVad注意：固定碳不同于碳元素含量。,1.全硫的测定意义 硫是煤中的一种有害元素，在煤炭燃烧、气化、焦化等利用途径中都会造成不同程度的危害。因此，当今对煤中的全硫含量日益关注，是煤炭分析试验的最主要最常见的项目之一，也是煤炭质量评定及计价指标之一。2.煤中硫元素在电力生产中主要影响：2.1造成大气污染 形成酸雨和在特殊气象条件下对人体造成危害。2.2 三氧化硫对锅炉受热面造成腐蚀；2.3 煤中硫，特别是黄铁矿硫，是造成和加剧煤炭自燃的原因 之一。,三.煤中全硫的测定,全硫 有机硫 硫化物硫 可燃硫 无机硫 元素硫 硫酸盐硫,3.煤中硫元素的存在形态及特性,煤中有机硫含量一般都比较低。煤中硫，特别是高硫煤，主要以无机硫特别是黄铁矿为主。在煤炭燃烧的过程中，黄铁矿和元素硫几乎全部都转化成S02随烟气排出。CaS042H2O只发生失去结晶水的反应，CaS04分解温度很高，一般在1300才分解。,3、煤中全硫测定方法,标准当中规定了三种方法：艾士卡法（重量法）全硫测定 高温燃烧中和法 库仑滴定法,2023/1/9,29,3.1.1、原理,将煤样与艾氏卡试剂（2份质量的MgO+1份质量的Na2CO3）混匀缓慢燃烧，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：,2Na2CO3+2SO2+O2=2Na2SO4+2CO2Na2CO3+SO3=Na2SO4+CO2,煤+空气=CO2+H2O+SO2+SO3+N2,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。,3.1 艾士卡法,2023/1/9,30,2MgO+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,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。,3.2.1原理 煤样在催化剂作用下，在氧气流中燃烧，硫生硫的氧化物，用过氧化氢吸收生成硫酸，用氢氧化钠溶液滴定，根据消耗的碱的量，计算煤中全硫含量。,3.2 高温燃烧中和法,2023/1/9,32,3.3 库仑滴定法,3.3.1 原理,煤样在催化剂作用下，在氧气流中燃烧，硫生成SO2并被净化的空气流带到电解池内，被其中的 I2氧化为H2SO4，导致溶液中的I2浓度降低，而I-浓度增加，指示电极的电位发生改变，仪器发生电解反应，又生成I2，使电解液回到平衡状态，根据电解过程所消耗的电量及法拉第定律求得试样中全硫的含量。,3.3.2 仪器与试剂,（1）高温燃烧炉 卧式单管炉。一般以硅碳管为加热元件，炉内装石英制异径管，耐温1300以上。其出口处填充玻璃纤维棉和硅酸铝棉，以防止燃烧产生的灰尘堵塞玻璃融板。,（2）空气供应及净化装置 由电磁泵和净化管组成。,（3）电解池和电磁搅拌器 电解池高120-180mm，容量大于400mL,内有铂电极和碘指示电极,2023/1/9,33,3.3.测定步骤,（1）将高温炉加热至（11505），开动供气泵和抽气泵，调节气流量。在抽气状态下，将300mL左右的电解液加入电解池内，启动电磁搅拌器。,（2）终点电位调整试验:在瓷舟中放入少量非测定煤样，按照以下方法进行测定，直到实验结束后积分显示器的显示值不为零。,（3）称取0.05g（精确至0.0002g)煤样于燃烧舟中，覆盖三氧化钨，将瓷舟置于送样的石英托盘上，开启进样程序控制器，煤样即自动送进炉内。库仑滴定随即开始。,气路 由电磁泵和气体净化管组成。供气量约1500mL/min，抽气量约1000mL/min。净化管内装氢氧化钠和硅胶。3.4.1 送气路线图,3.4.气路图,硅胶,氢氧化钠,电磁泵,大气,1500mL/min,高温炉,3.4.2.抽气路线图,3.4.2.,电解池,硅胶,流量计,电磁泵,1000mL/min,大气,自动测硫仪,电解池,1.发热量的定义和单位1.1 定义：单位质量的煤在规定条件下完全燃烧所放出的热量。1.2 单位：焦耳每克 J/g；兆焦每千克 MJ/kg 卡每克 cal/g 1.3 单位换算：1MJ/kg1000J/g，1cal/g4.1816J/g 注：这里的卡是“20卡”，即一克水从19.5 升 高到20.5 所吸收的热量。,四 煤的发热量的测定方法,它是燃烧设备热工计算的基础。燃烧工艺过程的热平衡、耗煤量、热效率等的计算，都是以所用煤的发热量为依据的。在设计电厂锅炉和蒸发量大的各种高压锅炉时，也需要根据煤的平均低位发热量来考虑锅炉种类、型号、燃烧方式等。在中国煤分类和中国煤层煤分类中，列为低阶煤的分类指标或辅助指标。如褐煤与烟煤分界采用恒湿无灰基（30相对湿度为96%）高位发热量Qgr,MHC,af=24MJ/kg为界值，24MJ/kg的为烟煤，24MJ/kg为褐煤。划分为褐煤后，根据透光率PM=3050%为二号褐煤，30为1号褐煤。煤的收到基低位发热量是评价动力煤质量的最主要的指标。在对外贸易中，动力煤常已收到基低位发热量为计价依据。,2.发热量测定意义,3.1 何为弹筒、高位和低位发热量？煤炭在氧气中的燃烧是一种化学反应，煤燃烧放出的热量就是煤和氧气发生的化学反应的反应热。而化学反应的反应热不仅与参与化学反应的反应物组成与状态有关，还与产物的组成和状态有关，另外还与反应所处的压力等条件有关。所以提到所谓煤的发热量就应当说明是什么状态的煤在什么条件下与氧气怎样燃烧反应，得到什么状态的什么产物所放出的热量，才算完整。,3.弹筒、高位和低位发热量,在试验室条件下测定煤的发热量时，煤的状态和燃烧条件（煤样达到空气干燥状态、在充有过量的氧气的氧弹内完全燃烧）都是固定的，可以变化的就是产物的组成和状态。因此，根据煤炭在充有过量的氧气的氧弹内完全燃烧后其产物的组成和状态不同，将煤的发热量区分为三种发热量。弹筒发热量 Qb发热量 高位发热量 Qgr 低位发热量 Qnet,发热量 燃烧产物弹 筒 O2、N2、CO2、HNO3、H2SO4、液态水、固态灰高 位 O2、N2、CO2、SO2、液态水、固态灰低 位 O2、N2、CO2、SO2、气态水、固态灰 弹筒发热量是试验室测定发热量时直接从量热仪上测定的发热量；高位发热量是由弹筒发热量减去硝酸生成热和硫酸校正热后得到的发热量；低位发热量是由高位发热量减去水的气化热后得到的发热量；,2023/1/9,44,取一定量的煤样在充满高压氧气的弹筒（浸没在装一定质量的水的容器俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的发热量。,2、试剂和材料,点火丝：0.07mm镍铬丝；氧气：不应有氢和其它可燃物，禁止使用电解氧；仪器专用的包纸；另准备50kg的蒸馏水放入不锈钢水桶中，与仪器在同一房间内恒温10小时以上备用。,3.2 发热量的测定方法（WELL8000自动快速量热仪）,1、原理,3.测定步骤,（1)称取粒度小于0.2mm 的空气干燥煤样1g（精确0.0002g），包于30-90毫克左右的纸中，放入氧弹芯的燃烧皿中。（2)把点火丝的一端卡在左边电极上，用点火丝将样品缠绕一圈后将另一端卡在右边电极上。（3）接通水泵电源，水桶内的水自动加到桶内的定量容器中，溢流时关闭电源，打开放水阀将水全部放进量热仪的内筒。（4）把氧弹芯放入氧弹桶中，从内筒中取10毫升水加入氧弹中压紧密封垫，套上钢圈，拧紧氧弹盖。(5)打开氧气瓶阀门，氧弹头正对充氧器嘴下方，下压充气手柄充入氧气。氧弹充氧压力控制在2.8-3.0MPa范围内，充氧时间不少于15秒。（6）把氧弹放入量热仪内筒的中心，盖上盖子。按“测量”开始搅拌，再输入皮重（纸重），料重（纸和样品总重量）单位为mg,水分，测量结束后仪器发出蜂鸣，打印机同时打印出数据。（7）及时取出氧弹，用放气阀放气后打开氧弹，清洗。将内筒水倒回水桶中。,4.注意事项,氧气瓶内压力小于3MPa时需更换新氧。氧弹压力不得超过3MPa，如果不小心超过3.3MPa，停止试验，放掉氧气，重新充氧。氧弹放入内筒后注意观察有无气泡溢出，若有气泡，意味着漏气，应取出氧弹检查漏气原因。试验完后，观察燃烧皿内样品是否燃烧完全，若有炭黑试验作废。试验完后，观察氧弹内是否有样品溅落现象。如有样品试验作废。,3.3.1高位发热量的计算（1）空气干燥基高位发热量的计算 Qgr,ad=Qb,ad(94.1Sb,adQb,ad）其中：Sb,ad：弹筒硫。当全硫低于4，或发热量大于14.60 MJ/kg时，可以用St,ad代替。：硝酸生成热校正系数当：Qb 16.70 MJ/kg时，0.0010 16.70Qb 25.10 MJ/kg时，0.0012 Qb25.10 MJ/kg时，0.0016,3.3 高位、低位发热量的计算,适用基的换算通式。低位发热量的计算各种基的低位发热量的计算通式Qnet,M=(Qgr,ad206Had)(100M)/(100Mad)23 M其中：干基时M0M煤样的水分 空气干燥基时MMad 收到基时MMar(Mt),3.4 各种基的高位发热量的换算,