正确认识煤炭,须先了解这些术语!

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煤中的水分

煤是多孔性固体,含有或多或少的水分,其含量随煤化程度的增加而降低,到高煤化程度时略有回升。水分的存在一方面对煤的加工利用带来不利的影响,另一方面可反映煤的空隙结构的变化,所以,水分是最基本的分析指标之一。

根据水分的结合状态可分为游离水和结晶水两大类,前者又分为内在水和空气干燥基水两种。外在水分(Mf),又称自由水分和表面水分,它是指附着于煤粒表面的水膜和存在于直径>10-5cm的毛细孔中的水分;空气干燥基水分(Mad),指吸附或凝聚在煤粒内部毛细孔中(直径小于10-5cm)的水分,由于毛细孔的吸附作用,这部分水的蒸气压低于纯水的蒸气压,故难蒸发除去,需高于水的正常沸点才能除尽。

煤中的灰分

煤的灰分是指煤炭样品在815±10℃的温度下完全燃烧,所得的灰分产物的质量与煤炭样品质量比,确切的说应该是灰分产率而不是含量,因为产生灰分的主要成分为煤中所含的无机盐类矿物质,这些成分在高温燃烧条件下,有一部分已经发生了化学变化,二者的质量不等,组成也有所不同。

2.1  煤中的矿物质来源及赋存形态

矿物质来源:①原生矿物质 ②次生矿物质 ③外来矿物质

赋存形态:①粘土矿物 ②硫化物类矿山 ③氧化物类矿物④碳酸盐类矿物

2.2  矿物质在煤燃烧过程中的变化

①失去结晶水—温度在400-500℃时,含结晶水的硫酸盐及粘土发生脱水反应,导致质量减少。

②氧化反应—温度在400-600℃时,在空气中的氧气作用下会有氧化反应发生,质量有增有减。

③受热分解—温度在500-800℃时,碳酸盐开始分解,也造成质量减少。

④挥发—碱金属氧化物和氯化物在温度700℃以上时部分挥发,故测定灰分的温度在815±10℃,不应太高。

无论是煤炭作为能源还是生产的原材料,灰分都是不利因素。焦化行业中,煤中灰分几乎全部转入焦炭。炼焦煤灰分每增加0.8%,焦炭灰分增加约1%,焦炭强度降低2%,高炉溶剂消耗增加约4%,每吨生铁增加1.7%~2.0%焦炭消耗,炉渣排放量增加3%。

煤的挥发分和固定碳

前面所讲水分、灰分都属于煤中的无机物,它们并不是主要成分。这里要讨论的挥发分和固定碳是表征煤中主要成分—有机质性质的重要指标。

3.1  煤的挥发分

挥发分的概念:煤样在隔绝空气条件下加热到一定温度,并在该温度下加热一定时间,煤中的有机质受热分解析出一部分气态和蒸汽产物,即挥发分。

3.2  固定碳

是指从煤中除去水分、灰分、挥发分后的残留物。

煤的发热量

煤的发热量是指单位质量的煤样完全燃烧时所产生的全部热量,符号位Q,单位J/g。煤的发热量测定是以氧弹量热法为标准,我国采用的量热计有恒温式和绝热式两种,二者的结构基本相似,其区别在于热交换的控制方式不同,前者在外筒内装入大量的水,使外筒的水温基本保持不变,以减少热交换;后者是让外筒的水温随内筒水温的变化而变化,测定过程中内外筒间没有热交换。目前多数采用恒温式。

4.1  恒容高位发热量和恒容低位发热量

由于弹筒发热量是指恒定体积下测得的,所以它是恒容发热量。

4.2  煤样在氧弹内燃烧产生CO2、SO2及氮氧化物等氧化物

这些氧化物被弹筒内的水吸收后会产生化学生产热和溶解热,在计算高位发热量时应进行校正计算,在空气中燃烧不考虑这部分热量。

4.3  煤的恒容低位发热量

上述高位发热量中水的冷凝热,而煤炭在燃烧使用过程中,水分是吸收热量后以气态存在的。将水分对发热量的影响进行校正后得到低位发热量。

煤的元素分析

煤的有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫五个元素组成,一些微量元素如磷氯砷等一般不列入元素组成。通常将的煤的元素组成实际上仅指有机质的元素组成,它对研究煤的成因、类型、结构、性质和利用等都十分有意义。

5.1  碳氢的分析

——燃烧法

5.2  氮的分析    

——凯氏定氮法

5.3  硫的分析

煤中硫的存在形式可分为无机硫和有机硫两类

a.全硫的测定——分为艾氏卡法和高温燃烧法两大类,其中艾氏卡法是世界各国测定煤的全硫的标准方法,精度高,但时间长,一般用于仲裁用。

b.无机硫的测定——硫酸盐硫,硫铁矿硫

c.有机硫的测定——以全硫减去无机硫的差值为有机硫的含量。

5.4  煤的元素组成

随着煤化程度的增加,C、H和O含量均呈现出一定规律的变化,而N和S则无一定规律。C基本上是均匀增加的;H在中等煤化程度以前大致不变或变化幅度很小,进入无烟煤阶段后明显减少;O和C正好相反,它随煤化程度的增加而减少。

煤质及分析相关术语

GB/T315-2007《煤质及煤分析有关术语》中对一些术语进行了规定。

毛煤:煤矿生产出来的,未经任何加工处理的煤。

原煤:从毛煤种选出规定粒度的矸石(包括黄铁矿等杂物)以后的煤。

精煤:经过精选(湿选或干选)加工生产出来的,符合品质要求的产品。

中煤:经过精选后品质介于精煤和矸石之间的产品。

矸石:由煤炭洗选过程中排出的高灰分产品

煤泥:粒度小于0.5mm的洗煤产品。

末煤:粒度小于25或13mm的煤。

粉煤:粒度小于6mm的煤。

煤样:为确定煤的某些特性而从煤中采取的具有代表性的一部分煤。

采样:从煤中采取具有代表性的一部分煤的过程。

采样单元:从一批煤种采取一个总样的煤量,一批煤可以是一个或多个采样单元。

批:需要进行整体性质测定的一个独立煤量。

子样:采样器具操作一次或截取煤流全衡截段所采取的一份样。

总样:从一个采样单元取出的全部子样合并成的煤样。

初级子样:在采样第一阶段,于任何破碎缩分之前采取的子样。

生产煤样:在正常生产情况下,在一个整班采煤过程中采出的,能代表生产煤的物理、化学和工艺特性的煤样。

商品煤样:能代表商品煤平均性质的煤样。

试验室煤样:由总样或分样缩制的送往试验室供进一步制备的煤样。

一般分析试验煤样:破碎到小于0.2mm,并达到空气干燥状态,用于大多数物理和化学特性测定的煤样。

共用试验煤样:未进行多个试验而采取的煤样。

制样:试样达到分析或试验状态的过程,主要包括破碎、混合和缩分,有时还包括筛分和空气干燥,它可以分为几个阶段进行。

专用试样煤样:为满足某一特殊试验要求而制备的煤样。

全水分样:为测定全水分而采取的煤样。

粒度分析煤样:未进行粒度分析而采取的煤样。

试样破碎:用破碎或研磨的方法减小试样粒度的过程。

试样混合:将试样混合均匀的过程。

试样缩分:将试样分成有代表性的、分离的几部分的制样过程。

工业分析:水分、灰分、挥发分和固定碳四个项目分析的总称。

外在水分:在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。

内在水分:在一定条件下煤样与周围空气湿度达到平衡时所保持的水分。

全水分:煤样外在水分和内在水分的总和。

一般分析试样水分:在规定条件下测得一般分析煤样水分。

最高内在水分:煤样在温度为30℃、相对湿度为96%下达到平衡时所测得的内在水分。

灰分:煤样在规定条件下完全燃烧后所得的残留物。

外来灰分:由煤炭生产过程混入煤中的矿物质所形成的灰分。

内在灰分:由原始成煤植物中的和成煤过程进入煤层的矿物质所形成的灰分。

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:从测定挥发分后的煤样残渣中减去灰分后的残留物,通常由100减去灰分、水分和挥发分得出。

发热量:单位质量的煤燃烧后产生的热量。

收到基:以收到状态的煤为基准

空气干燥基:以空气湿度达到平衡状态的煤为基准。Ad

干基:以假想无水状态的煤为基准。D

干燥无灰基:以假想无水无灰状态的煤为基准。Daf

干燥无矿物质基:以假想无水无矿物质态的煤为基准。Dmmf

恒湿无灰基:以假想含最高内在水分、无灰态的煤为基准。Maf

恒湿无矿物质基:以假想含最高内在水分、无矿物质的煤为基准。m,mmf

观测值:在试验中测量或观测得到的数值。

离群值:在同组观测中,与其他结果相距较远,从而怀疑是错误的结果。

临界值:在统计检验时,接受或拒绝的界限值。

误差:观测值与可接受的参比值之间的差值。

准确度:观测值与真值或约定值之间接近的程度。(这是一个定性的概念,不能量化,可以说其有高低或等级,不能说是某个数值。其表征为数值的形式就是不确定度。)

精密度:在规定条件下所得的独立试验结果间的符合程度。(是表示测定结果的分散性的,准确度是测定结果的靶向性。)

测量不确定度:表征合理地赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数。

允许差:在规定条件下获得的两个或多个观测值间允许的最大差值。

重复性限:一个数值在重复条件下,即在同一试验室,由同一操作者,用同一仪器,对同一试样,于短期内所做的重复测定,所得的结果的间的差值(在特定的概率下)的临界值。

再现性临界差:一个数值在再现条件下,即在不同试验室中,对从试样缩制最后阶段的同一试样中分取出来的,具有代表性的部分所做的重复测定,所得的结果的平均值间的差值(在特定的概率下)的临界值。

煤炭分析的项目符号及细则

1、煤炭项目符号

A—灰分;

ARD—视相对密度;

CB—焦渣特征;

CSN—膨胀序数;

M—水分;

MHC—最高内在水;

MM—矿物质;

FC—固定碳;

GR.I—黏结指数;

HGI—哈氏可磨性指数;

Pm—透光率;

Q—发热量;

R—反射率;

R.I—罗加指数;

SS—落下强度;

TRD—真相对密度;

TS—热稳定性;

V—挥发分;

DT—变形温度;

ST—软化温度;

HT—半球温度;

FT—流动稳定;

x—胶块最终收缩度;

y—胶质层最大厚度。

2、细则符号

b—弹筒;

f—外在;

inh—内在;

o—有机;

p—无机;

s—硫酸盐;

gr,p—恒压高位;

gr,v—恒容高位;

net,p—恒压低位;

net,v—恒容低位;

t—全。

3、示例

Vdaf—干燥无灰基挥发分;

St,ad—空气干燥基全硫;

Qnet,v,ar—收到基恒容低位发热量;

Qgr,maf—恒湿无灰基高位发热量

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