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煤的(de)工(gong)業分析

2018-09-18 01:21:43

[煤(mei)的工業分析(xi)]煤(mei)的工業分析(xi),又(you)叫(jiao)煤的技術(shu)分析或(huo)實(shi)用分析,是評價(jia)煤質的基本依(yi)據(ju)。在(zai)國家標準種,煤(mei)的工業分析(xi)包括煤的水分、灰(hui)分、揮發(fa)分和(he)固定碳(tan)等指(zhi)標(biao)的測定。通常煤的水(shui)分、灰(hui)分、揮發(fa)分和(he)固定碳(tan)等指(zhi)標(biao)的測定。通常煤的水(shui)分、灰(hui)分、揮發分是直接(jie)測(ce)出的,而(er)固定(ding)碳是用(yong)差(cha)減法計算出(chu)來(lai)的。廣義(yi)上講,煤(mei)的工業分析(xi)還包括煤的全硫分和發熱量的測定, 又叫煤的全工業分析。


1、煤的水分

煤的水分,是(shi)煤炭計價中(zhong)的一個(ge)輔助(zhu)指標。 
煤的水分直接影(ying)響(xiang)煤的使用、運輸和儲(chu)存。煤的水分增(zeng)加,煤中有(you)用成分相對(dui)減少(shao),且(qie)水分在燃(ran)燒時(shi)變(bian)成(cheng)蒸(zheng)汽要(yao)吸熱,因而降低了煤的發熱量。煤的水分增(zeng)加,還增加了無(wu)效(xiao)運(yun)輸,並給(gei)卸(xie)車帶(dai)來了困難。特點(dian)是冬(dong)季寒(han)冷地區(qu),經(jing)常(chang)發生(sheng)凍(dong)車,影響卸車,影響生產,影響車(che)皮周(zhou)轉,加劇(ju)了運輸(shu)的緊(jin)張(zhang)。煤的水分也(ye)容(rong)易引(yin)起(qi)煤炭粘(zhan)倉(cang)而減(jian)小煤倉容量,甚(shen)至(zhi)發生堵(du)倉事故。隨(sui)著礦井開(kai)采(cai)深度的增加(jia),采掘機(ji)械(xie)化(hua)的發展(zhan)和井(jing)下安(an)全生產的加強,以(yi)及噴(pen)露(lu)灑水、煤層注水、綜合(he)防(fang)塵等措施(shi)的實施,原(yuan)煤水分呈(cheng)增加的趨勢。為此,煤礦(kuang)除(chu)在開采設計(ji)上和開采過(guo)程中的采煤、掘進(jin)、通(tong)風和運輸等各(ge)個環節上(shang)製定減少煤的水分的措(cuo)施外,還應(ying)在煤的地(di)麵加工中采取措施減少煤的水分。

(1)煤中遊離水和化合水

煤中水分按(an)存在形(xing)態(tai)的不同分為兩(liang)類,既(ji)遊離水和化合水。遊(you)離(li)水是以物理狀態吸附(fu)在煤顆(ke)粒內(nei)部(bu)毛細(xi)管(guan)中和附著在煤顆粒(li)表(biao)麵的水分;化合水也叫結晶(jing)水,是以化合的方式同(tong)煤中礦物質(zhi)結合的水。如(ru)硫酸(suan)鈣(NaSO4.2H2O)和高齡(ling)土(AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的結(jie)晶水。遊離水在105~110C的溫度下經過1~2小時可蒸發掉,而結晶水通常要在200C以上才能分解析出。

煤的工業分析中隻(zhi)測試遊離水,不測結晶水。

(2)煤的外(wai)在水分和內在水分

煤的遊離水分又分為外在水分和內在水分。

外在水分,是附著(zhu)在煤顆粒表麵的水分。外在水分很容易在常溫(wen)下的幹燥(zao)空氣(qi)中蒸發,蒸發到煤顆粒表麵的水蒸氣壓(ya)與空(kong)氣的濕度(du)平(ping)衡(heng)時就(jiu)不再蒸發了。

內在水分,是吸(xi)附在煤顆粒內部毛細孔(kong)中的水分。內在水分需在100C以上的溫度經過一定時間(jian)才能(neng)蒸發。

最高(gao)內在水分,當煤顆粒內部毛細孔內吸附的書分達(da)到(dao)飽(bao)和狀態時,這(zhe)是煤的內在水分達到最(zui)高值,稱為最高(gao)內在水分。最高(gao)內在水分與煤的孔隙度有關,而煤的孔隙度又於(yu)煤的煤化程(cheng)度有關,所(suo)以,最高(gao)內在水分含量在相當程度上能表征煤的煤化程度,尤其能更好(hao)地區分低(di)煤化度煤。如年輕褐煤的最高(gao)內在水分多在25%以上,少數的如雲南彌勒褐煤最高(gao)內在水分達31%。最高(gao)內在水分小於2%的煙(yan)煤,幾(ji)乎(hu)都是強(qiang)粘性(xing)和高發熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的最高(gao)內在水分比煙煤有有所下降,因為無煙煤的孔隙度比煙煤增加了。

(3)煤的全水分

全水分,是煤炭按灰分計加中的一(yi)個輔助指標。
a.煤中全水分的含義。煤中全水分,是指煤中全部的遊離水分,即煤中外在水分和內在水分之和。必(bi)須指出的是,化驗(yan)室(shi)裏測試(shi)煤的全水分時所測的煤的外在水分和內在水分,與(yu)上麵講的煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分是完全不同的。化驗室裏所測的外在水分是指煤樣(yang)在空氣中並同空氣濕度達到平衡時失去的水分(這是吸附在煤毛(mao)細孔中的內在水分也會(hui)相(xiang)應失去(qu)一部分,其(qi)數量隨當時空氣濕度的降低和溫度的升(sheng)高而增大(da)),這時殘留(liu)在煤中的水分為內在水分。顯(xian)然,化驗室測試的外在水分和內在水分,除與煤中不同結構狀(zhuang)態下的外在水分和內在水分有關(guan)外,還與測試是空氣的濕度和溫度有關。
b.煤的全水分測試方法要點見GB212-91。

2、煤的灰分

煤的灰分,是指煤完全燃燒後(hou)剩(sheng)下的殘渣。因(yin)為這個殘(can)渣是煤中可燃物完全燃燒,煤中礦物質(除水分外所有的無機質)在煤完(wan)全燃燒(shao)過程中經過一係(xi)列(lie)分解(jie)、化合反應後的產(chan)物,所以確切地說,灰分應稱為灰分產率。

(1)煤中礦物質

煤中礦物(wu)質分為內在礦物質和外在礦物質。

a.內在礦物質,又分為原生礦物質和次生礦物質。

原生礦物質,是成煤植(zhi)物本身(shen)所含的礦物質,其含量一般(ban)不超(chao)過1~2%;次(ci)生礦物質,是成煤過程中泥(ni)炭沼(zhao)澤(ze)液中的礦物質與成煤植物遺體(ti)混(hun)在一起成煤而留在煤中的。次(ci)生礦物質的含量一般也不高,但變化較(jiao)大。

內在礦物質所形成的灰分叫內在灰分,內在灰分隻能用化學的方法(fa)才(cai)能將其從(cong)煤中分離出去。

b.外來礦物質,是在菜煤和運輸過程中混入(ru)煤中的頂、底板(ban)和夾(jia)石層的矸石(shi)。外在礦物質形成的灰分叫外在灰分,外在灰分可(ke)用洗(xi)選的方法將(jiang)其從煤中分離出去。

(2)煤中灰分

煤中灰分來源於礦物質。煤中礦物質燃燒後形成灰分。如粘土(tu)、石膏(gao)、碳酸鹽(yan)、黃鐵(tie)礦等礦物質在煤的燃燒中發生分解和化合,有一部分變成氣體逸(yi)出,留下的殘渣就是灰分。










  灰分通常比原物質含量要少,因此根(gen)據灰分,用適(shi)當公式(shi)校正(zheng)後可近(jin)似地算(suan)出礦物質含量。

(3)煤灰灰分對工業利用的影響

煤中灰分是煤炭計價指標之(zhi)一。在灰分計加重,灰分是計價的基(ji)礎指標;在發熱量計加重,灰分是計價的輔助指標。

灰分是煤中的有害物質,同樣影響煤的使(shi)用、運輸和儲存。

煤用作(zuo)動(dong)力燃料時,灰分增加,煤中可燃物質含量相對減少。礦物質燃燒灰化時要吸收(shou)熱量,大量排渣要帶走熱量,因而降低了煤的發熱量,影響了鍋爐(lu)操(cao)作(如易結渣(zha)、熄火(huo)),加劇了設備磨(mo)損,增加排渣量。煤用於煉(lian)焦(jiao)時,灰分增加,焦炭灰分也隨之增加,從而降低了高爐的利用係數。還必須指出的是,煤中灰分增加,增加了無效運輸,加劇了我(wo)國鐵路(lu)運輸的緊張。

(4)煤的灰分測定見(jian)GB212-91。

3、煤的揮(hui)發分

煤的揮發分,即煤在一定溫度下隔(ge)絕空氣加熱,逸出物質(氣體或液(ye)體)中減掉水分後的含量。剩下的殘渣叫做(zuo)焦渣。因為揮發分不是煤中固有的,而是在特(te)定溫度下熱解的產物,所以確切的說(shuo)應稱為揮發分產率(lv)。

(1)煤的揮發分不僅是煉焦、氣化要考(kao)慮的一個指標,也是動力(li)用煤的一個重要指標,是動力煤按發熱量計價的一個輔助指標。

揮發分是煤分類(lei)的重要指標。煤的揮發分反映(ying)了煤的變質程度,揮發分由大到小,煤的變質程度由小到大。如泥炭的揮發分高達70%,褐煤一般為40~60%,煙煤一般為10~50%,高變質的無煙煤則小於10%。煤的揮發分和煤岩(yan)組(zu)成有關,角(jiao)質類的揮發分最高,鏡(jing)煤、亮煤次之,絲碳最低。所以世(shi)界各國和我國都(dou)以煤的揮發分作為煤分類的最重要的指標。

(2)煤的揮發分測試要點見GB212-91。


有關國標、行(xing)業標準 GB 3715-91  代替GB 3715-83



4、煤的固(gu)定碳

煤中去掉(diao)水分、灰分、揮發分,剩下的就是固定碳。 

煤的固定碳與揮發分一樣,也是表征煤的變質程度的一個指標,隨變質程度的增高而增高。所以一些(xie)國家(jia)以固定碳作為煤分類的一個指標。

固定碳是煤的發熱量的重要來源,所以有的國家以固定碳作為煤發熱量計算的主要參(can)數。固定碳也是合成氨(an)用煤的一個重(zhong)要指標。

固定碳計算公式:

(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)

當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量為2-12%時:

(FC)ad=100-(Mad-Aad+Vad)-CO2,ad(煤)

當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量大於12%時:

(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)-[CO2,ad(煤)-CO2,ad(焦渣)]

式中:

(FC)ad——分析煤樣的固定碳,%;

Mad——分析煤樣的水分,%;

Aad——分析煤樣的灰分,%;

Vad——分析煤樣的揮發分,%;

CO2,ad(煤)——分析煤樣中碳酸鹽CO2含量,%;

CO2,ad(焦渣)——焦渣中CO2占(zhan)煤中的含量,%;

5、煤的硫(liu)分

(1)煤中硫存在的形態

煤中硫分,按其存在的形態分為有機硫和無機硫兩種(zhong)。有的煤中還有少量的單質硫。

煤中的有機硫,是以有機物的形態存在與煤中的硫,其結構(gou)複雜,至今(jin)了解的還不夠(gou)充分,大體有以下官能團(tuan):

硫醇(chun)類,R-SH(-SH,為硫基);

噻吩(fen)類,如噻吩、苯(ben)駢噻(sai)吩、硫醌類,如對硫醌、硫醚(mi)類,R-S-R';硫蒽(en)類等(deng)。

煤中無機硫,是以無機物形態存在於煤中的留。無機硫又分為硫化物硫和硫酸鹽硫。

硫化物硫絕(jue)大部分是黃鐵礦硫,少部分為白(bai)鐵礦硫,兩者是同質多晶體。還有少量的ZnS,PbS等。硫酸鹽硫主要存在於CaSO4中。

煤中硫分,按其在空氣中能否(fou)燃燒又分為可燃硫和不可燃硫。有機硫、硫鐵礦硫和單(dan)質硫都能在空氣中燃燒,都是可燃硫。硫酸鹽硫不能在空氣中燃燒,是不可燃硫。煤燃燒後留在灰渣中的硫(以硫酸鹽硫為主(zhu)),或焦化後留在焦炭(tan)中的硫(以有機硫、硫化鈣和硫化亞(ya)鐵等為主),稱為固體硫。煤燃燒逸出的硫,或煤焦化隨煤氣和焦油析出的硫,稱為揮發硫(以硫化氫(qing)和硫氧(yang)化碳(COS)等為主)。煤的固定硫和揮發硫不是不變的,而是隨燃燒或焦化溫度、升溫速(su)度和礦物質組分的性質和數量等而變化。

煤中各種形態的硫的總和稱為煤的全硫(St)。煤的全硫通常包含煤的硫酸鹽硫(Ss)、硫鐵礦硫(Sp)和有機硫(So).St=Ss+Sp+So

如果(guo)煤中有單支(zhi)流(liu),全硫中還應包含單質硫。

(2)煤中硫對工業利用的影響

硫是煤中有害物質之一。煤作為燃料(liao)在燃燒時生成SO2,SO3不僅腐(fu)蝕設備,而且汙(wu)染(ran)空氣,甚至降酸雨,嚴重危及(ji)植物生長和人的健(jian)康(kang)。煤用於合成氨製(zhi)半(ban)水煤氣時,由於煤氣中硫化氫等氣體較多不易脫(tuo)淨,易毒(du)化合成催(cui)化劑(ji)而影響生產。煤用於煉焦,煤中硫會進入焦炭,使鋼(gang)鐵變脆。鋼鐵中硫含量大於0.07%時就成了廢品(pin)。為了減少鋼鐵中的硫,在高爐煉鐵時加石灰石,這就降低了高爐的有效容積,而且還增加了排渣量。煤在儲運中,煤中硫化鐵等含量多時,會因氧化、升溫而自(zi)燃。我國煤田(tian)硫的含量不一。東北、華北等煤田硫含量較低,山(shan)東(dong)棗莊小槽(cao)煤、內蒙烏大、山西汾(fen)西(xi)、山西銅川等煤礦硫含量較高,貴州(zhou)、四(si)川等煤礦硫含量更(geng)高。四川有的煤礦硫含量高達4~6%以上,洗選(xuan)後降到2%都困(kun)難(nan)。脫去煤中的硫,是煤炭利用的一個重要課題(ti)。在這方麵(mian)美國(guo)等西方國家對潔(jie)淨(jing)煤的研(yan)究取(qu)得很(hen)大進展。他(ta)們(men)首先是發展煤的洗選加工(原煤入洗比重0~80%以上,我國不足20%),通過洗選降低了煤中的灰分,除去煤中的無機硫(有機硫靠(kao)洗選是除不去的);其次是在煤的燃燒中脫硫和煙道(dao)氣中脫硫。這無疑(yi)增加了用煤成本(ben)。猫咪视频APP官方网也在開展潔淨煤的研究,針對我國目前動力煤洗煤廠能力利用率僅50%多,應盡快製定和實施燃煤環(huan)保法,以促(cu)進煤碳洗選加工的發展和潔淨煤技(ji)術的應用。

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