煤的工業(yè)分析引言：煤的工業(yè)分析，也稱為技術(shù)分析或?qū)嵱梅治觥Ｖ饕獪y定項目有煤的水分(M)、灰分(A)、揮發(fā)分(V)和固定碳(FC)四項，有時也將上述四個測定項目叫做半工業(yè)分析，再加上煤的發(fā)熱量和煤中全硫的測定，則稱為全工業(yè)分析。

通常，水分、灰分、揮發(fā)分產(chǎn)率都直接通過實驗測定，固定碳不作直接測定，而是用差減法進行計算。利用煤的工業(yè)分析結(jié)果，可以基本掌握各種煤的質(zhì)量、工藝性質(zhì)及特點，以確定煤在工業(yè)上的實用價值。

煤是一種多孔性的固體，含有一定的水分。煤的水分，是很難用肉眼估量出來的，即使看起來是干煤，而實際上煙煤還含有1%~2%的水分，褐煤含有10%~40%的水分。水分是煤中的無機組分，其含量和存在狀態(tài)與煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外界條件有關(guān)。一般而言，煤中水分是無用的物質(zhì)，它的存在不利于煤的加工利用，其含量越低越好。一、煤的水分測定1、外在水分(Mf)

：是指附著在煤的顆粒表面的水膜或存在于直徑大于10-5cm的毛細孔中的水分，又稱自由水分或表面水分。

該水分以機械方式和煤結(jié)合，在常溫（45℃~50℃）下較易失去。（一）煤中水分的存在形態(tài)水分分類

游離水

化合水

（煤的工業(yè)分析中不考慮）內(nèi)在水分外在水分

全水分（Mt）2、內(nèi)在水分(Minh）：是指在一定條件下達到空氣干燥狀態(tài)時所保留的水分，即存在于煤粒內(nèi)部直徑小于10-5cm的毛細孔中的水分。

該水分以物理化學(xué)方式與煤結(jié)合，其含量與煤的表面積大小和吸附能力有關(guān)，在室溫下這部分水分不易失去,需加熱到105℃~110℃時才失去。收到煤空氣干燥煤干燥煤3、化合水：是指以化學(xué)方式與礦物質(zhì)結(jié)合、有嚴格的分子比，在全水分測定后仍保留下來的水分，即通常所說的結(jié)晶水。

化合水在煤中含量不大，通常要加熱到200℃甚至500℃以上才能析出。如石膏(CaS04·2H20)，煤的工業(yè)分析中，一般不考慮化合水，只測定游離水。另外，煤的有機質(zhì)中氧和氫在干餾或燃燒時生成的水稱為熱解水，不屬于上述三種水分范圍，也不是工業(yè)分析的內(nèi)容。（二）煤中水分與煤中的關(guān)系

煤中水分含量的變化范圍很大，由煤的水分含量大致推斷煤的煤化程度，其中內(nèi)在水分與煤化程度的關(guān)系見下表表煤中內(nèi)在水分與煤化程度的關(guān)系泥炭：幾千年形成的天然沼澤地產(chǎn)物，（又稱為草炭或是泥煤）是煤化程度最低的煤，是煤最原始的狀態(tài)。

褐煤：煤化程度低的煤。外觀多呈褐色，光澤暗淡，含有較高的內(nèi)在水分和不同數(shù)量的腐殖質(zhì)。又名柴煤，是煤化程度最低的礦產(chǎn)煤。長焰煤：變質(zhì)程度最低的一種煙煤，是煤化程度僅高于褐煤的最年輕煙煤。氣煤：變質(zhì)程度較低，揮發(fā)分較高的煙煤。是煤化程度較低的一種煙煤，不粘結(jié)或微具粘結(jié)性。肥煤：對煤化度中等、黏結(jié)性極強的煙煤的稱謂。肥煤揮發(fā)物一般較高。膠質(zhì)層較厚。粘結(jié)性強，加熱時產(chǎn)生大量膠質(zhì)體，肥煤是煉焦配合煤中的重要組分，配入肥煤可使焦炭熔融良好，從而提高焦炭的耐磨強度。焦煤：（cokingcoal）也稱冶金煤，是中等及低揮發(fā)分的中等粘結(jié)性及強粘結(jié)性的一種煙煤。單獨煉焦時能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度高的焦炭，其耐磨性也好。但產(chǎn)生的膨脹壓力大，使推焦困難，必須配入氣煤、瘦煤等，以改善操作條件和提高焦炭質(zhì)量。瘦煤：變質(zhì)程度高的煙煤。單獨煉焦時，大部分能結(jié)焦。焦炭的塊度大、裂紋少，但熔融較差，耐磨強度低。在煉焦配合煤中，瘦煤可以起到骨架和緩和收縮應(yīng)力，從而增大焦炭塊度的作用，是配合煤中的重要組分。以提高焦炭的塊度。減少焦炭的裂紋。貧煤：變質(zhì)程度高,揮發(fā)分最低的煙煤,不結(jié)焦。無煙煤：煤化程度高的煤。其揮發(fā)分低、密度大、燃點高、無黏結(jié)性、燃燒時多不冒煙。

內(nèi)在水分隨煤的煤化程度加深而呈規(guī)律性變化：

泥炭→褐煤→煙煤→年輕無煙煤

（隨煤化程度加深，內(nèi)在水分逐漸減?。?/p>

年輕無煙煤→年老無煙煤（隨煤化程度加深，內(nèi)在水分又有所增加）主要原因：①煤的內(nèi)在水分隨煤的內(nèi)表面積而變化；②煤中含有的親水基團。[羧基(-COOH)、甲氧基(-OCH3)及羥基(-OH)等]

煤在生成過程中,其內(nèi)部形成了極微細的毛細管及孔隙,它們構(gòu)成的內(nèi)表面積比外表面積要大得多。這種毛細管及孔隙的數(shù)量極大,分布又深又廣,具有極為復(fù)雜的發(fā)達的內(nèi)部結(jié)構(gòu),是煤能吸附各種氣體及液體的原因。（二）煤中水分的測定方法間接法：將已知質(zhì)量的煤樣放在一定溫度的烘箱或?qū)Ｓ梦⒉t內(nèi)進行干燥，根據(jù)煤樣蒸發(fā)后的質(zhì)量損失計算煤中水分。本節(jié)中水分的測定包括原煤樣的全水分測定和分析煤樣的水分測定。煤中水分測定方法間接法直接法（甲苯蒸餾法）（三）煤中全水分的測定（Mt）

煤中全水分測定可采用三種方法，即通氮干燥法、空氣干燥法及微波干燥法，其中通氮干燥法屬于仲裁方法。各種方法的測定要點及適用范圍如下表所示：方法代號方法名稱方法提要適用范圍A通氮干燥法（一步法或兩步法）一步法：稱取一定量的粒度小于6mm的煤樣，于105℃~110℃下，在氮氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣干燥后的質(zhì)量損失計算出全水分。兩步法：稱取一定量的粒度小于13mm的煤樣，在溫度不高于40℃的環(huán)境下干燥到質(zhì)量恒定，再將煤樣破碎到粒度小于3mm，于105℃~110℃下，在氮氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣兩步干燥后的質(zhì)量損失計算出全水分。對各種煤樣均適用B空氣干燥法（一步法或兩步法）一步法：稱取一定量的粒度小于6mm的煤樣，于105℃~110℃下，在空氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣干燥后的質(zhì)量損失計算出全水分。兩步法：稱取一定量的粒度小于13mm的煤樣，在溫度不高于40℃的環(huán)境下干燥到質(zhì)量恒定，再將煤樣破碎到粒度小于3mm，于105℃~110℃下，在空氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣兩步干燥后的質(zhì)量損失計算出全水分。適用于煙煤和無煙煤C微波干燥法稱取一定量的粒度小于6mm的煤樣，置于微波爐內(nèi)，煤中水分子在微波發(fā)生器的交變電場作用下，高速震動產(chǎn)生摩擦熱，使水分迅速蒸發(fā)。根據(jù)煤樣干燥后的質(zhì)量損失計算出全水分。適用于煙煤和無煙煤指灼燒或烘干,并于干燥器中冷卻至室溫后稱量,重復(fù)進行至最后兩次之差不大于0.0003g時,即為質(zhì)量恒定。結(jié)果表述

測定值保留小數(shù)點后兩位，報告值修約小數(shù)點后一位。①A法和B法的一步法及C法均按下式計算全水分質(zhì)量分數(shù)：注：進行檢查性干燥時，注意煤樣質(zhì)量的變化，質(zhì)量減少小于0.0010g②A法和B法中的兩步法按下式計算煤中全水分質(zhì)量分數(shù)：全水分的精密度兩次重復(fù)測定結(jié)果的差值不得超過下表的規(guī)定：（四）空氣干燥煤樣水分的測定

方法相似，見書重復(fù)性，是指同一分析者,在同一試驗室,在較短的時間內(nèi),對同一試樣所得一系列分析結(jié)果的離散程度.離散程度小的.則謂之重復(fù)性好.大的則謂之重復(fù)性不好.再現(xiàn)性，則是指不同試驗室,不同分析者使用同一分析方法對同一試樣所得一系列分析結(jié)果的離散程度,同樣離散程度小的為好.反之大的為不好。（五）水分測定所需儀器（六）煤中水分對工業(yè)加工利用的影響

水分是煤中的不可燃成分，它的存在對煤的加工利用通常是有害無利的，可以表現(xiàn)在以下幾個方面。①造成運輸浪費。煤是大宗商品，水分含量越大，則運輸負荷越大。特別是在寒冷地區(qū)，水分容易凍結(jié)，造成裝卸困難，解凍又需要消耗額外的能耗。例如：日燃煤1萬噸的電廠，煤中水分由10%減少至9%，每天可減少100t水運進電廠，全年就可節(jié)約運力三萬余噸，直接經(jīng)濟效益可觀。②引起儲存負擔(dān)。煤中水分隨空氣溫度而變化，易氧化變質(zhì)，煤中水分含量越高，要求相應(yīng)的煤場、煤倉容積越大，輸煤設(shè)備的選型也隨之增加，勢必造成投資和管理的負擔(dān)。③增加機械加工的困難。煤中水分過多，會引起粉碎、篩分困難，既容易損壞設(shè)備，又降低了生產(chǎn)效率。④延長煉焦周期。煉焦時，煤中水分的蒸發(fā)需消耗熱量，增加焦?fàn)t能耗，延長了結(jié)焦時間，降低了焦?fàn)t生產(chǎn)效率。煤中水分每增加1%，結(jié)焦時間延長20～30min，水分過大，還會損壞焦?fàn)t，縮短焦?fàn)t使用年限。⑤降低發(fā)熱量。煤作為燃料，水分在氣化和燃燒時，成為蒸汽，蒸發(fā)時需消耗熱量，每增加1%的水分，煤的發(fā)熱量降低0.1%。但是，在現(xiàn)代煤炭加工利用中，有時水分高反而是一件好事，如煤中水分可作為加氫液化和加氫氣化的供氫體。燃燒粉煤時，若煤中含有一定水分，可適當(dāng)改善爐膛輻射，有效減少粉煤的損失。

煤樣在規(guī)定的條件下完全燃燒后所得到的殘留物，稱為灰分。雖然灰分全部來自煤中礦物質(zhì)，但灰分的組成和質(zhì)量與礦物質(zhì)不完全相同，是礦物質(zhì)在空氣中經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)后剩余的殘渣，因此，稱之為“灰分產(chǎn)率”更為合理。煤的灰分與煤中礦物質(zhì)關(guān)系密切，對煤炭利用都有直接影響。二、灰分的測定（A）

煤的灰分來自煤中的礦物質(zhì)，包括如下幾個部分：（一）煤中灰分的來源煤中礦物質(zhì)外來礦物質(zhì)原生礦物質(zhì)次生礦物質(zhì)內(nèi)在礦物質(zhì)1、原生礦物質(zhì)煤的原生礦物質(zhì)是成煤植物在生長過程中，從土壤中吸收的堿金屬和堿土金屬的鹽類，其含量一般為2﹪～3﹪。這類鹽類與煤的有機質(zhì)結(jié)合緊密不易分離。2、次生礦物質(zhì)在成煤過程中，由外界混到煤層中的礦物質(zhì)而形成了次生礦物質(zhì)。次生礦物質(zhì)在煤中的含量一般不高。以內(nèi)在礦物質(zhì)所形成的灰分稱之為內(nèi)在灰分。內(nèi)在礦物質(zhì)難以用洗選的方法去除。3、外來礦物質(zhì)

在采煤過程中混入的礦頂、底板及夾礦層的礦石、泥、沙等稱為外來礦物質(zhì)。這類礦物質(zhì)由于是從外界引入的，在煤中分布不均，可采用洗選的方法將其除去。一、測定灰分的意義（1）灰分是表征煤炭質(zhì)量的最主要指標(biāo)，是考核煤礦和選煤廠煤炭產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。商品煤灰分是煤礦、選煤廠地和用（戶）煤單位結(jié)算的依據(jù)?；曳忠彩乾F(xiàn)階段我國制定煤炭出廠價格的基本依據(jù)。（2）灰分與煤的發(fā)熱量、密度等性質(zhì)有關(guān)。灰分增加，可燃部分相對地減少，單位質(zhì)量煤的發(fā)熱量就降低。灰分和發(fā)熱量有很好的線性關(guān)系，灰分增加，發(fā)熱量降低；灰分增加，煤的密度也隨之增大。（3）煤的灰分大小，直接影響著煤作為工業(yè)原料和能源使用時的作用。如煉焦、氣化、加氫液化以及制造石墨電極等都要求煤的灰分在一定限度以下，否則將影響這些工業(yè)的生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。在工業(yè)利用上，灰分＜10%稱特低灰煤，灰分=10%~15%為低灰煤，灰分=15%~25%為中灰煤，灰分=25%~40%為富灰煤，灰分＞40%為高灰煤。（二）灰分測定原理稱取一定量的煤樣于灰皿中，置于高溫爐并灼燒至恒重。根據(jù)灼燒后殘留物（灰分）的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分數(shù)，計算出灰分的含量。注：實驗的關(guān)鍵是溫度的控制以高溫灼燒法測定煤中的灰分的含量時，將伴隨發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，主要的反應(yīng)如下：⑴當(dāng)溫度在400℃左右時：

CaSO4·2H2O=CaSO4+2H2O↑2SiO2·Al2O3·2H2O=Al2O3+2SiO2+2H2O↑即煤中的硫酸鹽和硅酸鹽發(fā)生脫水反應(yīng)，失去結(jié)晶水。⑵當(dāng)溫度在500℃左右時：

ＣaCO3=CaO+CO2↑FeCO3=FeO+CO2↑

即煤中的碳酸鹽在溫度高于500℃時，則發(fā)生分解反應(yīng)，生成氧化物和二氧化碳。⑶當(dāng)溫度在600℃左右時：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

2CaO+2SO2+O2=2CaSO44FeO+O2=2Fe2O3

即在400～600℃時，由于空氣中氧的作用，發(fā)生了氧化反應(yīng)。為使反應(yīng)完全，一般讓煤樣在500℃保溫一段時間，使煤中的黃鐵礦硫和有機硫被完全氧化。⑷

當(dāng)溫度高于700℃時：

當(dāng)溫度高于700℃時，煤中的堿金屬氧化物和氯化物部分發(fā)生分解，待溫度達到800℃時分解反應(yīng)基本完成。因此，煤的灰分測定溫度規(guī)定為（810±10）℃。（三）灰分測定方法

灰分測定緩慢灰化法（仲裁法）快速灰化法（常規(guī)分析法）測定方法：高溫灼燒法（空氣干燥煤樣）（1）緩慢灰化法：煤樣恒重灰皿馬弗爐100℃緩慢升溫30min至500℃保溫30min升溫至815℃保溫1h冷卻至室溫稱量檢查性灼燒至恒量（2）快速灰化法：煤樣恒重灰皿馬弗爐815℃灼燒40min冷卻至室溫稱量檢查性灼燒至恒量（四）結(jié)果表述Aad---空氣干燥煤樣的灰分含量，％；m1----殘留物的質(zhì)量，g；m-----煤樣的質(zhì)量，g?；曳譁y定精密度灰分測定結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性要求見下表：長方形灰皿

（五）灰分測定所需儀器馬弗爐馬弗爐灰分快速測定儀（六）測定灰分注意事項(1)嚴格掌握測定溫度(815±10)℃，因為在這種溫度下煤中有機質(zhì)完全燃燒，如果溫度過高、過低都會影響灰分值。(2)測定灰分必須從低溫開始，溫度高容易使煤樣爆燃，表面形成焦?fàn)?，而里面燃燒不完全?3)灰化速度不易過快，否則會使部分揮發(fā)物逸出，帶走細小顆粒而使灰分產(chǎn)率結(jié)果偏低。(4)灰化過程必須有足夠的空氣通入。(5)質(zhì)量=（灰皿＋灼燒殘留物）－灰皿。

煤在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱進行水分校正后的質(zhì)量損失即為揮發(fā)分。去掉揮發(fā)分后的殘渣叫焦渣。揮發(fā)分不是煤中原來固有的揮發(fā)性物質(zhì)，而是煤在嚴格規(guī)定條件下，加熱時的熱分解產(chǎn)物，確切地說，煤中揮發(fā)分應(yīng)叫揮發(fā)分產(chǎn)率。揮發(fā)分是煤分類的主要指標(biāo)，根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率可以大致判斷煤的變質(zhì)程度；根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣特征可初步判斷煤的加工利用性質(zhì)和熱值的高低三、揮發(fā)分的測定（V）

揮發(fā)分:是評定煤質(zhì)的指標(biāo)，在確定煤炭的加工利用途徑和工藝條件時，揮發(fā)分有重要的參考作用。煤化程度低的煤，揮發(fā)分較多。如果燃燒條件不適當(dāng)，揮發(fā)分高的煤燃燒時易產(chǎn)生未燃盡的碳粒，俗稱“黑煙”；并產(chǎn)生更多的一氧化碳、多環(huán)芳烴類、醛類等污染物，熱效率降低。因此，要根據(jù)煤的揮發(fā)分選擇適當(dāng)?shù)娜紵龡l件和設(shè)備。焦渣按其形狀，特征的不同可分為八種類型，用來初步表不同煤種的粘性，熔融性及膨脹性。根據(jù)揮發(fā)分測定后的焦渣可知，泥炭，褐煤，煙煤中長焰煤，貧煤及無煙煤沒有粘結(jié)性；煙煤中氣，肥，焦，瘦煤都有粘結(jié)性，可作為煉焦煤，而其中肥煤和焦煤沒有粘結(jié)性最好，其坩堝焦熔融，粘結(jié)良好且具有膨脹性。（一）煤在隔絕空氣加熱時的變化⑴

溫度<100℃時，煤中吸附的氣體和部分水逸出⑵

溫度在200℃時，化合水逸出⑶溫度在250℃時，第一次熱解開始，有氣體逸出⑷溫度>350℃時，有焦油產(chǎn)生⑸溫度在550℃~600℃時，焦油逸盡⑹

溫度>600℃時第二次熱解開始，氣體再度逸出冷凝，得高溫焦⑺

溫度在900℃~1000℃時分解停止，殘留物為焦炭（二）揮發(fā)分的組成

煤的揮發(fā)分主要是由水分和碳氫化合物（CH4為主）組成，但物理吸附水（包括外在水和內(nèi)在水分）和礦物質(zhì)生成二氧化碳不屬揮發(fā)分范圍。

（三）測定原理

稱取一定量的空氣干燥煤樣，放在帶蓋的瓷坩堝中，在(900±10)℃下，隔絕空氣加熱7min，以減少的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的百分數(shù)再減去該煤樣水分含量作為揮發(fā)分產(chǎn)率。（四）結(jié)果表述①空氣干燥煤樣的揮發(fā)分的計算

Vad

----空氣干燥煤樣的揮發(fā)分含量，％；

m1----煤樣加熱后減少的質(zhì)量，g；

m----煤樣的質(zhì)量，g；Mad----空氣干燥煤樣的水分含量，％。②當(dāng)空氣干燥煤樣中碳酸鹽及二氧化碳含量為2~12％，則:（五）測定揮發(fā)分所需儀器

坩堝蓋外緣槽形，此槽正好蓋在坩堝口的外緣上，在蓋內(nèi)邊有凹處，以備揮發(fā)釋出。

坩堝架

用鎳鉻絲制成，其規(guī)格以能放置6個坩堝為好。大小應(yīng)與爐內(nèi)900

10℃穩(wěn)定溫度區(qū)相適應(yīng)，放在架上的坩堝底部應(yīng)與爐堂底距離20～30mm。

馬弗爐帶熱電偶和調(diào)溫器，爐壁留有一個排氣孔。爐膛內(nèi)必須有一個溫度穩(wěn)定的恒溫區(qū)，以保證爐內(nèi)溫度能恒定在900

10℃范圍內(nèi)。（六）注意事項

1、當(dāng)打開爐門，推入坩堝架時，爐溫可能下降，但是在3min內(nèi)必須使?fàn)t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(nèi)常附著一層黑色碳煙，應(yīng)灼燒除去后再使用。4、總加熱時間（包括溫度恢復(fù)時間）要嚴格控制在

7min，用秒表計時。5、坩堝應(yīng)帶有嚴密蓋的瓷坩堝。