煤的工業(yè)分析及其影響因素*

蘇　倩，趙云發(fā)，李　東，閆龍成

(中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院化學(xué)工程系，寧夏　銀川　750021)

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煤的工業(yè)分析及其影響因素*

蘇倩，趙云發(fā)，李東，閆龍成

(中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院化學(xué)工程系，寧夏銀川750021)

煤的工業(yè)分析包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分以及固定碳的分析[1]。本文介紹了煤的水分、灰分以及揮發(fā)分含量的測定方法，由于固定碳含量通過計算求得，本文不做介紹。其中，影響水分測定的因素有煤樣狀態(tài)、環(huán)境濕度等；影響灰分測定的因素有溫度、冷卻時間等；影響揮發(fā)分測定的因素有煤化程度、煤巖組成、煤的粒度以及升溫速度等。為了提高測定的準(zhǔn)確度，必須正確分析各測定項的影響因素。

工業(yè)分析；水分；揮發(fā)分；灰分；影響因素

確定煤化學(xué)組成最基本的方式是對煤進(jìn)行工業(yè)分析，它是在特定條件下，將煤的組分劃分成水分、灰分、揮發(fā)分以及固定碳四種。根據(jù)煤的這四項指標(biāo)，可初步判斷煤的種類、性質(zhì)、加工效果以及用途等，是最為重要的基礎(chǔ)性檢驗。其中水分是煤中固有的組分，其它三種是煤在測定條件下轉(zhuǎn)化來的產(chǎn)物，最終的測定結(jié)果依測定條件的不同而不同。

1　水分的測定

1.1方法要點

稱取一定量的空氣干燥煤樣，置于105～110 ℃的干燥箱中，在通入空氣的條件下干燥到質(zhì)量不變?yōu)橹梗⒏鶕?jù)煤樣的質(zhì)量損失計算出水分的百分含量[2]。

空氣干燥煤樣水分含量按下式計算：

式中：MAd——水分含量， %

m1——煤樣干燥后減少的質(zhì)量，g

m——煤樣的質(zhì)量，g

1.2影響水分測定的因素

一般分析試驗煤樣水分是內(nèi)在水分，它存在于煤的毛細(xì)孔隙中，呈吸附態(tài)或凝聚態(tài)，它的大小反映了煤中的孔隙及其內(nèi)表面的特性。

1.2.1煤樣要處于空氣干燥狀態(tài)

空氣干燥狀態(tài)指的是溫度在20 ℃，空氣濕度為60%的情況下，煤樣在空氣中連續(xù)干燥1 h，其質(zhì)量變化不大于0.1%[3]。如果未達(dá)到空氣干燥狀態(tài)，即煤的外在水分尚未完全失去，則會使測定結(jié)果偏高；而如果煤樣處于干燥或半干燥狀態(tài)，而檢測結(jié)果卻以空氣干燥基表示，則會使測定結(jié)果偏低[4]。

1.2.2環(huán)境濕度

環(huán)境濕度的變化較大程度的影響煤的MAd。相同溫度，不同濕度下，隨著濕度的增加，MAd增大；并且MAd越大，受空氣濕度的影響較大；相對濕度較低時，對MAd的影響較大。

水分的測試是一項規(guī)范性測試，其影響因素較多，在測定空氣干燥煤樣水分時，要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行操作，注意各種細(xì)節(jié)，確保結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2　灰分的測定

2.1方法要點

煤中灰分方法的測定一般有兩種，緩慢灰化法和快速灰化法，本文只介紹緩慢灰化法。稱取一定量的空氣干燥煤樣，放入馬弗爐中，以恒定的速度加熱到(815±10) ℃，灰化并灼燒到質(zhì)量不變?yōu)橹梗詺埩粑锏馁|(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)作為灰分產(chǎn)率[2]。空氣干燥煤樣的灰分按下式計算：

式中：Aad——空氣干燥煤樣的灰分產(chǎn)率， %

m1——殘留物的質(zhì)量，g

m——煤樣的質(zhì)量，g

2.2影響灰分測定的因素

煤的灰分是煤分析過程中再生成的產(chǎn)物，是煤中含有的礦物質(zhì)在特定條件下轉(zhuǎn)變而成的。煤的灰分與礦物質(zhì)不同，首先是煤的灰分與礦物質(zhì)在組成上有很大不同，其次是生成的灰分的量比相應(yīng)的礦物質(zhì)要低。煤中含有的礦物質(zhì)在高溫下會發(fā)生分解、氧化、化合等化學(xué)反應(yīng)，最后轉(zhuǎn)化為灰分。煤的灰分產(chǎn)率與煤化程度沒有規(guī)律性關(guān)系，煤化程度一般只影響煤的有機(jī)質(zhì)，對煤的礦物質(zhì)影響不大，對灰分也就幾乎沒有影響[5]。影響煤灰分測定的因素主要有以下幾點。

2.2.1溫度

影響灰分測定的溫度有室溫、以及升溫速度。其中室溫主要對快速灰化法產(chǎn)生影響，室溫較低時所測結(jié)果比室溫較高所測結(jié)果偏低。

緩慢灰化法受升溫速度的影響比較大，在最初開始加熱的時候，煤中的硫被固定下來多少直接由升溫速度決定，并且若煤樣中含硫量越高，對測定結(jié)果的影響就越大；升溫時間越短，測得的灰分越高；升溫時間越長，測得的結(jié)果就越準(zhǔn)確[6]。

2.2.2冷卻時間

空氣中含有的水分會被灼燒后的煤灰吸收，從而造成測定結(jié)果偏高。并且，灼燒后的煤灰在空氣中暴露的時間越長，也會造成測定結(jié)果的偏高。

3　揮發(fā)分的測定

3.1方法要點

稱取一定質(zhì)量的空氣干燥煤樣，置于帶蓋的瓷坩堝中，在(900±10) ℃隔絕空氣加熱7 min，以煤樣減少的質(zhì)量占總煤樣質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)與該煤樣的水分含量(MAd)之差作為揮發(fā)分產(chǎn)率[2]。空氣干燥煤樣的揮發(fā)分按下式計算：

式中：Vad——揮發(fā)分產(chǎn)率， %

m1——煤樣加熱后減少的質(zhì)量，g

m——煤樣的質(zhì)量，g

MAd——水分含量， %

3.2影響揮發(fā)分測定的因素

3.2.1煤化程度

煤的揮發(fā)分產(chǎn)率受煤的煤化程度影響較大，揮發(fā)分產(chǎn)率隨著煤的煤化程度加深而逐漸降低，主要因為隨著煤化程度的加深，煤的芳香化程度也越高，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，揮發(fā)分越低[7]。其中，揮發(fā)分含量最高的是褐煤，基本在40%以上；揮發(fā)分含量最低的是無煙煤，基本在10%以下。煤分子中化學(xué)活性高的脂肪側(cè)鏈、由含氧官能團(tuán)斷裂后生成的小分子化合物以及在高溫條件下煤有機(jī)質(zhì)高分子縮聚時生成的氫氣構(gòu)成了煤的揮發(fā)分。隨著煤化程度的加深，煤分子上的活潑脂肪側(cè)鏈和含氧基團(tuán)含量均下降；高煤化程度煤分子的縮聚度高，熱解時進(jìn)一步縮聚的反應(yīng)少，由此產(chǎn)生的氫氣量也少[8]。所以，煤的揮發(fā)分隨煤化程度的提高而下降。

3.2.2煤巖組成

殼質(zhì)組揮發(fā)分產(chǎn)率最高，其次是鏡質(zhì)組，惰質(zhì)組最低。這是因為殼質(zhì)組化學(xué)組成中抗熱分解能力低的鏈狀化合物占有較大比例，而惰質(zhì)組的分子主要以抗熱分解能力強(qiáng)的縮合芳香結(jié)構(gòu)為主，鏡質(zhì)組居于二者之間。由于各個具有不同的揮發(fā)分，所以煤的揮發(fā)分隨顯微組成的變化而變化，并且非常敏感[7]。

3.2.3煤的粒度

大顆粒徑煤的揮發(fā)分產(chǎn)率偏低；同時，當(dāng)煤粉粒徑小于0.25 mm時，隨顆粒粒徑的減小，揮發(fā)分略有減少[10]。

3.2.4升溫速度

當(dāng)升溫速度過慢時，揮發(fā)分測定結(jié)果偏低；并且，用熱坩堝架測定的結(jié)果明顯高于室溫下坩堝架測定的結(jié)果[9]。

3.2.5測定條件的影響

加熱時間、加熱溫度以及加熱速度是影響揮發(fā)分測定結(jié)果的主要因素。同時，所用設(shè)備的大小，設(shè)備儀器的材料、形狀、重量、尺寸以及容器的支架都會對測定結(jié)果造成影響。因此，揮發(fā)分測定是一個規(guī)范性很強(qiáng)的分析項目[11]。

4　結(jié)　語

煤的工業(yè)分析是了解煤質(zhì)特性的主要手段，也是評價煤質(zhì)的基本依據(jù)，正確分析各種可能存在的影響因素對測定結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。在測定過程中需嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，才能最大程度的提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[1]張亞楠.煤質(zhì)分析在煤化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[D].烏魯木齊:新疆大學(xué),2013.

[2]國家技術(shù)監(jiān)督局. GBT212-2008 煤的工業(yè)分析方法[S].

[3]謝曉霞,付利俊,龐文娟.影響煤工業(yè)分析特性指標(biāo)檢測的關(guān)鍵步驟[J].煤質(zhì)技術(shù),2010,11(6):33-34.

[4]國家技術(shù)監(jiān)督局. GB 474-1996 煤樣的制備方法[S].

[5]張雙全.煤化學(xué)[M].徐:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2015:83.

[6]劉治青.影響煤的灰分測定準(zhǔn)確度的因素[J].山西煤炭,2006,26(6):26-27.

[7]呂明超.煤中揮發(fā)分測定影響因素的研究[J].煤質(zhì)技術(shù),2014,26(4):11-12.

[8]張雙全.煤化學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2015:85-86.

[9]呂太,張翠珍,吳超.粒徑和升溫速度對煤熱分解影響的研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2005,28(1):17-19.

[10]胡娟,張四安,馬李珍.煤揮發(fā)分測定準(zhǔn)確度和精確度影響因素的分析[J].煤氣與熱力,2000,20(6):430-431.

[11]張雙全.煤化學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2015:85.

Proximate Analysis of Coal and Its Influencing Factors*

SUQian，ZHAOYun-fa,LIDong,YANLong-cheng

(China University of Mining And Technology Yinchuan College, Ningxia Yinchuan 750011,China)

Proximate analysis of coal and the impact factors on it were introduced, including analysis of moisture, volatile matter, ash and fixed carbon. Because the fixed carbon content was obtained by calculation, it was not introduced. The factors affected the moisture content of coal sample, included coal sample state and environment humidity, etc. The factors affected the ash included temperature and cooling time, etc. The factors affected the volatile matter included the degree of coalification, coal composition, coal particle size and heating rate, etc. At the same time, the accuracy of the measurement was improved by analysising the impact factors of the proximate analysis of coal.

industrial analysis; moisture; volatile matter; impact factors

寧夏回族自治區(qū)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展項目(No：NGY2014167)。

蘇倩(1986-)，女，講師，中國礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院，從事清潔能源水煤漿的研究。

TQ533.2

A

1001-9677(2016)03-0018-02