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煤质分析


锅炉性能计算需要的煤的元素分析数据(Car、Har、Oar、Nar、Sar、Aar) (应用基数 据)化验很不方便,一般电厂无法开展此项工作,而电厂能进行入炉煤的工业分析。因此可 用当前煤质的工业分析数据(Mar、Mad、Aad、Sad、Vad、Qnet,ar ) (分析基数据)计算得 出元素分析数据,具体计算公式如下: 分析基与可燃基进行换算(100-Aad-Mad) Vdaf

=100*Vad/(100-Aad-Mad)分析基挥发份计算可燃基挥发份 Hdaf=Vdaf/(0.114*Vdaf+2.24) 经验公式 Had=Hdaf*(100-Aad-Mad)/100 可燃基氢计算分析基氢 Ndaf=0.016*Vdaf+0.9 经验公式 可燃基挥发份计算可燃基氮 Nad=Ndaf*(100-Aad-Mad)/100 可燃基氮计算分析基氮 Aar=Aad*(100-Mar)/(100-Mad) Har=Had*(100-Mar)/(100-Mad) Nar=Nad*(100-Mar)/(100-Mad) Sar=Sad*(100-Mar)/(100-Mad) 分析基计算应用基(分析基与应用基之间的差别在于水分含量) Qnetar=338.71*Car+1048.48*Har+108.72*(Sar-Oar)-46*Mar m1=Aar+Har+Nar+Sar+Mar m2=Qnetar- 1048.48*Har+46*Mar-108.72*Sar Car=(m2+ 10872-108.72*m1)/447.43 Oar=100-m1-Car 根据 GB/T 3715-1996: 工业分析:包括水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目的分析(均以质量百分比表示) 。 水分一般包括全水分(内水和外水之和)和分析水(内水) ; 灰分:煤样在规定条件下完全燃烧后所得残留物; 挥发分:煤样在规定条件下隔绝空气加热,并进行水分校正后的质量损失; 固定碳:从测定煤样的挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物,通常用 100 减去水 分、挥发分和灰分后得出。 元素分析:碳、氢、氧、氮、硫五个项目煤质分析的总称(均以质量百分比表示) 。 一、煤的元素分析 煤的元素分析是测定煤中碳(C) 、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)、磷(P)等元素的含量。 碳是煤中最主要的可燃元素,也是煤中最基本的成分,其含量约占 40%~85%。1KG 碳完 全燃烧生成二氧化碳,能放出约 32825.56KJ 热量。1KG 碳不完全燃烧生成一氧化碳,只能 放出约 9258.06KG 的热量。碳的燃烧特点是不易着火,燃烧缓慢,火焰短。煤的碳化程度 越深,即含碳量越多,则着火和燃烧越困难。 氢是煤中单位发热量最高的元素,但含量不多,约占 3%~6%。氢极容易燃烧,且燃烧速 度快。 煤中的硫由有机硫、硫化铁和硫酸盐中的硫三部分组成。前两种硫可以燃烧,构成所谓 的挥发硫或可燃硫;后一种硫不能燃烧,将其并入灰分。硫是煤中的有害元素。 氧是煤中的杂质,不能产生热量。由于氧的存在,使得煤中可燃元素的含量相对降低。 煤中的氧有两部分, 一部分是游离的氧, 它能助燃; 另一部分以化合物状态存在, 不能助燃。 氮、磷是煤中的杂质,其含量很小,对煤的燃烧影响不大。 二、 煤的工业分析 煤的工业分析是对煤的水分、灰分、挥发分和固定碳等指标的测定。通常煤的水分、灰

分、挥发分是直接测出的,而固定碳是用差减法计算出来的。 广义上讲,煤的工业分析还包括煤的全硫分和发热量的测定,又叫煤的全工业分析。 (一) 煤的水分 煤的水分,是煤炭计价中的一个辅助指标。 煤的水分直接影响煤的使用、运输和储存。煤的水分增加,煤中有用成分相对减少,且 水分在燃烧时变成蒸汽要吸热, 因而降低了煤的发热量。 煤的水分增加, 还增加了无效运输, 并给卸车带来了困难。特点是冬季寒冷地区,经常发生冻车,影响卸车,影响生产,影响车 皮周转,加剧了运输的紧张。煤的水分也容易引起煤炭粘仓而减小煤仓容量,甚至发生堵仓 事故。 煤中水分按存在形态的不同分为两类,既游离水和化合水。 游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分,分又分为 外在水分和内在水分。 外在水分,是附着在煤颗粒表面的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发, 蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。 内在水分,是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分需在 100 度以上的温度经过 一定时间才能蒸发。 化合水也叫结晶水,是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如煤中矿物硫酸钙 (CaSO4.2H2O)中的水分子。 游离水在 105~110 度的温度下经过 1~2 小时可蒸发掉,而结晶水通常要在 200 度以上 才能分解析出。 煤的工业分析中只测试游离水,不测结晶水。 (二)煤的灰分 煤的灰分,是指煤完全燃烧后剩下的残渣。因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧,煤中 矿物质 (除水分外所有的无机质) 在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、 化合反应后的产物, 所以确切地说,灰分应称为灰分产率。 煤中灰分来源于矿物质。即煤中矿物质燃烧后形成灰分。 煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。 内在矿物质,又分为原生矿物质和次生矿物质。 原生矿物质,是成煤植物本身所含的矿物质,其含量一般不超过 1~2%;次生矿物质, 是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。 次生矿物 质的含量一般也不高,但变化较大。 内在矿物质所形成的灰分叫内在灰分, 内在灰分只能用化学的方法才能将其从煤中分离 出去。 次生矿物质,是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。外在矿物质 形成的灰分叫外在灰分,外在灰分可用洗选的方法将其从煤中分离出去。 煤中灰分是煤炭计价指标之一。 灰分是煤中的有害物质,同样影响煤的使用、运输和储存。 煤用作动力燃料时,灰分增加,煤中可燃物质含量相对减少。矿物质燃烧灰化时要吸收 热量,大量排渣要带走热量,因而降低了煤的发热量,影响了锅炉操作(如易结渣、熄火) , 加剧了设备磨损,增加排渣量。煤用于炼焦时,灰分增加,焦炭灰分也随之增加,从而降低 了高炉的利用系数。 还必须指出的是,煤中灰分增加,增加了无效运输,加剧了运输的紧张 (三)煤的挥发分 煤的挥发分,即煤在一定温度下隔绝空气加热,逸出物质(气体或液体)中减掉水分后

的含量。 剩下的残渣叫做焦渣。 因为挥发分不是煤中固有的, 而是在特定温度下热解的产物, 所以确切的说应称为挥发分产率。 煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标,也是动力用煤的一个重要指标,是动 力煤按发热量计价的一个辅助指标。 挥发分是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度,挥发分由大到小,煤的 变质程度由小到大。 如泥炭的挥发分高达 70%, 褐煤一般为 40~60%, 烟煤一般为 10~50%, 高变质的无烟煤则小于 10%。煤的挥发分和煤岩组成有关,角质类的挥发分最高,镜煤、 亮煤次之,丝碳最低。 (四)煤的固定碳 煤中去掉水分、灰分、挥发分,剩下的就是固定碳。 煤的固定碳与挥发分一样, 也是表征煤的变质程度的一个指标, 随变质程度的增高而增 高。 固定碳是煤的发热量的重要来源,所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要参 数。固定碳也是合成氨用煤的一个重要指标。 (五)煤中硫分 煤中硫分,按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质硫。 煤中的有机硫,是以有机物的形态存在与煤中的硫,其结构复杂,至今了解的还不够充分, 大体有以下官能团: 硫醇类,R-SH(-SH,为硫基); 噻吩类,如噻吩、苯骈噻吩;硫醌类,如对硫醌;硫醚 类,R-S-R' ;硫蒽类等 煤中无机硫,是以无机物形态存在于煤中的硫。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫 化物硫绝大部分是黄铁矿硫,少部分为白铁矿硫,两者是同质多晶体。还有少量的 ZnS,PbS 等。硫酸盐硫主要存在于 CaSO4 中。 煤中硫分,按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质 硫都能在空气中燃烧,都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧,是不可燃硫。 煤燃烧后留在灰渣中的硫(以硫酸盐硫为主) ,或焦化后留在焦炭中的硫(以有机硫、硫 化钙和硫化亚铁等为主) ,称为固体硫。煤燃烧逸出的硫,或煤焦化随煤气和焦油析出的硫, 称为挥发硫(以硫化氢和硫氧化碳(COS)等为主) 。煤的固定硫和挥发硫不是不变的,而 是随燃烧或焦化温度、升温速度和矿物质组分的性质和数量等而变化。 煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫(St) 。煤的全硫通常包含煤的硫酸盐硫(Ss) 、 硫铁矿硫(Sp)和有机硫(So) . St=Ss+Sp+So 如果煤中有单支流,全硫中还应包含单质硫 硫是煤中有害物质之一。煤作为燃料在燃烧时生成 SO2,SO3 不仅腐蚀设备,而且污染 空气,甚至降酸雨,严重危及植物生长和人的健康。煤用于合成氨制半水煤气时,由于煤气 中硫化氢等气体较多不易脱净,易毒化合成催化剂而影响生产。煤用于炼焦,煤中硫会进入 焦炭,使钢铁变脆。钢铁中硫含量大于 0.07%时就成了废品。为了减少钢铁中的硫,在高炉 炼铁时加石灰石,这就降低了高炉的有效容积,而且还增加了排渣量。煤在储运中,煤中硫 化铁等含量多时,会因氧化、升温而自燃。 (


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