儀器分析煤質分析第四章煤質分析儀器分析煤質分析本章內容

第一節概述第二節煤的工業分析第三節煤發熱量的測定第四節煤中全硫的測定儀器分析煤質分析第一節概述一、煤的組成和分類二、煤的分析項目儀器分析煤質分析一、煤的組成和分類煤——植物遺體覆蓋在地層以下，經若干年生物化學、物理化學作用轉化而成的固體有機可燃沉積巖。儀器分析煤質分析煤

的

形

成植物泥炭褐煤 煙煤 無煙煤儀器分析煤質分析

我國煤資源豐富，儲量約7300億噸，分布廣，但資源分布不均衡，相對集中分布華北地區和西北地區中國煤炭資源網：

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煤的用途：①人類生存所需熱源提供之一②工業生產（化工、冶金）主要的原料儀器分析煤質分析1.煤的組成有機質——由碳、氫、氧、氮、硫等元素組成，碳和氫占有機質的95%以上。硫在燃燒時也放熱，但燃燒產物SO2腐蝕設備、污染環境礦物質——主要是堿金屬、堿土金屬、鐵、鋁的碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽及硫化物。除硫化物外，其它的礦物質不能燃燒，使煤的可燃比例減小，影響煤的發熱量水——外在水、內在水儀器分析煤質分析煤的元素組分碳：組成煤大分子的骨架，各元素中最高，一般大于70%。隨著煤化程度的增高，碳的含量也越高，如某些超無煙煤的碳含量可超過97%氫：占煤的質量分數為1-6%，越是年輕的煤，其含量也越高氧：越是年輕的煤，氧元素的比例也越大，發熱量常隨氧元素含量的增高而降低，其含量從1-30%均有氮：一般為0.5-3%硫：其含量與煤化程度的高低無明顯關系，從0.1到10%均有儀器分析煤質分析

煤的元素組分的不同，不僅能反映出煤化程度，而且也直接表征出煤性質的不同

例如：

碳含量低、氧含量高的煤，多是粘結性很差或是沒有粘結性的年輕煤

碳含量高、氧含量低的煤，則常是一些無粘結性的年老煤只有碳含量在84-88%，氫含量在5%以上的中等變質程度的煤，才是結焦性較好的煉焦用煤儀器分析煤質分析煤的種類繁多，質量也相差懸殊，不同類型的煤有不同的用途結焦性或粘結性好的煤煉焦用煤熱穩定性好的無煙塊煤合成氨原料揮發分和發熱量都高的煤動力用煤低灰、低硫的年輕煤氣化制造煤氣和加氫液化制取人造液體燃料的較好原料主要分類依據：成因、工業和商業、用途、科學等2.煤的分類儀器分析煤質分析煤的成因分類——成煤的原始物料和堆積環境

腐植煤(高等植物)：陸植煤(泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤)、殘植煤

腐泥煤(低等植物)：藻煤、膠泥煤等

腐植腐泥煤(既有高等植物/又有低等植物)：燭煤、煤精

煤的產品品種分類

按用途、加工方法和質量規格共分精煤、粒級煤、洗選煤、原煤、低質煤等5大類，28個品種

煤的實用分類(煤的工業分類)

按煤的工藝性質和用途分類，中國煤分類(GB5751-1986)和各主要工業國的煤炭分類均屬于實用分類儀器分析煤質分析褐煤（HM）——多塊狀，黑褐色，光澤暗，質地疏松；揮發分40%左右，燃點低，易著火，燃燒上火快，火焰大，冒黑煙；含碳量與發熱量較低，燃燒時間短，需經常加煤。

煙煤（YM）（除褐煤和無煙煤外，都是煙煤）

——一般粒狀、小塊狀，也有粉狀，多黑色而有光澤，質地細致，揮發分30%以上，燃點不太高，較易點燃；含碳量與發熱量較高，燃燒時上火快，火焰長，有大量黑煙，燃燒時間較長；大多數煙煤有粘性，燃燒時易結渣

無煙煤(WY)——

粉狀和小塊狀，呈黑色有金屬光澤而發亮。雜質少，質地緊密，固定碳含量高，可達80%以上；揮發分低，10%以下，燃點高，不易著火；發熱量高，剛燃燒時上火慢，火上來后比較大，火力強，火焰短，冒煙少，燃燒時間長，粘結性弱，燃燒時不易結渣。應摻入適量煤土燒用，以減輕火力強度

煤的工業分類儀器分析煤質分析對工業用煤的要求煤炭的主要用途是燃燒、煉焦和造氣等，也可作為化工原料。為了得到強度高，灰分、硫分低的優質冶金用焦，對煉焦用煤有以下要求：（1）有較強的結焦性或粘結性

（2）煤的灰分要低（3）煤的硫分要低（4）配合煤的揮發分要合適儀器分析煤質分析建材工業用煤在建材工業中，水泥、玻璃、陶瓷、磚瓦、石灰等建筑材料，都要經過各種爐窯焙燒、鍛燒甚至熔化等高溫處理，而煤炭是主要的燃料。其中水泥工業對煤質要求最高，尤其是年產水泥20萬噸以上的大、中型水泥廠的回轉窯燒成用煤。因其煤的灰分大小及其煤灰的組成成分直接影響到水泥的配料，通常要求灰分低、煤灰成分穩定。如灰分太高，發熱量就低，達不到熟料的燒成溫度1450℃以上（要求燃料火焰溫度達1600～1700℃）。儀器分析煤質分析二、煤的分析項目1.煤的工業分析（煤的技術分析、實用分析）

——評價煤的性質、用途和經濟性的基本依據

半工業分析：水分、灰分、揮發分、固定碳。

全工業分析：半工業分析四項+發熱量+全硫。

其中，水分、灰分、揮發分都直接測定，固定碳不直接測定，而是用差減法進行計算儀器分析煤質分析

2.元素分析主要——碳、氫、氧、氮、硫等放射性和稀有元素——如鈾、鍺、鎵等有害元素——如磷、氯、砷、氟、汞等。元素分析的結果是對煤進行科學分類的主要依據。在工業上，是計算發熱量、干餾產物產率、熱量平衡的依據煤中的稀有元素很多，但一般是指有提取價值的鍺、鎵、鈾、釩、鉭等元素。

儀器分析煤質分析3.煤的工藝性質煤的黏結性——煤粒(直徑<0.2mm)在隔絕空氣受熱后能否黏結其本身或惰性物質(無黏結力的物質)成焦塊的性質；煤的結焦性——煤粒隔絕空氣受熱后能否生成優質焦炭的性質4.煤的發熱量——單位質量的煤完全燃燒所產生的熱量，也稱熱值。

煤的燃點——將煤加熱到開始燃燒時的溫度。也稱著火點。

5.煤的反應性——又稱反應活性，是指在一定溫度條件下，煤與不同的氣體介質（CO2、O2、H2O）相互作用的反應能力儀器分析煤質分析

6.

煤灰的熔融性——又稱灰熔點，動力和氣化用煤的重要指標。煤灰是由各種礦物質組成的混合物，沒有固定的熔點，只有一個熔化的溫度范圍。包括：變形溫度、軟化溫度——評價煤灰熔融性、熔化溫度

7.煤的物理性質

——煤的一定化學組成和分子結構的外部表現，包括顏色、光澤、密度、硬度、脆度、斷口及導電性等儀器分析煤質分析

8.煤灰成分分析

灰分——煤在一定條件下完全燃燒后所得到的殘留物。由SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、MnO2、SO3、P2O5等成分組成。其中主要成分是

SiO2（約60%）和Al2O3（約12-20%）。在煤的工業分析中，往往只測定灰分的產率，而不測定灰分的成分元素分析儀儀器分析煤質分析第二節煤的工業分析一、煤中水分的測定二、灰分的測定

三、揮發分的測定

四、固定碳的計算五、各種基準的換算儀器分析煤質分析一、水分的測定意義：評價煤炭經濟價值的最基本指標。

因為煤中水分含量越多，煤的無用成分也越多，同時有大量水分存在，不僅煤的有用成分減少，而且它在煤燃燒時要吸收大量的熱成為水蒸汽蒸發掉。

所以煤的水分越低越好。煤中水分的存在形態化合水游離水儀器分析煤質分析分析煤樣的水分測定

分析煤樣的水分就是空氣干燥基水分Mad

。測定方法：通氮干燥法、空氣干燥法、甲苯蒸餾法（教材P72～74)

Mad——分析煤樣水分；

m1——分析煤樣干燥后失去的質量，g；

m——分析煤樣的質量，g。儀器分析煤質分析二、灰分的測定煤的灰分——煤中所有可燃物完全燃燒以及礦物質（除水分以外的所有無機質的總稱）在一定溫度下，經一系列復雜化學反應以后所剩下的殘渣，用符號A表示。灰分全部來自礦物質，但其組成和數量又不同于煤中原有礦物質，因此煤的灰分應稱為“灰分產率”。因為煤中灰分是有害物質，所以各種用途的煤，灰分越低也就越好。雖然煤灰是煤中有害物，但進行綜合利用后，也會變廢為寶，為國家創造財富的。

儀器分析煤質分析1．緩慢灰化法長方形瓷灰皿

灰分測定儀器馬弗爐儀器分析煤質分析緩慢灰化法測定過程

精確稱取分析煤樣1

0.1g，于已經在815

10℃灼燒恒量的灰皿中，輕微振動，使樣品分散為均勻的薄層，置溫度低于100℃的高溫爐中。在爐門留有約15mm左右的縫隙供自然通風，控制加熱速度，使爐溫在30min左右緩慢升高至500℃并保持此溫度30min。然后，升高溫度至815

10℃，關閉爐門，在此溫度下繼續灼燒1h。取出灰皿，于干燥器中冷至室溫（約20min）稱量，然后進行檢查性灼燒，每次進行20min，直到煤樣的質量變化小于0.001g時為止，取最后一次質量計算。灰分<15%的樣品，可不必進行檢查性灼燒。儀器分析煤質分析緩慢灰化法結果計算式中

m——試料的質量，g；

m1——灼燒后殘渣質量，g。

儀器分析煤質分析2.快速灰化法快速灰分測定儀法馬弗爐測定法儀器分析煤質分析三、揮發分的測定揮發分——將煤放在與空氣隔絕的容器內，在高溫下經一定時間加熱后，煤中的有機質和部分礦物質分解為氣體釋出，由減小的質量再減去水的質量。

因為煤中可燃性揮發分不是煤的固有物質，而是在特定條件下，煤受熱的分解產物，而且其測定值受溫度、時間和所用坩堝的大小、形狀等不同而異，測定方法為規范性試驗方法，因此所測的結果應稱為揮發分產率，用符號V表示。儀器分析煤質分析主要指標根據揮發分產率的高低，可以初步判別煤的變質程度、發熱量及焦油產率等各種重要性質，而且幾乎世界各國都采用干燥無灰基揮發分作為煤分類的一個主要指標。工業生產上用煤也都首先需要了解揮發分是否合乎要求，所以煤的揮發分是了解煤性質和用途的最基本也是最重要的指標，也是煤分類的重要指標。儀器分析煤質分析1．主要儀器磨口坩堝高溫爐壓餅機

坩堝架

磨口坩堝蓋外緣槽形，此槽正好蓋在坩堝口的外緣上，在蓋內邊有凹處，以備揮發釋出。高溫爐－帶熱電偶和調溫器，爐壁留有一個排氣孔。爐膛內必須有一個溫度穩定的恒溫區，以保證爐內溫度能恒定在900

10℃范圍內。儀器分析煤質分析坩堝架——鎳鉻絲制成，規格以能放置6個坩堝為好，大小應與爐內900

10℃穩定溫度區相適應，放在架上的坩堝底部應與爐堂底距離20～30mm。壓餅機螺旋式或杠桿式，能壓制直徑為10mm的煤餅儀器分析煤質分析2．揮發分測定過程

稱取分析煤樣1

0.01g，于已在900

10℃灼燒恒量的專用坩鍋內，輕敲坩堝使試樣攤平，然后蓋上坩堝蓋，置于坩堝架上，迅速將坩堝架推至已預先加熱至900

10℃的高溫爐的穩定溫度區內，并立即開動秒表，關閉爐門。準確灼燒恰好7min，迅速取出坩堝架，在空氣中放置5～6min，再將坩鍋置于干燥器中冷卻至室溫，稱量。計算揮發分產率。注：褐煤、長焰煤的水分和揮發分含量高，壓制后

切成3mm小塊，其他煤10mm餅。儀器分析煤質分析式中

m——試料的質量，g；

m1——樣品加熱后減少的質量，g。3.揮發分的計算儀器分析煤質分析4．注意事項1）當打開爐門，推入坩堝架時，爐溫可能下降，但是在3min內必須使爐溫達到900

10℃，否則試驗作廢。2）從加熱至稱量都不能揭開坩堝蓋，以防焦渣被氧化，造成測定誤差。3）每次測定后，坩堝內常附著一層黑色碳煙，應灼燒除去后再使用。儀器分析煤質分析5．測定揮發分產率的允許誤差揮發分產率（%）平行測定結果的允許誤差（%）不同化驗室同一煤樣的測定結果的允許誤差（%）<1010~45>450.30.51.00.51.01.5儀器分析煤質分析四、固定碳含量的計算

固定碳——煤中可燃性固體物，煤燃燒產生熱量了主要成份，用符號FCad表示。FCad＝100-（Mad+Aad+Vad

）

固定碳的化學組分：

主要C+一定數量的H、O、N、S等。儀器分析煤質分析說明

1.

發熱量主要是煤中固定碳燃燒產生的，因此國際上利用工業分結果計算發熱量的公式，即以煤的固定碳作為發熱量的主要來源，2.

煤的干燥無灰基固定碳含量與揮發分一樣，也是表示煤的變質程度的一個參數，即煤中固定碳含量隨煤的變質程度的增高而增高，有些國家（如日本、美國）的煤炭分類即以FCdaf作為指標之一。3.空氣干燥基固定碳含量是某些工業用煤的重要指標，如對合成氨用煤，要求FCad＞65%。4.固定碳含量，一般不直接測定，而是通過計算得到

儀器分析煤質分析不同基準分析結果的換算

煤質分析結果的有關術語和符號術語名稱英文術語定義符號收到基asreceived以收到狀態的煤為基準ar空氣干燥基airdried以與空氣濕度達到平衡狀態的煤為基準ad干燥基dry以假想無水狀態的煤為基準d干燥無灰基driedash-free以假想無水、無灰狀態的煤為基準daf干燥無礦物質基driedmineral-free以假想無水、無礦物質狀態的煤為基準dmmf恒濕無灰基moistureash-free以假想含最高內在水分、無灰狀態的煤為基準maf儀器分析煤質分析

空氣干燥基與其它基準的換算干基=空氣干燥基-空氣干燥基水分干燥無灰基=空氣干燥基-空氣干燥基水分-空氣干燥基灰分儀器分析煤質分析煤的工業分析儀器

適用范圍煤炭、焦炭、礦石、炭黑、瀝青和固體物質燃料等物質的水分、灰分、揮發分測定并計算其固定碳、氫含量和發熱量；飛灰、爐渣中的可燃物含量分析；煅后石油焦的水分、灰分、揮發分分析；水泥的燒矢量分析。

全自動工業分析儀儀器分析煤質分析第三節煤發熱量的測定發熱量的定義煤的發熱量或熱值是指單位質量的煤完全燃燒時所產生的熱量(燃燒產物冷卻到燃燒前的溫度)，用Q表示

發熱量的單位

焦耳（J），如J/g、kJ/kg、MJ/kg等，也可用卡(cal)表示，1cal=4.18J煤發熱量測定意義

研究部門——推知煤的變質程度；劃分煤的類型生產部門——計算熱平衡、熱效率、耗煤量，核算成本等儀器分析煤質分析煤發熱量的測定方法——氧彈式量熱計法

GB/T213-1996中規定了煤的發熱量的測量方法（目前GB/T213-2008

）原理取一定量的煤樣在充滿高壓氧氣的彈筒（浸沒在裝一定質量的水的容器（內筒）中）內完全燃燒，生成的熱被水吸收，水溫升高，由水升高的溫度，計算煤試樣的發熱量。儀器及設備氧彈、內筒、外筒、量熱溫度計（精度為0.001℃的貝克曼溫度計）、點火裝置等儀器分析煤質分析儀器分析煤質分析測定步驟

稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣1g（精確至0.0002g），置于燃燒皿中，用已知質量點火絲連接，加10mL水吸收氧化物，將氧氣通入氧彈中。準確量取一定質量的水加入到內筒中，將氧彈放入內筒，安裝好點火裝置、攪拌器和量熱溫度計。點火后，間隔一定時間讀一次溫度，以第一個下降溫度作為終點溫度。結果計算儀器分析煤質分析Qb,ad---空氣干燥煤樣的彈筒發熱量，J/gE---量熱計的熱容量，J/℃

t0---點火時的溫度，℃tn---終點時的溫度，℃H---貝克曼溫度計的平均分度值(每度的實際溫度值)；h0---點火時溫度校正值，由貝克曼溫度計證書中查得hn---終點時溫度校正值，由貝克曼溫度定證書中查得C---輻射校正系數或冷卻校正系數，℃

q1---點火絲扣除剩余部分的發熱量，J

q2---添加物如包紙等產生的總熱量，J

m---空氣干燥煤樣的質量，g

儀器分析煤質分析第四節煤中全硫量的測定一、煤中硫的分類按存在形式

無機硫：硫化物—黃鐵礦；硫酸鹽—硫酸鈣

有機硫：硫醚、硫醇、二硫化物、噻吩類雜環硫化物等

單質硫根據燃燒性分類

可燃硫：有機硫、硫鐵礦硫和單質硫

不可燃硫：固定硫，硫酸鹽硫儀器分析煤質分析

燃料用煤中的硫在煤燃燒過程中形成SO2。SO2不僅腐蝕金屬設備，而且還會造成空氣污染。

煉焦用煤中的硫直接影響鋼鐵質量，鋼鐵含硫大于0.07%，就會使鋼鐵熱脆而成為廢品。

脫除煤中的硫是煤炭利用的一個重要課題！！！

煤中各種形態硫的總和叫做全硫，記作St。

全硫通常是煤中的硫酸鹽硫（記作Ss）、硫鐵礦硫（記作Sp）和有機硫（記作So）和單質硫（記作S）的總和。

儀器分析煤質分析二、煤中全硫量的測定方法一般工業分析中只測全硫！標準：

GB/T214-2007《煤中全硫的測定方法》全硫的測定方法：

艾士卡質量法——全世界公認的標準方法

高溫燃燒法——快速方法庫侖滴定法儀器分析煤質分析1.艾氏卡法

原理：將煤樣與艾氏卡試劑（2份質量的MgO+1份質量的Na2CO3）混合于850℃下燃燒，使各種形態的硫都轉化成可溶于水的硫酸鹽，然后用硫酸鋇重量法測定硫酸根含量。艾氏卡試劑中的MgO能疏松反應物，使空氣能進入煤樣，同時也能與SO2和SO3發生反應儀器分析煤質分析試劑艾氏卡試劑(MgO﹕Na2CO3質量比2+1)；鹽酸溶液（1+1）；氯化鋇溶液（100g/L）；甲基橙指示劑（2g/L）；硝酸銀溶液（10g/L）測定步驟

熔樣在30ml坩堝內稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣1g(精確至0.0002g),與2g艾氏卡試劑混勻，再用1g艾氏卡試劑覆蓋。將坩堝移入馬弗爐中，在1-2h內從室溫逐漸加熱到800-850℃，在該溫度下保持2h，取出坩堝，冷卻到室溫。用玻璃棒把熔塊攪碎，熔塊中應無殘炭顆粒(如果有，則再送入爐中加熱30min）儀器分析煤質分析熔塊浸取將熔塊連同坩堝一并放入400mL燒杯中，用熱蒸餾水洗出坩堝。加入100-150mL熱蒸溜水，充分攪拌使熔塊散碎，煮沸約5min（此時如果發現有未燃燒完全的黑色顆粒漂浮在溶液表面，則此次試驗報廢）用定性濾紙濾出不溶物，收集濾液在燒杯中，再用熱蒸餾水吹洗不溶物，吹洗時應注意每次加水要少些，多吹洗幾次（約12次，最后溶液體積不超300mL）

調整試液酸度在濾液中滴加甲基橙（2g/L水溶液）指示劑3滴，然后用HCl溶液(1+1)調節酸度。先調至甲基橙的黃色剛轉為紅色，然后再多加2mL(1+1)HCl溶液儀器分析煤質分析沉淀、恒量把燒杯溶液加熱到微沸，在不斷攪拌下，慢慢滴加10mLBaCl2溶液(100g/L)，在電熱板上保溫2h（或放置過夜），用定量濾紙過濾。用熱蒸餾水洗至無Cl-，將沉淀和濾紙正確折疊放在850℃下已恒量的坩堝中進行干燥，灰化至濾紙已無黑色，然后放在850℃的高溫爐中灼燒40min，取出，中冷到室溫、稱量

結果計算儀器分析煤質分析

St,ad——空氣干燥煤樣中全硫含量

m——煤樣質量，g；

m1——灼燒后硫酸鋇的質量，g；

m2——空白試驗硫酸鋇的質量，g；

0.1374——由硫酸鋇換算為硫的換算因數

測定全硫的允許誤差St,ad

同一實驗室(%)

不同實驗室(%)

<11~4>40.050.100.200.100.200.30儀器分析煤質分析注意事項1.

必須在通風下進行半熔反應，否則煤粒燃燒不完全而使部分硫不能轉化為SO22.

在用水浸取、洗滌時，溶液體積不宜過大，當加入BaC12溶液后，最后體積應在200mL左右為宜。體積過大，雖然BaSO4的溶度積不大，但是也會影響測定值（偏低）3.

調節酸度到微酸性，同時再加熱，是為了消除碳酸根的影響4.

在熱溶液中加入BaCl2溶液以及在攪拌下慢慢滴加，都是為了防止Ba2+局部過濃（避免雜質包裹）5.

在洗滌過程中，每次吹入蒸餾水前，應該將洗液都濾干，這樣洗滌效果較好6.

灼燒前不得殘留濾紙，高溫爐也應通風。如果這兩方面不注意，BaSO4會被還原而導致測定結果偏低BaSO4+2C=BaS+2CO2儀器分析煤質分析2.高溫燃燒-酸堿滴定法

原理：煤樣在三氧化鎢催化下（加速硫酸鹽分解），在氧氣流中燃燒，硫生成硫的氧化物，用過氧化氫吸收生成硫酸，用氫氧化鈉溶液滴定，根據消耗的堿的量，計算煤中全硫含量。

儀器分析煤質分析裝置儀器分析煤質分析

測定步驟（1）將高溫爐加熱并控制在（1200±5）℃，用量筒量取100mL過氧化氫溶液，加入吸收瓶中。（2）稱取0.2g（精確至0.0002g)煤樣于燃燒舟中，覆蓋三氧化鎢，將燃燒舟推到500℃溫度區，以350mL/min的流量通入氧氣(氧氣流量對燃燒完全程度、二氧化硫的吸收效率、二氧化碳的吸收有影響)，5min后，再將舟推到高溫區，使煤樣在該區內燃燒10min，停止通氧氣。（3）取下吸收瓶，加入3-4滴甲基紅-亞甲基藍指示劑，用NaOH標準溶液滴定至溶液由桃紅色變為灰色，記錄消耗的NaOH溶液的體積。同時進行空白試驗(只有三氧化鎢，而