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焦炭工業分析測定方法

發布時間:2024-07-10 04:11:41

㈠ 怎樣用目測判斷煤炭的質量

(一) 煤的物理性質
煤的物理性質是煤的一定化學組成和分子結構的外部表現。它是由成煤的原始物質及其聚積條件、轉化過程、煤化程度和風、氧化程度等因素所決定。包括顏色、光澤、粉色、比重和容重、硬度、脆度、斷口及導電性等。其中,除了比重和導電性需要在實驗室測定外,其他根據肉眼觀察就可以確定。煤的物理性質可以作為初步評價煤質的依據,並用以研究煤的成因、變質機理和解決煤層對比等地質問題。
1.顏色
是指新鮮煤表面的自然色彩,是煤對不同波長的光波吸收的結果。呈褐色—黑色,一般隨煤化程度的提高而逐漸加深。
2.光澤
是指煤的表面在普通光下的反光能力。一般呈瀝青、玻璃和金剛光澤。煤化程度越高,光澤越強;礦物質含量越多,光澤越暗;風、氧化程度越深,光澤越暗,直到完全消失。
3.粉色
指將煤研成粉末的顏色或煤在抹上釉的瓷板上刻劃時留下的痕跡,所以又稱為條痕色。呈淺棕色—黑色。一般是煤化程度越高,粉色越深。
4.比重和容重
煤的比重又稱煤的密度,它是不包括孔隙在內的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重又稱煤的體重或假比重,它是包括孔隙在內的一定體積的煤的重量與同溫度、同體積的水的重量之比。煤的容重是計算煤層儲量的重要指標。褐煤的容重一般為1.05~1.2,煙煤為1.2~1.4,無煙煤變化范圍較大,可由1.35~1.8。煤岩組成、煤化程度、煤中礦物質的成分和含量是影響比重和容重的主要因素。在礦物質含量相同的情況下,煤的比重隨煤化程度的加深而增大。
5.硬度
是指煤抵抗外來機械作用的能力。根據外來機械力作用方式的不同,可進一步將煤的硬度分為刻劃硬度、壓痕硬度和抗磨硬度三類。煤的硬度與煤化程度有關,褐煤和焦煤的硬度最小,約2~2.5;無煙煤的硬度最大,接近4。
6.脆度
是煤受外力作用而破碎的程度。成煤的原始物質、煤岩成分、煤化程度等都對煤的脆度有影響。在不同變質程度的煤中,長焰煤和氣煤的脆度較小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,無煙煤的脆度最小。
7.斷口
是指煤受外力打擊後形成的斷面的形狀。在煤中常見的斷口有貝殼狀斷口、參差狀斷口等。煤的原始物質組成和煤化程度不同,斷口形狀各異。
8.導電性
是指煤傳導電流的能力,通常用電阻率來表示。褐煤電阻率低。褐煤向煙煤過渡時,電阻率劇增。煙煤是不良導體,隨著煤化程度增高,電阻率減小,至無煙煤時急劇下降,而具良好的導電性。

(二) 煤的化學組成
煤的化學組成很復雜,但歸納起來可分為有機質和無機質兩大類,以有機質為主體。
煤中的有機質主要由碳、氫、氧、氮和有機硫等五種元素組成。其中,碳、氫、氧佔有機質的95%以上。此外,還有極少量的磷和其他元素。煤中有機質的元素組成,隨煤化程度的變化而有規律地變化。一般來講,煤化程度越深,碳的含量越高,氫和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低。唯硫的含量則與煤的成因類型有關。碳和氫是煤炭燃燒過程中產生熱量的重要元素,氧是助燃元素,三者構成了有機質的主體。煤炭燃燒時,氮不產生熱量,常以游離狀態析出,但在高溫條件下,一部分氮轉變成氨及其他含氮化合物,可以回收製造硫酸氨、尿素及氮肥。硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素。含硫多的煤在燃燒時生成硫化物氣體,不僅腐蝕金屬設備,與空氣中的水反應形成酸雨,污染環境,危害植物生產,而且將含有硫和磷的煤用作冶金煉焦時,煤中的硫和磷大部分轉入焦炭中,冶煉時又轉入鋼鐵中,嚴重影響焦炭和鋼鐵質量,不利於鋼鐵的鑄造和機械加工。用含有氟和氯的煤燃燒或煉焦時,各種管道和爐壁會遭到強烈腐蝕。將含有砷的煤用於釀造和食品工業作燃料,砷含量過高,會增加產品毒性,危及人民身體健康。
煤中的無機質主要是水分和礦物質,它們的存在降低了煤的質量和利用價值,其中絕大多數是煤中的有害成分。
另外,還有一些稀有、分散和放射性元素,例如,鍺、鎵、銦、釷、釩、鈦、鈾……等,它們分別以有機或無機化合物的形態存在於煤中。其中某些元素的含量,一旦達到工業品位或可綜合利用時,就是重要的礦產資源。
通過元素分析可以了解煤的化學組成及其含量,通過工業分析可以初步了解煤的性質,大致判斷煤的種類和用途。煤的工業分析包括對水分、灰分、揮發分的測定和固定碳的計算四項內容。
1.水分
指單位重量的煤中水的含量。煤中的水分有外在水分、內在水分和結晶水三種存在狀態。一般以煤的內在水分作為評定煤質的指標。煤化程度越低,煤的內部表面積越大,水分含量越高。水分對煤的加工利用是有害物質。在煤的貯存過程中,它能加速風化、破裂,甚至自燃;在運輸時,會增加運量,浪費運力,增加運費;煉焦時,消耗熱量,降低爐溫,延長煉焦時間,降低生產效率;燃燒時,降低有效發熱量;在高寒地區的冬季,還會使煤凍結,造成裝卸困難。只有在壓制煤磚和煤球時,需要適量的水分才能成型。
2.灰分
是指煤在規定條件下完全燃燒後剩下的固體殘渣。它是煤中的礦物質經過氧化、分解而來。灰分對煤的加工利用極為不利。灰分越高,熱效率越低;燃燒時,熔化的灰分還會在爐內結成爐渣,影響煤的氣化和燃燒,同時造成排渣困難;煉焦時,全部轉入焦炭,降低了焦炭的強度,嚴重影響焦炭質量。煤灰成分十分復雜,成分不同直接影響到灰分的熔點。灰熔點低的煤,燃燒和氣化時,會給生產操作帶來許多困難。為此,在評價煤的工業用途時,必須分析灰成分,測定灰熔點。
3.揮發分
指煤中的有機物質受熱分解產生的可燃性氣體。它是對煤進行分類的主要指標,並被用來初步確定煤的加工利用性質。煤的揮發分產率與煤化程度有密切關系,煤化程度越低,揮發分越高,隨著煤化程度加深,揮發分逐漸降低。
4.固定碳
測定煤的揮發分時,剩下的不揮發物稱為焦渣。焦渣減去灰分稱為固定碳。它是煤中不揮發的固體可燃物,可以用計算方法算出。焦渣的外觀與煤中有機質的性質有密切關系,因此,根據焦渣的外觀特徵,可以定性地判斷煤的粘結性和工業用途。

(三)煤的工藝性質
為了提高煤的綜合利用價值,必須了解、研究煤的工藝性質,以滿足各方面對煤質的要求。煤的工藝性質主要包括:粘結性和結焦性、發熱量、化學反應性、熱穩定性、透光率、機械強度和可選性等。
1.粘結性和結焦性
粘結性是指煤在干餾過程中,由於煤中有機質分解,熔融而使煤粒能夠相互粘結成塊的性能。結焦性是指煤在干餾時能夠結成焦炭的性能。煤的粘結性是結焦性的必要條件,結焦性好的煤必須具有良好的粘結性,但粘結性好的煤不一定能單獨煉出質量好的焦炭。這就是為什麼要進行配煤煉焦的道理。粘結性是進行煤的工業分類的主要指標,一般用煤中有機質受熱分解、軟化形成的膠質體的厚度來表示,常稱膠質層厚度。膠質層越厚,粘結性越好。測定粘結性和結焦性的方法很多,除膠質層測定法外,還有羅加指數法、奧亞膨脹度試驗等等。粘結性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和礦物質含量等多種因素的影響。煤化程度最高和最低的煤,一般都沒有粘結性,膠質層厚度也很小。
2.發熱量
是指單位重量的煤在完全燃燒時所產生的熱量,亦稱熱值,常用106J/kg表示。它是評價煤炭質量,尤其是評價動力用煤的重要指標。國際市場上動力用煤以熱值計價。我國自1985年6月起,改革沿用了幾十年的以灰分計價為以熱值計價。發熱量主要與煤中的可燃元素含量和煤化程度有關。為便於比較耗煤量,在工業生產中,常常將實際消耗的煤量摺合成發熱量為2.930368×107J/kg的標准煤來進行計算。
3.化學反應性
又稱活性。是指煤在一定溫度下與二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反應能力。它是評價氣化用煤和動力用煤的一項重要指標。反應性強弱直接影響到耗煤量和煤氣的有效成分。煤的活性一般隨煤化程度加深而減弱。
4.熱穩定性
又稱耐熱性。是指煤在高溫作用下保持原來粒度的性能。它是評價氣化用煤和動力用煤的又一項重要指標。熱穩定性的好壞,直接影響爐內能否正常生產以及煤的氣化和燃燒效率。
5.透光率
指低煤化程度的煤(褐煤、長焰煤等),在規定條件下用硝酸與磷酸的混合液處理後,所得溶液對光的透過率稱為透光率。隨著煤化程度加深,透光率逐漸加大。因此,它是區別褐煤、長焰煤和氣煤的重要指標。
6.機械強度
是指塊煤受外力作用而破碎的難易程度。機械強度低的煤投入氣化爐時,容易碎成小塊和粉末,影響氣化爐正常操作。因此,氣化用煤必須具備較高的機械強度。
7.可選性
是指煤通過洗選,除去其中的夾矸和礦物質的難易程度。我國現行的選煤方法,詳見第四節。

二、用途與技術經濟指標

(一) 煤的工業分類
1958年,國家頒布了以煉焦用煤為主的分類方案,為工業部門合理使用煤炭資源創造了有利條件,但在實踐中也出現了一些問題。在認真分析研究和吸收國外先進分類方法的基礎上,為了使各項分類的技術經濟指標最能反映煤的質量特點,達到更加合理地利用煤炭資源的目的,1986年,國家重新頒布了從褐煤到無煙煤的全面技術分類標准,將自然界中的煤劃分為14大類,其中,褐煤和無煙煤又分別劃分為2個和3個小類(表2.2.1)。這就是我國現行的煤炭分類國家標准。
表 2.2.1中國煤炭分類國家標准 (GB5751-86)

(1) 分類指標及其符號Vr為乾燥無灰基揮發分(%);Hr為乾燥無灰基氫含量(%);GR.I(簡記G)為煙煤的粘結指數;Y為煙煤的膠質層最大厚度;PM為煤樣的透光率(%);b為煙煤的奧亞膨脹度(%);Q-A.GNGW為煤的恆濕無灰基高位發熱量(MJ/kg)。
(2) 煤類的編碼各類煤用兩位阿拉伯數碼表示。10位表示煤的揮發分,個位數在無煙煤及褐煤表示煤化程度,在煙煤表示結粘性。

(二) 各煤類的主要特徵和用途

1.褐煤
它是煤化程度最低的煤。其特點是水分高、比重小、揮發分高、不粘結、化學反應性強、熱穩定性差、發熱量低,含有不同數量的腐殖酸。多被用作燃料、氣化或低溫干餾的原料,也可用來提取褐煤蠟、腐殖酸,製造磺化煤或活性炭。一號褐煤還可以作農田、果園的有機肥料。
2.長焰煤
它的揮發分含量很高,沒有或只有很小的粘結性,膠質層厚度不超過5mm,易燃燒,燃燒時有很長的火焰,故得名長焰煤。可作為氣化和低溫干餾的原料,也可作民用和動力燃料。
3.不粘煤
它水分大,沒有粘結性,加熱時基本上不產生膠質體,燃燒時發熱量較小,含有一定的次生腐殖酸。主要用作製造煤氣和民用或動力燃料。
4.弱粘煤
水分大,粘結性較弱,揮發分較高,加熱時能產生較少的膠質體,能單獨結焦,但結成的焦塊小而易碎,粉焦率高。這種煤主要用作氣化原料和動力燃料。
5. 1/2中粘煤
它具有中等粘結性和中高揮發分。可以作為配煤煉焦的原料,也可以作為氣化用煤和動力燃料。
6.氣煤
揮發分高,膠質層較厚,熱穩定性差。能單獨結焦,但煉出的焦炭細長易碎,收縮率大,且縱裂紋多,抗碎和耐磨性較差。故只能用作配煤煉焦,還可用來煉油、製造煤氣、生產氮肥或作動力燃料。
7.氣肥煤
它的揮發分和粘結性都很高,結焦性介於氣煤和肥煤之間,單獨煉焦時能產生大量的氣體和液體化學物質。最適合高溫干餾製造煤氣,更是配煤煉焦的好原料。
8.肥煤
具有很好的粘結性和中等及中高等揮發分,加熱時能產生大量的膠質體,形成大於25mm的膠質層,結焦性最強。用這種煤來煉焦,可以煉出熔融性和耐磨性都很好的焦炭,但這種焦炭橫裂紋多,且焦根部分常有蜂焦,易碎成小塊。由於粘結性強,因此,它是配煤煉焦中的主要成分。
9. 1/3焦煤
它是介於焦煤、肥煤和氣煤之間的過渡煤,具有很強的粘結性和中高等揮發分,單獨用來煉焦時,可以形成熔融性良好、強度較大的焦炭。因此,它是良好的配煤煉焦的基礎煤。
10.焦煤
具有中低等揮發分和中高等粘結性,加熱時可形成穩定性很好的膠質體,單獨用來煉焦,能形成結構緻密、塊度大、強度高、耐磨性好、裂紋少、不易破碎的焦炭。但因其膨脹壓力大,易造成推焦困難,損壞爐體,故一般都作為煉焦配煤使用。
11.瘦煤
具有較低揮發分和中等粘結性。單獨煉焦時,能形成塊度大、裂紋少、抗碎強度較好,但耐磨性較差的焦炭。因此,用它加入配煤煉焦,可以增加焦炭的塊度和強度。
12.貧瘦煤
揮發分低,粘結性較弱,結焦性較差。單獨煉焦時,生成的焦粉很多。但它能起到瘦化劑的作用。故可作煉焦配煤使用,同時,也是民用和動力的好燃料。
13.貧煤
具有一定的揮發分,加熱時不產生膠質體,沒有粘結性或只有微弱的粘結性,燃燒火焰短,煉焦時不結焦。主要用於動力和民用燃料。在缺乏瘦料的地區,也可充當配煤煉焦的瘦化劑。
14.無煙煤
它是煤化程度最高的煤。揮發分低、比重大、硬度高、燃燒時煙少火苗短、火力強。通常作民用和動力燃料。質量好的無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結鐵礦石的燃料,以及製造電石、電極和炭素材料等。

(三) 工業用煤的質量要求
煤的工業用途非常廣泛,歸納起來主要是冶金、化工和動力三個方面。同時,在煉油、醫葯、精密鑄造和航空航天工業等領域也有廣闊的利用前景。各工業部門對所用的煤都有特定的質量要求和技術標准。簡要介紹如下:
1.煉焦用煤
煉焦是將煤放在干餾爐中加熱,隨著溫度的升高(最終達到1 000℃左右),煤中有機質逐漸分解,其中,揮發性物質呈氣態或蒸汽狀態逸出,成為煤氣和煤焦油,殘留下的不揮發性產物就是焦炭。焦炭在煉鐵爐中起著還原、熔化礦石,提供熱能和支撐爐料,保持爐料透氣性能良好的作用。因此,煉焦用煤的質量要求,是以能得到機械強度高、塊度均勻、灰分和硫分低的優質冶金焦為目的。國家對冶金焦用煤有專門的質量標准,見表2.2.2。
表 2.2.2冶金焦用煤質量標准 (GB397-65)見上圖
2氣化用煤
煤的氣化是以氧、水、二氧化碳、氫等為氣體介質,經過熱化學處理過程,把煤轉變為各種用途的煤氣。煤氣化所得的氣體產物可作工業和民用燃料以及化工合成原料。常用的制氣方法有兩種:①固定床氣化法。目前國內主要用無煙煤和焦炭作氣化原料,製造合成氨原料氣。要求作為原料煤的固定碳>80%,灰分(Ag)<25%,硫分(SgQ)≤2%,要求粒度要均勻,25~75mm,或19~50mm,或13~25mm,機械強度>65%,熱穩定性S+13>60%,灰熔點(T2)>1 250℃,揮發分不高於9%,化學反應性愈強愈好。②沸騰層氣化法。對原料煤的質量要求是:化學反應性要大於60%,不粘結或弱粘結,灰分(Ag)<25%,硫分(SgQ)<2%,水分(WQ)<10%,灰熔點(T2)>1 200℃,粒度<10mm,主要使用褐煤、長焰煤和弱粘煤等。
3.煉油用煤
一般以褐煤、長焰煤為主,弱粘煤和氣煤也可以使用,其要求取決於煉油方法。①低溫干餾法,是將煤置於550℃左右的溫度下進行干餾,以製取低溫焦油,同時還可以得到半焦和低溫焦爐煤氣。煤種為褐煤、長焰煤、不粘煤或弱粘煤、氣煤。對原料煤的質量要求是:焦油產率(Tf)>7%,膠質層厚度<9mm,熱穩定性S+13>40%,粒度6~13mm,最好為20~80mm 。②加氫液化法,是將煤、催化劑和重油混合在一起,在高溫高壓下使煤中有機質破壞,與氫作用轉化成低分子液態或氣態產物,進一步加工可得到汽油、柴油等燃料。原料煤主要為褐煤、長焰煤及氣煤。要求煤的碳氫化(C/H)<16,揮發分>35%,灰分(Ag)<5%,煤岩的絲炭含量<2%。
4.燃料用煤
任何一種煤都可以作為工業和民用的燃料。不同工業部門對燃料用煤的質量要求不一樣。蒸汽機車用煤要求較高,國家規定是:揮發分(Vr)≥20%,灰分(Ag)≤24%,灰熔點(T2)≥1 200℃,硫分(SgQ)長隧道及隧道群區段≤1%,低位發熱量2.09312×107~2.51174×107J/kg以上。發電廠一般應盡量用灰分(Ag)>30%的劣質煤,少數大型鍋爐可用灰分(Ag)20%左右的煤。為了將優質煤用於發展冶金和化學工業,近年來,我國在開展低熱值煤的應用方面取得了較快的進展,不少發熱量僅有8 372.5J/ kg左右的劣質煤和煤矸石也能用於一般工廠,有的發電廠已摻燒煤矸石達30%。
煤的其他用途還很多。如,褐煤和氧化煤可以生產腐殖酸類肥料;從褐煤中可以提取褐煤蠟供電氣、印刷、精密鑄造、化工等部門使用;用優質無煙煤可以製造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和供高爐噴吹或作鑄造燃料;用煤瀝青製成的碳素纖維,其抗拉強度比鋼材大千倍,且重量輕、耐高溫,是發展太空技術的重要材料;用煤瀝青還可以製成針狀焦,生產新型的電爐電極,可提高電爐煉鋼的生產效率等等。總之,隨著現代科學技術的不斷進步,煤炭的綜合利用技術也在迅速發展,煤炭的綜合利用領域必將繼續擴大。

三、礦業簡史

(一) 古代煤礦業簡史
我國是世界上發現、利用煤炭最早的國家。1973年,在遼寧省沈陽市北陵附近新石器時代的新樂遺址下層發現了為數不少的精煤製品。其中有:圓泡形飾25件,耳(王當)形飾6件,圓珠15件,和這些煤製品同時出土的還有碎煤精、精煤半成品和煤塊97塊。這些煤製品,經過前遼寧省煤田地質勘探公司科研所鑒定,「呈弱油脂光澤,均一狀結構,硬度、韌性均很大為其特點」,很容易用火柴點燃,燃燒時發出明亮而帶黑煙的火焰,並發出一種燒橡皮的氣味。經過工業分析和元素分析證明,其原料就是燭煤。這是世界上用煤最早的確鑿證據,也是說明我國早在六七千年前就已發現並開始利用煤炭的歷史見證。
50年代中期和70年代中期,考古工作者先後在陝西省4處西周墓中出土了煤雕製品,其中,寶雞市茹家莊一處就出土了200餘枚之多。據此可以判斷,早在西周時期,作為當時全國政治、經濟中心的陝西地區,煤炭已經被開采利用。
戰國時期,除繼續利用煤炭雕刻生活用品外,還在當時的著作中出現了關於煤的記載。先秦時期的地理著作《山海經》就有3處有關石涅的記載:一處見於該書的《西山經》,「女床之山,其陽多赤銅,其陰多石涅」;另二處見於《中山經》,「岷山之首,曰女幾之山,其上多石涅」,「又東一百五十里,曰風雨之山,其上多白金,其下多石涅」。據有關專家考證,女床之山,女幾之山,風雨之山,分別位於今陝西鳳翔、四川雙流、什邡和通江、南江、巴中一帶。古今對照,以上各地均有煤炭產出,證明《山海經》的記載基本是對的,同時,說明當時這些地方的煤炭已被發現,而且已積累了一些找煤的初步地質知識。
西漢至魏晉南北朝,出現了一定規模的煤井和相應的採煤技術,煤的用途,不僅用作生產燃料,而且還用於冶鐵;不僅能夠利用原煤,而且還把粉煤進行成型加工成煤餅,從而提高了煤炭的使用價值。煤的產地不僅在北方,而且在南方,甚至新疆也都有了產煤的記載。同時,煤雕工藝在這時已初步普及。
隋、唐至元代,煤炭開發更為普遍,用途更加廣泛,冶金、陶瓷等行業均以煤作燃料,煤炭成了市場上的主要商品,地位日益重要,人們對煤的認識更加深化。特別應該指出的是,唐代用煤煉焦開始萌芽,到宋代,煉焦技術已臻成熟。1978年秋和1979年冬,山西考古研究所曾在山西省稷山縣馬村金代磚墓中發掘出大量焦炭。1957年冬至 1958年4月,河北省文化局文物工作隊在河北峰峰礦區的硯台鎮發掘出3座宋、元時期的煉焦爐遺址。焦炭的出現和煉焦技術的發明,標志著煤炭的加工利用已進入了一個嶄新的階段。
從明朝到清道光20年(1840年)的時間里,當時的封建統治者比較重視煤炭的開發,對發展煤炭生產採取了一些措施,礦業管理政策也發生了某些利於煤業的變化,煤炭行業的各個環節,比以前都有較大的進步。煤炭開發技術得到了發展,形成了豐富多彩的中國古代煤炭科學技術。盡管當時都是手工作業煤窯,但因其開采利用早於其他國家,因此,17世紀以前,中國煤炭技術和管理許多方面都處於世界領先地位,這是值得我們自豪的。但是,日益衰敗腐朽的封建制度終於阻礙了古代煤業的繼續前進,這就導致了中國近代煤礦的誕生。

(二) 近代煤礦業簡史

1840年鴉片戰爭以後,中國的門戶被迫開放,進入了半封建半殖民地社會,開始出現近代航運業和機器工業,需要大量煤炭,而舊式手工煤窯生產已遠遠不能適應需要,因此,清廷洋務派積極醞釀引進西方先進的採煤技術和設備,於是近代煤礦開始出現。近代煤礦的主要標志,一是資本主義經營方式;二是在提升、通風、排水三個生產環節上使用以蒸汽為動力的提升機、通風機和排水機,其他生產環節仍然靠人力和畜力。這種技術狀況差不多一直延續到1949年,其中即或有所變化,也只是局部的、微小的。這是近代煤礦區別於古代手工煤窯和現代機械化礦井的主要技術特徵。
我國最早的近代煤礦是台灣的基隆煤礦和河北的開平煤礦。基隆煤礦是清政府兩江總督沈葆禎僱用英國煤師開辦的,1876年興建,1878年出煤,年產量約3~5萬t,因經營管理不善,投產不久產量就日漸下降,1884年中法戰爭時,礦井被炸,停止生產。開平煤礦是直隸總督李鴻章1876年命唐廷樞等籌建的,1877年籌辦,1881年建成唐山礦,以後又建成林西、西山等礦,到1894年,平均日產達到1 500t,最高日產達2 000t。這期間還先後開辦了規模大小不同、壽命長短不一的近代煤礦14個,或官辦,或官商合辦,或官督商辦,都有官僚資本主義性質。因管理不善、資金不足、規模很小,大多數都歸於失敗。
1894年中日甲午戰爭之後,中國國勢益衰,列強乘勢接踵而來,外國資本大量侵入中國煤礦。1898年4月,中德簽訂的《膠澳租借條約》規定:「德國在山東境內自膠州灣修築南北兩條鐵路,鐵路沿線兩旁各三十華里(15km)以內的礦產,德商有開采權。」此後,英、俄、法、日相繼攫得了類似的權利。據不完全統計,從1895~1912年間,帝國主義攫取中國煤礦權的條約、協定和合同共42項(包括其他礦藏),涉及遼、吉、黑、滇、桂、川、皖、閩、黔、魯、浙、晉、冀、熱、豫、鄂、藏、新等19省。開辦了開平、灤州、焦作、孟縣、平定州(現平定縣)、潞安、澤州、平陽府屬煤礦、本溪湖、臨城等規模較大的煤礦。外資煤礦的產量佔中國當時近代煤礦總產量的83.2%,基本上控制了中國的煤炭工業。帝國主義的侵略激起了中國人民的反抗,從1903年起,掀起了收回礦權運動,1911年達到高潮。中國的愛國紳商,不滿利源外流,在人民開展收回礦權的斗爭的運動中,集資開辦了一批煤礦。官僚買辦見開煤礦有利可圖,不願坐失良機,亦想方設法開辦煤礦。於是,從1895~1936年中國近代煤礦呈現出發展的趨勢。
1937年「七·七」事變後,日本帝國主義侵佔了我國的絕大多數煤礦,包括外資經營的,都陸續被其霸佔,開采方式完全是掠奪性的。從1931~1945年,日本共霸佔我國大小煤礦200多處,掠奪煤炭4.2億t,被其破壞的煤炭資源不計其數。
抗日戰爭時期,國民政府資源委員會直轄煤礦29處,還採取資助經費等辦法,鼓勵私人開辦煤礦,共59處,年總產量約為600多萬t。在解放區,也辦了一些小煤窯,供當地軍民作燃料。據戰後統計,晉、察、冀邊區共有小煤窯473個,日產煤炭共計2 739t。
1945年抗日戰爭勝利後,日本霸佔的煤礦小部分由解放區人民政府接管,大部分被國民黨政權接管。解放戰爭初期,受政治、軍事形勢多變的影響,有些煤礦幾經易手,處於停產或半停產狀態。1947年以後,國民政府逐步崩潰,直到1949年新中國誕生,這些煤礦才陸續回到人民政府手中,但已遭到嚴重的破壞。

(三) 現代煤礦業簡史

據不完全統計,新中國建國時,各地人民政府從舊中國共接收了約40個煤礦企業,200處礦井和少數幾個露天礦。它們主要分布在東北、華北和華東的山東、安徽兩省,除少數幾處外,規模都很小,設備簡陋,技術落後,加上長期戰爭的破壞,已是千瘡百孔,一片衰微破敗的景象。例如,山西大同煤礦9對礦井全部被水淹沒,機器設備破壞無遺,井下沒有一個完好的工作面,地面沒有一間完整的廠房,沒有一部機器可以正常運轉,沒有一條巷道可以正常通車,生產完全停頓;遼寧撫順煤礦的西露天礦和龍鳳礦井已被水淹,基本停產;河南焦作煤礦18個坑口中11個完全破壞,7個僅剩井架,已完全停產;山東淄博、棗庄,山西陽泉等較大的煤礦也是一片廢墟。新中國的煤礦業就是在這樣一個爛攤子上起步的。

㈡ 化驗煤的詳細流程

煤炭化驗採制化流程:

1、 采樣:

在被采樣四周取有代表性的八個點,共采3~5千克 .采樣深度為0.4米,煤堆表面的煤不宜採取。因為堆表面的煤在空氣中經受了不同程度的氧化後,性質也逐漸變化。取樣鏟的使用角度與煤堆表面呈垂直狀,遇到矸石、大塊、黃鐵礦時不可以隨意舍棄。

采樣後如不及時化驗,試樣應密封。

2、破碎:

將試樣粒度破碎至<13mm或<6mm水分小的可一次性破碎到6mm

3、縮分:

堆錐四分法(二分器法取一邊的一份,全部通過二分器,再進行縮分至需要重量) 方法:將破碎過的試樣攤成圓錐狀,十安交叉分成四份,取對角兩份,另兩份捨去,然後,再混合攤成圓錐狀,進行縮分,直至最後縮分至所需重量既可(約100g)

4、烘乾:

將縮分過的試樣平攤於不銹鋼盤中,厚度不大於粒度的1.5倍,待乾燥箱溫度升至145度時,將試樣放入,鼓風條件下(提前3分鍾鼓風),乾燥30~40分 註:預先鼓風是為了使溫度均勻

5、全水分(外水) :

a、用預先乾燥並稱量過的稱量瓶(75乘35),迅速稱取粒度小於6mm的煤樣10~12g,平攤在稱量瓶中

b、打開稱量瓶蓋,放入預先鼓風並已加熱到145度的乾燥箱中,鼓風條件下,乾燥30~40分(國標法:105~110度,鼓風情況下,煙煤1小時,無煙煤1.5小時)

c、從乾燥箱中取出稱量瓶,立既蓋上蓋,在空氣中冷卻約5分,然後放入乾燥器中,冷卻至室溫(約20分)稱量

d、進行栓查性乾燥,每次30分,直到連續兩次乾燥煤樣質量的減少不超過0.01g或質量有所增加為止。在後一種情況下,應採用質量增加前一次的質量作為計算依據。水分在2%以下時,不必進行檢查性乾燥。

(2)焦炭工業分析測定方法擴展閱讀

化驗測量對象:

一、水分(M )

煤的水分分為兩種,一是內在水分(Minh ) ,是由植物變成煤時所含的水分;二是外水(Mf ) ,是在開采、運輸等過程中附在煤表面和裂隙中的水分。全水分是煤的外在水分和內在水分總和。一般來講,煤的變質程度越大,內在水分越低。褐煤、長焰煤內在水分普通較高,貧煤、無煙煤內在水分較低 。

水分的存在對煤的利用極其不利,它不僅浪費了大量的運輸資源,而且當煤作為燃料時,煤中水分會成為蒸汽,在蒸發時消耗熱量;另外,精煤的水分對煉焦也產生一定的影響。一般水分每增加2 % ,發熱量降低100kcal/kg(大卡/千克);冶煉精煤中水分每增加1 % ,結焦時間延長5 一10min .

二、灰分(A ):

煤在徹底燃燒後所剩下的殘渣稱為灰分,灰分分外在灰分和內在灰分。外在灰分是來自頂板和夾研中的岩石碎塊,它與採煤方法的合理與否有很大關系。外在灰分通過分選大部分能去掉。內在灰分是成煤的原始植物本身所含的無機物,內在灰分越高,煤的可選性越差。

灰是有害物質。動力煤中灰分增加,發熱量降低、排渣量增加,煤容易結渣;一般灰分每增加2% 發熱量降低10okcal / kg 左右。冶煉精煤中灰分增加,高爐利用系數降低,焦炭強度下降,石灰石用量增加;灰分每增加1 % ,焦炭強度下降2 % ,高爐生產能力下降3 % ,石灰石用量增加4 % 。

三、揮發分(V ):

煤在高溫和隔絕空氣的條件下加熱時,所排出的氣體和液體狀態的產物稱為揮發分。揮發分的主要成分為甲烷、氫及其他碳氫化合物等。它是鑒別煤炭類別和質量的重要指標之一。一般來講,隨著煤炭變質程度的增加,煤炭揮發分降低。褐煤、氣煤揮發分較高,瘦煤、無煙煤揮發分較低。

四、固定碳含量(FC ):

固定碳含量是指除去水分、灰分和揮發分的殘留物,它是確定煤炭用途的重要指標。從100減去煤的水分、灰分和揮發分後的差值即煤的固定碳含量。根據使用的計算揮發分的基準,可以計算出干基、乾燥無灰基等不同基準的固定碳含量。

五、發熱量(Q ):

發熱量是指單位質量的煤完全的燃燒時所產生的熱量,主要分為高位發熱量和低位發熱量。煤的高位發熱量減去水的汽化熱即是低位發熱量。發熱量國際單位為百萬焦耳/千克(MJ/kg ) 。為便於比較,我們在衡量煤炭時消耗時,要把實際使用的不同發熱量的煤炭換算成標准煤。

國內貿易常用發熱量標准為收到基低位發熱量( Qnet,ar) ,它反映煤炭的應用效果,但外界因素影響較大,如水分等,因此Qnet,ar 不能反映煤的真實品質。國際貿易通用發熱量標准為空氣乾燥基高位發熱量( Qnet,ar) ,它能較為准確的反映煤的真實品質,不受水分等外界因素影響。

參考資料:煤炭化驗_網路

㈢ 怎樣檢測焦碳

中華人民共和國國家標准 GB 20 0 1 - 9 1

焦炭工業分析測定方法

1 主題內容與適用范圍
本標准規定了測定焦炭水分、灰分、揮發分、固定碳的方法提要、試驗儀器和設備、試驗步驟、試驗結果的計算及精密度。 ¨
本標准適用於焦炭水分、灰分、揮發分、固定碳的測定。
2 引用標准
GB 1997 焦炭試樣的採取和制備
GB 6707 焦化產品測定方法通則
GB 9977 焦化產品術語
3 焦炭水分測定方法
3.1 方法提要
稱取一定質量的焦炭試樣,置於乾燥箱中,在一定的溫度下乾燥至質量恆定,以焦炭試樣的質量損失計算水分的百分含量。
3.2 試劑
3.2.1 變色硅膠:工業用品。
3.2.2 無水氯化鈣:化學純,粒狀。
3.3 儀器和設備
3.3.1 乾燥箱:帶有自動調溫裝置,能保持溫度170~180C和105~110℃。
3.3.2 淺盤:由鍍鋅薄鐵板或薄鋁板製成,尺寸約為300 mm×200 mm×20 mm。
3.3.3 玻璃稱量瓶:直徑40 mm,高25mm,並附有嚴密的磨口蓋,如圖1。

圖1 玻璃稱量瓶
3.3.4 乾燥器:內裝變色硅膠或粒狀無水氯化鈣。
3.3.5 分析天平:感量0.0001 g。
3.3.6 托盤天平:感量1 g。

3.4 試樣的採取和制備
試樣的採取和制備按GB1997的規定進行。
3.5 試驗步驟
3.5.1 全水分的測定
3.5.1.1 用預先乾燥並稱量過的淺盤稱取粒度小於13mm的試樣約500 g(稱准至1g),鋪平試樣。
3.5.1.2 將裝有試樣的淺盤置於170~180C的乾燥箱中,1 h後取出9冷卻5 min,稱量。
3.5.1.3 進行檢查性乾燥,每次10min,直到連續兩次質量差在1g內為止,計算時取最後一次的質量。
3.5.2 分析試樣水分的測定
3.5.2.1 用預先乾燥至質量恆定並已稱量的稱量瓶迅速稱取粒度小於0.2 mm攪拌均勻的試樣1±0.05g(稱准至0.000 2 g),平攤在稱量瓶中。
3.5.2.2 將盛有試樣的稱量瓶開蓋置於105~110C乾燥箱中乾燥1 h,取出稱量瓶立即蓋上蓋,放入乾燥器中冷卻至室溫(約20min),稱量。
3.5.2.3 進行檢查性乾燥,每次15 min,直到連續兩次質量差在0.001 g內為止,計算時取最後一次的質量,若有增重則取增重前一次的質量為計算依據。
3.6 試驗結果的計算
3.6.1 全水分按式(1)計算:
M t = …………………(1)
式中:M t ——焦炭試樣的全水分含量,%;
m——乾燥前焦炭試樣的質量,g;
m 1 ——乾燥後焦炭試樣的質量,g。

3.6.2 分析試樣水分按式(2)計算:
M ad = ……………………(2)
式中:M ad 一一分析試樣的水分含量,%;
m一一乾燥前分析試樣的質量,g;
m 1 ——乾燥後分析試樣的質量,g。
試驗結果取兩次試驗結果的算術平均值。
3.7 精密度
重復性r,不得超過下表的規定值:
Mad M t
水分范圍,% — <5.0 5.0~10.0 >10.0
重復性r,% 0.20 0.4 0.6 0.8
4 焦炭灰分測定方法
4.1方法提要
稱取一定質量的焦炭試樣,於815℃下灰化,以其殘留物的質量占焦炭試樣質量的百分數作為灰分含量。
4.2 試劑
4.2.1變色硅膠:工業用品。
4.2.2 無水氯化鈣:化學純,粒狀。
4.3 儀器和設備
4.3.1 箱形高溫爐:帶有測溫和控溫裝置,能保持溫度在815±10℃ ,爐膛具有足夠的恆溫區,爐後壁的上部具有直徑25 ~30mm、高400 mm的煙囪,下部具有插入熱電偶的小孔,孔的位置應使熱電偶的測溫點處於恆溫區的中間並距爐底20~30 mm,爐門有一通氣小孔,如圖2。

爐膛的恆溫區應每半年校正一次。

圖2 箱形高溫爐

4.3.2 灰皿:瓷質,如圖3。

圖3 灰皿
4.3.3 灰皿夾:由耐熱金屬絲製成,也可使用坩堝鉗,如圖4。

圖4 灰皿夾

4.3.4 乾燥器:內裝變色硅膠或粒狀無水氯化鈣乾燥劑。
4.3.5 分析天平:感量0.000 1g。
4.4 試樣的採取和制備
試樣的採取和制備按GB 1997規定進行。
4.5 試驗步驟
4.5.1方法一(仲裁法)
4.5.1.1 用預先於815±10℃灼燒至質量恆定的灰皿,稱取粒度小於0.2 mm並攪拌均勻的試樣1±0.05g(稱准至0.000 2g),並使試樣鋪平。
4.5.1.2 將盛有試樣的灰皿送入溫度為815±10℃的箱形高溫爐爐門口,在10min內逐漸將其移入爐膛恆溫區,關上爐門並使其留有約15mm的縫隙,同時打開爐門上的小孔和爐後煙囪,於815±10℃下灼燒1 h。
4.5.1.3 1 h後,用灰皿夾或坩堝鉗從爐中取出灰皿,放在空氣中冷卻約5min,移入干爆器中冷卻至室溫(約20min),稱量。
4.5.1.4 進行檢查性灼燒,每次15min,直到連續兩次質量差在0.001g內為止,計算時取最後一次的質量,若有增重則取增重前一次的質量為計算依據。
4.5.2 方法二
4.5.2.1 用預先於815±10℃灼燒至恆量的灰皿,稱取粒度小於0.2 mm並攪拌均勻的試樣0.5±0.05g(稱准至0.0002g),並使試樣鋪平。
4.5.2.2 將盛有試樣的灰皿送入溫度為815±10℃的箱形高溫爐的爐門口,在10min內逐漸將其移入爐子的恆溫區,關上爐門並使其留有約15mm的縫隙,同時打開爐門上通氣小孔和爐後煙囪,於815±10℃下灼燒30min。
4.5.2.3 同4.5.1.3。
4.5.2.4 同4.5.1.4。
4.6 試驗結果的計算
4.6.1 分析試樣的灰分按式(3)計算:
A ad ,% = ………………(3)

式中:A ad 一一分析試樣的灰分含量,%;
m——焦炭試樣質量,g;
m 1 ——灰皿中殘留物的質量,g。
4.6.2 乾燥試樣灰分按式(4)計算:
A d ,% = ………………(4)
式中:A d ——乾燥試樣的灰分含量,%;
A ad 一一分析試樣的灰分含量,%;
Mad——分析試樣的水分含量,%。
4.6.3 試驗結果取兩次試驗結果的算術平均值。
註:每次測定灰分時,應先進行水分的測定,水分樣與灰分測定試樣應同時採取。
4.7 精密度
重復性r:不大於0.20%;
再現性R:不大於0.30%。
5 焦炭揮發測定方法
5.1方法提要
稱取一定質量的焦炭試樣,置於帶蓋的坩堝中,在900℃下,隔絕空氣加熱7min,以減少的質量占試樣質量的百分數,減去該試樣的水分含量。
5.2 試劑
5.2.1 變色硅膠:工業用品。
5.2.2 無水氯化鈣:化學純,粒狀。
5.3 儀器和設備
5.301 揮發分坩堝:帶嚴密蓋的瓷坩堝,形狀和尺寸如圖5所示。坩堝總質量為18~22g,其中蓋的質量為5~6g。

圖5 揮發分坩堝
5.3.2 箱形高溫爐:帶有測溫和控溫裝置,能保持溫度在900±10℃,爐膛具有足夠的恆溫區,爐後壁的上部帶有直徑為25 ~ 30 mm,高400 mm的煙囪,下部具有插入熱電偶的小孔,小孔的位置應使熱電偶的測溫點處於恆溫區的中間並距爐底20~30mm,如圖6。

圖6 箱形高溫爐
爐子的熱容量應該是:當起始溫度為900℃時,放入室溫下的坩堝架和若豐坩堝,關閉爐門後,在3min內爐溫應恢復到900±10℃。 •
爐膛恆溫區應每半年校正一次。
5.3.3 坩堝架:用鎳鉻絲或其它耐熱金屬絲製成。其規格尺寸以能使所有的坩堝不超出恆溫區為限,安放在架上的坩堝底部距爐底間的距離應為30~40mm,如圖7。

圖7 坩堝架 圖8 坩堝架夾
5.3.4 坩堝架夾:由鎳鉻絲或耐熱金屬絲製成,形狀如圖8,也可用坩堝鉗。
5.3.5 分析天平:感量0.0001g。
5.3.6 秒錶。
5.3.7 乾燥器:內裝變色硅膠或粒狀無水氯化鈣。
5.4 試樣的採取和制備
試樣的採取和制備按GB 1997的規定進行。
5.5 試驗步驟
5.5.1 用預先於900±10℃溫度下灼燒至質量恆定的帶蓋瓷坩堝,稱取粒度小於0.2mm攪拌均勻的試樣1±0.01g(稱准至0.0001g),使試樣攤平,蓋上蓋,放在坩堝架上。
註:如果測定試樣不足六個,則在坩堝架的空位上放上空坩堝補位。
5.5.2 打開預先升溫至900±10℃箱形高溫爐爐門,迅速將裝有坩堝的架子送入爐中的恆溫區內,立即開動秒錶記時,並關好爐門,使坩堝連續加熱7min。坩堝和架子放入後,爐溫會有所下降,但必須在3min內使爐溫恢復到900±10℃,並繼續保持此溫度到試驗結束,否則此次試驗作廢。
5.5.3 到7 min立即從爐中取出坩堝,放在空氣中冷卻約5min,然後移入乾燥器中冷卻至室溫(約20 min),稱量。
5.6 試驗結果的計算 |
5.6.1 分析試樣的揮發分按式(5)計算:
V ad = ………………(5)
式中:V ad ——分析試樣的揮發分含量,%;
m——試樣的質量,g;
m 1 ——加熱後焦炭殘渣的質量,g;
M ad ——分析試樣的水分含量,%。
5.6.2 乾燥無灰基揮發分按式(6)計算:
V daf = ………………(6)
式中:V daf— ——乾燥無灰基揮發分含量,%;
A ad ——分析試樣的灰分含量, %;
M ad ——分析試樣的水分含量,%。
5.6.3 試驗結果取兩次試驗結果的算術平均值。
5.7 精密度
重復性r:不大於0.30%;
再現性R:不大於0.40%。
6 焦炭固定碳測定方法
6.1 方法提要
用已測出的水分含量、灰分含量、揮發分含量進行計算,求出焦炭固定碳含量。
6.2 固定碳的計算
分析試樣固定碳按式(7)計算:

FC ad =100—M ad —A ad —V ad …………………………(7)
式中:FC ad 一一分析試樣的固定碳含量,%;
M ad ——焦炭分析試樣的水分含量,%;
A ad ——焦炭分析試樣的灰分含量,%;
V ad ——焦炭分析試樣的揮發分含量,%。
附加說明:
本標准由中華人民共和國冶金工業部提出。

㈣ 武鋼焦化廠化驗室是煤怎麼化驗的

將下面的全部復製成DOC文件,列印,慢慢看

煤的工業分析1
[煤的工業分析]煤的工業分析,又叫煤的技術分析或實用分析,是評價煤質的基本依據。在國家標准種,煤的工業分析包括煤的水分、灰分、揮發分和固定碳等指標的測定。通常煤的水分、灰分、揮發分和固定碳等指標的測定。通常煤的水分、灰分、揮發分是直接測出的,而固定碳是用差減法計算出來的。廣義上講,煤的工業分析還包括煤的全硫分和發熱量的測定, 又叫煤的全工業分析。
1、煤的水分
煤的水分,是煤炭計價中的一個輔助指標。
煤的水分直接影響煤的使用、運輸和儲存。煤的水分增加,煤中有用成分相對減少,且水分在燃燒時變成蒸汽要吸熱,因而降低了煤的發熱量。煤的水分增加,還增加了無效運輸,並給卸車帶來了困難。特點是冬季寒冷地區,經常發生凍車,影響卸車,影響生產,影響車皮周轉,加劇了運輸的緊張。
煤的水分也容易引起煤炭粘倉而減小煤倉容量,甚至發生堵倉事故。
隨著礦井開采深度的增加,採掘機械化的發展和井下安全生產的加強,以及噴露灑水、煤層注水、綜合防塵等措施的實施,原煤水分呈增加的趨勢。為此,煤礦除在開采設計上和開采過程中的採煤、掘進、通風和運輸等各個環節上制定減少煤的水分的措施外,還應在煤的地面加工中採取措施減少煤的水分。
(1)煤中游離水和化合水
煤中水分按存在形態的不同分為兩類,既游離水和化合水。游離水是以物理狀態吸附在煤顆粒內部毛細管中和附著在煤顆粒表面的水分;化合水也叫結晶水,是以化合的方式同煤中礦物質結合的水。如硫酸鈣(NaSO4.2H2O)和高齡土(AL2O3.2SiO2.2H2O) 中的結晶水。游離水在105~110C的溫度下經過1~2小時可蒸發掉,而結晶水通常要在200C以上才能分解析出。
煤的工業分析中只測試游離水,不測結晶水。
(2)煤的外在水分和內在水分
煤的游離水分又分為外在水分和內在水分。
外在水分,是附著在煤顆粒表面的水分。外在水分很容易在常溫下的乾燥空氣中蒸發,蒸發到煤顆粒表面的水蒸氣壓與空氣的濕度平衡時就不再蒸發了。
內在水分,是吸附在煤顆粒內部毛細孔中的水分。內在水分需在100C以上的溫度經過一定時間才能蒸發。
最高內在水分,當煤顆粒內部毛細孔內吸附的書分達到飽和狀態時,這是煤的內在水分達到最高值,稱為最高內在水分。最高內在水分與煤的孔隙度有關,而煤的孔隙度又於煤的煤化程度有關,所以,最高內在水分含量在相當程度上能表徵煤的煤化程度,尤其能更好地區分低煤化度煤。如年輕褐煤的最高內在水分多在25%以上,少數的如雲南彌勒褐煤最高內在水分達31%。最高內在水分小於2%的煙煤,幾乎都是強粘性和高發熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的最高內在水分比煙煤有有所下降,因為無煙煤的孔隙度比煙煤增加了。
(3)煤的全水分
全水分,是煤炭按灰分計加中的一個輔助指標。a.煤中全水分的含義。煤中全水分,是指煤中全部的游離水分,即煤中外在水分和內在水分之和。必須指出的是,化驗室里測試煤的全水分時所測的煤的外在水分和內在水分,與上面講的煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分是完全不同的。化驗室里所測的外在水分是指煤樣在空氣中並同空氣濕度達到平衡時失去的水分(這是吸附在煤毛細孔中的內在水分也會相應失去一部分,其數量隨當時空氣濕度的降低和溫度的升高而增大),這時殘留在煤中的水分為內在水分。顯然,化驗室測試的外在水分和內在水分,除與煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分有關外,還與測試是空氣的濕度和溫度有關。b.煤的全水分測試方法要點見GB212-91。

2、煤的灰分
煤的灰分,是指煤完全燃燒後剩下的殘渣。因為這個殘渣是煤中可燃物完全燃燒,煤中礦物質(除水分外所有的無機質)在煤完全燃燒過程中經過一系列分解、化合反應後的產物,所以確切地說,灰分應稱為灰分產率。
(1)煤中礦物質
煤中礦物質分為內在礦物質和外在礦物質。
a.內在礦物質,又分為原生礦物質和次生礦物質。
原生礦物質,是成煤植物本身所含的礦物質,其含量一般不超過1~2%;次生礦物質,是成煤過程中泥炭沼澤液中的礦物質與成煤植物遺體混在一起成煤而留在煤中的。次生礦物質的含量一般也不高,但變化較大。
內在礦物質所形成的灰分叫內在灰分,內在灰分只能用化學的方法才能將其從煤中分離出去。
b.外來礦物質,是在菜煤和運輸過程中混入煤中的頂、底板和夾石層的矸石。外在礦物質形成的灰分叫外在灰分,外在灰分可用洗選的方法將其從煤中分離出去。
(2)煤中灰分
煤中灰分來源於礦物質。煤中礦物質燃燒後形成灰分。如粘土、石膏、碳酸鹽、黃鐵礦等礦物質在煤的燃燒中發生分解和化合,有一部分變成氣體逸出,留下的殘渣就是灰分。 2SiO2•AL2O3•2H2O 2SiO2+AL2O3+2H2O↑
-→
CaSO4•2H2O CaSO4+2H20↑
-→
CaCO3 CaO+CO2↑」
-→
CaO+SO3 CaSO4
-→
CaO+SO3 2Fe2O3+8SO2↑
-→
灰分通常比原物質含量要少,因此根據灰分,用適當公式校正後可近似地算出礦物質含量。
(3)煤灰灰分對工業利用的影響
煤中灰分是煤炭計價指標之一。在灰分計加重,灰分是計價的基礎指標;在發熱量計加重,灰分是計價的輔助指標。
灰分是煤中的有害物質,同樣影響煤的使用、運輸和儲存。
煤用作動力燃料時,灰分增加,煤中可燃物質含量相對減少。礦物質燃燒灰化時要吸收熱量,大量排渣要帶走熱量,因而降低了煤的發熱量,影響了鍋爐操作(如易結渣、熄火),加劇了設備磨損,增加排渣量。 煤用於煉焦時,灰分增加,焦炭灰分也隨之增加,從而降低了高爐的利用系數。
還必須指出的是,煤中灰分增加,增加了無效運輸,加劇了我國鐵路運輸的緊張。
(4)煤的灰分測定見GB212-91。

3、煤的揮發分
煤的揮發分,即煤在一定溫度下隔絕空氣加熱,逸出物質(氣體或液體)中減掉水分後的含量。剩下的殘渣叫做焦渣。因為揮發分不是煤中固有的,而是在特定溫度下熱解的產物,所以確切的說應稱為揮發分產率。
(1)煤的揮發分不僅是煉焦、氣化要考慮的一個指標,也是動力用煤的一個重要指標,是動力煤按發熱量計價的一個輔助指標。
揮發分是煤分類的重要指標。煤的揮發分反映了煤的變質程度,揮發分由大到小,煤的變質程度由小到大。如泥炭的揮發分高達70%,褐煤一般為40~60%,煙煤一般為10~50%,高變質的無煙煤則小於10%。煤的揮發分和煤岩組成有關,角質類的揮發分最高,鏡煤、亮煤次之,絲碳最低。所以世界各國和我國都以煤的揮發分作為煤分類的最重要的指標。
(2)煤的揮發分測試要點見GB212-91。

煤的工業分析2
4、煤的固定碳
煤中去掉水分、灰分、揮發分,剩下的就是固定碳。
煤的固定碳與揮發分一樣,也是表徵煤的變質程度的一個指標,隨變質程度的增高而增高。所以一些國家以固定碳作為煤分類的一個指標。
固定碳是煤的發熱量的重要來源,所以有的國家以固定碳作為煤發熱量計算的主要參數。固定碳也是合成氨用煤的一個重要指標。
固定碳計算公式:
(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)
當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量為2-12%時:
(FC)ad=100-(Mad-Aad+Vad)-CO2,ad(煤)
當分析煤樣中碳酸鹽CO2含量大於12%時:
(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)-[CO2,ad(煤)-CO2,ad(焦渣)]
式中:
(FC)ad——分析煤樣的固定碳,%;
Mad——分析煤樣的水分,%;
Aad——分析煤樣的灰分,%;
Vad——分析煤樣的揮發分,%;
CO2,ad(煤)——分析煤樣中碳酸鹽CO2含量,%;
CO2,ad(焦渣)——焦渣中CO2占煤中的含量,%;
5、煤的硫分
(1)煤中硫存在的形態
煤中硫分,按其存在的形態分為有機硫和無機硫兩種。有的煤中還有少量的單質硫。
煤中的有機硫,是以有機物的形態存在與煤中的硫,其結構復雜,至今了解的還不夠充分,大體有以下官能團:
硫醇類,R-SH(-SH,為硫基);
噻吩類,如噻吩、苯駢噻吩、硫醌類,如對硫醌、硫醚類,R-S-R';硫蒽類等
煤中無機硫,是以無機物形態存在於煤中的留。無機硫又分為硫化物硫和硫酸鹽硫。硫化物硫絕大部分是黃鐵礦硫,少部分為白鐵礦硫,兩者是同質多晶體。還有少量的ZnS,PbS等。硫酸鹽硫主要存在於CaSO4中。
煤中硫分,按其在空氣中能否燃燒又分為可燃硫和不可燃硫。有機硫、硫鐵礦硫和單質硫都能在空氣中燃燒,都是可燃硫。硫酸鹽硫不能在空氣中燃燒,是不可燃硫。
煤燃燒後留在灰渣中的硫(以硫酸鹽硫為主),或焦化後留在焦炭中的硫(以有機硫、硫化鈣和硫化亞鐵等為主),稱為固體硫。煤燃燒逸出的硫,或煤焦化隨煤氣和焦油析出的硫,稱為揮發硫(以硫化氫和硫氧化碳(COS)等為主)。煤的固定硫和揮發硫不是不變的,而是隨燃燒或焦化溫度、升溫速度和礦物質組分的性質和數量等而變化。
煤中各種形態的硫的總和稱為煤的全硫(St)。煤的全硫通常包含煤的硫酸鹽硫(Ss)、硫鐵礦硫(Sp)和有機硫(So).
St=Ss+Sp+So
如果煤中有單支流,全硫中還應包含單質硫。
(2)煤中硫對工業利用的影響
硫是煤中有害物質之一。煤作為燃料在燃燒時生成SO2,SO3不僅腐蝕設備,而且污染空氣,甚至降酸雨,嚴重危及植物生長和人的健康。煤用於合成氨制半水煤氣時,由於煤氣中硫化氫等氣體較多不易脫凈,易毒化合成催化劑而影響生產。煤用於煉焦,煤中硫會進入焦炭,使鋼鐵變脆。鋼鐵中硫含量大於0.07%時就成了廢品。為了減少鋼鐵中的硫,在高爐煉鐵時加石灰石,這就降低了高爐的有效容積,而且還增加了排渣量。煤在儲運中,煤中硫化鐵等含量多時,會因氧化、升溫而自燃。
我國煤田硫的含量不一。東北、華北等煤田硫含量較低,山東棗庄小槽煤、內蒙烏大、山西汾西、山西銅川等煤礦硫含量較高,貴州、四川等煤礦硫含量更高。四川有的煤礦硫含量高達4~6%以上,洗選後降到2%都困難。
脫去煤中的硫,是煤炭利用的一個重要課題。在這方面美國等西方國家對潔凈煤的研究取得很大進展。他們首先是發展煤的洗選加工(原煤入洗比重0~80%以上,我國不足20%),通過洗選降低了煤中的灰分,除去煤中的無機硫(有機硫靠洗選是除不去的);其次是在煤的燃燒中脫硫和煙道氣中脫硫。這無疑增加了用煤成本。我們也在開展潔凈煤的研究,針對我國目前動力煤洗煤廠能力利用率僅50%多,應盡快制定和實施燃煤環保法,以促進煤碳洗選加工的發展和潔凈煤技術的應用。
(3)煤中的測試要點
煤中硫的測試包括煤的全硫、硫鐵礦硫和硫酸鹽硫的測試。見GB214-83。

煤的工業分析3
6、煤的發熱量
煤的發熱量,又稱為煤的熱值,即單位質量的煤完全燃燒所發出的熱量。
煤的發熱量時煤按熱值計價的基礎指標。煤作為動力燃料,主要是利用煤的發熱量,發熱量愈高,其經濟價值愈大。同時發熱量也是計算熱平衡、熱效率和煤耗的依據,以及鍋爐設計的參數。
煤的發熱量表徵了煤的變質程度(煤化度),這里所說的煤的發熱量,是指用1.4比重液分選後的浮煤的發熱量(或灰分不超過10%的原煤的發熱量)。成煤時代最晚煤化程度最低的泥炭發熱量最低,一般為20.9~25.1MJ/Kg,成煤早於泥炭的褐煤發熱量增高到25~31MJ/Kg,煙煤發熱量繼續增高,到焦煤和瘦煤時,碳含量雖然增加了,但由於揮發分的減少,特別是其中氫含量比煙煤低的多,有的低於1%,相當於煙煤的1/6,所以發熱量最高的煤還是煙煤中的某些煤種。
鑒於低煤化度煤的發熱量,隨煤化度的變化較大,所以,一些國家常用煤的恆濕無灰基高位發熱量作為區分低煤化度煤類別的指標。我國採用煤的恆濕無灰基高位發熱量來劃分褐煤和長焰煤。
(1)發熱量的單位
熱量的表示單位主要有焦耳(J)、卡(cal)和英制熱量單位Btu。
焦耳,是能量單位。1焦耳等於1牛頓(N)力在力的方向上通過1米的位移所做的功。
1J=1N×0J
1MJ=1000KJ
焦耳時國際標准化組織(ISO)所採用的熱量單位,也是我國1984年頒布的,1986年7月1日實施的法定計量熱量的單位。煤的熱量表示單位:
J/g、KJ/g、MJ/Kg
卡(cal)是我國建國後長期採用的一種熱量單位。1cal是指1g純水從19.5C加熱到20.5C時所吸收的熱量。
歐美一些國家多採用15Ccal,即1g純水從14.5C加熱到15.5C時所吸收的熱量。
1cal(20Ccal)=4.1816J
1cal(15Ccal)=4.1855J
1956年倫敦第誤解蒸汽性質國際會議上通過的國際蒸汽表卡的溫度比15Ccal還低,其定義如下:
1cal==4.1866J
從上看出,15Ccal中,每卡所含熱能比20Ccal還高。
英、美等國家目前仍採用英制熱量單位(Btu),其定義是:1磅純水從32F加熱到212F時,所需熱量的1/180。
焦耳、卡、Btu之間的關系
1Btu=1055.79J(≈1.055×1000J)
1J=9471.58×10的負7次方Btu
20Ccal/g與Btu/1b的換算公式:
因為1Btu=1055.79J,1B=453.6g
所以1Btu/1b=1/1.8cal/g
1cal/g=1.8Btu/1b
由於cal/g的熱值表示因15Ccal或20Ccal等的不同而不同,所以國際貿易和科學交往中,尤其是採用進口苯甲酸(標明其cal/g)作為熱量計的熱容量標定時,一定要了解是什莫溫度(C)或條件下的熱值(cal/g),否則將會對燃燒的熱值產生系統偏高或偏低。
為了使熱量單位在國內外統一,不須以J取代cal作為煤的發熱量表示單位。
(2)煤的各種發熱量名稱的含義
a.煤的彈筒發熱量(Qb)
煤的彈筒發熱量,是單位質量的煤樣在熱量計的彈筒內,在過量高壓氧(25~35個大氣壓左右)中燃燒後產生的熱量(燃燒產物的最終溫度規定為25C)。
由於煤樣是在高壓氧氣的彈筒里燃燒的,因此發生了煤在空氣中燃燒時不能進行的熱化學反應。如:煤中氮以及充氧氣前彈筒內空氣中的氮,在空氣中燃燒時,一般呈氣態氮逸出,而在彈筒中燃燒時卻生成N2O5或NO2等氮氧化合物。這些氮氧化合物溶於彈筒稅種生成硝酸,這一化學反應是放熱反應。另外,煤中可燃硫在空氣中燃燒時生成SO2氣體逸出,而在彈筒中燃燒時卻氧化成SO3,SO3溶於彈筒水中生成硫酸。SO2、SO3,以及H2SO4溶於水生成硫酸水化物都是放熱反應。所以,煤的彈筒發熱量要高於煤在空氣中、工業鍋爐中燃燒是實際產生的熱量。為此,實際中要把彈筒發熱量折算成符合煤在空氣中燃燒的發熱量。
b.煤的高位發熱量(Qgr)
煤的高位發熱量,即煤在空氣中大氣壓條件下燃燒後所產生的熱量。實際上是由實驗室中測得的煤的彈筒發熱量減去硫酸和硝酸生成熱後得到的熱量。
應該指出的是,煤的彈筒發熱量是在恆容(彈筒內煤樣燃燒室容積不變)條件下測得的,所以又叫恆容彈筒發熱量。由恆容彈筒發熱量折算出來的高位發熱量又稱為恆容高位發熱量。而煤在空氣中大氣壓下燃燒的條件濕恆壓的(大氣壓不變),其高位發熱量濕恆壓高位發熱量。恆容高位發熱量和恆壓高位發熱量兩者之間是有差別的。一般恆容高位發熱量比恆壓高位發熱量低8.4~20.9J/g,實際中當要求精度不高時,一般不予校正。
c.煤的低位發熱量(Qnet)
煤的低位發熱量,是指煤在空氣中大氣壓條件下燃燒後產生的熱量,扣除煤中水分(煤中有機質中的氫燃燒後生成的氧化水,以及煤中的游離水和化合水)的汽化熱(蒸發熱),剩下的實際可以使用的熱量。
同樣,實際上由恆容高位發熱量算出的低位發熱量,也叫恆容低位發熱量,它與在空氣中大氣壓條件下燃燒時的恆壓低位熱量之間也有較小的差別。
d.煤的恆濕無灰基高位發熱量(Qmaf)
恆濕,是指溫度30C,相對濕度96%時,測得的煤樣的水分(或叫最高內在水分)。煤的恆濕無灰基高位發熱量,實際中是不存在的,是指煤在恆濕條件下測得的恆容高位發熱量,除去灰分影響後算出來的發熱量。
恆濕無灰基高位發熱量是低煤化度煤分類的一個指標。
(3)煤的彈筒發熱量的測試要點見GB213-87。
(4)煤的高位發熱量計算
煤的高位發熱量計算公式為:
Qgr,ad=Qb,ad-95Sb,ad-aQb,ad
式中:
Qgr,ad——分析煤樣的高位發熱量,J/g;
Qb,ad——分析煤樣的彈筒發熱量,J/g;
Sb,ad——由彈筒洗液測得的煤的硫含量,%;
95——煤中每1%(0.01g)硫的校正值,J/g;
a——硝酸校正系數。 Qb,ad≤16700J/g,a=0.001
16700J/g<Qb,ad<25100J/g,a=0.0012
Qb,ad>25100J/g ,a=0.0016
當Qb,ad〉16700J/g,
或者12500J/g<Qb,ad<16700J/g,同時,Sb,ad≤2%時,
可用St,ad代替Sb,ad。
(5)煤的低位發熱量的計算
Qnet,ad=Qgr,ad-0.206Had-0.023Mad
式中:
Qnet,ad——分析煤樣的低位發熱量,J/g;
Qgr,ad——分析煤樣的高位發熱量,J/g;
Had——分析煤樣氫含量,%;
Mad——分析煤樣水分,%。
(6)煤的各種基準發熱量及其換算
a.煤的各種基準得發熱量
如上所述,煤的發熱量有彈筒發熱量、高位發熱量和低位發熱量,每一種發熱量又有4種基準,所以 煤的不同基準的各種發熱量有3×4=12種表示方法,即:
彈筒發熱量4種表示方式:
Qb,ad——分析基彈筒發熱量;
Qb,d——乾燥基彈筒發熱量;
Qb,ar——收到基彈筒發熱量;
Qb,daf——乾燥無灰基彈筒發熱量。
高位發熱量4種表示形式:
Qgr,ad——分析基高位發熱量;
Qgr,d——乾燥基高位發熱量;
Qgr,ar——收到基高位發熱量;
Qgr,daf——乾燥無灰基高位發熱量。
低位發熱量4種表示形式:
Qnet,ad——分析基低位發熱量;
Qnet,ar——收到基低位發熱量;
Qnet,daf——乾燥無灰基低位發熱量。
b.煤的各種基準的發熱量間的換算
煤的各種基準的發熱量間的換算公式和煤質分析中各基準的換算公式相似。如:
Qgr,ad=Qgr,ad×(100-Mar)/(100-Mad)
Qgr,d=Qgr,ad×100/(100-Mad)
Qgr,daf=Qgr,ad×100/(100-Mad-Aad-CO2,d)
式中:
CO2,d——分析煤樣中碳酸鹽礦物質中CO2的含量(%),當CO2含≤2%時,此項可略去不計
Qgr,maf=Qgr,ad×(100-M)/(100-Mad-Aad-Aad×M/100)
式中:
Qgr,maf——恆溫無灰基高位發熱量;
M——恆濕條件下測得的水分含量,%。

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