第三章煤的工業分析方法

GB/T212-2008工業分析的定義：工業分析測定包括煤的水分，灰分，揮發分的測試，及計算得出固定碳的含量。一、水分測定的重要意義水分是一項重要的煤質指標，它在煤的基礎理論研究和加工利用中都具有重要的作用。煤的水分對其加工利用、貿易和儲存運輸都有很大影響。一般來說水分高不是一件好事。在鍋爐燃燒中，水分高會影響燃燒穩定性和熱傳導；在煉焦工業中，水分高會降低焦炭產率，而且由于水分大量蒸發帶走熱量而延長焦化周期；在煤炭貿易上，煤的水分是一個重要的計質和計量指標。在煤質分析中，煤的水分是進行不同基的煤質分析結果換算的基礎數據。二、灰分測定的重要意義

煤中灰分是另一項在煤質特性和利用研究中起重要作用的指標。在煤的燃燒和氣化中，根據煤灰含量以及它的諸如熔點、黏度、導電性和化學組成等特性來預測燃燒和氣化中可能出現的腐蝕、沾污、結渣問題，并據此進行爐型選擇和煤灰渣利用研究；在煉焦工業中，用煤的灰分量來預計焦炭中的灰分，煤的灰分越高，有效碳的產率就越低；在商業上可根據煤灰含量來定級論價等。三、揮發分測定的重要意義煤的揮發分產率與煤的變質程度有比較密切的關系——隨著變質程度的加深，揮發分逐漸降低，因此根據煤的揮發分產率可以估計煤的種類。在中國、美國、英國、法國、波蘭和國際煤炭分類方案中，都以揮發分作為第一分類指標。在燃煤中，可根據揮發分來選擇適用于特定煤源的燃燒設備或適于特定設備的煤源。四．工業分析測定方法A、水分的測定1.通氮干燥法（仲裁方法）方法提要：稱取一定量的一般分析試驗煤樣，置于（105～110）℃干燥箱中，在干燥氮氣流中干燥到質量恒定。然后根據煤樣的質量損失計算出水分的質量分數。試劑：氮氣：純度99.9﹪，含氧量小于0.01﹪。無水氯化鈣：化學純，粒狀。變色硅膠：工業用品。試驗步驟（略）2.空氣干燥法（日常分析方法）

方法提要:稱取一定量的一般分析試驗煤樣，置于（105～110）℃鼓風干燥箱中，在空氣流中干燥到質量恒定。然后根據煤樣的質量損失計算出水分的質量分數。試驗步驟：a.在預先干燥和已稱量過的稱量瓶內稱取粒度小于0.2mm的一般分析試驗煤樣（1±0.1g）稱準至0.0002g，平攤在稱量瓶中。b.打開稱量瓶蓋，放入預先鼓風并已加熱到（105～110）℃的干燥箱中。在一直鼓風的條件下，煙煤干燥1h，無煙煤干燥1.5h。（預先鼓風是為了使溫度均勻，可在稱量瓶放入干燥箱前3～5min就開始鼓風）。c.從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。d.進行檢查性干燥，每次30min，直到連續兩次干燥煤樣的質量減少不超過0.0010g或質量增加為止。在后一種情況下，采取質量增加前一次的質量為依據。水分在2.00﹪以下時，不必進行檢查性干燥。結果的計算分析水分Mad=(m1/m)×100其中：Mad——一般分析試驗煤樣水分的質量分數，﹪；m——稱取的一般分析試驗煤樣的質量，單位為克（g）；m1——煤樣干燥后失去的質量，單位為克（g）。

水分測定的重復性限（由于受氣候及環境濕度等因素的影響，水分不得比較再現性，即不同化驗室或同一化驗室在不同時間測試出的水分不能比較；其它指標的對比為：同一化驗室在短時間內可進行任一相同基準的對比，不同化驗室或同一化驗室兩次測試間隔時間較長時應對比干基，發熱量需對比干基高位）。

B.灰分的測定1.緩慢灰化法（仲裁方法）方法提要：稱取一定量的一般分析試驗煤樣，放入馬弗爐中，以一定的速度加熱到（815±10）℃，灰化并灼燒到質量恒定。以殘留物的質量占煤樣質量的質量分數作為煤樣的灰分。馬弗爐（高溫爐）：爐膛具有足夠的恒溫區，能保持溫度為（815±10）℃。爐后壁的上部帶有直徑為（25～30）mm的煙囪，下部離爐膛底（20～30）mm處有一個插熱電偶的小孔。爐門上有一個直徑為20mm的通氣孔。馬弗爐的恒溫區應在關閉爐門下測定，并至少每年測定一次。熱電偶至少每年校準一次。實驗步驟a.在預先灼燒至質量恒定的灰皿中，稱取粒度小于0.2mm的一般分析試驗煤樣（1±0.1）g，稱準至0.0002g，均勻地攤平在灰皿中，使其每平方厘米的質量不超過0.15g。b.將灰皿送入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區中，關上爐門并使爐門留有15mm左右的縫隙。在不少于30min的時間內將爐溫緩慢升至500℃，并在此溫度下保持30min。繼續升溫到（815±10℃），并在此溫度下保持1h。

c.從爐中取出灰皿，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫(約20min)后稱量；d.進行檢查性灼燒，溫度為（815±10）℃，每次20min，直到連續兩次灼燒后的質量變化不超過0.0010g為止。以最后一次灼燒后的質量為計算依據。灰分低于15.00%時,不必進行檢查性灼燒。2.快速灰化法（日常分析方法）方法提要：將裝有煤樣的灰皿由爐外逐漸送入預先加熱至（815±10）℃的馬弗爐中灰化并灼燒至質量恒定。以殘留物的質量占煤樣質量的質量分數作為煤樣的灰分。試驗步驟a.在預先灼燒至質量恒定的灰皿中，稱取粒度小于0.2mm的一般分析試驗煤樣（1±0.1）稱準至0.0002g，均勻地攤平在灰皿中，使其每平方厘米的質量不超過0.15g。b.將盛有煤樣的灰皿預先分排放在灰分坩堝架上。將馬弗爐加熱到850℃，打開爐門，將放有灰皿的坩堝架緩慢地推入馬弗爐中，先使第一排灰皿中的煤樣灰化。待（5～10）min后煤樣不再冒煙時，以每分鐘不大于2cm的速度把其余各排灰皿順序推入爐內熾熱部分（若煤樣著火發生爆燃，試驗應作廢）。c.關上爐門并使爐門留有15mm左右的縫隙，在（815±10）℃溫度下灼燒40min。d.從爐中取出灰皿，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫(約20min)后稱量；e.進行檢查性灼燒，溫度為（815±10）℃，每次20min，直到連續兩次灼燒后的質量變化不超過0.0010g為止。以最后一次灼燒后的質量為計算依據。如遇檢查性灼燒時結果不穩定，應改用緩慢灰化法重新測定。灰分低于15.00%時,不必進行檢查性灼燒。

煤炭中礦物質主要有：高嶺土、碳酸鈣、黃鐵礦和白鐵礦等，它們的分解式如下：2SiO2·Al2O3·2H2O→2SiO2+Al2O3+2H2O↑CaSO4·2H2O→CaSO4+2H2O↑CaCO3→CaO+CO2↑CaO+SO3→CaSO4CaO+SiO2→CaSiO34FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2↑2SO2+O2→2SO3

試驗證明，煤中黃鐵礦和有機硫在500℃以前就基本上氧化完全，而碳酸鈣從500℃開始分解到800℃分解完全。在高溫下碳酸鹽分解成氧化鈣和二氧化碳，同時黃鐵礦和有機硫也被氧化成二氧化硫和三氧化硫氣體，當這些氣體與氧化鈣接觸時，形成硫酸鈣而固定在灰分中，從而使灰分測定結果偏高。對于該類煤樣，應采用緩慢灰化法。

結果的計算灰分Aad=(m1/m)×100其中：Aad——空氣干燥基灰分的質量分數，﹪；m——稱取的一般分析試驗煤樣的質量，單位為克（g）；m1——灼燒后殘留物的質量，單位為克（g）。

C.揮發分的測定稱取一定量的一般分析試驗煤樣，放在帶蓋的瓷坩堝中，在（900±10）℃下，隔絕空氣加熱7min。以減少的質量占煤樣質量的質量分數，減去該煤樣的水分含量作為煤樣的揮發分。馬弗爐：能保持溫度在（900±10）℃，并有足夠的（900±5）℃的恒溫區。爐子的熱容量為當起始溫度為920℃左右時，放入室溫下的坩堝架和若干坩堝，關閉爐門后，在3min內能恢復到（900±10）℃。爐后壁有一個排氣孔和一個插熱電偶的小孔。小孔位置應使熱電偶插入爐內后其熱接點在坩堝底和爐底之間，距爐底（20～30）mm處。

試驗步驟a.在預先于900℃溫度下灼燒至質量恒定的帶蓋的瓷坩堝中，稱取粒度小于0.2mm的一般分析試驗煤樣1±0.01g，稱準至0.0002g，然后輕輕振動坩堝，使煤樣攤平，蓋上蓋，放在坩堝架上(褐煤和長焰煤應預先壓餅，并切成約3mm的小快)，（如果測定試樣不足6個，則在坩堝架的空位上用空坩堝補滿）。

b.將馬弗爐預先加熱至920℃左右。打開爐門，迅速將放有坩堝的架子送入恒溫區，立即關上爐門并計時，準確加熱7min。坩堝及架子放入后，要求爐溫在3min內恢復至(900±10)℃，此后保持在(900±10)℃，否則此次試驗作廢。加熱時間包括溫度恢復時間在內。c.從爐中取出坩堝，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫(約20min)后稱量。

結果的計算揮發分Vad=(m1/m)×100-Mad其中：Vad——空氣干燥基揮發分的質量分數，﹪；m——稱取的一般分析試驗煤樣的質量，單位為克（g）；m1——煤樣加熱后減少的質量，單位為克（g）；Mad——一般分析試驗煤樣水分的質量分數，﹪。固定碳的計算：

FCad=100-（Mad+Aad+Vad）

FCd=100-Ad-Vd干基與分析基的換算：

Xd=100×Xad/(100-Mad)實驗結果分析1.灰分結果偏低的原因可能是：(1).如果使用快速灰化法，爐溫升至850℃后推進煤樣的速度過快，煤樣爆燃引起飛濺損失，使測試結果偏低。(2).灰皿在試驗前未達到干燥狀態，吸附有水分，灼燒后計算灰分扣除的空灰皿質量偏大，導致灰分結果偏低。(3).測定的灰分結果未換算到干基即報出。3.灰分結果偏高的原因可能是：(1).部分煤樣不適合使用快灰方法。(2).試樣未攤均勻或實際爐溫偏低。(3).含金屬成份（如鐵）較多的煤樣在使用需通氧氣的自動工業分析儀進行測試時，因金屬物與氧氣反應而導致結果偏高(灰分實驗過程中不通氧氣助燃)。4.揮發分結果偏高的原因可能是：(1).馬弗爐內熱電偶位置不正確，其熱接點不是位于坩堝底與爐膛底之間，而是在坩堝上方，導致實際加熱溫度高于控制顯示溫度，造成結果偏高。(2).馬弗爐爐溫和恒溫區長期不標定，加熱溫度偏高。(3).試驗過程中未能控制好爐溫回升速度，爐溫過沖超過910℃。(4).坩堝蓋不嚴密，坩堝或坩堝蓋開裂，致使空氣進入氧化了部分煤樣，導致結果偏高。

5.揮發分測定結果偏低的原因可能是：(1).爐溫偏低，坩堝放在恒溫區