煤炭化验幻灯片

第一部分 煤的种类和特征,一、煤的种类和特征 根据成煤植物种类的不同，煤主要可分为两大类，即腐殖煤和腐泥煤。 1、由高等植物形成的煤称为腐殖煤。它在自然界分布最广，储量最大。 2、由低等植物和少量浮游生物形成的煤称为腐泥煤。这种煤数量很少，山西浑源、辽宁抚顺、吉林桦甸、广东茂名和山东黄县有少量存在。此外还有腐殖煤和腐泥煤的混合体，有时称为腐殖腐泥煤，主要有烛煤和煤精，烛煤易燃，用火柴即可点燃，燃烧时火焰明亮好象蜡烛一样；煤精盛产于我国抚顺，结构细腻，质轻而有韧性，因能雕刻工艺美术品而驰名。,二、腐殖煤的主要特征和一般特性 腐殖煤是近代煤炭综合利用的主要物质基础，也是煤化学的重点研究对象。根据煤化度的不同，它可分为泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤四大类。各类煤具有不同的外表特征和特性，其典型的品种，一般肉眼就能区分。 1、泥炭是植物向煤转变的过度产物，外观呈不均匀的棕褐色或黑褐色。它含有大量未分解的植物组织，如根、茎、叶的残留物，有时肉眼就能看出。泥炭含水量很高，一般可达85%95%，开采出的泥炭经自然风干后，水分可降至25%35%。干泥炭为棕黑色或黑褐色土状碎块。 2、褐煤是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物，因外表呈褐色或暗褐色而得名。褐煤含水较多，达30%60%，空气干燥后仍有10%30%的水分，易风化破裂。德国、澳大利亚等国有丰富的褐煤资源，我国主要集中于内蒙古、云南、吉林和黑龙江等省区。,3、烟煤的煤化程度高于褐煤而低于无烟煤的煤，因燃烧时烟多而得名。其特点是挥发分产率范围宽，单独炼焦时从不结焦到强结焦均有，燃烧时有烟。烟煤是自然界最重要，分布最广，储量最大，品种最多的煤种。根据煤化度的不同，我国将其划分为长焰煤、不粘煤、弱粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等。 4、无烟煤是煤化程度最高的一种腐殖煤，因燃烧时无烟而得名。其特点是挥发分低，密度大，燃点高，无黏结性，燃烧时多不冒烟。（曾称白煤） 上述褐煤、烟煤和无烟煤的主要特征与区分标志如下表所示,褐煤、烟煤和无烟煤的主要特征与区分标志,第二部分 煤的工业分析与元素分析,煤的工业分析与元素分析是煤质分析的基本内容。通过工业分析，可以初步判断煤的性质、种类和工业用途。元素分析主要用于了解煤的元素组成。由于工业分析方法较为简便，故应用较广泛。 煤的工业分析 煤的工业分析也称为煤的实用分析或技术分析，包括煤的水分、灰分、挥发分的测定和固定炭的计算四项内容。水分和灰分可反映出煤中无机质的数量，而挥发分和固定炭则初步表明了煤中有机质的数量与性质。,1、煤中的水分 煤中的水分，按其在煤中存在的形态，可以分为外在水分、内在水分和化合水分。简记符号M。 A 外在水分 煤的外在水分是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中，附着在煤的颗粒表面以及直径大于10-5cm的毛细孔中的水分。也就是当煤在室温下的空气中放置时，外在水分不断蒸发，直至与空气的相对湿度达到平衡时为止。此时失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤称为收到基，仅失去外在水分的煤则称为空气干燥基。煤质化验通常采用空气干燥煤样进行。 现行国家标准规定:在制备煤样时,若在室温下连续干燥1小时后煤样质量变化0.1%,则为达到空气干燥状态。,B、内在水分 煤的内在水分是指在一定条件下煤样达到空气干燥状态时所保持的水分。因此，将空气干燥煤样加热至105110时所失去的水分即为内在水分。失去内在水分的煤称为干燥煤。 当环境的相对湿度为96%，温度为30，且煤样内部毛细孔吸附的水分达到平衡（饱和）状态时，内在水分达到最大值，此时的内在水分即称为最高内在水分。 全水分是指煤的内在水分和外在水分的和。 C、化合水 煤中的化合水是指以化学方式与矿物质结合的、除去全水分后仍保留下来的水分。即通常所说的结晶水和结合水。化合水含量不大，在工业分析中一般不考虑。 此外，煤的有机质中的氢和氧在干馏或燃烧时生成的水称为热结水，亦不在工业分析的考虑之列。,D、水分对煤利用的影响 一般说来，水分是煤中无利有害的无机物质。这是因为：在运输时，煤的水分增加了运输负荷，在寒冷地带水分易冻结；对煤进行机械加工时，煤中水分过多将造成粉碎、筛分困难，降低生产效率，损坏设备；燃烧时降低了煤的有效发热量。 2、煤中矿物质和煤的灰分产率 煤中矿物质是指除水分外所有无机质的总称。不包括游离水，但包括化合水。主要成分一般有黏土、高岭土、黄铁矿和方解石等。矿物类型属硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、金属硫化物和硫酸亚铁等。 煤的灰分是指煤中所有可燃物质完全燃烧时，煤中矿物质在规定条件下完全燃烧后所得的残留物，因此称为灰分产率更确切。简记符号A。灰分不是煤中固有的组成之一，与温度和燃烧条件有关。,煤灰分的组成 在工业生产中，煤灰是指煤用作锅炉燃料和气化原料时得到的大量灰渣。煤灰依形态不同可分为粉煤灰和炉渣两种。粉煤灰又称飞灰，是指随同烟道气或煤气一起带出的粒径小于90微米的灰尘。炉渣是指呈熔融状态或以较大颗粒的不熔状态从炉底排出的底灰。 煤灰与煤灰分的化学组成是一致的，其主要成分是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁，它们之和占煤灰的95%以上。 煤中矿物质和灰分对煤利用的影响 煤在作为燃料或加工转化的资源时，几乎都是利用煤中的有机质。因此煤中矿物质或灰分一向被认为是有害的废物。但是煤中矿物质对煤的某些利用过程是有益的。即使是煤灰也得到了越来越广泛的利用。,不利影响主要表现在增加运输负荷；增加煤炭消耗，煤灰外排带走显热及夹带一部分未燃煤，动力煤的灰分每增加1%，大约要多消耗2.0%2.5%的煤炭；影响操作条件，煤中的某些低熔点灰分易造成锅炉的结渣和堵塞；腐蚀设备和装置；造成环境污染。 利用途径主要表现在作为煤转化过程的催化剂；生产建筑材料；制成环保制剂与材料；回收稀有金属和其他有用成分；用作化肥和土壤改良剂。 3、煤的挥发分和固定炭 A 挥发分的概念 煤在规定条件下隔绝空气加热后挥发出有机物质的产率称为挥发分，简记符号V。事实上，煤在该条件下产生的挥发物既包括了煤的有机质热解气态产物，还包括煤中水分产生的水蒸气以及碳酸盐矿物质分解出的二氧化碳等。因此，挥发分属于煤挥发物的一部分，但并不等同于挥发物。因此称为挥发分产率更确切。,B、挥发分对电厂生产运行的影响 挥发分是发电厂用煤的重要指标，挥发分的高低对煤的着火和燃烧有较大影响。挥发分高的煤易着火，火焰大，燃烧稳定，但火焰温度较低。相反，挥发分低的煤，不易点燃，燃烧不稳定，化学和机械不完全燃烧热损失增加，严重时还能引起熄火。煤粉细度、送风方式都与挥发分有关，挥发分高的煤易燃烧完全，煤粉可以磨的粗些，挥发分低的煤不易燃烧完全，煤粉要磨的细些。 煤的挥发分对煤粉锅炉燃烧器的结构形式和一、二次风的选择，炉膛形状及大小燃烧带的铺设，制粉系统的选型和防爆措施的设计等都与挥发分有密切关系。所以，在供应煤时，应尽可能根据原设计煤种的挥发分供给。,除此之外，煤的挥发分还与煤的存放及制粉系统的安全运行有密切关系，煤粉引燃的温度随煤的挥发分含量增高而降低，如Vdaf为15%30%的煤的引燃温度为270300，Vdaf为40%的煤的引燃温度为210，因此当挥发分高时，制粉系统积集时容易使煤粉着火自燃。 挥发分高的煤在储存时易发生氧化与自燃，因此，高挥发分煤存放时间不易过长，通常以12个月为宜，组堆不易过高。挥发分高的煤加速了煤的氧化和变质，使发热量降低，灰分增加。 由于煤的挥发分与煤的煤化程度关系密切，随着煤化程度加深而降低的规律性十分明显，中国以及国际上都以挥发分为煤分类的主要依据。,C、焦渣特征 测定挥发分时，坩埚中残留下来的固体物称为焦渣。从焦渣的形状、强度和光泽的特征，可以初步判断煤的粘结性、熔融性和膨胀性。焦渣特征可分为以下八大类： a) 粉状(1型)全部是粉末，没有相互粘着的颗粒。 b) 粘着(2型)用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团块轻轻一碰即成粉末。 c) 弱粘结(3型)用手指轻压即成小块。 d) 不熔融粘结(4型)以手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。,e) 不膨胀熔融粘结(5型)焦渣形成扁平的块，煤粒的界线不易分清，焦渣上表面有明显银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显。 f) 微膨胀熔融粘结(6型)用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀泡(或小气泡)。 g) 膨胀熔融粘结(7型)焦渣上、下表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。 h) 强膨胀熔融粘结(8型)­焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。 为了简便起见，通常用上列序号作为各种焦渣特征的代号。 根据挥发分产率和焦渣特征，可以初步评价各种煤的加工工艺适宜性。,D、焦渣特征对电力用煤的意义 挥发分逸出后的焦渣特征系表示煤在骤热下的粘结结焦性能。它对锅炉用煤的选择有积极的参考意义。对于链条炉，燃用粉状焦渣特征的煤，则容易被空气吹走，造成燃烧不完全，燃用粘结性强的煤，焦渣粘附在炉栅上，增加煤层阻力，妨碍通风。对于煤粉炉，粘结性强的煤，则在喷入炉膛吸热后立即粘结在一起，形成空心的粒子团，未燃尽就被烟气带出炉膛，增加飞灰可燃物。上述这些情况，都会导致锅炉效率降低，增加一次能源消耗，降低电厂经济效益。因此，焦渣特征类型对锅炉燃烧用煤的选择和指导都有着实际应用价值。,4、固定炭 A、固定炭的概念 从测定煤样挥发分后的焦渣中减去灰分后的残留物称为固定炭，简记符号FC。固定炭实际上是煤中的有机质在一定加热制度下产生的热解固体产物，属于焦渣的一部分。在元素组成上，固定炭不仅含有炭元素，还含有氢、氧、氮等元素。因此，固定炭含量与煤中有机质的碳元素含量是不相同的两个概念。一般说来，煤中固定炭含量小于煤中有机质的碳含量，只有在高煤化度的煤中两者才接近。 B、固定炭的计算 按照固定炭的概念和煤的工业分析的基本思想煤的固定炭应为除去水分、挥发分和灰分后的残余物，其产率可采用减量法计算，即：,FCad=100(Mad+Aad+Vad) 式中： FCad­­空气干燥基煤样的固定碳含量，单位为百分数（%）； Mad­空气干燥煤样的水分含量，单位为百分数（%）； Aad­­空气干燥煤样的灰分产率，单位为百分数（%）； Vad­空气干燥基煤样挥发分的产率，单位为百分数（%）。,二、煤的元素分析 煤的组成以有机质为主体，煤的工艺用途主要是由 煤中有机质的性质决定。煤中有机质主要由碳、氢、氧、 氮和硫等元素组成。其他种类繁多但含量很少的元素， 一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素。通常，碳、氢、氧元素之和占煤中有机质的95%以上。 1、碳 碳是煤中有机质的主要组成元素。在煤燃烧时，它是发热量的主要来源。 碳含量随着煤化度升高而有规律的增加。在我国各种煤中，泥炭的干燥无灰基碳含量为55%62%,褐煤为60%77%，烟煤为77%93%，无烟煤为88%98%。煤中的碳一部分与氢、氧、硫等结合成具有挥发性的有机物；其余成分则呈游离状态存在，称之为固定炭。 含碳量愈高，其着火及燃烧就愈困难。1千克碳完全燃烧是生成二氧化碳，可放出32783千焦的热量，1千克碳不完全燃烧是生成一氧化碳，仅放出9270千焦的热量。,2、氢 氢在煤中的重要性仅次于碳。氢元素占腐殖煤有机质的质量一般小于7%。但因其相对原子量最小，故原子百分数与碳在同一数量级，甚至可能比碳还多。与碳相比，氢元素具有较大的反应能力，单位质量的燃烧热更大。1千克氢完全燃烧时可放出120370千焦的热量。氢含量与煤的煤化度也密切相关，随着煤化度增高，氢含量逐渐下降。在气煤、气肥煤阶段，氢含量能高达6.5%；到高