煤的化学组成省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 煤化学组成煤化学组成 第1页第五章第五章 煤化学组成煤化学组成主要内容主要内容5.1煤工业分析煤工业分析5.2煤中矿物质组成及煤灰成份煤中矿物质组成及煤灰成份5.3煤中有机质元素组成煤中有机质元素组成5.4煤中有机质族组成煤中有机质族组成5.5煤质分析指标基准及换算煤质分析指标基准及换算第2页 引引言言煤煤无机组分无机组分（有害）（有害）有机组分：高分子有机化合物混合物有机组分：高分子有机化合物混合物（主要部分）（主要部分）矿物质矿物质水水化学成份复杂，分离判定不可能化学成份复杂，分离判定不可能工业分析工业分析元素分析元素分析灰分分析灰分分析溶剂萃取溶剂萃取第3页第一节第一节 煤工业分析煤工业分析 1 1、煤工业分析是确定、煤工业分析是确定煤化学组成煤化学组成最基本方法最基本方法。2 2、工业分析能够将煤组成份为：、工业分析能够将煤组成份为：水分、灰分、挥发水分、灰分、挥发分和固定碳分和固定碳。3 3、工业分析特点：工业分析是一个条件试验，除了、工业分析特点：工业分析是一个条件试验，除了水分以外，水分以外，灰分、挥发分灰分、挥发分和和固定碳固定碳都是煤中原始组分都是煤中原始组分在在一定条件下转化产物一定条件下转化产物。灰分起源于煤中矿物质；挥发分。灰分起源于煤中矿物质；挥发分和固定碳起源于煤中有机质。测定结果依测定条件改变和固定碳起源于煤中有机质。测定结果依测定条件改变而改变。而改变。4 4、测定方法：（、测定方法：（GB/T212-GB/T212-）第4页一、一、煤中水分煤中水分 1 1、煤中水分状态、煤中水分状态水水分分是是煤煤中中主主要要组组成成部部分分，是是煤煤炭炭质质量量主主要要指标。指标。（1 1）成煤过程中，环境中水伴随成煤过程进入煤中；成煤过程中，环境中水伴随成煤过程进入煤中；（2 2）煤层形成后，地下水进入煤层裂隙、孔隙中；）煤层形成后，地下水进入煤层裂隙、孔隙中；（3 3）开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。）开采、洗选、运输、储存过程中进入煤中。煤中水分起源：煤中水分起源：第5页水水 分分游离水游离水化合水化合水与煤呈物理态结合，吸附在煤外表与煤呈物理态结合，吸附在煤外表面和内部孔隙中面和内部孔隙中结晶水结晶水热解水热解水煤中含结晶水矿物质含有，通常含量不煤中含结晶水矿物质含有，通常含量不大；大；高温热解条件下，煤中氧和氢结合生成水，高温热解条件下，煤中氧和氢结合生成水，它取决于热解条件和煤中氧含量它取决于热解条件和煤中氧含量煤中水分均是指煤中物理吸附态水。煤中水分均是指煤中物理吸附态水。颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中颗粒越细、内部孔隙越发达，煤中吸附水分就越高吸附水分就越高一、一、煤中水分煤中水分 外在水分外在水分内在水分内在水分第6页一、一、煤中水分煤中水分 游离水游离水外在水分外在水分内在水分内在水分（常温大气中易失去水分）（常温大气中易失去水分）（常温大气中不易失去水分）（常温大气中不易失去水分）全水分全水分v严严格格地地说说，外外在在水水分分是是指指煤煤放放置置在在大大气气中中使使水水分分不不停停蒸蒸发发，当当煤煤中中水水蒸蒸气气压压与与大大气气中中水水蒸蒸气气分分压压到到达达平平衡衡时时，煤煤中中水水分分不不再再改改变变。这这时时所所失失去去水水分分占占煤煤样样质质量量百百分分数数就就是是外外在在水水分分，用用M Mf f表表示示。而而残残留留在在煤煤内内部孔隙中没有蒸发出来水分称为部孔隙中没有蒸发出来水分称为内在水分，用内在水分，用M Minhinh表示表示。第7页按照一定采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具按照一定采样标准从商品煤堆、商品煤运输工具或用户煤场等处所采煤样，称为或用户煤场等处所采煤样，称为应用煤样应用煤样，将应用煤，将应用煤样送到化验室后称为样送到化验室后称为收到煤样收到煤样，它含有水分占收到煤，它含有水分占收到煤样质量百分数称为样质量百分数称为收到基收到基(as received basis)(as received basis)水分，水分，也称全水分，用也称全水分，用M Mt t或或M Marar表示表示。外在水分和内在水分组外在水分和内在水分组成了收到基水分成了收到基水分，它们关系可用下式表示：，它们关系可用下式表示：，%第8页煤煤失失去去外外在在水水分分后后所所处处状状态态称称为为风风干干状状态态或或空空气气干干燥燥状状态态，失失去去外外在在水水分分煤煤样样称称为为风风干干煤煤样样或或空空气气干干燥燥煤煤样。样。风干煤中水分占风干煤样质量百分数称为风干煤中水分占风干煤样质量百分数称为内在水分内在水分。通通常常，煤煤质质分分析析化化验验采采取取煤煤样样均均是是粒粒度度小小于于0.2mm0.2mm空空气气干干燥燥煤煤样样（又又称称分分析析煤煤样样），空空气气干干燥燥煤煤样样水水分分也也可可称称为为空空气气干干燥燥基基(air(air dried dried basis)basis)水水分分，用用M Madad表表示示，它它大小与大小与M Minhinh相同。相同。第9页煤最高内在水分煤最高内在水分 煤最高内在水分煤最高内在水分是指煤样在是指煤样在3030，相对湿度到达，相对湿度到达96%96%条件下吸附水分到达饱和时测得水分，用符号条件下吸附水分到达饱和时测得水分，用符号MHC MHC(moisture holding capacity)(moisture holding capacity)表示。这一指标反应了年青表示。这一指标反应了年青煤煤化程度，用于煤质研究和年青煤分类。煤煤化程度，用于煤质研究和年青煤分类。煤最高内在水分测定煤最高内在水分测定将将饱饱浸浸水水分分煤煤样样用用恒恒湿湿纸纸处处理理，以以除除去去大大部部分分外外在在水水分分并并使使煤煤团团 分分散散开开，然然后后放放在在温温度度为为3030，相相对对湿湿度度为为96%(96%(硫硫酸酸钾钾结结晶晶及及其其饱饱和和溶溶液液)充充氮氮调调湿湿器器内内，在在常常压压和和不不停停 搅搅动动气气氛氛情情况况下下使使其其到到达达湿湿度度平平衡衡，然然后后在在105105110110温温度度下下烘烘干干，以以其其减减量量重重量量百百分分数数表表示示最最高高内内在在水水分分。普普通需要通需要24244848小时小时。第10页充氮常压法最高充氮常压法最高内在水分测定仪内在水分测定仪 第11页充氮烘箱充氮烘箱1烘箱；烘箱；2金属金属盒；盒；3干燥塔；干燥塔；4氮气瓶；氮气瓶；5硅硅胶管；胶管；6孔径孔径0.25mm 铜网；铜网；7金属托盘；金属托盘；8氮氮气出口；气出口；9样皿；样皿；10氮气入口氮气入口 第12页2 2、测定煤中水分基本原理、测定煤中水分基本原理测测定定煤煤中中水水分分含含量量方方法法很很多多，如如蒸蒸馏馏法法、电电解解法法、烘烘烤烤失失重重法法等等，本本课课要要求求掌掌握握干干燥燥失失重重法法基基本本原原理理，其其它它方方法可参阅相关专门书籍。法可参阅相关专门书籍。干燥失重法原理是干燥失重法原理是：煤中水分是以物理态吸附在煤表：煤中水分是以物理态吸附在煤表面或孔隙中，只要将煤加热到高于面或孔隙中，只要将煤加热到高于100100，即可使煤中水，即可使煤中水分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何改变，煤失重分析出。在加热过程中，煤本身不发生任何改变，煤失重即认为是水分失去所引发。即认为是水分失去所引发。通常是将煤加热到通常是将煤加热到105105110110并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样失重即为煤样在干并保持恒温，直至煤处于恒重时，煤样失重即为煤样在干燥中失去水分。燥中失去水分。第13页自动水分测定仪自动水分测定仪 水分测定时使用仪器设备有水分测定时使用仪器设备有分析天平分析天平、干燥干燥箱箱、称量瓶称量瓶等。等。还有自动化仪器设备。还有自动化仪器设备。第14页2 2、测定煤中水分基本原理、测定煤中水分基本原理 工业分析中测定水分是指用粒度小于工业分析中测定水分是指用粒度小于0.2mm0.2mm空气干燥煤样测得水分，称为空气干空气干燥煤样测得水分，称为空气干燥基水分燥基水分。第15页3 3、煤中水分与煤化程度关系煤中水分与煤化程度关系MHC,%年年轻轻褐褐煤煤最最高高内内在在水水分分多多在在25%25%以以上上，少少数数如如云云南南弥弥勒勒褐褐煤煤最最高高内内在在水水分分达达31%31%。最最高高内内在在水水分分小小于于2%2%烟烟煤煤，几几乎乎都都是是强强粘粘结结性性和和高高发发烧烧量量肥肥煤煤和和主主焦焦煤煤。无无烟烟煤煤最最高高内内在在水分比烟煤有所提升。水分比烟煤有所提升。第16页煤外在水分与煤化程度没有规煤外在水分与煤化程度没有规律可循。律可循。煤内在水分呈规律性改变。煤内在水分呈规律性改变。从褐煤开始，随煤化程度提升，从褐煤开始，随煤化程度提升，煤内在水分逐步下降，到中等煤化煤内在水分逐步下降，到中等煤化程度焦煤和肥煤，内在水分最低，程度焦煤和肥煤，内在水分最低，今后随煤化程度提升，内在水分又今后随煤化程度提升，内在水分又有所上升。有所上升。原因：煤孔隙内表面，分子上原因：煤孔隙内表面，分子上极性含氧官能团极性含氧官能团第17页4 4、煤中水分对煤加工利用影响、煤中水分对煤加工利用影响 煤中水分对煤加工利用过程是有害煤中水分对煤加工利用过程是有害。（1 1）运输浪费。）运输浪费。（2 2）热效率降低。）热效率降低。（3 3）降低环境污染。降低环境污染。第18页二、煤灰分二、煤灰分煤灰分：煤灰分：煤样在要求条件下完全燃烧后所得残煤样在要求条件下完全燃烧后所得残渣渣。该残渣质量占测定煤样质量。该残渣质量占测定煤样质量百分数百分数称为灰分产称为灰分产率，简称为率，简称为灰分灰分。第19页1 1、煤灰分起源、煤灰分起源煤灰分不是煤中固有组成，而是煤灰分不是煤中固有组成，而是由煤中矿物质转化由煤中矿物质转化而来而来。矿物质在高温下经分解、氧化、化合等化学反应矿物质在高温下经分解、氧化、化合等化学反应之后才转化为灰分。之后才转化为灰分。煤灰分与矿物质有很大区分，首先是煤灰分与矿物质有很大区分，首先是灰分产率比对灰分产率比对应矿物质含量要低，应矿物质含量要低，其次是在成份上有很大改变。其次是在成份上有很大改变。矿物质转化为灰分过程中发生有代表性反应是：矿物质转化为灰分过程中发生有代表性反应是：CaCOCaCO3 3CaO+COCaO+CO2 2FeSFeS2 2+O+O2 2 SOSO2 2+Fe+Fe2 2O O3 3CaSOCaSO4 4.H.H2 2O O CaSO CaSO4 4+H+H2 2O O第20页2 2、灰分产率测定关键点、灰分产率测定关键点在灰皿中称量在灰皿中称量1g1g左右分析煤样，然后在左右分析煤样，然后在815815空气空气充分条件下完全燃烧后得到残渣作为煤灰分，充分条件下完全燃烧后得到残渣作为煤灰分，称量并称量并计算其占煤样质量百分数，称为煤灰分产率，用计算其占煤样质量百分数，称为煤灰分产率，用A A表示。表示。测定灰分时所用煤样是粒度小于测定灰分时所用煤样是粒度小于0.2mm0.2mm空气干燥煤空气干燥煤样，所以，测定结果是空气干燥基灰分产率，用样，所以，测定结果是空气干燥基灰分产率，用A Aadad表表示。测定灰分用仪器设备有示。测定灰分用仪器设备有马弗炉马弗炉、分析天平和、分析天平和灰皿灰皿等。等。测定煤灰分方法：测定煤灰分方法：慢速法慢速法和和快速法快速法。第21页连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪第22页连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪连续快速灰分测定仪第23页灰分产率计算：灰分产率计算：因为空气干燥煤样中水分是随空气湿度改变而改变，因为空气干燥煤样中水分是随空气湿度改变而改变，因而造成灰分测值也随之发生改变。但就因而造成灰分测值也随之发生改变。但就绝对干燥煤样绝对干燥煤样来说，其灰分产率是不变。来说，其灰分产率是不变。所以，在实用上空气干燥基所以，在实用上空气干燥基(dry basis)(dry basis)灰分产率只是个中间数据，普通还需换算为灰分产率只是个中间数据，普通还需换算为干燥基灰分产率干燥基灰分产率A Ad d。换算公式以下：。换算公式以下：，%实际使用中无尤其指明，灰分表示基准实际使用中无尤其指明，灰分表示基准应是干燥基础。应是干燥基础。第24页3 3、煤中矿物质和灰分对煤利用影响、煤中矿物质和灰分对煤利用影响 A A、煤中矿物质或灰分不利影响、煤中矿物质或灰分不利影响 (1)(1)增加运输负荷；增加运输负荷；(2)(2)增加煤炭消耗；增加煤炭消耗；(3)(3)影响炼焦生产操作条件和产品质量；影响炼焦生产操作条件和产品质量；(4)(4)腐蚀设备和装置；腐蚀设备和装置；(5)(5)造成环境污染。造成环境污染。第25页 B B、煤中矿物质或煤灰利用路径、煤中矿物质或煤灰利用路径 (1)(1)作为煤转化过程催化剂。作为煤转化过程催化剂。(2)(2)生产建筑材料。生产建筑材料。(3)(3)制成环境保护制剂与材料。制成环境保护制剂与材料。(4)(4)回收稀有金属和共他有用成份。回收稀有金属和共他有用成份。(5)(5)用做化肥和土壤改良剂。用做化肥和土壤改良剂。第26页三、挥发分和固定碳三、挥发分和固定碳 在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，在高温条件下，将煤隔绝空气加热一定时间，煤有机质发生热解反应，形成部分小分子化合物，煤有机质发生热解反应，形成部分小分子化合物，在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形在测定条件下呈气态析出，其余有机质则以固体形式残留下来。式残留下来。呈气态析出小分子化合物称为挥发分，呈气态析出小分子化合物称为挥发分，以固体形式残留下来有机质称为固定碳。以固体形式残留下来有机质称为固定碳。实际上，实际上，固定碳不能单独存在，固定碳不能单独存在，它与煤中灰分一起形成焦渣，它与煤中灰分一起形成焦渣，从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用从焦渣中扣除灰分就是固定碳了。挥发分用V V表示表示，固定碳用固定碳用FCFC表示表示。第27页第28页1 1、挥发分测定关键点、挥发分测定关键点 称取称取1g1g空气干燥煤样放入空气干燥煤样放入挥发分坩埚挥发分坩埚，在，在900900马弗炉马弗炉内隔绝空气加热内隔绝空气加热7min7min取出，在干燥器中冷却后称量焦渣质量，取出，在干燥器中冷却后称量焦渣质量，认为失重由挥发分和水分蒸发所致，所以，认为失重由挥发分和水分蒸发所致，所以，按下式计算挥发按下式计算挥发分分：，空气干燥基空气干燥基固定碳固定碳FCFCadad按下式计算按下式计算：FCFCadad100100M MadadA AadadV Vadad，第29页挥发分测定仪器挥发分测定仪器第30页2 2、V Vadad校正校正 在煤隔绝空气加热情况下，煤中矿物质也发生在煤隔绝空气加热情况下，煤中矿物质也发生分解反应，产生一些气态产物逸出，主要是分解反应，产生一些气态产物逸出，主要是碳酸盐碳酸盐分解产生分解产生COCO2 2，影响到挥发分测定准确性，需校正。影响到挥发分测定准确性，需校正。当碳酸盐当碳酸盐COCO2 2含量含量2 2时，时，V Vadad校正校正V Vadad (CO (CO2 2)adad式中式中(CO(CO2 2)adad 空气干燥基碳酸盐空气干燥基碳酸盐COCO2 2含量，含量，第31页3 3、挥发分基准换算、挥发分基准换算挥发分是由煤有机质热解而产生，挥发分是由煤有机质热解而产生，挥发分高低反应了煤挥发分高低反应了煤有机质特征。但挥发分测定结果用空气干燥基表示时，既不有机质特征。但挥发分测定结果用空气干燥基表示时，既不能正确反应这种特征，因为水分和灰分影响，也不能准确表能正确反应这种特征，因为水分和灰分影响，也不能准确表示挥发分大小。所以，排除水分和灰分，采取无水无灰基准示挥发分大小。所以，排除水分和灰分，采取无水无灰基准（dry ash free basis dry ash free basis）表示，）表示，无水无灰基也称干燥无灰无水无灰基也称干燥无灰基基。在实际使用中除非尤其指明，在实际使用中除非尤其指明，挥发分基准均是干燥无灰挥发分基准均是干燥无灰基。干燥无灰基挥发分用基。干燥无灰基挥发分用V Vdafdaf表示，表示，由空气干燥基挥发分换由空气干燥基挥发分换算而得：算而得：第32页，这时，这时，干燥无灰基固定碳干燥无灰基固定碳FCFCdafdaf100100V Vdafdaf。第33页4 4、焦渣特征、焦渣特征焦渣定义：焦渣定义：煤样在测定完挥发分后固体残留物。煤样在测定完挥发分后固体残留物。它是由固定碳和灰分组成。它是由固定碳和灰分组成。焦渣特征：指焦渣形态（粉状、块状）、光泽、焦渣特征：指焦渣形态（粉状、块状）、光泽、强度、形状等特点，并依据这些特点，把焦渣特征强度、形状等特点，并依据这些特点，把焦渣特征划分为划分为8 8种，用以种，用以粗略判断煤粘结性强弱粗略判断煤粘结性强弱，号数越大，号数越大，表明粘结性越强。表明粘结性越强。焦渣特征号以下：焦渣特征号以下：第34页1 1号粉状：号粉状：全部是粉末，没有相互粘着颗粒全部是粉末，没有相互粘着颗粒 2 2号粘着：号粘着：颗粒粘着，但用手轻压即碎成粉状颗粒粘着，但用手轻压即碎成粉状 3 3号弱粘结号弱粘结：已经成块，但手指轻压即碎成小块：已经成块，但手指轻压即碎成小块 4 4号不熔融粘结：号不熔融粘结：用手指用力压才裂成小块用手指用力压才裂成小块 5 5号不膨胀熔融粘结：号不膨胀熔融粘结：角质呈扁平饼状，煤粒界面不易分清，角质呈扁平饼状，煤粒界面不易分清，表面有银白色金属光泽表面有银白色金属光泽 6 6号微膨胀熔融粘结：号微膨胀熔融粘结：焦渣用手指压不碎，表面有银白色金焦渣用手指压不碎，表面有银白色金属光泽和较小膨胀泡属光泽和较小膨胀泡 7 7号膨胀熔融粘结：号膨胀熔融粘结：焦渣表面有银白色金属光泽，显著膨胀，焦渣表面有银白色金属光泽，显著膨胀，但高度不超出但高度不超出15mm15mm 8 8号强膨胀熔融粘结：号强膨胀熔融粘结：同上，但高度超出同上，但高度超出15mm15mm。4 4、焦渣特征、焦渣特征第35页5 5、影响挥发分原因、影响挥发分原因（1 1）测定条件：）测定条件：加热温度、时间和速度。加热温度、时间和速度。（2 2）煤化程度影响：）煤化程度影响：挥发分随煤化程度提升而下降挥发分随煤化程度提升而下降。褐煤最高（通常大于褐煤最高（通常大于4040），无烟煤最低（通常小），无烟煤最低（通常小于于1010）。）。煤挥发分主要来自于煤分子上脂肪侧链、含氧官能煤挥发分主要来自于煤分子上脂肪侧链、含氧官能团断裂后形成小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生团断裂后形成小分子化合物和煤有机质高分子缩聚时生成氢气。成氢气。第36页大大类别类别小小类别类别分分类类指指标标名称名称名称名称Vdaf（%）Y（mm）无烟煤无烟煤010贫贫煤煤10200（粉状）（粉状）瘦煤瘦煤1号瘦煤号瘦煤2号瘦煤号瘦煤142014200（成（成块块）8812焦煤焦煤瘦焦煤瘦焦煤主焦煤主焦煤焦瘦煤焦瘦煤1号肥焦煤号肥焦煤2号肥焦煤号肥焦煤14181826202626302630122512258129141425肥煤肥煤1号肥煤号肥煤2号肥煤号肥煤1号焦肥煤号焦肥煤2号焦肥煤号焦肥煤气肥煤气肥煤2637263726263725303025303025气煤气煤1号肥气煤号肥气煤2号肥气煤号肥气煤1号气煤号气煤2号气煤号气煤3号气煤号气煤303730373737379141425599141425弱粘煤弱粘煤1号弱粘煤号弱粘煤2号弱粘煤号弱粘煤202626370（成（成块块）80（成（成块块）9不粘煤不粘煤20370（粉状）（粉状）长长焰煤焰煤3705褐煤褐煤40第37页（3 3）成因类型和煤岩组分影响）成因类型和煤岩组分影响煤挥发分主要决定于其煤化程度，煤挥发分主要决定于其煤化程度，但成因类型和煤但成因类型和煤岩组分也有影响。岩组分也有影响。腐植煤挥发分低于腐泥煤。腐植煤挥发分低于腐泥煤。这是因为成煤原始植物这是因为成煤原始植物和结构差异引发。腐植煤以稠环芳香族物质为主，受热和结构差异引发。腐植煤以稠环芳香族物质为主，受热不易分解，而腐泥煤则以脂肪族为主，受热易裂解为小不易分解，而腐泥煤则以脂肪族为主，受热易裂解为小分子化合物成为挥发分。分子化合物成为挥发分。煤岩组分中壳质组挥发分最高，镜质组次之，惰质煤岩组分中壳质组挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低。组最低。腐植煤镜质组挥发分随煤化程度提升而较为均腐植煤镜质组挥发分随煤化程度提升而较为均匀下降，匀下降，所以普通用挥发分作为表示煤化程度指标。所以普通用挥发分作为表示煤化程度指标。第38页第一节 煤工业分析一、煤中水分（一、煤中水分（M M）煤加热挥发部分不挥发部分水分（M）煤中无机质热解生成气体煤中有机质热解生成气体（V）煤中无机质热解形成残渣（A）煤中有机质产生热量部分（FC）2%，不计2%，减去煤化学组成M+A+V+FC（一）煤中水分起源 煤中水分起源于成煤过程中、煤形成后及在开采、洗选和运输过程中等。煤工业分析：是指测定煤中M、A、V、FC过程。重点、难点内容注意第39页（二）煤中水分种类煤中水分 按水分在煤中存在状态分按测定煤中水分时操作条件分游离水：是吸附在煤表面和存在于煤内部毛细管中水分。化合水：是指煤中矿物质结晶水。在煤工业分析中不考虑这种水分。自由水分：是附着在煤表面和内部大毛细管（半径大于10-5cm）中水分 湿存水分：是存在于煤内部小毛细管（半径小于10-5cm）中水分。外在水分（Mf）:是指在4050测定条件下，煤样与周围空气到达湿度平衡时失去水分。内在水分（Minh）:是指在100110测定条件下，煤样到达干燥状态时所失去水分。煤最高内在水分（MHC）：是指煤在温度30、相对湿度为9697条件下到达吸湿平衡内在水分。以最高内在水分状态煤样为基准即为恒湿基，其分析结果数据多在煤理论研究和煤分类上应用。第40页 煤全水分是煤外在水分和内在水分之和。即：Mt,ar=Mf,ar+Minh,ar 煤工业分析中，煤外在水分（Mf,ar）是以收到基为基准、煤内在水分（Minh,ad）又是以空气干燥基为基准测定。因为它们之间基准不一样，所以煤全水分不能直接用它们相加得到，而必须用全水分计算公式（式4-6）经过换算得到。收到基全水分（Mt,ar）表示是煤中实际含水量。（三）煤中全水分（Mt，ar）（四）煤水分指标使用意义 1.收到基全水分（Mt,ar）：它是衡量煤炭经济价值最基本质量指标之一，也是商品煤计价主要依据，在工业上全水分可用来计算热平衡、物料平衡和煤发烧量等。2.空气干燥基水分（Mad）：主要用于煤质分析中各项指标计算和基准换算。*煤水分指标符号简写：Mt,ar简写MtMarMf，ar简写MfMinhMinhMad简写简写Minh，arMinh，ad第41页 煤中矿物质是煤中除了水分以外无机物。煤灰分不是煤中固有成份，而是煤中矿物质在煤燃烧时经过失水、分解、氧化、化合等改变而产生固态混合物，所以，严格地讲不能叫“煤中灰分”，而应叫“煤灰分产率”。二、煤中矿物质（二、煤中矿物质（MMMM）和煤灰分产率（）和煤灰分产率（A A）（一）煤中矿物质（MM）煤中矿物质划分及起源原生矿物质次生矿物质外来矿物质起源于起源于起源于成煤植物本身所含矿物质，普通为12。不能用机械方法除去。在成煤过程中，从外界进入成煤沼泽中以后保留于煤中矿物质，含量不高。较难与煤分离。在采煤过程中，煤层顶板、底板、夹矸等混入煤中矿物质。可用普通选煤方法除去。内在矿物质 内在灰分外在矿物质外在灰分形成形成 煤中矿物质含量改变很大，普通为2%40%；其化学组成又极为复杂，主要有氧化物、硫化物、硅酸盐、碳酸盐和硫酸盐类等。第42页煤中有机质=100-水分-矿物质 煤中有机质真正含量不易测定，主要是因为煤中矿物质极难测定。惯用煤中灰分产率（Aad%）近似地表示煤中矿物质含量，即：煤中有机质100-Mad-Aad=可燃质。三、煤中有机质和煤挥发分产率（三、煤中有机质和煤挥发分产率（V V）（一）煤中有机质（二）煤挥发分产率（V）1.煤挥发分 煤挥发分是煤样在一定条件下隔绝空气加热，煤中有机物在特定条件下热分解“挥发”出来产物。2.煤挥发分产率（V）煤挥发分产率是将l0.01g空气干燥基煤样，置于带盖瓷坩埚中，在隔绝空气和90010温度下加热7min，以煤样失去质量占煤样质量百分数减去空气干燥基水分百分含量即为该煤样挥发分产率（Vad）。第43页3.煤挥发分产率（Vad%）换算 因为空气干燥基挥发分（Vad）是用含有水分和矿物质空气干燥基煤样测得，所以煤样Mad和Aad不一样，必定要造成Vad不一样。为了消除水分和灰分对挥发分影响，准确地反应不一样煤挥发分产率大小，必须将空气干燥基挥发分（Vad）换算成干燥无灰基挥发分（Vdaf）。其换算公式为：(4-10)第44页4.依据煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）对煤分级煤干燥无灰基煤干燥无灰基挥发挥发分分产产率分率分级级（MT/T 849-MT/T 849-）序号序号级别级别名称名称代号代号分分级级范范围围（Vdaf%）试验试验方法方法1特低挥发分煤SLV10.00GB/T2122低挥发分煤LV10.0020.003中等挥发分煤MV20.0028.004中高挥发分煤MHV28.0037.005高挥发分煤HV37.0050.006特高挥发分煤SHV50.005.煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）使用意义（1）我国煤炭分类主要指标之一；（2）工业上在选择气化、液化、动力和炼焦用煤时，都要首先考虑挥发分是否符合要求。6.影响煤干燥无灰基挥发分（Vdaf%）原因煤挥发分产率受各种原因影响，主要有：煤成因类型、煤化程度、煤岩成份、矿物质含量、测试条件 等。（）第45页 煤固定碳是指从煤中除去水分、灰分和挥发分后残留物。从煤工业分析角度出发，空气干燥基煤样质量近似等于它水分、灰分、挥发分和固定碳质量之和，即煤固定碳可按下式计算：四、煤固定碳（四、煤固定碳（FCFC）在用固定碳表示煤有机质特征时，其固定碳应按下式计算：煤固定碳与煤有机质中碳含量是两个不一样概念。固定碳实际上是煤有机质在隔绝空气条件下热解后残留物，从元素组成看，固定碳除主要含碳外，还有少许氢、氧、氮、硫等元素；而煤中碳元素几乎都是以有机物形式存在，只有微量碳以碳酸盐形式存在于煤无机矿物质中。所以，就数量上讲，煤固定碳含量小于煤中有机质碳含量。干燥无灰基固定碳（FCdaf）（1）用来衡量煤煤化程度，其含量随煤化程度增高而增大。普通褐煤60，烟煤为6090，而无烟煤90；（2）工业用煤一项质量指标；（3）计算煤发烧量主要参数。第46页电子分析天平电子分析天平第47页干燥箱干燥箱第48页称量瓶称量瓶第49页马弗炉马弗炉第50页灰皿灰皿第51页挥发分甘埚挥发分甘埚第52页5.2 5.2 煤中矿物质组成及煤灰成份煤中矿物质组成及煤灰成份一、煤中矿物质种类一、煤中矿物质种类煤中矿物质煤中矿物质(mineral matter,(mineral matter,MMMM)是煤中除水分是煤中除水分外全部没有机物总称，外全部没有机物总称，既包含在煤中独立存在矿物质，既包含在煤中独立存在矿物质，也包含与煤有机质结合无机元素，它们以羰基盐形式也包含与煤有机质结合无机元素，它们以羰基盐形式存在。另外煤中还有许多微量元素。存在。另外煤中还有许多微量元素。煤中矿物质种类十分复杂，性质差异很大。普通煤中矿物质种类十分复杂，性质差异很大。普通只测定矿物质总含量只测定矿物质总含量，而不测定各组分含量。国际上，而不测定各组分含量。国际上测定方法普通有测定方法普通有酸抽提法酸抽提法和和低温灰化法。低温灰化法。第53页矿矿 物物 质质黏土矿物黏土矿物石英石英碳酸盐矿物碳酸盐矿物硫化物和硫酸盐矿物硫化物和硫酸盐矿物1、按矿物质组成份类 煤中最主要矿物质，常见有高岭石、伊煤中最主要矿物质，常见有高岭石、伊利石、蒙脱石等。利石、蒙脱石等。煤中常见矿物之一，煤中含量最煤中常见矿物之一，煤中含量最多矿物。多矿物。煤中较常见矿物，主要有方解石、煤中较常见矿物，主要有方解石、白云石、菱铁矿等。白云石、菱铁矿等。硫化物主要以黄铁矿为主，还硫化物主要以黄铁矿为主，还有少许其它硫化物和硫酸盐矿物。有少许其它硫化物和硫酸盐矿物。第54页矿矿 物物 质质原生矿物原生矿物同生矿物同生矿物后生矿物后生矿物外来矿物外来矿物2 2、按矿物质、按矿物质成因成因分类分类在采煤过程中混入煤层顶、底板岩石和夹矸在采煤过程中混入煤层顶、底板岩石和夹矸层中矸石。外来矿物密度越大，块度越大，越易与层中矸石。外来矿物密度越大，块度越大，越易与煤分离，用普通选煤方法即可除去。煤分离，用普通选煤方法即可除去。煤层形成固结后，因为地下水活动，溶解于煤层形成固结后，因为地下水活动，溶解于地下水中矿物质，因物理化学条件改变而沉淀于煤地下水中矿物质，因物理化学条件改变而沉淀于煤裂隙、层面、风化溶洞中或胞腔内。裂隙、层面、风化溶洞中或胞腔内。主要指成煤过程中，由风和流水带到泥炭沼泽主要指成煤过程中，由风和流水带到泥炭沼泽中和植物残体一起堆积下来碎屑物质。同生矿物是中和植物残体一起堆积下来碎屑物质。同生矿物是煤中灰分主要起源。煤中灰分主要起源。指存在于成煤植物中矿物。主要是碱金属和碱指存在于成煤植物中矿物。主要是碱金属和碱土金属盐类。原生矿物质和有机质紧密地结合在一土金属盐类。原生矿物质和有机质紧密地结合在一起，在煤中细分散分布，用机械方法极难选出。原起，在煤中细分散分布，用机械方法极难选出。原生矿物质燃烧后灰分，普通为内在灰分。生矿物质燃烧后灰分，普通为内在灰分。第55页二、煤灰成份二、煤灰成份煤煤灰灰是是煤煤中中矿矿物物质质在在煤煤燃燃烧烧后后形形成成残残渣渣，化化学学组组成成十十分分复复杂。杂。煤煤灰灰中中元元素素有有几几十十种种，地地球球上上全全部部天天然然存存在在元元素素几几乎乎在在煤煤灰灰中中均均可可发发觉觉，但但常常见见只只有有硅硅、铝铝、铁铁、钙钙、镁镁、钛钛、钾钾、钠钠、硫、磷等硫、磷等，在普通灰成份测定中也只分析这几个。，在普通灰成份测定中也只分析这几个。煤煤灰灰化化学学组组成成十十分分复复杂杂，极极难难测测定定其其中中化化合合物物，普普通通用用主主要要元元素素氧氧化化物物形形式式表表示示，如如SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2O O3 3、TiOTiO2 2、K K2 2O O、NaNa2 2O O、SOSO3 3、P P2 2O O5 5。其其中中，最最主主要要是是SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、CaOCaO、MgOMgO、FeFe2 2O O3 3几个。几个。灰分中各成份含量取决于原始矿物组成。灰分中各成份含量取决于原始矿物组成。我我国国煤煤中中矿矿物物组组分分大大多多以以黏黏土土类类矿矿物物为为主主，所所以以煤煤灰灰中中SiOSiO2 2含量最大，其次是含量最大，其次是AlAl2 2O O3 3。第56页煤灰熔融性定义和测定煤灰熔融性定义和测定煤煤灰灰熔熔融融性性是是指指煤煤灰灰在在高高温温条条件件下下软软化化、熔熔融融、流流动动时时温温度度特特征征。通通常常，煤煤灰灰熔熔融融性性采采取取角角锥锥法法进进行行测测定定，即即将将煤煤灰灰制制成成三三棱棱锥锥形形状状灰灰锥锥，放放入入高高温温炉炉，在在一一定定气气氛氛下下加加热热，观观察察在在加加热热过过程程中中灰灰锥锥变变形形情情况况，依此确定煤灰熔融性。以下列图所表示。依此确定煤灰熔融性。以下列图所表示。第57页测定煤灰熔融性仪器测定煤灰熔融性仪器第58页煤灰熔融性表示：煤灰熔融性表示：变形温度变形温度(Deformation temperature,DT)(Deformation temperature,DT)煤灰煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时温度。锥体尖端开始弯曲或变圆时温度。软化温度软化温度(Softening temperature,ST)(Softening temperature,ST)煤灰锥煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形。体弯曲至锥尖触及底板变成球形。半球温度半球温度(Half ball temperature,HT)(Half ball temperature,HT)煤灰锥煤灰锥体熔融变成半球状时温度体熔融变成半球状时温度 流动温度流动温度(Flow temperature,FT)(Flow temperature,FT)煤灰锥体完全煤灰锥体完全熔化展开成高度小于熔化展开成高度小于1.5 mm1.5 mm薄层时温度。薄层时温度。第59页三、煤中微量元素三、煤中微量元素在煤矿物质和有机质中，除了上述较高元在煤矿物质和有机质中，除了上述较高元素之外，还含有素之外，还含有为数众多含量较少元素，即微为数众多含量较少元素，即微量元素量元素。到当前为止，已发觉与煤伴生微量元。到当前为止，已发觉与煤伴生微量元素有几十种，分为常见和不常见。素有几十种，分为常见和不常见。常见微量元常见微量元素素有：有：锗、镓、铀、钒、铍、铼、钍、钛锗、镓、铀、钒、铍、铼、钍、钛等。等。第60页四、煤中有害元素四、煤中有害元素煤中有害元素主要有硫、磷、氯、砷、氟、煤中有害元素主要有硫、磷、氯、砷、氟、汞、铍、镉、铅等汞、铍、镉、铅等。这里说有害是指在煤利用过程中，对工艺、这里说有害是指在煤利用过程中，对工艺、设备、产品、人体、环境等会产生危害。假如这设备、产品、人体、环境等会产生危害。假如这些元素到达工业提取品位，能提取出来，将是有些元素到达工业提取品位，能提取出来，将是有用原料。用原料。第61页5.3 5.3 煤中煤中有机质有机质元素组成元素组成 煤元素分析是对组成煤元素分析是对组成煤有机质煤有机质主要元素化验主要元素化验分析，分析，煤元素组成煤元素组成也就是指也就是指煤有机质元素组成煤有机质元素组成。大量研究表明，大量研究表明，煤有机质主要是由碳、氢、氧、煤有机质主要是由碳、氢、氧、氮和硫氮和硫等等五种元素组成五种元素组成。第62页一、组成煤有机质主要元素一、组成煤有机质主要元素 1 1、煤中碳元素、煤中碳元素碳碳是组成是组成煤大分子骨架煤大分子骨架最主要元素，主要存在于缩最主要元素，主要存在于缩合芳香核上，也是煤合芳香核上，也是煤燃烧过程中放出热能燃烧过程中放出热能最主要元素之一。最主要元素之一。第63页 （1 1）煤化程度：煤化程度：煤化程度提升，煤中碳元素逐步煤化程度提升，煤中碳元素逐步增加，增加，从褐煤从褐煤6060左右一直增加到年老无烟煤左右一直增加到年老无烟煤9898。（2 2）煤岩组成：在煤化程度相同煤中，）煤岩组成：在煤化程度相同煤中，惰质组镜质组壳质组惰质组镜质组壳质组 （3 3）成因类型：）成因类型：腐植煤腐泥煤腐植煤腐泥煤第64页2 2、煤中氢元素、煤中氢元素氢氢元素是煤中元素是煤中第二主要元素第二主要元素，主要存在于煤分子，主要存在于煤分子侧链侧链和官能团上和官能团上，在有机质中含量约为，在有机质中含量约为2.0%2.0%6.56.5左右。氢元左右。氢元素发烧量约为碳元素素发烧量约为碳元素4 4倍，氢元素改变对煤发烧量影响很大。倍，氢元素改变对煤发烧量影响很大。第65页（1 1）煤化程度：）煤化程度：随煤化程度提升而呈下降趋势。随煤化程度提升而呈下降趋势。从低从低煤化度到中等煤化程度阶段，氢元素含量改变不十分显著，煤化度到中等煤化程度阶段，氢元素含量改变不十分显著，但在高变质无烟煤阶段，氢元素降低较为显著而且均匀，但在高变质无烟煤阶段，氢元素降低较为显著而且均匀，从年轻无烟煤从年轻无烟煤4 4下降到年老无烟煤下降到年老无烟煤2%2%左右，所以无烟煤分左右，所以无烟煤分类采取氢元素作为指标。类采取氢元素作为指标。（2 2）煤岩组成：）煤岩组成：在煤化程度相同煤中，煤岩组成中在煤化程度相同煤中，煤岩组成中氢含量氢含量 壳质组镜质组惰质组壳质组镜质组惰质组（3 3）