煤质分析讲义doc文件.doc

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1、目 录第一部分 煤质分析基础知识1第一篇 基础知识1一、动力用煤的分类1二、煤的组成的表示方法1三、燃煤分析常用基准3四、不同基准的计算4五、不同基准间的换算5六、基准的应用6七、工业分析、元素分析与基准之间的关系6八、误差理论基础知识7九、精密度9十、准确度11十一、如何应用Grubbs（格拉布斯也叫T检验法）法判断可疑值？11十二、测定次数的相关规定13十三、测定结果的修约规则和表达15十四、空气干燥基煤样的制备15第二篇 量热仪原理17一、概况17二、量热仪的用途18三、量热仪的原理19四、量热仪的结构27第三篇 误差分析33一、精密度的评价方法33二、准确度的评价方法33三、产生误差的

2、原因33第四篇 使用注意事项40一、对电的要求40二、对水的要求40三、对气的要求40四、对温度的要求40五、如何正确使用标煤41六、如何正确使用添加物41七、往氧弹内加水应注意的问题41八、使用普通量热仪应注意的问题41九、量热仪试验注意事项43十、其他44第五篇 常见故障分析45一、氧弹常见故障原因分析：45二、点火失败的原因分析：45三、探头常见故障原因分析：47四、手持式充氧仪故障原因分析47第一部分 煤质分析基础知识第一篇 基础知识一、动力用煤的分类燃煤电厂发电用煤大体是：烟煤占90%，无烟煤占5%，褐煤占4%，其他煤占1%。无烟煤是煤化程度最高的煤，挥发分含量最低，Vdaf10%，

3、密度最大，着火点高，无黏结性，燃烧时多不冒烟。烟煤的煤化程度高于褐煤而低于无烟煤，挥发分含量范围很宽，10%Vdaf60%，不同类别的烟煤黏结性差异较大，燃烧时冒烟，烟煤与无烟煤通称硬煤。褐煤是经过成岩作用，没有或很少经过变质作用所形成的低煤化程度的煤。外观多呈褐色，光泽暗淡，质地较软，含有较高的内在水分及不同程度的腐植酸，挥发分含量较高，37%Vdaf20%时，其精密度要求为2%。干燥无灰基是决定煤的实际用途的一项重要参数，也是煤炭分类的重要依据。如：无烟煤，Vdaf10%；烟煤，10%Vdaf60%；褐煤，37%Vdaf 70%。七、工业分析、元素分析与基准之间的关系煤的工业分析包括水分、

4、灰分、挥发分及固定碳四项，而元素分析包括碳、氢、氧、氮、硫五种元素。煤的可燃成分按工业分析计算，为挥发分和固定碳，他们相当于元素分析中的碳、氢、氧、氮、硫。 各种成分一律以质量的百分比含量来表示，其总和应为100%，即： M+A+V+FC=100（%） M+A+C+H+O+N+St=100（%）V+FC=C+H+O+N+St (%)如果依不同基准表示可写为：Mar+Aar+Var+FCar=100 （%）Mad+Aad+Vad+FCad=100（%）Ad+Vd+FCd=100（%）Vdaf+FCdaf=100（%）四種常用基准与工业分析和元素分析之间的关系如表：FCVAMCHONSoSpSsA

5、MinhMfVdaf dadar八、误差理论基础知识1真值所谓真值，是指被测的某一物理量或化学成分的真实值，是被测特性量的客观存在值，通常是未知的，因为任何测量都有误差，不能获得真值，只能逼近真值。在特定条件下，可以把某一数值看成是某特性量的真值。真值分三类：理论真值，如三角形三内角和等于180度；。约定真值，由国际标准或由国际会议指定的值；相对真值，高一级测量值就是低一级测量值的相对真值，如标准物质证书给出的标准值即为相对真值。2真值的估计值任何一项物理量或化学成分的真值通常是无法确知的，但我们可以通过某种方法或途径来确定他的真值的估计值。 例如：可以采用作为仲裁方法的艾士卡法对某一煤样的全

6、硫进行多次重复测定（至少60次以上），其测量结果的平均值就可以看作真值的估计值，重复测定次数越多，此估计值越接近真值。又如：蔗糖的化学分子式是C12H22O11，计算出各有关组合的理论质量分数作为真值的估计值，碳含量为42.11%，氢含量为6.48%，氧含量为51.41%。再如：采用标准样品的标准值作为真值的估计值：标准样品的标准值可以由下述方法来定值：a.用高准确度的绝对测定方法或权威方法定值；b.用二种以上不同原理且已知其准确可靠的方法定值；c.用多个有资格的实验室进行协同实验，对所得的大量数据再经数理统计方法定值。目前国内三个系列（煤科院，武水，众标）动力煤标准就是采用这种方法来定值的。

7、3误差的表示方法3.1绝对误差 实测值与真值之差，称为绝对误差，简称误差。实测值真值，称为正误差；实测值真值，称为负误差。用下式表示：E=X- 式中E误差，X实测值，真值例如：某苯甲酸的真值为26464J/g，实测值为26478J/g。解：误差E=26478-26464=14J/g3.2相对误差绝对误差在真值中所占的百分比，称为相对误差。用下式表示：RE=100%例1：上例的相对误差例2：煤的发热量测定值为25929J/g，真值为25908J/g。则E=25929-25908=21J/g例3：煤的发热量测定值为15929J/g，真值为15908J/g，则E=15929-15908=21J/g

8、例2、例3的绝对误差相同，但相对误差不同。4误差的种类4.1系统误差a.定义：由于测定过程中某种固定原因，导致测定结果经常性偏高或偏低，出现比较恒定的正误差或负误差，称为系统误差。b.产生的原因：测定方法不完善；仪器设备的缺陷；计量器具不准确；试剂纯度不够；人为读数时的视角偏差。c.修正方法：测定结果与真值差一个恒定值时，则在测量结果上加一恒定值进行修正；测量结果与真值的差值有线性关系时，则在测量结果上乘上一个系数进行修正。4.2随机误差随差误差又称偶然误差，它是由一些难以控制的偶然因素所引起的。4.3过失误差过失误差又称粗大误差，它是由人为的差错如称错、记错、算错、使用不合格的计量器具或过大

9、的环境干扰情况所引起的。这些因素都是人可以控制的，应该避免。九、精密度1定义：对同一试样在完全相同的条件下，进行多次重复测定时其测定结果的分散程度，称为精密度。2表示方法： a.极差：一组测定值中，最大值与最小值之差，称为极差，用R表示。R=Xmax-Xmin例1：一组热容量的测定值为10592、10599、10588、10582、10586（J/K）R=10599-10582=17J/K b.平均偏差：绝对偏差的绝对值之和的平均值称为平均偏差。用表示例2：数据同例1=（10592+10599+10588+10582+10586）/5=10589J/kc.标准偏差（标准差）表示单次测定值与其平

10、均值偏离程度的一种平均偏差，用S表示。或例3：数据同例1d.相对标准偏差标准偏差占测定平均值的百分比，称为相对标准偏差，又称变异系数（用CV表示），用RSD表示：例4：数据同例1 例5：一组测定的热容量值为10466、10456、10468、10472、10458J/k求R、RSD。解：R=10472-10456=16J/K=（10466+10456+10468+10472+10458）/5=10464J/K十、准确度1定义：测定值与真值之间的符合程度，称为准确度。准确度=|真值-测定值的平均值|/真值100%例1：某标煤（21920170）J/g的一组测定值为：21900、21968、219

11、10、22002、21930、21905（J/g）求准确度解：=（21900+21968+21910+22002+21930+21905）/6=21936J/g准确度=2不确定度：是指由于检测误差的存在而被检测值不能肯定的程度，它是测量结果的一个组成部分，它表示被测样品的存在范围，也就是误差的出现范围。标准值不是一个确定的值，而是在一定范围内波动的值，此波动范围即不确定度，所以标准值的表达式为“标准值不确定度”（+X）。例2：某标准煤样Ad为24.80%，不确定度为0.30%，也就是该标准煤样的灰分值Ad=24.80%0.30%，即波动范围为24.50%25.10%，如果测定值落在此范围内，就

12、判为准确度合格；否则，为不合格。（严格讲，应该是在95%概率条件下）。例3：某标准煤样的Qgr，d为30.80MJ/kg，不确定度为0.12MJ/kg，也就是说该标准煤样的干基高位发热量Qgr，d=30.80MJ/kg0.12MJ/kg，即波动范围为30.68MJ/kg30.92MJ/kg。如果测定值落在此范围内，就判为准确度合格；否则，为不合格。 十一、如何应用Grubbs（格拉布斯也叫T检验法）法判断可疑值？1将测试获得的数据按大小顺序排列：X1X2X3Xn2计算3查Grubbs检验临界表G0.01.n或G G0.05.n（Ga.n）4比较判别：当G1Ga.n、GnGa.n时，无异常值；

13、G1Ga.n 、GnGa.n时，Xn为异常值； G1Ga.n 、GnGa.n时，X1为异常值； G1Ga.n、GnGa.n 时，X1、Xn都为异常值。 5当有异常值时，去掉异常值后再重复上述14步。6计算平均值的标准偏差（）7计算t计= U为真值。8判别：当t计t0.05.n-1时无显著性差异；当t计t0.05.n-1时有显著性差异。例：用标煤检验量热仪的综合性能。已知某标煤的标准值为Qgr.d=25989J/g，8次测定值（Qgr.d）：26005、26018、25964、26093、26022、26076、26051解：按大小排序25964、26005、26018、26022、26051、

14、26076、26093、26281计算=（25964+26005+26018+26022+26051+26076+26093+26281）/8=26064J/gSX=96.808查Grubbs检验临界值表得G0.05.8=2.03、G1G0.05.8、G8G0.05.8故26281为异常值应舍去。重新计算：查Grubbs检验临界值表得G0.05.7=1.94、G1G0.05.7、G7G0.05.7故无舍去值。计算平均值的标准偏差：用T检验法检验与标煤的标准值之间有无差异性：t计=2.64查t分布表得t0.05.6=2.45t计t0.05.6表明这台量热仪测定的结果（平均值）与标煤的标准值之间有

15、显著性差异。结论：该量热仪综合性能不好。十二、测定次数的相关规定 除特别要求者外，每项分析试验对同一煤样进行二次测定（一般为重复测定）。2次测定的差值如不超过重复性限T，则取其算术平均值作为最后结果；否则，需进行第3次测定。如3次测定植的极差小于或等于1.2T，则取3次测定值的算术平均值作为测定结果；否则，需进行第4次测定。如4次测定值的极差小于或等于1.3T，则取4次测定值的算术平均值作为测定结果；如极差大于1.3T，而其中3个测定植的极差小于或等于1.2T，则可取此3次测定值的算术平均值作为测定结果。如上述条件均未达到，则应舍弃全部测定结果，并检查仪器和操作，然后重新进行测定。GB/T21

16、3-2008规定，发热量测定的重复性限T（Qgr,ad）为120J/g。例1、2次重复测定的结果为：23548 J/g,23498 J/g 23548-23498=50(J/g)120J/g,) 取平均值 （23548+23498）2=23523 J/g作为测定结果。例2、2次重复测定的结果为：23548 J/g,23420 J/g23548-23420=128(J/g)120J/g, 补做1次得23410 J/g,23548-23410=138(J/g)144J/g（1.2T=1.2120=144 J/g）取平均值 （23548+23420+23410）3=23459J/g作为测定结果。 不

17、能因为23420 J/g和23410J/g的差值小，而取它们的平均值23415 J/g作为测定结果。 例3、2次重复测定的结果为：23548 J/g，23420 J/g23548-23420=128(J/g)120J/g,补做1次得23400 J/g,23548-23400=148(J/g) 144J/g再补做1次得23396 J/g,23548-23396=152(J/g) 156J/g（1.3T=1.3120=156 J/g）取平均值 （23548+23420+23400+23396）4=23441J/g作为测定结果。例4、2次重复测定的结果为：23548 J/g，23420 J/g235

18、48-23420=128(J/g)120J/g,补做1次得23400 J/g23548-23400=148(J/g) 144J/g再补做1次得23390 J/g,23548-23390=158(J/g) 156J/g（1.3T=1.3120=156 J/g） 但23420 J/g，23400 J/g，23390 J/g的极差23420-23390=30(J/g) 144J/g,（1.2T）取平均值 （23420+23400+23390）3=23403J/g作为测定结果。十三、测定结果的修约规则和表达1修约规则煤质分析的测定结果一般按四舍六入的数据修约规则进行。13.1.1凡末位有效数后边的第一

19、位数大于5，则在其前一位上增加1，小于5则舍去；例：2.42623.43 23.42423.4213.1.2凡末位有效数后边的第一位数等于5，而5后面的数字并非全部为0，则在5前一位数上增加1；例：23.4250323.4313.1.3末尾有效数后边的第一位数等于5，而5后面的数字全部为0，而5前面一位数为奇数，则在5的前一位数上增加1，如前一位数为偶数（包括0），则将5舍去。例：23.4350023.44 23.4850023.482表达2.1工业分析、元素分析的测定值和报告值均保留小数点后两位数。2.2 发热量若以J/g 为单位时，测定值保留至个位，报告值保留至十位。（个位数需修约）；若以

20、MJ/kg 为单位时，测定值保留小数后三位，报告值保留小数后两位。2.3灰熔融性特征温度，测定值、报告值均保留至十位（个位数需修约）。十四、空气干燥基煤样的制备由于煤是一种多孔结构的吸湿性物质，空气和环境中的水分对试样的实际质量影响较大。煤质分析仪中所用的煤样，除全水分的测定中需用到粒度为13mm和6mm的外，其余工业分析和发热量测试一般都用经过破碎和缩分处理后的干燥煤样。即：将粒度小于0.2mm的煤样摊成薄层，在室温的空气中连续放置1h,直至煤样质量变化不超过0.1%,即达到空气干燥状态。如煤样过湿，可将煤样先在（4045）下干燥数小时后，再放在空气中连续干燥到质量变化不超过0.1%,即认为

21、达到空气干燥状态。在测定灰分、挥发分、元素分析和发热量等指标时，最好同时测定煤样的水分，以保证各指标测定值的准确性（最多不超过5天）。附表1： Grubbs临界值表n345678910202530400.011.161.491.751.942.102.222.322.412.883.013.103.240.051.151.461.671.821.942.032.112.182.562.662.742.87附表2： t分布表No.10.050.020.010.001123456.312.912.352.132.0212.714.303.182.782.5731.826.974.543.753.3

22、763.669.935.844.604.03636.6231.6012.948.616.866789101.941.901.861.831.812.452.372.312.262.233.143.002.902.822.763.713.503.363.253.175.965.415.044.784.5911121314151.801.781.771.761.752.202.182.162.152.132.722.682.652.622.603.113.063.012.982.954.444.324.224.144.0716171819201.751.741.731.731.732.122.11

23、2.102.092.092.582.572.552.542.532.922.902.882.862.854.023.973.923.882.8521222324251.721.721.711.711.712.082.072.072.062.062.522.512.502.492.482.832.822.812.802.793.823.793.773.753.7326272829301.711.701.701.701.702.062.052.052.042.042.482.472.472.462.462.782.772.762.762.753.713.693.673.663.6540601201

24、.681.671.661.652.022.001.981.962.422.392.362.33 2.70 2.662.62 2.583.553.463.373.29第二篇 量热仪原理一、概况目前国内使用的量热仪除国产的外，还有美国LECO公司、PARR公司和德国IKA公司等多家外国公司生产的，上世纪七十年代以前曾有日本岛津公司的量热仪，当西方国家取消对我国的经济封锁后（应该说部分取消），由于美国，德国产的量热仪技术上较为先进，所以上世纪八十年代以后，日本岛津公司的量热仪就逐渐退出了中国市场。从结构不同可分为恒温式、绝热式和双干式（此种原则上应属于恒温式）；从热容量的大小不同又分为3500型、2

25、500型、2000型等（热容量约3500cal/K的称为3500型，热容量约2500Cal/K的称为2500型，依此类推，因为当时热量单位是cal ，后来改用J为热量单位后就不再这样分了）。至今为止，不论哪种型号也不论是哪个公司生产的量热仪，都还没有脱离自1881年伯斯路特发明第一台量热仪以来的基本模式，即包括水套（通常叫做外筒）、内筒、燃烧室（通常叫做氧弹）等基本部件组成的体系。一百多年来，特别是近30年来，随着计算机技术的飞速发展，量热仪在结构和操作模式方面进行了很大的改进，自动化程度大大提高，测试速度更快，精密度、准确度更高。在煤质化验仪器中，量热仪是发展最快、最成熟的一种测试仪器。绝热

26、式量热仪由于实验过程中要求外筒水温随内筒水温的变化而同步变化，因而排除了内外筒热交换的问题，所以冷却校正值为零。但是，自动跟踪技术要求很高，这种类型的量热仪在市场上国内产的很少。双干式虽然单次试验时间很短，约（2.53）min，但是效率不高，因为做完一次试验后，要求氧弹冷却至一定温度才可进行下一次试验，所需的时间较长，而且氧弹结构也较复杂，底部要装九个感温探头，所以，这种类型的量热仪市场上也很少。目前国内市场占主导地位的是多种不同型号的恒温式量热仪。根据外筒结构的不同又分为静态式（其容量较大，可装20kg左右水，但没有加热、制冷装置）和自动控温式（有加热、制冷装置可自动控温）。早期的氧弹叫三头

27、氧弹，其中两个头作点火电极用（其中一个兼作进气口），另一头作为出气口用。上世纪八十年代以后逐渐改为现在流行的单头氧弹，将进、出气口与一个电极合在一起，另一电极固定在恒温桶的盖子上，结构比三头氧弹简单，故障也大为减少。目前大量使用的单头氧弹，内腔容积约300ml左右，也有少数厂家生产内腔容积180mL、200ml、250ml和350ml的。外筒形状大都采用圆形，外壳则有圆形也有方形或其他形状。内筒有圆形和椭圆形，早期的还有菱形、梨形（横截面）等。内筒水定量的方式，早期量热仪是采取称量的方式。国外从上世纪七十年代，国内从九十年代中期开始采用自动定量的方式。自动定量的方式也有多种，有利用连通器原理的

28、自动平衡式，有探针式，有虹吸式，还有量杯式等。读温的方式有早期的贝克曼温度计，也有现在普遍采用的铂金探头，也有少数采用晶振方式的。我国从1957年开始生产量热仪，这之前主要用前苏联生产的。至上世纪八十年代初一直生产用贝克曼温度计读温的量热仪，所有操作包括温度记录、称水、调水温、点火、充氧、放气、开关、搅拌、计算结果都是人工完成，做一个样从开始到计算出结果要（23）小时，操作非常繁琐，效率非常低。上世纪八十年代初，由当时的能源部（后来分为电力部和煤炭部）委托当时的第四机械工业部（后改为电子部）将量热仪进行改进，以适应国民经济快速发展的需要。第四机械工业部将该项目交给了长沙的直属厂国营4435厂（

29、即国营韶光电工厂），因为该厂有一个微机分厂专门从事微型计算机的开发应用，罗建文董事长当时是该分厂的厂长，由他负责组织开发出了我国第一台电脑控制的量热仪。在我国量热仪的发展史上是一次重大突破：第一、解决了不用人工读温，而由计算机自动读温的问题；第二、解决了测试过程自动控制的问题；第三、计算结果由计算机自动完成。因而大大简化了操作步骤和繁琐的计算，效率大大提高，（2040）min左右可做完一个样（采取不同的冷却校正公式，时间长短不同）。一九九六年时任长沙煤质电脑仪器厂（长沙开元仪器有限公司前身）厂长的罗建文厂长亲自组织我们开发出了我国第一台自动量热仪，不仅解决了不用称内筒水和调水温的问题，更重要的

30、是为自动升降、自动充氧放气、电标热容量、制冷等先进技术的开发应用提供了前提和条件。这是我国量热仪发展史上的第二次重大突破。进入二十一世纪后，国产量热仪的整体水平，无论功能、技术指标等都已经与从外国进口的量热仪不相上下。我国从此进口量热仪的数量就越来越少。反过来我们的量热仪已经批量出口到俄罗斯、白俄罗斯、乌克兰、印度、巴基斯坦、菲律宾、泰国、缅甸、印度尼西亚、越南、澳大利亚、阿尔巴尼亚、土耳其、南非、肯尼亚、荷兰、爱沙尼亚、马来西亚、新加坡、沙特阿拉伯、赞比亚、叙利亚、巴西、蒙古、台湾、香港等国家和地区。二、量热仪的用途量热仪主要用来测定各种固态、液态可燃物质的热值。如：测定煤、水煤浆、石油、食

31、品、饲料、炸药、水泥生料等的热值。量热仪也可配合其它装置用来测煤中的硫（称弹筒硫）、煤中的氯、煤中的灰分等。量热仪的使用部门已不仅限于传统的煤矿、电厂，而扩展到了冶金、化工、建材、食品、饲料等企业及大专院校、科研院所等事业单位和质量监督、环保等政府部门。它在国民经济运行中的作用已经越来越重要。1993年以前，煤炭是以灰分含量多少来计价的。1993年以后，国家规定煤炭以发热量的高低来计价。从9500J/g到29500J/g，每500J/g为一档分为四十档。煤价在150元/吨左右时，相差一档的差价是3.5元/吨左右。煤价现在涨到400元/吨左右了，相差一档的差价已经超过10元/吨以上。以一台60万千瓦的燃煤机组为例，每年约烧190万吨煤，如果因发热量的检测差一档，以最低差价10元/吨计算，190万吨10元/吨=1900万元。这无论对供煤单位还是用煤单位都是一个可观的数字。如果该机组配套的锅炉设计要求燃烧21000J/g的煤，但实际上燃烧了21500J/g的煤则该锅炉每年要浪费1900万元，可见发热量