煤質基礎知識

煤質基礎知識一、煤的概述1、煤的形成億萬年前，古代植物由于地殼的作用被埋在地下，植物在隔絕空氣的狀況下由于細菌的作用發(fā)生腐爛分解，其內部組織遭到破壞，一部分物質轉化為氣體溢出，殘存物質開始變成泥炭，泥炭在地下受地層壓力和地溫的影響，慢慢地被壓緊和硬化，繼續(xù)排出揮發(fā)性氣體和水分，使含碳成分比例不停增高，最終變?yōu)槲覀兡壳伴_采出來的煤。2、煤的分類根據(jù)成煤的原始植物及其煤化程度的不一樣，煤的化學構成與其特性各有差異，依其煤化程度可分為無煙煤、煙煤、褐煤三大類。無煙煤：碳化程度最高，揮發(fā)分低，著火點高，質地堅硬，無粘結性，燃燒時多不冒煙。煙煤：碳化程度低于無煙煤，揮發(fā)分范圍很大，燃燒時多冒煙。褐煤：沒有或很少通過變質作用形成的煤，光澤暗淡，呈褐色，含數(shù)量不一樣的腐植酸，高水分、揮發(fā)分、低發(fā)熱量。3、煤的成分及特性指標3．1煤是一種混合物，重要由C、H、O、N、S五種元素構成，對煤中這五種元素含量的分析稱之為煤的元素分析，是煤燃燒性能的一種分析措施。水分煤灰分C、H、O、N、S碳：煤的重要構成元素，其含量在70%以上，決定煤發(fā)熱量的高下，碳完全燃燒生成二氧化碳。氫：煤的重要構成元素，隨煤的碳化程度加深而減少，因此無煙煤中含量最低，煙煤次之，褐煤最高，含量在2%—6%內。氧：在煤中呈化合態(tài)存在，含量隨煤化程度的加深而減少，褐煤中有的要高達40%，無煙煤中有的低到1%。氮：煤燃燒中的無用成分，一般含量為1%。硫：煤燃燒中的有害物質，對大氣污染嚴重，受環(huán)境保護部門監(jiān)測，含量1%如下的煤為低硫煤，含量3%以上為高硫煤，含量在1%—3%的為中含硫量煤。3．2工業(yè)分析構成從煤的構成成分來分，煤是由水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳構成。\外在水分水分無機物內在水分煤灰分揮發(fā)分有機物固定碳水分：屬于不可燃成分，用符號M表達?；曳郑捍頍o機礦物質含量，屬于一種不可燃成分，用符號A表達。揮發(fā)分：代表易揮發(fā)的有機物含量，重要是碳氫化合物等，屬于可燃成分，用符號V表達。固定碳：代表不揮發(fā)的有機物含量，屬于可燃成分，用符號FC表達。對煤中水分，灰分，揮發(fā)分含量的分析，我們稱之為煤的工業(yè)分析。工業(yè)分析是對煤質分析的一種最常規(guī)的、最重要的分析措施。二、反應煤炭質量的重要特性指標1、發(fā)熱量（Q）：單位質量的煤完全燃燒時所放出的熱量，稱之為煤的發(fā)熱量或熱值。單位為：焦耳/克（J/g）或兆焦/公斤（MJ/kg）。發(fā)熱量的原單位為卡/克或千卡/公斤，1卡=4.1816焦耳。作為動力用煤，目的就是要用煤的發(fā)熱量，煤的發(fā)熱量高下與它具有的成分（灰分、水分、揮發(fā)分）有關系，因此，它是表征煤質好壞的綜合性指標，我國的煤炭價格，重要是以發(fā)熱量議價，是以收到基低位發(fā)熱量為計價原則。用于測量煤的發(fā)熱量的儀器為量熱儀。2、揮發(fā)分（V）：煤的揮發(fā)分是指煤中的有機構成成分，在燃燒過程中，碳氫化合物分解氧化成CO和H2，H2和CO很快燃燒，且釋放大量的熱能，很快點燃了固定碳，因此煤中的揮發(fā)分越高，煤越輕易著火，固定碳也越輕易燒盡。一般狀況下，在發(fā)熱量相似的煤中，假如揮發(fā)分較高，鍋爐熱效率也越高。因此，煤的揮發(fā)分含量是評價動力用煤的重要條件。檢測揮發(fā)分的儀器有馬弗爐、自動工業(yè)分析儀、揮發(fā)分測試儀等。3、水分（M）：水分是動力用煤的一種重要特性指標，是評估煤經(jīng)濟價值的基本指標，煤中全水分由外在水分和內在水分構成。外在水分：開采、運送、存儲以及洗煤時，煤表面所附著的水分，將煤置于空氣中干燥時，煤的外在水分會蒸發(fā)掉。內在水分：煤所固有的游離水，在室溫條件下，這部分水不易失去。煤中的水分過高，發(fā)熱量必然減少，且蒸發(fā)還要吸熱，減少爐溫，使煤不易著火，煤中水分過低，易導致煤粉飛揚，合適的水分則有助于燃燒。檢測水分的儀器設備有恒溫干燥箱、工業(yè)分析儀和微波水分儀等。4、灰分（A）：煤中所有可燃成分完全燃燒以及煤中礦物質在一定溫度下產(chǎn)生一系列分解、化合等得復雜反應后的殘渣即灰分?；曳质敲旱闹匾s質，灰分在煤燃燒時因分解吸熱而大大減少爐溫，使煤著火困難，灰分含量高，其發(fā)熱量一定低，灰分每增長1%，發(fā)熱量減少約0.4MJ/kg，因此可根據(jù)灰分估算出發(fā)熱量，但估算值誤差較大。5、硫（S）：煤中硫可分為可燃硫和不可燃硫，是一種重要的環(huán)境保護指標?？扇剂蛉紵?，雖然放出一部分熱量，但會生成SO2和少許的SO3，SO2會從煙囪排放到大氣中，污染大氣。SO3和水汽結合形成硫酸蒸汽，并在低溫受熱面上凝結而腐蝕設備，因此目前越來越多的單位規(guī)定煤的含硫量在1%以內。檢測硫含量的儀器為測硫儀。6、灰熔點：煤的灰熔融性是評價煤灰與否輕易結渣的一種指標，煤灰在一定溫度下開始變形，開始變形的溫度稱為變形溫度（DT），進而軟化和流動，故稱為軟化溫度（ST）和流動溫度（FT）。煤灰軟化溫度實際上是開始熔融的溫度，故習慣稱其為灰熔點（ST）。當爐溫到達或超過灰熔點溫度時，煤灰就會結成渣塊，影響通風和排渣，使爐膛含碳量升高，有時會粘在爐墻管壁或爐排上，惡化傳熱，導致局部高溫，嚴重影響鍋爐的正常運行。因此灰熔融性對鍋爐的安全經(jīng)濟運行關系極大。7、氫（H）：中國的煤炭分類原則中把Hdaf作為劃分無煙煤小類的指標之一。煤的氫含量也是發(fā)熱量由高位換算到低位時必須用到的一種參數(shù)。1%的氫含量大概影響熱值200J/g。除以上所述的七大特性指標外，尚有結焦性，可磨性指數(shù)，粒度等特性指標，因與我企業(yè)現(xiàn)行產(chǎn)品不有關，這里不再詳述，有愛好者可查閱有關資料。三、煤的基準前面我們提到對煤的多種煤質特性的分析，其成果均用某種成分在煤中所占的百分含量表達，但同一種煤樣，在不一樣的狀態(tài)下，各成分的百分含量均不一樣，那么我們所說的某種成分的百分含量，必須標明某種狀態(tài)，否則成果就不具有可比性，不能對的反應煤的成分含量，這種狀態(tài)，即煤的基準。1、基準的含義與分類煤所處的狀態(tài)或者按需要而規(guī)定的成分組合，稱為煤的基準，煤的基準一般分為四類：收到基準、空氣干燥基準、干燥基準、干燥無灰基準。收到基準：顧客收到的原煤所處的狀態(tài)。含全水分（內水和外水），灰分、揮發(fā)分、簡稱收到基，用符號ar表達。以收到基表達的煤質特性指標，直接反應原煤多種成分的含量與性能。空氣干燥基準：試驗室內測定煤質特性指標時試樣所處的狀態(tài)，一般不含外水，簡稱空干基，用符號ad表達，試驗室直接測出的煤質特性指標值，均為空干基數(shù)據(jù)。干燥基準：除去所有水分的干煤所處的狀態(tài)，不含水分，簡稱干燥基，用符號d表達，用原則煤樣校驗或檢查儀器時，均要將空干基含量換算成干燥基含量，再與標樣數(shù)據(jù)比較，從而判斷測試成果的精確性。干燥無灰基準：不計算不可燃成分（水分和灰分）的煤所處狀態(tài)，用符號daf表達，重要用于理論計算和確定煤的特性，在現(xiàn)實中不存在這種基準的煤樣。從上面的定義中不難理解，同一煤樣同一煤質特性指標中，收到基表達的值最小，空干基次之，干燥基較大，干燥無灰基最大。2、四種基準與工業(yè)分析成分或元素分析成分之間的關系FCVAMCHONSoSpSsAMinhMfdafdadarFC—固定碳V—揮發(fā)分A—灰分M—水分C—碳H—氫O—氧N—氮So—有機硫Sp—硫化鐵Ss—硫酸鹽硫Minh—內在水分Mf—外在水分3、燃燒條件與燃燒產(chǎn)物種類及其相態(tài)的關系燃燒條件燃燒產(chǎn)物種類及其相態(tài)熱力學狀態(tài)CHSN氧彈內CO2(g)H2O(I)H2SO4(I)HNO3(I)恒容狀態(tài)空氣中CO2(g)H2O(I)SO2(g)N2(g)恒壓狀態(tài)工業(yè)爐CO2(g)H2O(g)SO2(g)N2(g)恒壓狀態(tài)4、基準間換算與應用我們懂得不管使用何種基準，煤中以質量百分含量表達的多種成分和都應是100。即：收到基準Mt+Aar+Var+FCar=100空氣干燥基準：Mad+Aad+Vad+FCad=100干燥基準：Ad+Vd+FCd=100干燥無灰基準：Vdaf+FCdaf=100根據(jù)上面四個式子和各基準的含義，我們就不難進行基準之間的換算。5、各基準之間的換算關系規(guī)定基已知基空氣干燥基ad收到基ar干基d干燥無灰基daf干燥無礦物質基dmmf空氣干燥基ad收到基ar干基d干燥無灰基daf干燥無礦物質基dmmf從表中系數(shù)關系可以看出，煤質特性指標按收到基→空氣干燥基→干燥基→干燥無灰基的次序，其數(shù)值依次增大，所乘系數(shù)的分母上所減去的數(shù)值，就是基準所相差的成分，反之亦然。在試驗室所測煤中全水分是以收到基來表達，而其他特性指標均以空氣干燥基表達。四、煤質特性檢測過程概述目前我們所述的對煤質特性指標的檢測均為離線檢測，即在化驗室中進行分析檢測，這樣就對所分析的試樣有規(guī)定：其一，所分析的試樣具有代表性，能如實反應整批煤的特性指標；其二，分析煤樣的粒度應不不小于0.2mm，具有分析可操作性。而煤炭供貨商提供的煤不也許滿足這樣的規(guī)定，因此從供貨商提供到煤的分析試樣尚有一種采樣、制樣過程。采樣：對供貨商提供的煤進行采樣，一般都在汽車、火車、船舶上進行。目前重要還是依托人工采樣，采樣的原則可查閱現(xiàn)行國標GB475-1996。所采用煤樣的質量，根據(jù)煤的最大粒度可在1-5kg范圍內。但人工采樣人為原因太多，誤差較大，不能很好地打擊攙雜使假行為，因此有許多單位一直在尋求機械化采樣設備，國內也有不少企業(yè)一直在研制和銷售。我企業(yè)從1996年開始研制汽車機械化采樣裝置，1997年推出第一臺樣機，通過近幾年來的不停改善，技術和構造已相稱成熟，產(chǎn)品性能和質量均較穩(wěn)定。對于電廠提供燃燒數(shù)據(jù)的入爐煤采樣是在輸煤皮帶上進行的，現(xiàn)已逐漸由人工采樣轉化為機械化采樣。制樣：采完樣后，還必須將采用的煤樣制成能進行多種特性測定的分析煤樣，制樣的原則過程可查閱現(xiàn)行國標GB474-1996，即將采集的煤樣通過反復的破碎、混合、縮分等操作，以逐漸減小煤樣的粒度和質量，最終制備成能代表本來煤樣、粒度不不小于0.2mm的分析用煤樣。煤樣的篩分與破碎過程是分階段進行的，以到達逐漸減小煤樣粒度的規(guī)定。一般按煤樣粒度劃分為25、13、6、3、1mm五個階段，粒度不小于25mm的煤樣未通過破碎不容許縮分，當煤樣粒度破碎到不不小于1mm時，然后用制粉機將煤樣制成粒度不不小于0.2mm的分析煤樣。為使煤樣破碎到規(guī)定粒度，必須采用不一樣孔徑的篩子進行篩分，凡未通過篩分的煤樣，都要再次破碎，直至所有煤樣通過所用篩子為止。因此，為了進行制樣，必須配有25、13、6、3、1、0.2mm的方孔篩及3mm圓孔篩。目前大多數(shù)單位采用的是機械方式破碎，出料粒度不不小于13mm和6mm的粗破碎，一般用鄂式破碎機，細碎多用對輥式破碎機，制粉則多采用密封式粉碎機。破碎后的煤樣加以摻合和縮分，以到達減少煤樣質量的規(guī)定。摻合煤樣力爭到達均勻，然后才容許縮分?？s分時必須嚴格遵照煤樣粒度與保留煤樣最小量之間的關系，煤樣粒度與所保留樣品最小量之間關系見下表。縮分使用的工具為十字分樣板或二分器。全水分煤樣的制備與其他分析煤樣的制備不一樣，全水分煤樣粒度不不小于13mm時，煤樣質量為2kg，不不小于6mm時，制樣質量為500g。煤樣粒度與所保留樣品最小量之間的關系：煤樣粒度（mm）＜25＜13＜6＜31＜0.2最小保留量（kg）60157.53.750.10.1制樣完畢后，將各煤樣用瓶裝好后，送化驗室化驗，得出測試數(shù)據(jù)，換算成對應基準后，匯報有關部門及上級主管。煤炭分析試驗措施一般規(guī)定（摘錄）1．煤樣分析試驗煤樣（如下簡稱煤樣）一律按GB474制備。在制煤樣時，若在室溫下持續(xù)干燥1h后煤樣質量變化不超過0.1%，則為到達空氣干燥狀態(tài)。煤樣應裝入嚴密的容器中，一般可用帶有嚴密玻璃塞或塑料塞的廣口玻璃瓶。稱取煤樣時，應先將其充足混勻，再行稱取。測定除尤其規(guī)定者外，每項分析試驗應對同一煤樣進行2次測定（一般為反復測定）。2次測值的差如不超過規(guī)定程度（反復性限——同一化驗室容許差T），則取其算術平均值作為測定成果；否則，需進行第3次測定。如3次測值的極差不不小于等于1.2T，則取3次測值的算術平均值作為測定成果，否則需進行第4次測定。如4次測值的極差不不小于等于1.3T，則取4次測值的算術平均值作為測定成果；如極差不小于1.3T而其中3個測值的極差不不小于等于1.2T，則可取此3個測值的算術平均值作為測定成果。如上述條件均未到達，則應舍棄所有測定成果，并檢查儀器和操作，然后重新進行測定。凡需根據(jù)水分測定成果進行校正和換算的分析試驗，應同步測定煤樣水分。如不能同步進行，兩者測定也應在盡量短的、煤樣水分不發(fā)生明顯變化的期限（最多不超過7d）內進行。措施精密度本原則所波及的分析試驗的措施精密度，以反復性限（同一化驗室的容許差）和再現(xiàn)性臨界差（不一樣化驗室的容許差）來表達。反復性限在同一試驗室中，由同一操作者，用同一臺儀器，對同一分析試驗煤樣，于短期內所做的反復測定，所得成果間的差值（在95%概率下）的臨界值。再現(xiàn)性臨界差在不一樣試驗室中，對從煤樣縮制最終階段的同一煤樣中分取出來的、具有代表性的部分所做的反復測定，所得成果的平均值間的差值（在95%概率下）的臨界值。成果表述本原則采用下述數(shù)據(jù)修約規(guī)則：凡末位有效數(shù)字后邊的第一位數(shù)字不小于5，則在其前一位上增長1，不不小于5則棄去；凡末位有效數(shù)后邊的第一位數(shù)等于5，而5背面的數(shù)字并非所有為零，則在5前一位上增長1；5背面數(shù)字所有為零時，如5前面一位為奇數(shù)，則在5前一位上增長1，如前面一位為偶數(shù)（包括零），則將5舍去。所擬舍棄的數(shù)字，若為兩位以上數(shù)字時，不得持續(xù)進行多次修約，應根據(jù)所擬舍棄數(shù)字中左邊第一種數(shù)字的大小，按上述規(guī)定一次修約出成果。測定值和匯報值按4.1條所述規(guī)則，修約到表1規(guī)定的位數(shù)。測定項目單位測定值匯報值全水%小數(shù)后一位小數(shù)后一位最高內在水分%小數(shù)后二位小數(shù)后一位工業(yè)分析元素分析%%全硫多種形態(tài)硫灰中硅、鐵、鋁、鈦、鈣、鎂、鉀、鈉、硫、磷真相對密度%%%無小數(shù)后二位小數(shù)后二位發(fā)熱量MJ/kgJ/g小數(shù)后三位個位小數(shù)后二位十位灰熔融性特性溫度奧阿膨脹度特性溫度膠質層指數(shù)（x、y）坩堝膨脹序數(shù)℃℃mm無十位個位0.51/2十位個位0.51/2符號本原則采用各分析試驗項目的英文名詞第一種字母或縮略字，以及各化學成分的元素符號或分子式作為它們的代表符號。下列符號為煤炭分析試驗項目專用符號：A——灰分，%；b——膨脹度，%；DT——灰熔融性變形溫度，℃；FC——固定碳，%；FT——灰熔融性流動溫度，℃；GR.I——粘結指數(shù)；HT——灰熔融性半球溫度，℃；M——水分，%；MHC——最高內在水分，%；Q——發(fā)熱量，J/g或MJ/kg；ST——灰熔融性軟化溫度，℃；V——揮發(fā)分，%。對各分析試驗項目的深入劃分，采用對應的英文名詞的第一種字母或縮略字，標在有關符號的右下角。本原則所波及的分析試驗項目中采用的下標有下列幾種：f——外在或游離；inh——內在；o——有機；p——硫化鐵；s——硫酸鹽；gr,p——恒壓高位；gr,v——恒容高位；net,p——恒壓低位；net,v——恒容低位；b——彈筒；t——全。為了區(qū)別以不一樣基表達的煤炭分析成果，采用下列英文字母，標在有關符號的右下角、項目細劃分符號背面，并用逗號分開。本原則波及的常用基的符號有下列幾種：ad——空氣干燥基；ar——收到基；d——干燥基；daf——干燥無灰基；dmmf——干燥無礦物質基。舉例：如空氣干燥基全硫，以St,ad表達。試驗記錄和試驗匯報試驗記錄試驗記錄應按規(guī)定的格式、術語、符號和法定計量單位填寫，并應包括如下內容：分析試驗項目名稱及記錄紙編號；分析試驗日期；分析試驗根據(jù)原則及使用重要儀器設備名稱或編號；樣品試驗室編號；分析試驗數(shù)據(jù)；分析試驗成果及計算；分析試驗過程中發(fā)現(xiàn)的異?，F(xiàn)象及其處理；試驗者和審核者；其他需闡明的問題。試驗匯報試驗匯報應按規(guī)定格式、術語、符號和法定計量單位填寫，并應包括如下內容：匯報名稱、編號，頁號、總頁數(shù)；試驗單位名稱、地址；委托單位名稱、地址（假如合用）；樣品名稱、特性和狀態(tài)、原編號、送樣日期；試驗室樣品編號；重要分析試驗根據(jù)原則或規(guī)程；分析試驗項目及成果；（假如合用）抽樣程序（包括煤產(chǎn)品特性、抽樣根據(jù)原則、抽樣基數(shù)，子樣數(shù)目和質量、總樣質量、抽樣時間、地點和人員）（假如合用）有關“本匯報只對來樣負責”的申明；同意、審核和主驗人員、簽發(fā)日期。常用公式一、發(fā)熱量計算公式1、熱容量計算公式。E=2、彈筒發(fā)熱量計算公式Qb=3、空干基高位熱值計算公式Qgr,ad=Qb,ad－(94.1Sb,ad＋Qb,ad)注：當全硫含量低于4.00%時，或發(fā)熱量不小于14.60MJ/kg時，用全硫（按GB/T214測定）替代Sb,ad。(引用國標GB/T213-《煤的發(fā)熱量測定措施》中9.3.2條)。4、收到基低位熱值計算公式Qnet,ar=(Qgr,ad－206Had)5、空干基高位熱值換算為干基高位熱值公式Qgr,d=Qgr,ad×6、硝酸生成熱計算公式qn=QG0.00157、冷卻校正公式7.1國標公式C=（n－a）Vn＋aV0當≤1.20時，a=當＞1.20時，a=V0=K（t0―tj）＋A（測發(fā)熱量時用）Vn=K（tn―tj）＋A7.2瑞方公式C=nV0+7.3奔特公式C=式中：E——熱容量J/KQb——彈筒發(fā)熱量MJ/kgQgr,ad——空干基高位熱值MJ/kgQnet,ar——收到基低拉熱值MJ/kgQgr,d——干基高位熱值MJ/kgQ——苯甲酸熱值J/gG——試樣重量gq1——點火絲熱值Jq2——添加物熱值Jqn——硝酸生成熱J——主期溫升K或℃——點火后1'40''時的溫升K或℃C——溫升冷卻校正值K或℃——硝酸校正系數(shù)當Qb≤16.7MJ/kg時，＝0.001當16.7MJ/K＜Qb≤25.1MJ/kg時，＝0.0012當Qb＞25.1MJ/kg時，=0.0016St——全硫%Mar——收到基水分%Mad——空干基水分%Had——空干基氫%V0——初期內筒降溫速度K/min(瑞方、奔特為K/0.5min)Vn——未期內筒降溫速度K/mintj——外筒溫度℃t0——點火時的內桶溫度℃tn——終點時的內桶溫度℃——初期的平均溫度℃ ——末期的平均溫度℃m——主期內每30S，溫升0.3℃以上的次數(shù)，低熱值時為溫升0.1℃以上的次數(shù)。r——主期內每30S，溫升0.3℃如下的次數(shù)，低熱值時為溫升0.1℃如下的次數(shù)。n——主期從點火到終點的時間min（瑞方、奔特為0.5min）8、彈筒硫計算公式:Sb,ad=（c×V/m－Qb,ad/60）×1.6式中：Sb,ad——彈筒硫%c——氫氧化鈉溶液的濃度0.1mol/LV——滴定用去的氫氧化鈉溶液體積mLm——試樣重量g60——相稱1mmol硝酸的生成熱J1.6——將每摩爾硫酸1/2（H2SO4）轉換為硫的質量分數(shù)的轉換因子。9、多種點火絲的熱值表鐵絲：6700J/g鎳絡絲：6000J/g銅絲：2500J/g棉線：17500J/g二、水泥等行業(yè)計算高位發(fā)熱量及低位發(fā)熱量方案1、根據(jù)國標GB/T213-，煤的高位發(fā)熱量其測定措施有全硫法和彈筒硫滴定法，計算公式如下：一般來說，大多數(shù)水泥廠不也許為了測定全硫而購置一臺定硫儀。因此水泥廠多是用彈筒硫滴定法測煤的高位發(fā)熱量。和電廠不一樣的是，水泥廠使用的NaOH的濃度一般為0.15mol／L。2、煤的低位發(fā)熱量的計算公式如下：Qnet,ar=(Qgr,ad－206Had)可以看出，在計算煤的高下位熱值時，由于滴定彈筒硫比較麻煩、費時。我企業(yè)量熱儀軟件在粗略計算低位熱值的狀況下可以由彈筒熱值減去一種經(jīng)驗值而得到煤的低位熱值，其詳細狀況如下：（1）當＞6000kcal/kg時，（2）當4000≤≤6000kcal/kg時，（3）當＜4000kcal/kg時，