第四章发热量测定方法.ppt

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1、煤是由有机物和无机物组成的混合物。由于成煤原始物质、转变条件和作用的多变性，导致煤的化学及元素组成、分子结构、化学及工艺性质、种类的复杂性和多样性。煤化学是从化学的角度研究煤的化学及元素组成、工艺性质和分类及合理应用的边缘学科。,第四章 煤化学的基本知识,煤化学的研究方法,煤的工业分析,研究煤的化学组成,煤的元素分析,煤的工艺性质试验,研究煤的元素组成,研究煤的工艺性质,煤的工业分类,煤质评价,煤的综合利用,煤质分析化验的方法有两大类：一类是测定煤中固有的成分和性质，如水分、碳、氢等，另一类是测定煤经过转化后生成的物质和呈现的性质，如灰分、挥发分、发热量等。为了统一标准和便于使用，各煤质分析项

2、目的结果都是用一定的符号表示。通常是由煤质分析项目的符号、分析项目存在状态或操作条件的符号、分析项目基准的符号这三类符号构成了煤质分析结果的表示符号。新国家标准中对常用符号作了如下规定：1）符号一律用英文；2）ISO规定了的符号，基本采用；3）ISO没规定的符号，用欧美通用的符号；4）ISO和欧美都没有的，用英语名词的开头字母(或缩写字母)表示；5）我国或其他国家独有的项目，采用其原规定的符号。,第一节 煤样及煤质分析结果的表示方法,一、煤样,二、煤质分析结果的表示方法,煤是大宗商品，为了鉴定煤的质量，通常是抽取一小部分煤来进行质量的鉴定，这个抽取过程就是采样。为确定煤的某些特征，从煤中采取的

3、、具有代表性的一部分煤称为煤样。,（一）表示煤质分析项目的符号,（一般是用该项目英文名称的第一个字母或缩略字大写表示）,新、旧标准中常用煤质分析项目的表示符号对照表,（是用相应英文名称的第一个字母或缩写字的小写表示，把它下标于煤质分析项目符号的右下角）,新、旧标准中常用煤质分析项目存在状态或操作条件的符号对照表,（在修订后的国家标准中，分析项目基准的符号是用各英文名称的小写字母表示的，把它下标于“煤质分析项目符号”的右下侧，并与“表示煤质分析项目存在状态或操作条件符号”之间用“逗号”隔开）,（二）表示煤质分析项目存在状态或操作条件的符号,（三）表示煤质分析项目基准的符号,煤质分析项目的基准即煤

4、样的基准，是表示煤质分析化验结果是以什么状态下的煤样为基础而测得的。,1.基准的含义,新、旧标准中常用煤质分析项目基准的名称及符号对照表,2.常用基准的含义及使用意义 收到基（ar）：是以收到状态的煤样为基准（包含了煤的全部组分）。用于销售煤，物料平衡、热平衡及热效率计算。空气干燥基（ad）：是以与空气湿度达到平衡状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分）。多用于试验室煤质分析项目测定的基础。干燥基（d）：是以假想无水状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分和内在水分）。主要用于比较煤的质量，用于表示煤的灰分、硫分、磷分、发热量等。干燥无灰基（daf）：是以假想无水无灰状态的煤样为基准（不包含煤的外在

5、水分和内在水分及灰分）。主要用于了解和研究煤的有机质。干燥无矿物质基（dmmf）：是以假想无水无矿物质状态的煤样为基准（不包含煤的外在水分和内在水分及矿物质）。主要用于高硫煤的有机质研究。恒湿无灰基（maf）：恒湿状态（温度20、空气湿度96%）和假想无灰状态下的煤样分析基准。主要用于表示煤的发热量（作为煤工业分类指标）。,3.各基准的关系 对于同一煤样，其化验结果若以不同的基准来表示则数值不同。因此，同类分析项目只有在相同基准的基础上才能进行比较。各基准的关系如下图所示。,4.各基准的换算,试验室条件下测定的煤质分析项目通常是以空气干燥基为基准测得的。但在表示煤质分析报出的结果时，国家标准通

6、常规定将空气干燥煤样基准的各个指标换算成收到基、干燥基煤样、干燥无灰基煤样为基准的指标；在实际工作中，有时也需要把一些指标换算成其它基准（例如：工业上计算物料平衡或热平衡时，就需将有关指标换算成收到基，以求得每吨原料煤能产生多少热量、多少煤灰、含多少碳等）。为此，我们必须了解各种指标、各种基准之间的关系和换算。常用的各基准间的换算公式如下（用X代表某煤质分析项目）：,（1）空气干燥基与干燥基的换算（2）空气干燥基与干燥无灰基的换算（3）干燥基与干燥无灰基的换算（4）收到基与干燥无灰基的换算（5）收到基与空气干燥基的换算（6）全水分计算公式,(4-1),(4-2),(4-3),(4-4),(4-

7、5),(4-6),进行基准换算时要注意以下三个问题：（1）换算的煤质分析指标必须含于对方的基准中，否则就不能换算。如：St,ad中包含了St,d，它们之间可用公式4-1进行换算；Ad和Adaf之间就不能换算，因为干燥无灰基中不存在灰分。（2）用以上公式换算时各煤质分析测定结果不代入百分符号，但写答案时要把百分号加上。（3）基准不相同的数据不能直接加减。,4.常用煤质指标的基准,（1）在用煤的灰分、硫分、磷分、发热量来表示煤质时，常用干燥基为基准，即Ad、St,d、Pd、Qgr,d；（2）在研究煤的有机质特性时，常用干燥无灰基为基准，如Vdaf、Cdaf、Hdaf等。（3）在计算物料平衡、热平衡

8、、煤炭计量计价时，常用收到基为基准，如Mt,ar、Qnet,ar、Aar、Har等。,第二节 煤的化学组成,一、煤中的水分（M）,煤,加热,挥发部分,不挥发部分,水分（M）,煤中无机质热解生成的气体,煤中有机质热解生成的气体（V）,煤中无机质热解形成的残渣（A）,煤中有机质产生热量的部分（FC）,2%，不计,2%，减去,煤的化学组成M+A+V+FC,（一）煤中水分的来源,煤中的水分来源于成煤过程中、煤形成后及在开采、洗选和运输过程中等。,煤的工业分析：是指测定煤中M、A、V、FC的过程。,重点、难点内容注意,（二）煤中水分的种类,煤中的水分,按水分在煤中的存在状态分,按测定煤中水分时的操作条件

9、分,游离水：是吸附在煤表面和存在于煤内部毛细管中的水分。,化合水：是指煤中矿物质的结晶水。在煤的工业分析中不考虑这种水分。,自由水分：是附着在煤表面和内部大毛细管（半径大于10-5cm）中的水分,湿存水分：是存在于煤内部小毛细管（半径小于10-5cm）中的水分。,外在水分（Mf）:是指在4050的测定条件下，煤样与周围空气达到湿度平衡时失去的水分。,内在水分（Minh）:是指在100110测定条件下，煤样达到干燥状态时所失去的水分。,煤的最高内在水分（MHC）：是指煤在温度30、相对湿度为9697的条件下达到吸湿平衡的内在水分。以最高内在水分状态的煤样为基准即为恒湿基，其分析结果数据多在煤理论

10、研究和煤分类上应用。,煤的全水分是煤的外在水分和内在水分之和。即：Mt,ar=Mf,ar+Minh,ar 煤的工业分析中，煤的外在水分（Mf,ar）是以收到基为基准、煤的内在水分（Minh,ad）又是以空气干燥基为基准测定的。由于它们之间的基准不同，因此煤的全水分不能直接用它们相加得到，而必须用全水分计算公式（式4-6）经过换算得到（*下页例）。收到基全水分（Mt,ar）表示的是煤中的实际含水量。,（三）煤中的全水分（Mt，ar）,（四）煤水分指标的使用意义,1.收到基全水分（Mt,ar）：它是衡量煤炭经济价值最基本的质量指标之一，也是商品煤计价的重要依据，在工业上全水分可用来计算热平衡、物料

11、平衡和煤的发热量等。2.空气干燥基水分（Mad）：主要用于煤质分析中各项指标的计算和基准换算。,*煤水分指标符号的简写：,Mt,ar,简写,Mt,Mar,Mf，ar,简写,Mf,Minh,Minh,Mad,简写,简写,Minh，ar,Minh，ad,例4-1 某收到基煤样重1000.0g，风干后重900.0g。用两份风干煤样各10.000g测定内在水分，即在105干燥后得到的两份煤样分别重9.512g和9.484g。问该煤样的全水分？解：（1）计算该煤样的外在水分（2）计算该煤样的内在水分,煤中的全水分计算举例,（3）计算该煤样的全水分 按式（4-6）：答：该煤样的全水分为14.52。,水分在

12、泥炭中可达4050；褐煤约为1040；烟煤一般为18；无烟煤则又有增加的趋势，这是因为无烟煤中孔隙增加的原因。评价煤质时，按Mt%对煤中的水分进行分级。,（五）煤中全水分（Mt，ar）的分级,煤的全水分分级（MT/T 8502000）,一般来说，水分是煤中的有害成分，对煤的工业利用是不利的；但水分对煤的工业利用也有好的一方面。1.水分对煤工业利用的危害（1）在煤的运输中，增加了无效运输量和运输成本；（2）燃烧时，降低了煤的发热量；（3）贮存时，使煤易碎裂、加速煤的氧化和自燃，在冬季使煤装卸困难；FeS2+H2O+O2FeSO4+H2SO4+Q（4）炼焦时，延长炼焦时间，并使焦炉的使用寿命缩短；

13、（5）机械加工中，水分高的煤难于破碎和筛分，不仅降低生产效率，还可能损坏设备。2.水分对煤工业利用的益处（1）在燃烧粉煤时，煤中含有适量的水分，可以防止粉煤的散失，并适当改善炉膛的辐射能；（2）水分可作为加氢液化和气化的供氢体。,（六）煤中水分对煤利用的影响,煤中的矿物质是煤中除了水分以外的无机物。煤的灰分不是煤中固有的成分，而是煤中的矿物质在煤燃烧时经过失水、分解、氧化、化合等变化而产生的固态混合物，因此，严格地讲不能叫“煤中的灰分”，而应叫“煤的灰分产率”。,二、煤中的矿物质（MM）和煤的灰分产率（A）,（一）煤中的矿物质（MM）,煤中矿物质的划分及来源,原生矿物质,次生矿物质,外来矿物质

14、,来源于,来源于,来源于,成煤植物本身所含的矿物质，一般为12。不能用机械方法除去。,在成煤过程中，从外界进入成煤沼泽中以后保留于煤中的的矿物质，含量不高。较难与煤分离。,在采煤过程中，煤层的顶板、底板、夹矸等混入煤中的矿物质。可用一般的选煤方法除去。,内在矿物质,内在灰分,外在矿物质,外在灰分,形成,形成,煤中矿物质的含量变化很大，一般为2%40%；其化学组成又极为复杂，主要有氧化物、硫化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐类等。,#煤中矿物质含量一般都不直接测定，而是利用它与煤的灰分等之间的关系，采用经验公式近似地算出煤中矿物质的含量。对煤中的矿物质含量可采用以下公式进行计算：式中：MM煤中矿物质的

15、含量，；Aad空气干燥基灰分，；St,ad 空气干燥基全硫，；Sp,ad空气干燥基硫化铁硫，；(CO2)空气干燥基碳酸盐二氧化碳含量，；0.3 经验系数。当煤中的碳酸盐、硫酸盐等较多时，其矿物质的含量可用式(4-7)计算；含碳酸盐、硫酸盐和氧化铁较少的煤，则可采用式(4-8)进行计算。,(4-7),(4-8),1.煤的灰分 煤的灰分是煤完全燃烧后，煤中的矿物质发生失水、分解、氧化、化合等反应形成的混合物。Al4(Si4O10)(OH8)4SiO2+2Al2O3+4H2OCaCO3CaO+CO2FeS2+11O22Fe2O3+8SO2CaO+SiO2CaSiO3 2.煤的灰分产率（A）煤质分析中

16、常以空气干燥基煤样测定煤的灰分产率(Aad)。具体是将一定质量的空气干燥基（ad）煤样放入85015的马弗炉中烧至恒重，灼烧后残渣(灰分)的质量占煤样质量的百分率即煤的灰分产率。,（二）煤的灰分产率（A）,分解：,高岭土,失水：,氧化：,化合：,3.煤灰分产率（Aad%）的换算 为了消除因空气干燥基煤样中内在水分的变化对灰分产率的影响，并使不同煤样之间灰分产率的大小具有可比性，在表示煤的灰分产率时，要把空气干燥基灰分（Aad）换算成干燥基灰分（Ad）。其换算公式如下：,例4-2 某煤层两个煤样的煤质分析结果为：煤样1：Mad1=5.0%，Aad1=19.0%；煤样2：Mad2=10.0%，Aa

17、d2=18.0%。求该煤层的干燥基灰分？解：按式（4-9）：则：该煤层的答：该煤层的干燥基灰分为20.0。,(4-9),4.根据煤的干燥基灰分（Ad%）对煤的分级,煤的干燥基灰分（Ad）是工业上衡量煤质的重要指标之一。根据煤的干燥基灰分产率（Ad），GB/T 15224.12004对动力煤、冶炼用炼焦精煤等分别进行了分级。（1）动力煤灰分分级 动力煤的灰分按表1分级。（2）冶炼用炼焦精煤的灰分分级 冶炼用炼焦精煤的灰分按表2分级。,例4-3已知某煤样的Mt=10.0%，Mad=1.0%，Aad=11.0%。问1吨该煤会产生多少灰分？解：按式（4-5）：1吨该煤产生的灰分答：1吨该煤会产生100

18、kg灰分。,5.煤的灰分对煤利用的影响,一般来说，矿物质或灰分是煤的有害成分，灰分越高，煤质越差。灰分可降低煤的发热量、增加运输成本、增多出渣量、降低焦炭的质量和焦炉的生产效率、加速煤的风化和自燃等。煤灰渣也可用作为一种资源开发利用，如用作建材原料和从煤灰中提取聚合铝、氯化铝、稀有分散元素等。,表1 动力煤的灰分分级,表2 冶炼用炼焦精煤的灰分分级,（3）高炉喷吹用煤的灰分分级高炉喷吹用煤的灰分分级可参照“表2 冶炼用炼焦精煤进行分级”。（4）其他用炼焦精煤和原料用煤的灰分分级其他用炼焦精煤和原料用煤的灰分分级可参照“表1 动力煤炭进行分级”。,煤中的有机质=100-水分-矿物质 煤中有机质的

19、真正含量不易测定，主要是由于煤中矿物质很难测定。常用煤中的灰分产率（Aad%）近似地表示煤中矿物质的含量，即：煤中的有机质100-Mad-Aad=可燃质。,三、煤中的有机质和煤的挥发分产率（V）,（一）煤中的有机质,（二）煤的挥发分产率（V）,1.煤的挥发分 煤的挥发分是煤样在一定条件下隔绝空气加热，煤中的有机物在特定条件下热分解“挥发”出来的产物。,2.煤的挥发分产率（V）煤的挥发分产率是将l0.01g空气干燥基煤样，置于带盖的瓷坩埚中，在隔绝空气和90010的温度下加热7min，以煤样失去的质量占煤样质量的百分数减去空气干燥基水分的百分含量即为该煤样的挥发分产率（Vad）。,3.煤挥发分产

20、率（Vad%）的换算 由于空气干燥基挥发分（Vad）是用含有水分和矿物质的空气干燥基煤样测得的，因此煤样Mad和Aad的不同，必然要导致Vad的不同。为了消除水分和灰分对挥发分的影响，准确地反映不同煤的挥发分产率的大小，必须将空气干燥基挥发分（Vad）换算成干燥无灰基挥发分（Vdaf）。其换算公式为：,(4-10),例4-4 某煤层两个煤样的煤质分析结果为：煤样1：Mad1=5.0%，Aad1=19.0%，Vad1=18.0%；煤样2：Mad2=10.0%，Aad2=18.0%，Vad2=14.0%。求该煤层的干燥基灰分？解：按式（4-10）：则：该煤层的答：该煤层的干燥基灰分为20.0。,4

21、.根据煤的干燥无灰基挥发分（Vdaf%）对煤的分级,煤的干燥无灰基挥发分产率分级（MT/T 849-2000）,5.煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）的使用意义,（1）我国煤炭分类的重要指标之一；（2）工业上在选择气化、液化、动力和炼焦用煤时，都要首先考虑挥发分是否符合要求。,6.影响煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）的因素,煤的挥发分产率受多种因素影响，主要有：煤的成因类型、煤化程度、煤岩成分、矿物质含量、测试条件 等。,（）,煤的固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后的残留物。从煤的工业分析角度出发，空气干燥基煤样的质量近似等于它的水分、灰分、挥发分和固定碳的质量之和，即煤的固定碳可按下式计

22、算：,四、煤的固定碳（FC）,在用固定碳表示煤的有机质特征时，其固定碳应按下式计算：,煤的固定碳与煤有机质中的碳含量是两个不同的概念。固定碳实际上是煤的有机质在隔绝空气条件下热解后的残留物，从元素组成看，固定碳除主要含碳外，还有少量的氢、氧、氮、硫等元素；而煤中的碳元素几乎都是以有机物形式存在的，只有微量的碳以碳酸盐形式存在于煤的无机矿物质中。因此，就数量上讲，煤的固定碳含量小于煤中有机质的碳含量。,干燥无灰基固定碳（FCdaf）（1）用来衡量煤的煤化程度，其含量随煤化程度的增高而增大。一般褐煤的60，烟煤的为6090，而无烟煤的90；（2）工业用煤的一项质量指标；（3）计算煤的发热量的主要参

23、数。,煤的干燥无灰基固定碳与干燥无灰基挥发分产率之比是煤的燃料比。,从化学角度看，组成煤的主要元素是碳、氢、氧、氮、硫、磷等；另外还有一些含量极少的元素，如砷、氯、锗、镓、铀、钒、钛等。煤中的碳、氢、氧、氮是组成煤有机质的主要元素，其总和占有机质的95以上，所以是煤质研究的重要内容；而硫、磷、砷等是煤中的有害元素，对煤质有很大的影响。煤的元素分析是测定碳、氢、氧、氮、硫五种元素的含量的过程。通常，只对碳、氢、氮、硫四种元素进行测定，氧含量则采用减差法求得。煤元素分析时用空气干燥基（ad）煤样测定，但结果常用干燥无灰基（daf）或干燥基（d）表示。,第三节 煤的元素组成,一、煤中的碳元素（Cda

24、f%）,煤中的碳是组成煤有机质的第一重要元素。它是煤有机质中含量最高的元素，也是煤在燃烧过程中产生热量的重要元素之一（每1纯碳完全燃烧能放出34038KJ的热量），还是组成煤的大分子骨架的主要元素之一。,C+O2CO2+Q,燃烧,煤中的氢是组成煤有机质的第二重要元素。它虽然含量不高，但却是煤中重要的可燃物质，每1氢完全燃烧能放出142961KJ的热量（是碳的3.84.2倍）；氢也是组成煤大分子的骨架和侧链的不可缺少的重要元素。腐泥煤中氢含量一般6；腐植煤中的氢含量一般6，并随煤化程度的增高而降低。煤中氢元素（Hdaf%）的含量是我国煤工业分类的指标之一（）。,二、煤中的氢元素（Hdaf%）,三

25、、煤中的氧元素（Odaf%）,煤中的氧是组成煤有机质的第三重要元素，含量仅次于碳，但它是煤中不可燃成分。由于氧元素在煤的燃烧过程中不产生热量，却能与产生热量的氢生成水，使煤的发热量降低，因此氧含量高对动力用煤来说是不利的；对于炼焦用煤，氧含量增高会使其粘结性和结焦性大为降低，甚至失去粘结性。但氧是煤中反应能力较强的元素，当煤用于制取芳香羧酸和腐植酸类物质时，氧的存在是有利的。煤中氧的含量，通常是根据工业分析、元素分析的测定数据以减差法求得的：,H2+O2H2O+Q,燃烧,煤中的氮元素含量仅为0.42.6，但它是煤中唯一完全以有机状态存在的元素。当煤作为高温热加工原料进行加热时，煤中氮的一部分变

26、成N2、NH3及其它一些有机含氮物质逸出，而这些化合物可回收制成氮肥、硝酸、药品等化学产品；煤在燃烧时，氮是不可燃成分，煤中一部分氮转变为氮的氧化物，形成了燃煤所排放的废气中氮的氧化物总量的一部分，是空气污染物；另一部分氮则呈游离状态进入废气中。,四、煤中的氮元素（Ndaf%）,煤中C、H、O、N四种元素组成含量比较,硫是煤中的主要有害元素之一。在各种类型煤中都含有数量不等的硫分，少的在1左右，高者可达10以上。,五、煤中的硫元素（St,d%）,（一）煤中硫的分类,煤中的硫（St）,无机硫（Si）：是指存在于煤的矿物质中的硫,硫化铁硫（Sp）：是煤中硫化物硫 的总称，以硫化铁硫 为主。,硫酸盐

27、硫（Ss）：是煤中硫酸盐硫 的总称，主要是石膏、绿矾。,有机硫（So）：是指与煤有机质相结合的硫。含量一般小于0.5%，目前还不能用机械方法除去。,按存在状态,St=Sp+Ss+So,（二）煤中硫的测定和换算,在煤的元素分析中，通常是用空气干燥基煤样（ad）测定煤的全硫（St,ad）（除特殊需要外，一般不单独测定各种形态硫）。在评价煤质时，为了消除因ad煤样中内在水分的变化对煤硫分值的影响，并使不同煤层的硫含量具有可比性，煤中的硫含量是将空气干燥基全硫（St,ad）换算成干燥基全硫（St,d）来表示。其换算公式如下：,硫是存在于煤中的一种有害杂质，对煤的工业利用有不利的影响，但硫又是一种重要的

28、化工原料，所以硫是评价煤质的重要指标之一。GB/T 15224.22004 按煤的干燥基全硫（St,d%）对煤的分级：,（三）根据煤的干燥基全硫（St,d%）对煤的分级（GB/T 15224.22004）,1.动力煤硫分分级（1）不同煤种的基准发热量值 不同煤种的基准发热量（是指对不同煤种规定的干燥基高位发热量）见表1。,表1 不同煤种的基准发热量,（2）无烟煤和烟煤的硫分分级,表2 无烟煤和烟煤的硫分分级,无烟煤和烟煤的硫分在基准发热量时按表2进行分级。,（3）褐煤的硫分分级 褐煤的硫分在基准发热量时按表3进行分级。,表3 褐煤的硫分分级,*当煤炭的实测干燥基高位发热量不等于基准发热量时，要

29、对硫分进行折算，得到折算后的干燥基全硫，然后以折算后的干燥基全硫按表2或表3进行分级。折算后的干燥基全硫的计算方法：折算后的干燥基全硫=实测的干燥基全硫,2.冶炼用炼焦精煤硫分分级 冶炼用炼焦精煤的硫分按表4进行分级。,表4 冶炼用炼焦精煤的硫分分级,3.其他用炼焦精煤和原料用煤的硫分分级 其他用炼焦精煤和原料用煤的硫分分级可参照冶炼用炼焦精煤进行分级。4.高炉喷吹用煤的硫分分级 高炉喷吹用煤的硫分分级可参照冶炼用炼焦精煤进行分级。,（四）煤中的硫对煤加工利用的影响,1.煤中硫对煤加工利用的危害 在燃烧和气化时，煤中的硫转变成的二氧化硫、硫化氢既腐蚀设备又污染环境，还使催化剂中毒，影响生产正常

30、进行和产品质量。用于炼焦时，其中7080的硫转入焦炭，焦炭用于冶金，使炼出的生铁含硫较多而具有热脆性，不仅使生铁的质量差，而且还使高炉的生产能力下降并严重腐蚀设备。因此，要求炼焦用煤的硫分应小于l.0。在煤的储存时，煤中的FeS2能促进煤的氧化和自燃等。煤中的硫含量越多，煤的质量越差，对煤加工利用带来的危害也越大。,2.煤中硫的利用 硫是一种宝贵的资源。可用来生产硫酸和杀虫剂等；在橡胶、制药等工业上有着广泛的应用。故在选煤时回收煤中的黄铁矿；从燃烧的烟道中和煤气中回收各种含硫化合物；在燃煤中加脱硫剂以及从焦炉气中回收硫等都是有效利用途经。,六、煤中的磷元素（Pd%）,煤中的磷主要是无机磷（如磷

31、灰石Ca3(PO4)2CaF2和磷酸铝（Al6P01418H20）等），此外，还有微量的有机磷。我国原煤中的含磷量普遍较低，一般为0.010.1，最高不超过1。磷是煤中的有害成分，对煤的利用产生不利影响，故煤中磷含量也是评价煤质的主要指标之一。根据煤的干燥基磷含量（Pd%），对煤进行分级（MT/T562-1996）。,煤中磷分分级,七、煤中的砷元素（As）,煤中的砷多以有机物的形式存在，有时也以硫化砷（雄黄或雌黄）或砷黄铁矿（FeS2FeAs2）形式混杂于煤中。我国煤中砷的含量极低，一般只有0.150g/t,个别的可达283g/t。砷在煤燃烧时生成的三氧化二砷(俗称“砒霜”)是一种剧毒物。煤中

32、砷含量分级（MT/T 803-1999）如下表。,煤中砷含量分级,国外规定：在酿造和食品工业中，燃煤的砷含量不得超过8g/t。,八、煤中的氯元素（Cl）,煤中的氯多以氯化钠、氯化钾的形式存在，其含量一般为0.010.20，个别可达1.00。但氯的危害极大，含氯煤用于炼焦对焦炉内壁的耐火砖有腐蚀，用于气化要腐蚀各种管道，用作动力燃料将使锅炉遭到强烈腐蚀。煤中氯含量分级（MT/T 597-1996）如下表。,煤中氯含量分级,煤中还有锗、镓、铀、钒、金、银等元素。,煤的工艺性质是指在一定的条件下，煤加工转化成产物及其转化过程所呈现的特征。煤的工艺性质是选择煤的最佳加工利用途径、正确评价煤质及合理利用

33、煤炭资源的依据。煤的工艺性质很多，主要有以下几类：（1）燃烧和气化用煤的工艺性质：煤的发热量、煤的热稳定性、煤的化学反应性、煤的燃点、煤灰熔融性、煤的机械强度等。（2）炼焦用煤的工艺性质：煤的粘结性和结焦性等。（3）其它用煤的工艺性质：煤的低温干馏焦油产率、腐植酸产率、苯萃取物产率、煤的粒度组成、煤的密度组成、煤的可选性、煤的透光率等。下面介绍煤质评价中及与煤的工业分类有关常用的工艺性质：,第四节 煤的工艺性质,重点、难点内容注意,发热量是指单位质量的煤完全燃烧时放出的热量。发热量的单位是J/g或者KJ/kg或MJ/kg。常用MJ/kg（=1000 KJ/kg）表示。过去我国惯用的热量单位为2

34、0卡/克（cal/g）或大卡（千卡）/千克（kcal/kg），二者的关系是：1cal=4.1816J,一、煤的发热量（Q）,（一）煤发热量的含义及单位,（二）煤发热量的测定,我国国家标准规定的发热量测定方法是氧弹量热法，其测定结果是煤的空气干燥基弹筒发热量（Qb,ad）。在规定条件下测定Qb,ad时，由于煤样是在高压过氧状态下燃烧，因此发生了煤在空气中燃烧时所不能发生的化学反应（如：煤中的S、N转化成硫酸、硝酸而放热；煤中的水由气态变为液态而放热等）。使Qb,ad中包含了酸生成热和水的液化热等，则Qb,ad大于煤在空气中燃烧时的发热量。故必须对Qb,ad进行修正或换算，使其能表示煤在空气中燃烧

35、时的发热量。,我国煤的发热量测定方法国家标准规定：测定的煤发热量空气干燥基弹筒发热量（Qb,ad）只作为基础数据，报出结果必须采用空气干燥基高位发热量（Qgr,v,ad）和空气干燥基低位发热量（Qnet,v,ad）。1.煤的恒容高位发热量（Qgr,v,ad，简写为“Qgr,ad”）煤的恒容高位发热量是煤样在氧弹内燃烧时产生的热量减去硫酸和硝酸生成热后的热量。计算公式如下：,（三）煤发热量的表示方法,式中：95硫酸生成热校正系数，它是煤中每l(0.Olg)的硫生成硫酸的生成热和硫酸溶于水的溶解热之和，J；Sb,ad弹筒洗液中测得的硫，（当煤中St,d4和 Qb,ad14.60MJ/kg时，可用S

36、t,ad代替Sb,ad）；硝酸生成热校正系数（当Qb,ad 16.70MJ/kg时，取值为0.0010；当16.70MJ/kg Qb,ad 25.10MJ/kg时，取值为0.0012；当Qb,ad 25.10MJ/kg时，取值为0.0016）。,(4-11),2.煤的恒容低位发热量（Qnet,v,ad，简写为“Qnet,ad”）煤的恒容低位发热量是煤的恒容高位发热量减去煤样中内在水分和氢燃烧时生成水的液化热后的热值。（1）若不考虑水由液态变为气态时体积膨胀做功，其计算公式为：,(4-12),式中：25常数，即每1(0.01g)水的蒸发热为25J；9把氢折算为水的系数。,（2）若考虑水由液态变为

37、气态时体积膨胀做功，其计算公式为：,(4-13),例4-5 某煤样的分析数据如下表所示。,单位：%,求：Qgr,ad、Qgr,d、Qnet,ar？,解：（1）计算Qgr,ad 且Qb,ad=21.00 MJ/kg14.60 MJ/kg)，故可用St,ad代替Sb,ad。又16.70 MJ/kg Qb,ad=21.00MJ/kg25.10 MJ/kg，故=0.0012。,4.0%,按式（4-11）：（2）计算Qgr,d按式（4-1）：,J/g=20.78 MJ/kg,MJ/kg,（3）计算Qnet,ar按式（4-12）：,J/g=19.55 MJ/kg,若不考虑水由液态变为气态时体积膨胀做功，按

38、式（4-5）:,MJ/kg,若考虑水由液态变为气态时体积膨胀做功，按式（4-13）:答：该煤的Qgr,ad、Qgr,d、Qnet,ar分别为20.78 MJ/kg、21.23MJ/kg和19.27或19.34 MJ/kg。,J/g=19.34 MJ/kg,（四）煤发热量的常用指标及其使用意义和换算,1.煤的干燥无灰基高位发热量（Qgr,daf）,用于评定煤炭质量和煤质研究,式中：若碳酸盐二氧化碳的含量小于2时，可略去不计。,2.煤的收到基低位发热量(Qnet,ar),其最接近工业锅炉燃烧煤产生的实际热量，用于动力用煤的有关计算、工业锅炉的设计和煤炭运销计价,3.煤的干燥基高位发热量(Qgr,v

39、,d),4.煤的恒湿无灰基高位发热量(Qgr,maf)（）,用于不同化验室之间发热量测定值的对比和煤的发热量分级,用于我国煤的分类，作为区分烟煤和褐煤的辅助指标,煤的发热量是煤质特性的综合指标，受到多种因素的影响。在煤化程度相同时，腐泥煤和残植煤的发热量比腐植煤低。在腐植煤中，发热量和煤化程度之间呈现规律性的变化关系。从褐煤焦煤阶段，煤的发热量逐渐增加，在焦煤阶段达到了最大值；此后，从瘦煤无烟煤，煤的发热量略有下降。,（五）煤发热量与煤类的关系,各种煤的发热量范围 单位：MJ/kg,（六）根据煤的干燥基高位发热量（Qgr,d）对煤分级,煤炭发热量分级（GB/T15224.32004）：,1.无

40、烟煤和烟煤的发热量分级按表1进行。,表1 无烟煤和烟煤发热量的分级,2.褐煤的发热量的分级按表2进行。,表2 褐煤发热量的分级,煤在隔绝空气的条件下加热时，在不同温度下发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程称为煤的热解（热分解或干馏）。煤的粘结性是指煤在干馏时粘结本身或外加惰性物质的能力；煤的结焦性是指煤经干馏结成焦炭的性能。煤的粘结性与结焦性关系密切：粘结性是结焦性的前提和必要条件，结焦性包括保证结焦过程能够顺利进行的所有性质。但粘结性好的煤，结焦性不一定就好(如肥煤)；结焦性好的煤，粘结性一定好。煤的粘结性和结焦性是炼焦用煤的重要工艺性质，炼焦用煤必须具有较好的粘结性和结焦性，才能炼出优质

41、的冶金焦炭。,二、煤的粘结性和结焦性,（一）煤粘结性和结焦性的含义及关系,（二）衡量煤粘结性和结焦性的主要指标,既表示煤的粘结性和结焦性、又与煤工业分类有关的指标（、）,1.胶质层最大厚度（Y，mm）（）,煤杯中煤样结焦过程示意图1-测胶质层厚度的探针；2-压力盘；3-煤样；4-胶质层上层面；5-胶质层；6-胶质层下层面；7-半焦,胶质层最大厚度的测定是在模拟工业炼焦的条件下进行。把煤样放在一个特制的煤杯中，在煤样上加一个压力盘。当煤杯中的煤样自底部单侧加热时，煤样就处在一系列的等温层中。各层温度自上而下升高。温度相当于软化点的层面以上的煤样尚未有明显的变化；而该层面以下的煤样都热解软化，形成

42、具有塑性的胶质体。温度相当于固化点的层面以下的煤样则已热解、固化后形成半焦。这样，在加热过程中的某一段时间内，在煤杯内就形成了半焦层、胶质层和未软化的煤层三部分（如图所示）。,在测定过程中，煤杯底部由于受热最早，所以先形成一层胶质体。随着温度的不断升高，胶质层的厚度也在逐渐增加，当温度上升到固化温度时，底部的胶质体就开始固化。在煤杯的中部，胶质层的厚度比较大，再往上时胶质层的厚度在不断地变化，以测定的胶质层最大厚度(Y,mm)作为报出结果。,按胶质层最大厚度（Y，mm）对煤的粘结性分级,胶质层最大厚度与煤化程度的关系,实践证明：胶质层最大厚度值具有加和性，即几种煤配合后热解，配合煤的Y值等于各

43、种煤单独热解时Y值的加权平均值。这一性质可用于指导配煤炼焦。以胶质层最大厚度作为粘结性的指标，测定方法简单，重现性好，对中等粘结性煤的区分能力强。多种煤的Y值具有加和性，这是其它粘结性指标所不具备的。缺点是Y值只能反映胶质体的数量而不能反映胶质体的质量。,2.粘结指数（GR.I.）（）,（1）罗加指数（R.I.）罗加指数法是波兰煤化学家罗加提出的一种测定烟煤粘结无烟煤能力的方法。罗加指数测定的方法要点：把1g粒度小于0.2mm的空气干燥煤样和5g标准无烟煤混合放入坩埚中并给予适当的加压荷重，,是指Ad4、Vdaf在45、粒度在0.30.4mm的无烟煤（我国现在都用宁夏汝箕沟煤矿的无烟煤并经1.

44、7g/cm3重液洗选）。,在850的温度下焦化15min后取出称量，得出焦炭总质量m；筛去粒度小于lmm的粒焦，再称得焦炭的质量m；把焦炭放在特定转鼓中转磨5min，再筛去粒度小于lmm的粉焦，称得焦炭质量m1；将所得的焦炭第二次、第三次重复上述操作，并分别得焦炭质量m2和m3,最后按下面公式计算罗加指数：,罗加指数法的不足：不论煤的粘结能力的大小，都以1：5的比例将煤样和标准无烟煤混合；而且标准无烟煤的粒度较大(0.30.4mm)，容易对粒度小于0.2mm的煤样离析；对于强粘结性的煤来说，无法显示它们的强粘结性，所以难于分辨粘结能力的大小；此外，罗加指数的测定值往往偏高，对弱粘结煤测定时重复

45、性差；而且各国所采用的标准无烟煤不同，在国际间无可比性。,（2）粘结指数（GR.I.）我国煤炭科学院在分析了罗加指数的优缺点以后，提出用粘结指数作为表征烟煤粘结性的指标，用GR.I.表示（可简写为G）。,测定方法的要点是：将空气干燥基煤样和标准无烟煤先按1：5的比例混合在坩埚内，然后放在850的马弗炉中焦化15min，称出焦粒重m；将称重后的焦粒放入转鼓内进行第一次转磨，转鼓转速50r/min，转磨5min；转磨后用lmm的圆孔筛筛分，其筛上物称重m1；再将筛上物进行第二次转磨，并称出大于lmm的焦炭重m2。粘结指数用下列公式进行计算：,粘结指数（G）的测定原理和罗加指数法相同。但将标准无烟煤

46、的粒度改为0.10.2mm、与空气干燥基煤样的比例作了灵活的变动、转鼓试验由三次改为两次。,当测得的G18时，需作补充试验。此时试验煤样和专用无烟煤的比例改为3：3，即称取3g试验用煤样与3g专用无烟煤混合。其余操作同上。结果按下式计算,按粘结性指数（GR.I.）对煤的分级,粘结指数对于强粘结性和弱粘结性的煤的区分能力都有所提高。此外，粘结指数的测定结果重现性好。（3）奥亚膨胀度(b)（）此法由法国的奥蒂伯尔特于1926年首先创立，后经亚纽改进，在西欧被广泛地应用。测定方法要点：称取小于0.15mm的煤样10g，加lcm3水混合，按规定方法制成煤笔(长60mm)，放入一根标准口径的膨胀管内，其

47、上放置一根能在管内自由滑动的钢杆(膨胀杆)。将上述装置放在专用的电炉内，以3/min的升温速度加热到550。以膨胀杆上升的最大距离占煤笔原始长度的百分数作为煤的膨胀度(b)；以膨胀杆下降的最大距离占煤笔原始长度的百分数作为最大收缩度(a)（下图）。,典型的体积膨胀曲线示意图T1-软化温度，即膨胀杆下降0.5mm时的温度()；T2-始膨温度，膨胀杆下降到最低点后开始上升时的温度()；T3-固化温度，膨胀杆停止移动时的温度()；a-最大收缩度，；b-煤的膨胀度，,奥亚膨胀度测定法的偶然误差小，重现性好，对强粘结煤的粘结性有较好的区别能力，但设备加工比较困难，对弱粘结煤区别能差。,三、煤的活性（）,

48、我国采用的是煤对二氧化碳的反应性，以二氧化碳的还原率来表示煤的活性。煤对二氧化碳还原率越高，煤的反应性越强。在同一反应温度下，褐煤的反应性最强，烟煤次之，无烟煤最弱。煤的反应性是评价气化和燃烧用煤一项重要指标。,煤的热稳定性是指煤在高温下保持原来粒度的性质。测定煤的热稳定性方法要点：是称取一定量的613mm的空气干燥煤样，装入5个100cm3的带盖瓷坩埚中，放入已预热到850土15的马弗炉内加热30min；取出冷却后，称出残焦质量；过筛，分别算出6mm、36mm、3mm级残焦质量百分比。以TS+6、TS36、TS-3表示煤的热稳定性，其中以TS+6作为主要指标，其他为辅助指标。TS+6值越高，

49、煤的热稳定性越好。按TS+6煤的对煤的热稳定性分级（MT/T560-1996）：,四、煤的热稳定性（TS）,煤的热稳定性分级,在燃烧或气化过程中：热稳定性好的煤，能保持其原来的粒度，或者只碎裂成少量的小块；而热稳定性差的煤，在燃烧或气化过程中会爆裂成碎块，降低气化和燃烧效率。,煤灰熔融性是指煤灰在一定温度条件下熔融的温度范围。煤灰是混合物，所以不可能有固定的熔点。,五、煤灰熔融性（ST）,煤灰熔融示意图DT-变形温度，即锥尖开始弯曲或变圆的温度，；ST-软化温度，即锥体弯曲到锥尖触及托板或锥体变成球形时的温度，；FT-流动温度，即灰锥完全熔化成薄层，其厚度不超过1.5mm时的温度，。,测定煤灰

50、熔融性常用角锥法。此法是把煤灰制成一定大小的灰锥，然后放在托板上移入灰熔融性测定炉内加热，观察灰锥的变化情况，并记录三个温度：DT、ST、FT（如图所示）。工业上常以ST、FT来衡量煤灰的熔融性，并根据ST、FT对煤灰的熔融性分级。煤灰熔融性软化温度（ST，）分级（MT/T 583.1-2000）见下表1；煤灰熔融性流动温度（FT，）分级（MT/T 583.2-2000）表2。煤灰熔融性是评价动力用煤和气化用煤不可缺少的重要指标。应根据燃烧和气化炉的排渣方式来选择灰熔融性不同的煤：采用固态排渣炉要选用灰熔融温度高的煤，而采用液态排渣炉则必须用灰熔融温度低的煤。,表2 煤灰熔融性流动温度分级,表