煤质分析.docx

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煤质分析

煤的元素分析与工业分析

通过元素分析方法得出的煤的主要组成成分，称元素分析成分。

它包括碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、灰分（A）、水分（M）。

其中碳、氢、硫是可燃成分。

硫燃烧后要生成SO2，及少量SO3，故它是有害成分。

煤中的水分和灰分也都是有害成分。

通过元素分析成分可以了解煤的特性及实用价值，燃烧计算也都使用元素分析数据。

但元素分析方法较为复杂。

发电厂常用较为简便的工业分析方法得到工业分析成分，用它可以基本了解煤的燃烧特性。

煤的工业分析是把煤加热到不同温度和保持不同的时间而获得水分、挥发分、固定碳、灰分的百分组成。

一、煤的元素分析

煤的元素分析是测定煤中碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、磷（P）等元素的含量。

碳是煤中最主要的可燃元素，也是煤中最基本的成分，其含量约占40%~85%。

1KG碳完全燃烧生成二氧化碳，能放出约32825.56KJ热量。

1KG碳不完全燃烧生成一氧化碳，只能放出约9258.06KG的热量。

碳的燃烧特点是不易着火，燃烧缓慢，火焰短。

煤的碳化程度越深，即含碳量越多，则着火和燃烧越困难。

氢是煤中单位发热量最高的元素，但含量不多，约占3%~6%。

氢极容易燃烧，且燃烧速度快。

煤中的硫由有机硫、硫化铁和硫酸盐中的硫三部分组成。

前两种硫可以燃烧，构成所谓的挥发硫或可燃硫；后一种硫不能燃烧，将其并入灰分。

硫是煤中的有害元素。

氧是煤中的杂质，不能产生热量。

由于氧的存在，使得煤中可燃元素的含量相对降低。

煤中的氧有两部分，一部分是游离的氧，它能助燃；另一部分以化合物状态存在，不能助燃。

氮、磷是煤中的杂质，其含量很小，对煤的燃烧影响不大。

二、煤的工业分析

煤的工业分析是对煤的水分、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。

（一）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。

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，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。

内在水分需在100度以上的温度经过一定时间才能蒸发。

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。

如煤中矿物硫酸钙（CaSO4.2H2O）中的水分子。

游离水在105～110度的温度下经过1～2小时可蒸发掉，而结晶水通常要在200度以上才能分解析出。

煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。

（二）煤的灰分

煤的灰分，是指煤完全燃烧后剩下的残渣。

因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤中矿物质（除水分外所有的无机质）在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物，所以确切地说，灰分应称为灰分产率。

煤中灰分来源于矿物质。

即煤中矿物质燃烧后形成灰分。

煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。

内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。

原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。

次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。

内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分，内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。

次生矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。

外在矿物质形成的灰分叫外在灰分，外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。

煤中灰分是煤炭计价指标之一。

灰分是煤中的有害物质，同样影响煤的使用、运输和储存。

煤用作动力燃料时，灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少。

矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而降低了煤的发热量，影响了锅炉操作（如易结渣、熄火），加剧了设备磨损，增加排渣量。

煤用于炼焦时，灰分增加，焦炭灰分也随之增加，从而降低了高炉的利用系数。

还必须指出的是，煤中灰分增加，增加了无效运输，加剧了运输的紧张

（三）煤的挥发分

煤的挥发分，即煤在一定温度下隔绝空气加热，逸出物质（气体或液体）中减掉水分后的含量。

剩下的残渣叫做焦渣。

因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。

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煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。

挥发分是煤分类的重要指标。

煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。

如泥炭的挥发分高达70%，褐煤一般为40～60%，烟煤一般为10～50%，高变质的无烟煤则小于10%。

煤的挥发分和煤岩组成有关，角质类的挥发分最高，镜煤、亮煤次之，丝碳最低。

（四）煤的固定碳

煤中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。

煤的固定碳与挥发分一样，也是表征煤的变质程度的一个指标，随变质程度的增高而增高。

固定碳是煤的发热量的重要来源，所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要参数。

固定碳也是合成氨用煤的一个重要指标。

（五）煤中硫分

煤中硫分，按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。

有的煤中还有少量的单质硫。

煤中的有机硫，是以有机物的形态存在与煤中的硫，其结构复杂，至今了解的还不够充分，大体有以下官能团：

硫醇类，R-SH（-SH，为硫基）；噻吩类，如噻吩、苯骈噻吩；硫醌类，如对硫醌；硫醚类，R-S-R＇；硫蒽类等

煤中无机硫，是以无机物形态存在于煤中的硫。

无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。

硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。

还有少量的ZnS,PbS等。

硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。

煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。

有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。

硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。

煤燃烧后留在灰渣中的硫（以硫酸盐硫为主），或焦化后留在焦炭中的硫（以有机硫、硫化钙和硫化亚铁等为主），称为固体硫。

煤燃烧逸出的硫，或煤焦化随煤气和焦油析出的硫，称为挥发硫（以硫化氢和硫氧化碳（COS）等为主）。

煤的固定硫和挥发硫不是不变的，而是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而变化。

煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫（St）。

煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫（Ss）、硫铁矿硫（Sp）和有机硫（So）．St=Ss+Sp+So

如果煤中有单质硫，全硫中还应包含单质硫

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硫是煤中有害物质之一。

煤作为燃料在燃烧时生成SO2,SO3不仅腐蚀设备，而且污染空气，甚至降酸雨，严重危及植物生长和人的健康。

煤用于合成氨制半水煤气时，由于煤气中硫化氢等气体较多不易脱净，易毒化合成催化剂而影响生产。

煤用于炼焦，煤中硫会进入焦炭，使钢铁变脆。

钢铁中硫含量大于0.07%时就成了废品。

为了减少钢铁中的硫，在高炉炼铁时加石灰石，这就降低了高炉的有效容积，而且还增加了排渣量。

煤在储运中，煤中硫化铁等含量多时，会因氧化、升温而自燃。

分析基（ad）：

进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为空气干燥状态。

·干燥基（d）：

进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为无水分状态。

收到基（ar）：

进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态。

干燥无灰基（daf）：

煤样的这种状态实际中是不存在的，是在煤质分析化验中，根据需要换算出的无水、无灰状态。

无水无矿物质基（dmmf）：

煤样的这种状态实际中也是不存在的，也是换算出的无水、无矿质状态。

·恒湿无灰基（maf）：

煤样的这种状态也是换算出来的。

恒湿的含义是指温度在30c，相对湿度为96%时测得煤样的水分（或叫最高内在水分）。

煤的成分基准

煤的成分基准通常分为收到基、空气干燥基、干燥基和干燥无灰基四种。

1收到基是以进入锅炉的工作煤为基准来表示各种成分含量的。

表示方法：

在各成分符号的右下角加“ar”字样表示。

进行煤质分析化验时，煤样所处的状态为收到该批煤所处的状态

2煤的空气干燥基

空气干燥基是以自然干燥法去掉外在水分的煤样作为分析基准的。

表示方法：

在各成分符号的右下角加“ad”字样表示。

3煤的干燥干燥基

干燥基是以去掉外在水分和内在水分后的煤样作为基准的。

表示方法：

在各成分符号的右下角加“d”字样表示。

干燥无灰基

从煤中除掉水分和灰分后的剩余部分作为试样，以此为基准的成分含量叫干燥无灰基表示方法：

在各成分符号的右下角加“daf”字样表示。

煤样的这种状态实际中是不存在的，

标准煤

答：

收到基低位发热量为29309kJ/kg的煤称为标准煤。

标准煤实际是不存在的，只是人为规定的。

提出“标准煤”的主要目的是把不同的燃料划归统一的标准，便于分析、比较热力设备的经济性。

煤碳中的挥发分和灰分

构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。

碳、氢、氧是煤炭有机质的主体，占95％以上；煤化程度越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。

碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的元素，氧是助燃元素。

煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析出。

硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。

煤碳燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫（SO2），随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。

所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。

煤中的有机质在一定温度和条件下，受热分解后产生的可燃性气体，被称为“挥发分”，它是由各种碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物组成的混合气体。

挥发分也是主要的煤质指标，在确定煤炭的加工利用途径和工艺条件时，挥发分有重要的参考作用。

煤化程度低的煤，挥发分较多。

如果燃烧条件不适当，挥发分高的煤燃烧时易产生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”；并产生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。

因此，要根据煤的挥发分选择适当的燃烧条件和设备。

煤中的无机物质含量很少，主要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和利用价值。

矿物质是煤炭的主要杂质，如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等，其中大部分属于有害成分。

“水分”对煤炭的加工利用有很大影响。

水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的发热量。

煤炭中的水分可分为外在水分和内在水分，一般以内在水分作为评定煤质的指标。

煤化程度越低，煤的内部表面积越大,水分含量越高。

“灰分”是煤碳完全燃烧后剩下的固体残渣，是重要的煤质指标。

灰分主要来自煤炭中不可燃烧的矿物质。

矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而灰分越高，煤炭燃烧的热效率越低；灰分越多，煤炭燃烧产生的灰渣越多，排放的飞灰也越多。

一般，优质煤和洗精煤的灰分含量相对较低。

煤的发热量与硫、磷

1.煤的发热量（卡/克或千卡/千克）

把一克煤样放在高压充氧的弹筒中燃烧,由量热计测得的发热量称为弹筒发热量（QDT）.当煤在弹筒中燃烧时,在高温高压下,氧生成硝酸,硫生成硫酸都放出热量,这部分热量也包括在弹筒发热量内.另外,水分在弹筒的高压下保持液态,也放出冷凝热.而煤在空气中燃烧时,硫成为二氧化硫放出,而水分仍保持水蒸汽状态,故弹筒发热量减去硫和氧的校正值后的发热量称为高位发热量（QGW）

工业上多采用应用煤的低位发热量（QDW）作为计算和设计依据.低位发热量可按下式计算:

发热量的大小取决于燃料中碳、氢、硫元素含量的多少。

高位发热量是指1kg燃料完全燃烧时放出的全部热量。

低位发热量是指从燃料高位发热量中扣除燃烧过程中氢燃烧生成的水和燃料带的水分汽化的吸热量。

我国电厂锅炉技术中常采用低位发热量。

标准煤

收到基低位发热量为29309kJ/kg的煤称为标准煤。

标准煤实际是不存在的，只是人为规定的。

提出“标准煤”的主要目的是把不同的燃料划归统一的标准，便于分析、比较热力设备的经济性。

2.煤中的硫

煤中硫分的赋存形态通常可分为有机硫和无机硫两大类,煤中各种形态的硫分的总和称为全硫（SQ）

1）有机硫：

煤的机质中所含的硫称为有机硫（SYJ）.有机硫主要来自成煤植物中的蛋白质和微生物的蛋白质.蛋白质中含硫0.3~2.4%,而植物整体的含硫量一般都小于0.5%（红树等滨海盐生植物的硫分较高）.一般煤中有机硫的含量较低,但组成很复杂,主要由硫醚或硫化物,二硫化物,硫醇,噻吩类杂环硫公物及硫醌分合物等组成或官能团所构成.有机硫与煤的有机质结为一体,分布均匀,很难清除,用一般物理洗选方法不能脱除.一般低硫煤中以有机硫为主,经过洗选,精煤全硫因灰分减少而增高.

2）无机硫：

无机硫又分为硫铁矿硫（STL）,硫酸盐硫（STY）两种,有时也有微量的元素硫.硫化物硫与有机硫合称为可燃硫,硫酸盐硫则为不可燃硫.硫化物硫中绝大部分以黄铁矿硫形态存在,有时也有少量的白铁矿硫.它们的分子式都是FeS2,但黄铁矿是正方晶系晶体,多呈结梳状,透镜状,团块状和浸染状等形态存在于煤中;白铁矿则是斜方晶系体，多呈放射状存在，它显微镜下的反射率比黄铁矿低。

硫化物硫清除的难易程度与矿物颗粒大小及分布状态有关，颗粒大的可利用黄铁矿与有机质比重不同洗选除去。

但以极细颗粒均匀分布在煤中的黄铁矿则即使将煤细碎也难以除掉。

硫化物硫在高硫煤的全硫中所占比重较大，它们一部分来源于适煤植物及其转化产物中的硫化物，另一部分则是由停滞缺氧水中的硫酸铁等盐类还原生成的。

硫酸盐硫主要存在形态是石膏（CaSO4.2H2O）,也有少量绿矾（FeSO4.7H2O）等。

我国在部分煤中硫酸盐含量大部分小于0.1%,部分煤为0.1~0.3%.一般硫酸盐硫含量较高的煤,可能曾受过氧化.

3.煤中的磷

煤中的磷主要是无机磷,也有微量有机磷.炼焦时,煤中磷全部进入焦炭,焦中磷又全部进入生铁,使钢铁冷脆.因此,磷是煤中有害成分.我国煤中磷含量较低,一般为0.01~0.1%,最高不超过1%.多数情况下不超过炼焦用煤的工业要求Pg＜0.01%.