煤的工业分析和元素分析.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,第三章 煤的工业分析和元素分析,3.1 煤样的采集,3.2,煤的工业分析,3.3,煤中硫的测定,3.4,煤发热量的测定,3.5,工业分析结果计算煤的发热量,主要内容,3.2 煤样的制备,1,.,一、采样基础知识,煤样的采集是指按照国家标准规定的方法采取具有代表性煤样的过程，简称采样。,1.采样中常用的基本概念,（1）批,（2）采样单元,（3）子样,（4）总样,（5）分样,3.1 煤样的采集,2,.,2采样的基本原理,采样的基本原理就是在一批煤的各规定位置上分别采取一定量的若干个子样，由此汇集成一个总样。子样的份数是由煤的不均匀程度和采样的精密度所决定，子样质量达到一定限度之后，再增加质量就不能显著提高采样的精密度。,3.1 煤样的采集,3,.,二、商品煤样采取方法,1采取商品煤样对采样工具的要求,采样工具的大小、规格、型号关系到采样的质量。各国采样工具的尺寸都以煤的粒度的倍数来确定，一般为粒度的2.03.0倍。,2采样精密度,国家标准,GB 475-1996,商品煤样采取方法中，根据煤炭品种和灰分来规定采样精密度，具体数值如表3-1。,3.1 煤样的采集,4,.,3采样单元,4子样数目和质量,5煤流中采取商品煤样,6火车顶部采取商品煤样,【例题,3-1】,设一节车皮容量为50t，分别画出下列要求的采样点布置情况。,以200t煤量的原煤为一采样单元；,以50t煤量的原煤为一采样单元；,以150t煤量的精煤为一采样单元。,3.1 煤样的采集,5,.,三、生产煤样采取方法,1采取生产煤样的总则,2生产煤样的采样要点,3采取生产煤样时应注意的问题,四、煤层煤样采取方法,1煤层煤样及其采取目的,2采取煤层煤样的总则,3煤层煤样采取方法,3.1 煤样的采集,6,.,4煤层煤样分析试验结果的整理,按GB/T 217真相对密度测定方法和GB/T 212工业分析方法测定每一分层煤样的真相对密度和灰分。根据测定结果，分别计算全部分层煤样、应开采部分分层煤样和煤分层煤样的加权平均灰分，其计算公式如下：,3.1 煤样的采集,7,.,d,煤样的加权平均灰分（干燥基），%；,A,d1,、A,d2,、A,dn,第1、2n个煤分层或夹石层的灰分,（干燥基），%；,t,1,、t,2,、t,n,第1、2n个煤分层或夹石层的厚度，m；,TRD,1,、TRD,2,TRD,n,第1、2n个煤分层或夹石层的真相对密度。,3.1 煤样的采集,8,.,（3）根据应开采部分各分层煤样算出的加权平均灰分与可采煤样灰分之间的相对差值不得超过10%，如超过限度时，则所采的煤样作废，应重新采取。,其相对差值按下式计算：,3.1 煤样的采集,9,.,式中,应开采部分各分层煤样的加权平均灰分（干燥基），%；,可采煤样灰分（干燥基），%。,3.1 煤样的采集,10,.,可采煤样的分析试验结果,3.1 煤样的采集,11,.,一、煤样制备的程序,煤样的制备包括破碎、筛分、混合、缩分和干燥等程序。煤样的缩制实际上是按粒度不同分级进行的，通常分为25mm、13mm、6mm、3mm、1mm五组，最后制备成小于0.2mm的分析煤样。,1.破碎,2.筛分,3.混合,3.2 煤样的制备,12,.,4.缩分,5.干燥,3.2 煤样的制备,13,.,二、煤样的减灰,1.减灰重液的相对密度,（1）烟煤、褐煤一般用相对密度为1.4的重液减灰，如用该重液减灰后灰分仍大于10%，应另取煤样用相对密度为1.35的重液减灰，如灰分仍大于10%，则不再减灰。,（2）无烟煤用的减灰重液相对密度（减灰相对密度）可按原煤样的干基真相对密度（,）d、干燥无矿物质基真相对密度（）dmmf和干基灰分（Ad）的关系按下式计算：,3.2 煤样的制备,14,.,三、煤样的制备,煤样制备程序图,3.2 煤样的制备,15,.,第三节煤质分析中常用基准和符号,一、煤质分析的常用基准,新旧标准中各种基采用的名称及符号对照表,16,.,二、煤质分析中的常用符号,部分煤质及工艺性质分析项目符号的新旧标准对照表,3.3 煤质分析中常用基准和符号,17,.,18,.,续表,19,.,3.4,煤的工业分析,一、常用的符号和基准,二、水分的测定,三、灰分的测定,四、挥发分产率的测定,五、固定碳含量的计算,六、不同基准分析结果的换算,20,.,一、常用的符号和基准,1分析项目的名称及表示符号,表1 分析试验项目及符号,项目,水分,灰分,挥发分,固定碳,发热量,矿物质,符号,M,A,V,FC,Q,MM,C、H、O、N、S及煤灰中化学成分等仍以元素名称为代表符号。,ash,volatile compound,fixed carbon,quantity of produced heat,mineral matter,moisture,21,.,2存在形态或操作情况指标及符号,表2 常用指标及符号,项目,外在或,游离,内在,全,高位,低位,恒容,恒压,符号,f,inh,t,gr,net,v,p,free,inherence,total,nether,22,.,3各种基准的表示符号,基准是指煤样所处的状态。用不同状态的煤样分析试验，将得出不同的结果，所以基准又是用以计算和表达测定值的主要依据之一。,收到基（ar）as received,空气干燥基（ad）airdry,干基（d）dry,干燥无灰基（daf）dry a f,干燥无矿物质基（dmmf）mineral matter free,23,.,收到基（ar）,就其含义而言，,是从收到的一批煤样中取出具有代表性的煤样,，以此种状态的煤样测定的结果并以此基表示的值，称为收到基。,空气干燥基（ad）,是指煤样所处环境与水蒸气压达到平衡时的煤样,。在新标准中规定：煤样若在空气中连续干燥,1,小时后质量变化不超过,0.10%,，则认为达到空气干燥状态。,24,.,干基（d）,以,无水状态,的煤样为标准的分析结果表示方法。,干燥无灰基（,daf,）,它是以假想的无水无灰状态的煤为基准的分析结果表示方法。,25,.,二、水分的测定,煤的水分是评价煤炭经济价值的最基本的指标。因为煤中水分含量越多，煤的无用成分也越多，同时有大量水分存在，不仅煤的有用成分减少，而且它在煤燃烧时要吸收大量的热成为水蒸汽蒸发掉。所以煤的水分越低越好。,（一）煤中水分的存在形态,（二）煤中全水分（,M,t,）的测定,（三）分析煤样的水分测定,26,.,（一）煤中水分的存在形态,分为两类:化合水、游离水,1化合水：,以化合方式和煤中矿物质结合的水，即通常所说的结晶水，例如硫酸钙（CaSO,4,2H,2,O）、高岭土（Al,2,O,3,2SiO,4,2H,2,O）中的结晶水。结晶水要在200以上才能分解析出。,27,.,2游离水：,以物理状态（如附着、吸附等形式）和煤结合的水。,根据存在的不同结构状态，分为以下两种：,外在水分（Mf）,是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中润湿在煤的外表及大毛细孔（直径10cm）中的水分。,内在水分（Minh）,内在水分是指吸附或凝聚在煤粒内部的毛细孔（直径10cm）中的水分。这部分水分较难蒸发。,28,.,（,二）煤中全水分,（,M,t,或,M,ar,）的测定,煤中全水分的测定有三种方法:,A、B、C,方法A,仅适用于烟煤和无烟煤，并作为测定烟煤和无烟煤水分的仲裁测定方法；,方法B,和,方法C,适用于褐煤、烟煤和无烟煤，但以方法B作为测定褐煤全水分的仲裁方法。,按测定的速度来说:,方法A为常规测定法，方法B、C为快速测定法。,29,.,结果计算,式中,M,t,煤样的全水分；,m,煤样的质量，g；,m,1,煤样干燥后减轻的质量，g。,30,.,全水份测定注意问题,1.在测定煤样的全水分以前，应仔细检查贮存煤样的容器密封情况，擦净容器表面，称量，并与容器标签上所注明的质量进行核对。,如果煤样在运送过程中水分有损失，则可按下式求出补正后的煤样全水分：,M,1,为煤样在运送过程中水分的损失量（,%,）,31,.,全水份测定注意问题,2.全水分测定结果的允许误差,表3 平行测定全水分的允许误差,全水分,（,M,t,，,%,）,平行测定结果的,允许误差（,%,）,10,10,0.40,0.50,*在同一化验室进行全水分测定时,32,.,（,三）分析煤样的水分测定,分析煤样的水分就是空气干燥基水分,M,ad,，测定方法分为,常规方法,、,快速方法,和,蒸馏方法,三种。,M,ad,分析煤样水分 ；,m,1,分析煤样干燥后失去的质量，g；,m,分析煤样的质量，g。,33,.,三、灰分的测定,煤的灰分是煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质（除水分以外的所有无机质的总称）在一定温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的,残渣,，用符号,A,表示。,灰分全部来自矿物质，但其组成和数量又不同于煤中原有矿物质，因此煤的灰分应称为“,灰分产率,”。,34,.,测定煤的灰分，对于鉴定煤的质量以及确定其使用价值也有重要意义,因为煤中灰分是有害物质，所以各种用途的煤，灰分越低也就越好。虽然煤灰是煤中有害物，但进行综合利用后，也会变废为宝，为国家创造财富的。,35,.,1仪器 灰皿,长方形灰皿,36,.,2测定过程,称取分析煤样,1,0.1,g，于已经在,815,10,灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于,100,的高温炉中。在炉门留有约,15mm,左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在,30min,左右缓慢升高至,500,并保持此温度30min。然后，升高温度至,815,10，,关闭炉门，在此温度下继续灼烧1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室温（约20min）称量，然后进行检查性灼烧，每次进行20min，直到煤样的质量变化小于0.001g时为止，取最后一次质量计算。灰分15%的样品，可不必进行检查性灼烧。,37,.,3.计算,式中,m,试料的质量，,g,；,m,1,灼烧后残渣质量，,g,。,38,.,4灰分测定的允许误差,表4 灰分测定的允许误差（%）,灰分（,%,）,同一实验室,不同实验室,30,0.2,0.3,0.5,0.3,0.5,0.7,39,.,四、挥发分产率的测定,将煤放在与,空气隔绝,的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的,有机质和部分矿物质分解,为,气体,释出，由减小的质量再减去水的质量即为,煤的挥发分,。,因为煤中可燃性挥发分不是煤的固有物质，而是在特定条件下，煤受热的分解产物，而且其测定值受温度、时间和所用坩埚的大小、形状等不同而异，测定方法为规范性试验方法，因此所测的结果应称为,挥发分产率,，用,符号,V,表示。,40,.,主要指标,根据挥发分产率的高低，可以初步判别,煤的变质程度,、,发热量及焦油产率,等各种重要性质，而且几乎世界各国都采用,干燥无灰基挥发分,作为煤分类的一个主要指标。,工业生产上用煤也都首先需要了解挥发分是否合乎要求，所以煤的挥发分是了解煤性质和用途的最基本也是最重要的指标，也是煤分类的重要指标。,41,.,1仪器,磨口坩埚 高温炉 坩埚架,坩埚盖外缘槽形，此槽正好盖在坩埚口的外缘上，在盖内边有凹处，以备挥发释出。,42,.,高温炉,带热电偶和调温器，炉壁留有一个排气孔。炉膛内必须有一个温度稳定的恒温区，以保证炉内温度能恒定在900,10范围内。,43,.,坩埚架,用镍铬丝制成，其规格以能放置6个坩埚为好，大小应与炉内900,10稳定温度区相适应，放在架上的坩埚底部应与炉堂底距离2030mm。,44,.,2,测定过程,称取分析煤样,1,0.01,g，于已在,900,10,灼烧恒量的专用坩锅内，轻敲坩埚使试样摊平，然后盖上坩埚盖，置于坩埚架上，迅速将坩埚架推至已预先加热至,900,10,的高温炉的稳定温度区内，并立即开动秒表，关闭炉门。准确灼烧恰好,7min,，迅速取出坩埚架，在空气中放置,56min,，再将坩锅置于干燥器中冷却至室温，称量。计算挥发分产率。,45,.,3.计算,式中,m,试料的质量，g；,m,1样品加热后减少的质量，g。,46,.,4注意事项,当打开炉门，推入坩埚架时，炉温可能下降，但是在3min内必须使炉温达到900,10，否则试验作废。,从加热至称量都不能揭开坩埚盖，以防焦渣被氧化，造成测定误差。,每次测定后，坩埚内常附着一层黑色碳烟，应灼烧除去后再使用,。,47,.,5测定挥发分产率的允许误差,表5 挥发分产率测定的允许误差,挥发分产率（,%,）,平行测定结果的允许误差（,%,）,不同化验室同一煤样的测定结果的允许误差（,%,）,45,0.3,0.5,1.0,0.5,1.0,1.5,48,.,五、固定碳含量的计算,固定碳,是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物，用符号,FC,ad,表示。,固定碳的化学组分，,主要是C元素,，另外还有一定数量的H、O、N、S等其它元素,。,49,.,说 明,1.从煤的工业分析指标来看，,发热量主要是煤中固定碳燃烧产生的,，因此国际上利用工业分结果计算发热量的公式，即以煤的固定碳作为发热量的主要来源，,2.,FC,daf,煤的变质程度的一个参数,煤的干燥无灰基固定碳含量与挥发分一样，也是表示煤的变质程度的一个参数，,即煤中固定碳含量随煤的变质程度的增高而增高,，因此有些国家（如日本、美国）的煤炭分类即以干燥无灰基固定碳含量,FC,daf,作为分类指标之一。,50,.,说 明,3.空气干燥基固定碳含量是某些工业用煤的一个重要指标，如对合成氨用煤，要求,FC,ad,65%。,4.固定碳含量，一般不直接测定，而是通过计算得到,51,.,计 算,FC,ad,=100%-,M,ad,-,A,ad,V,ad,FC,d,=100%-,A,d,V,d,FC,d,af,=100%-,V,daf,52,.,六、不同基准分析结果的换算,干基=空气干燥基-空气干燥基水分,干燥无灰基=空气干燥基-空气干燥基水分-空气干燥基灰分,53,.,换算关系,煤的干燥无灰基,组成不受水分和灰分的影响。一般同一矿井的煤，它的干燥无灰基组成不会发生很大的变化，因此煤矿的煤质资料常以此基组成表示。也就是说煤矿一般给的是干燥无灰基组成，而实际使用时则为收到基。因此，不同基准时的组成需要进行换算.,54,.,55,.,换算系数是由物料平衡关系计算得到的,例如收到基与干燥无灰基的转换:设已知,FC,daf,、,M,ar,、,A,ar,，求,FC,ar,。,解：计算基准：100kg的收到基煤折合成干燥无灰基煤,100-（,M,ar,+,A,ar,）kg,，但含固定碳的绝对量相等，,即：收到基含碳量=干燥无灰基含碳量,故：,100,FC,ar,=100-(,M,ar,+,A,ar,),FC,daf,FC,ar,=,FC,daf,100-（,M,ar,+,A,ar,）100,56,.,例：煤的工业分析结果如下：,空气干燥基的水分,M,ad,=1.76%，,灰分,A,ad,=23.17%，挥发分,V,ad,=8.59%,计算：,（1）干基的灰分,A,d,=?,（2）干燥无灰基的挥发分,V,daf,=？,57,.,解：,58,.,一、煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,碳是组成,煤大分子的骨架,，在各元素中最高，一般大于70%。随着煤化程度的不断增高，煤中碳元素的含量也越高，如某些超无烟煤，碳含量可超过97%。,碳,3.5,煤的元素分析,59,.,一、煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氢是煤中第二个重要的组成元素，它占煤的质量分数为16%，越是年轻的煤，其含量也越高。,氢,3.5,煤的元素分析,60,.,一、煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氧元素是组成煤,有机质,的十分重要的元素，越是年轻的煤，氧元素的比例也越大，发热量常随氧元素含量的增高而降低，其含量从130%均有。,氧,3.5,煤的元素分析,61,.,一、煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,氮元素在煤中的比例较少，一般为,0.5,3%,。,氮,3.5,煤的元素分析,62,.,一、煤的元素组分,即碳、氢、氧、氮、硫五个元素.,硫元素也是组成煤的,有机质,的一种常见元素，它在煤中含量的多少，与煤化程度的高低无明显关系，其含量从最低的0.1到最高的10%均有。,硫,3.5,煤的元素分析,63,.,煤的元素组分的不同，不仅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性质的不同,。,如碳含量低、氧含量高的煤，多是黏结性很差或是没有黏结性的年轻煤；碳含量高、氧含量低的煤则常是一些无黏结性的年老煤，只有碳含量在8488%，氢含量在5%以上的中等变质程度的煤，才是结焦性较好的炼焦用煤。,64,.,二、,煤中硫的测定,煤中的硫根据其存在的形态分类：,有机硫,无机硫,单质硫,根据燃烧性分类：,可燃硫：有机硫、硫铁矿硫和单质硫,不可燃硫（固定硫）：硫酸盐硫,3.5,煤的元素分析,65,.,硫是煤中的有害元素之一,燃料用煤中的硫在煤燃烧过程中形成SO,2,。SO,2,不仅腐蚀金属设备，而且还会造成空气污染。炼焦用煤中的硫直接影响钢铁质量，钢铁含硫大于0.07%，就会使钢铁热脆而成为废品。脱除煤中的硫是煤炭利用的一个重要问题。,66,.,全硫,煤中各种形态硫的总和叫做全硫，记作,S,t,，全硫通常就是煤中的硫酸盐硫（记作,S,s,）、硫铁矿硫（记作,S,p,）和有机硫（记作,S,o,）的总和，即,S,t,=,S,s,+,S,p,+,S,o,如果煤中有单质硫（记作,S,），也应包含在全硫中。,一般工业分析中只测全硫，全硫的测定方法有：艾士卡质量法、燃烧法、弹筒法等。燃烧法是快速方法，而艾士卡法至今仍是全世界公认的标准方法，,67,.,艾士卡质量法,1方法要点,本法是用,艾士卡试剂,（Na,2,CO,3,和MgO以质量比1:2的混和物）作为熔剂，所以称为艾士卡质量法。方法包括煤样的,半熔反应,、用水浸取、硫酸钡的沉淀、过滤、洗涤、干燥、灰化和灼烧等过程。,68,.,2基本原理,熔样：,煤样和艾士卡试剂均匀混合后在高温下进行半熔反应，使各种形态的硫都转化成可溶于水的硫酸盐。煤样在空气中燃烧时，可燃硫首先转化为SO,2,，继而在有空气存在下，和艾士卡试剂作用形成可溶于水的硫酸盐,：,煤,+,空气,=CO,2,+H,2,O+,SO,2,+SO,3,+N,2,2SO,2,+O,2,+2Na,2,CO,3,=,2,Na,2,SO,4,+2CO,2,SO,3,+Na,2,CO,3,=,Na,2,SO,4,+CO,2,69,.,MgO 作用？,艾士卡试剂中的MgO能,疏松反应物,，使空气能进入煤样，同时也能与SO,2,和SO,3,发生反应。,CaSO,4,？,MeSO,4,？,不可燃烧又难溶于水的,CaSO,4,，也能同时能和艾士卡试剂作用。难溶于水的硫酸盐,MeSO,4,和艾士卡试剂中的,Na,2,CO,3,反应如下：,MeSO,4,+Na,2,CO,3,=,Na,2,SO,4,+MeCO,3,70,.,熔块浸取,？,经半熔反应后的熔块，用水浸取，Na,2,SO,4,都溶入水中。未作用完的Na,2,CO,3,也进入水中，并部分水解，因此水溶液呈碱性。,71,.,酸性 pH约12,滤渣经过洗涤后，把洗液和滤液合并，调节溶液酸度，使其呈酸性（pH约12），,其目的是消除CO,3,2-,的影响,，因其也会和Ba,2+,在中性溶液中形成碳酸钡沉淀。,72,.,沉淀、洗涤、灼烧、恒量,加入Ba,2+,后，生成硫酸钡沉淀：,SO,4,2-,+Ba,2-,=BaSO,4,滤出BaSO,4,沉淀，经洗涤、烘干、灰化、灼烧，即可称量。,73,.,3试剂,艾士卡合剂(MgONa,2,CO,3,质量比2+1)；,盐酸溶液（1+1）；,氯化钡溶液（100 g/L）；,甲基橙指示剂（2 g/L）；,硝酸银溶液（10 g/L）。,74,.,4测定方法,称取煤样（粒度应小干0.2mm）1g，置于30mL瓷坩埚中，取艾士卡试剂2g，放在瓷坩埚内仔细混匀，上面再覆盖1g艾士卡试剂，把坩埚推入高温炉内。在2h内从室温升到850，在850下加热2h，取出坩埚，冷却到室温。用玻璃棒把熔块搅碎，熔块中应无残炭颗粒（如果有，则再送入炉中加热）。,熔 样,75,.,熔块,浸取,将熔块连同坩埚一并放入400mL烧杯中，用热蒸馏水洗出坩埚。加入100150mL热蒸溜水，充分搅拌使熔块散碎，煮沸约5min（此时如果发现有未燃烧完全的黑色颗粒漂浮在溶液表面，则此次试验报废）。用定性滤纸滤出不溶物，收集滤液在烧杯中，再用热蒸馏水吹洗不溶物，吹洗时应注意每次加水要少些，多吹洗几次（约12次，最后溶液体积不超300mL）。,76,.,调整试液酸度,在滤液中滴加甲基橙（2g/L水溶液）指示剂3滴，然后用HCl溶液(1+1)调节酸度。先调至甲基橙的黄色刚转为红色，然后再多加2mL HCl溶液(1+1)，,77,.,沉淀恒量,把烧杯放到电热板上加热到微沸，在不断搅拌下，慢慢滴加10mLBaCl,2,溶液(100g/L)，在电热板上保温2h（或放置过夜），用慢速定量滤纸过滤。用热蒸馏水洗至无Cl，将沉淀和滤纸正确折叠放在850下已恒量的坩埚中进行干燥，灰化至滤纸已无黑色，然后放在850的高温炉中灼烧40min，取出，先在空气中冷却，然后移入干燥器中冷到室温、称量。,78,.,5结果计算,m,煤样质量，g；,m,1,灼烧后硫酸钡的质量，g；,m,2,空白试验硫酸钡的质量，g；,0.1374由硫酸钡换算为硫的换算因数。,79,.,6测定全硫的允许误差,测定全硫的允许误差,S,t,ad,同一实验室，,%,不同实验室，,%,4,0.05,0.10,0.20,0.10,0.20,0.30,80,.,7注意事项,必须在通风下进行半熔反应，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为SO,2,。这就是为什么在半熔完毕后，用水抽提不得有黑色颗粒的缘故。,在用水浸取、洗涤时，溶液体积不宜过大，当加入BaC1,2,溶液后，最后体积应在200mL左右为宜。体积过大，虽然BaSO,4,的溶度积不大，但是也会影响测定值（偏低）。,81,.,7注意事项,调节酸度到微酸性，同时再加热，是为了消除CO,3,2-,的影响：,2H,+,+CO,3,2-,=H,2,O+CO,2,在热溶液中加入BaCl,2,溶液以及在搅拌下慢慢滴加，都是为了防止Ba,2+,局部过浓，以致造成局部Ba,2+,和SO,4,2-,的乘积大于溶度积而析出沉淀。在上述条件下可以使BaSO,4,晶体慢慢形成，长成较大颗粒。,82,.,7注意事项,在洗涤过程中，每次吹入蒸馏水前，应该将洗液都滤干，这样洗涤效果较好。,在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风。如果这两方面不注意，BaSO,4,会被还原而导致测定结果偏低。,BaSO,4,+2C=BaS+2CO,2,83,.,3.6,煤发热量的测定,一、发热量的定义及单位,二、发热量的种类和基准,三、煤的发热量的测定,84,.,3.6,煤发热量的测定,煤的发热量是煤质分析的重要指标之一。,1.煤作为动力燃料，其发热量越高，经济价值就越大。,2.煤在燃烧或气化过程中，还须用煤的发热量计算热平衡、耗煤量和热效率。根据这些计算参数即可考虑改进操作条件和工艺过程，从而设法达到最大的热能利用率。,煤的发热量是表征煤炭各种特征的,综合指标,，在煤质研究中也是一个十分重要的参数。煤的发热量也是反映,煤化程度,的指标，还常作为,煤碳分类,的指标。,85,.,一、发热量的定义及单位,煤的发热量或热值是指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时（室温）所放出的热量，用,Q,表示。,发热量的单位:,J/g,、,kJ/kg,或,MJ/kg,表示。,过去曾使用卡（,cal,）作单位，,1 cal=4.1816 J,。,86,.,二、发热量的种类和基准,煤的发热量分类：,弹筒发热量,高位发热量,低位发热量,87,.,1弹筒发热量：（,Q,b,）,是指单位质量的煤样在量热计和弹筒内，在过量的高压氧气条件下（初始压力为2735大气压）燃烧后产生的热量，也就是用弹筒量热计实测出的热量。,煤中原有的水和氢元素燃烧生成的水冷凝在弹筒中，氮被氧化为NO,2,或N,2,O,5,，硫被氧化为SO,3,，它们溶于水也会产生热量。因此煤在弹筒中燃烧要比在空气中燃烧时产生的热量多，所以又称为“,最高发热量,”。,88,.,2高位发热量（,Q,gr,表示）,高位发热量是指煤在大气中燃烧时产生的热量，此时煤中的硫只生成SO,2,，氮是游离状态N,2,，水呈液态冷凝（常温约25）。,高位发热量可从弹筒发热量求得：,Q,gr,ad,=,Q,b,ad,-,（,95,S,t,ad,+,Q,b,ad,）,89,.,高位发热量可从弹筒发热量求得：,Q,gr,ad,=,Q,b,ad,-,（,95,S,t,ad,+,Q,b,ad,）,Q,gr,ad,空气干燥基煤的高位发热量，,J/g,；,Q,b,ad,空气干燥基煤的弹筒发热量，,J/g,；,S,t,ad,空气干燥基煤的全硫含量；,95,煤中每,1%,硫的校正值，,J,；,硝酸校正系数（可由表,4-11,查得）。,Q,b,ad,，,KJ/g,25.10,0.001,0.0012,0.0016,硝酸校正系数表,90,.,3低位发热量（,Q,net,）,低位发热量是指煤在工业窑炉中燃烧时所产生的热量。,煤在工业窑炉中燃烧时，煤中水分和氢生成的水蒸汽随烟道气进入大气中（假设燃烧产物中的水成20水蒸气状态），此时燃料燃烧放出的,热量一部分被水气化,所吸收，故热值降低。,高位发热量必须减去这部分气化热或叫蒸发热后，即为低位发热量,。,91,.,4常用的表示方法,除了介绍过的三种发热量，煤的分析又有五种不同的基准。因此煤的发热量就可以有十五种不同的表示方法，但其中有些表示方法的实际应用意义不大。常用的有下列五种：,空气干燥基弹筒发热量，,Q,b,ad,；,空气干燥基高位发热量，,Q,gr,ad,；,干基高位发热量，,Q,gr,d,；,干燥无灰基高位发热量，,Q,gr,daf,；,收到基低位发热量，,Q,net,ar,；,92,.,注意表示方法的问题,空气干燥基弹筒发热量只作为测定的原始数据，应以高位发热量作测定结果报出。动力燃料必须使用收到基低位发热量。在使用发热量结果时，必须搞清楚其类别和基准；否则会造成很大的误差。,93,.,5不同表示方法间的换算,同一基准间低位发热量与高位发热量的换算可利用前面介绍的公式。不同基准间高位发热量的换算可利用表4-11的换算关系换算。,不同基准间低位发热量间的换算，因为要考虑水对发热量的影响，所以不能直接应用表4-11的换算关系。,94,.,三、煤的发热量的测定,测定发热量的通用方法是“氧弹法”。,1原理,取一定量的分析煤样在充满高压氧气的弹筒（浸没在装一定质量的水的容器俗称内筒）内完全燃烧，生成的热被水吸收，水温升高，由水升高的温度，计算样品的发热量。,2仪器及设备,3.测定方法,95,.,3.7,由工业分析结果计算煤的发热量,煤的发热量可以直接用量热仪测定，但大多数厂矿的化验室由于仪器条件的限制无法测定，因此利用煤的工业分析结果如水分、灰分、挥发分等来计算煤的发热量，对于指导生产、降低煤耗具有很大的实用意义。,96,.,半经验公式,1无烟煤空气干燥基低位发热量的计算式,Q,net,ad,=-86,M,ad,-92,A,ad,-24,V,ad,式中,Q,net,ad,煤的空气干燥基低位发热量，kcal/kg（1cal=4.1816 J）；,M,ad,煤的空气干燥基水分；,A,ad,煤的空气干燥基灰分；,V,ad,煤的空气干燥基挥发分；,系数。,97,.,2烟煤空气干燥基低位发热量的计算式,Q,net,ad,=100-（+6）（,M,ad,+,A,ad,）-3,V,ad,-40,M,ad,只有少数,V,daf,35、同时,M,ad,又大于3%的烟煤，在计算,Q,net,ad,时才减去最后一项（即40,M,ad,）。,式中,K,1,系数，可按,V,daf,和焦渣特征由表4-16中查得。在查表前先将,V,ad,换算成,V,daf,，再从表4-16中查出,K,1,值。,98,.,3褐煤空气干燥基低位发热量的计算式,Q,net,ad,=100,K,2,-,（,K,2,+6,）（,M,ad,+,A,ad,）,-3,V,ad,-40,M,ad,式中,K,2,系数。,99,.,4标准煤耗的计算,各种燃料设备消耗能源的多少，可用标准煤耗来表示，用下式计算：,100,.,例：某厂烟煤的,M,ar,=10.50，,M,ad,=2.71%，,A,ad,=23.20，,V,ad,=26.41%，焦渣物征为（5），实物煤耗290公斤吨熟料。试求,Q,net,ad,，,Q,net,ar,和标准煤耗值。,解：,101,.,由,V,daf,和焦渣特征，由表4-18查得,K,1,=81.0,Q,net,ad,=100,K,1,-（,K,1,+6）（,M,ad,+,A,ad,）-3,V,ad,=10081-（81+6）（2.71+23.20）-326.41,=8100 2254-79,=5767 kcalkg煤,102,.,再由公式,=5105 kcal,kg,煤,标准煤耗,=,211.5kg,标煤,/t,熟料,103,.,习 题,1煤主要由哪些组份构成？各组份的作用如何？,2煤的分析有哪几类分析方法？煤的工业分析一般测定那些项目？,3怎样从火车、汽车及煤堆中采取具有代表性的试样？采取的煤试样要经过哪些过程才能得到送交化验室的样品？化验室收到试样后，如何制成分析用试样？在制样过程中应注意哪些问题？,104,.,5 称取空气干燥基煤试祥1.2000g，测定挥发份时失去质量0.1420g，测定灰份时残渣的质量0.1125g，如已知空气干燥基水分为4，求煤样的挥发份、灰份和固定碳的含量？,称取空气干燥基煤试样1.000g，测定挥发份时，失去质量为0.2824g，已知此空气干燥基煤试样中的水分为2.50%，灰分为9.00，收到基水分为8.10%，分别求收到基、空气干燥基、干基和干燥无灰基的挥发份及固定碳含量。,习,题,105,.,习,题,7什么是艾士卡试剂？在煤中硫的测定中，各组分的作用如何?,8称取空气干燥基煤试样1.2000g，灼烧后残余物的质量是0.1000g，已知收到基水分为5.40%，空气干燥基水分为1.50%，求收到基、空气干燥基、干基和干燥无灰基的灰分。,9煤的分析结果各种基准之间的换算关系?,106,.,