煤質分析

煤質分析

為了解煤的質量和燃燒特性,用物理和化學的方法對煤樣進行的化驗和測試工作。煤質分析按國家技術標準或專項試驗工藝進行,它是為有關設備和工藝過程的設計和運行提供依據的基礎性工作。根據測定項目的不同,煤質分析可以分為常規分析和特種分析(或稱非常規分析)兩大類。

基本介紹

  • 中文名:煤質分析
  • 外文名:coal analysis
  • 分類:常規分析、特種分析
  • 作用:為了解煤的質量和燃燒特性
  • 學科:礦業工程
  • 設備:量熱儀、測硫儀
常規分析,工業分析,元素分析,成分分析,成分特性,煤粉性質,特種分析,熱分析,表面積測定,常數測定,分析設備,

常規分析

通常是指按照國家技術標準測定煤炭的基本物理、化學特性的分析項目,主要有工業分析元素分析、灰成分分析,煤、煤粉和灰分性質的測定等。

工業分析

包括對水分、揮發分、固定碳和灰分的測定,有時還包括硫分和發熱量等項數據的測定。

元素分析

測定煤中有機質的碳、氫、氧、氮和可燃硫等主要元素組分,以質量百分數表示,收到基中連同水分和灰分總和為100%。

成分分析

煤中的水分和灰分含量常隨開採、運輸、貯存及氣候條件而異,其他成分的含量也將隨之發生變化,為了便於生產和科研,通常採用四種成分分析基準:①收到基:以收到狀態的煤為基準的表示方法;②空氣乾燥基:以空氣乾燥狀態的煤為基準的表示方法;③乾燥基:以無水狀態的煤為基準的表示方法;④乾燥無灰基:以假想的乾燥無灰狀態的煤為基準的表示方法。
除水分和低位發熱量以外,不同基準成分數值間的換算係數見表1。

成分特性

灰分是由金屬氧化物和非金屬氧化物及其鹽類組成的複雜物質,以SiO2和Al2O3為主,還有Fe2O3、CaO、MgO、TiO2、SO3、Na2O和K2O等,以及一些Mn、V和Mo等元素的氧化物。
(1)灰成分測定:按工業分析條件灼燒煤樣製得灰樣,用NaOH溶融,沸水浸取,加HCl溶解,蒸發至近乾,再製備試液。不同成分用不同方法測定,如,SiO2用動物膠凝聚質量法,Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO用EDTA容量法,Na2O和K2O用火焰光度法,P2O5用比色法等,還可以用原子吸收光譜法來測定除磷以外的其他灰成分。
(2)灰的熔融特性:通常稱為灰熔點,煤灰沒有固定的熔化溫度,僅有一個熔化溫度範圍。中國和世界上大多數國家以角錐法作為標準測定方法,記錄在半還原氣氛中的三個特徵溫度:變形溫度DT,即灰錐尖開始變圓或彎曲時的溫度;軟化溫度ST,即灰錐體彎曲。
表1 不同基準成分數值間的換算係數
煤質分析
註: 表中M表示水分,A表示灰分。
到錐尖觸及托板或錐體變成球形和高度不大於底長的半球時的溫度;流動溫度FT,即灰錐完全熔化或展成高度≤1.5 mm薄層時的溫度,也稱為熔化溫度。有的國家用熱顯微鏡觀測柱體試樣的熔融特徵來確定其特徵溫度。
(3) 灰黏度: 表征灰在高溫熔融狀態下的流動特性,通常根據牛頓摩擦定律用鉬絲扭矩式黏度計測定1750℃以下1~10 Pa·s範圍內的熔體黏度。

煤粉性質

煤是一種成分、結構非常複雜且極不均一,包括有機和無機化合物的混合物,以及無機物和有機質組成的金屬有機絡合物,其性質是多方面的,其中與燃燒關係較密切的有可磨係數、磨損指數、煤粉細度、密度、自由膨脹序數五項。
(1)可磨係數:表征煤被粉碎的難易程度,測定的依據是破碎定律,即在研磨煤粉時所消耗的能量與新產生的表面面積成正比。目前廣泛採用的主要方法有哈德葛羅夫 (Hardgrove) 法與全俄熱工研究所(ВТИ)法,其近似換算關係為:KВТИ=0. 0034(K)+0.61。
(2)磨損指數:表征煤在破碎過程中對金屬研磨部件磨蝕的強烈程度,現多使用YGP (Yancey,Geerand Price)法來測定在規範條件下煤樣對純鐵的磨損量。
(3)煤粉細度:煤粉是由各種尺寸不同(一般在1~500 μm)、形狀不規則的顆粒所組成,其細度一般用標準篩來測定,以篩孔尺寸為x (μm) 的篩子篩後剩餘量占粉樣的百分數Rx(%)來表示。
(4)密度:煤的密度通常以不同的方式表示,有真密度、視密度和堆積密度之分。真密度是在20℃時,煤的質量與同溫度、同體積(不包括煤內外表面孔隙)水的質量之比;視密度為在20℃時,煤的質量與同溫度、同體積(包括煤內外表面孔隙)水的質量之比,又稱為假密度;煤粉堆積密度是煤粉在自然堆積狀態下的視密度。
(5)自由膨脹序數:表征煤的黏結特性,把煤按規定方法加熱,所得焦塊與一組標準焦塊側面圖進行比較來確定的序號數。

特種分析

又稱非常規分析,是測定表征煤著火、燃盡、結渣和積灰等特性的專項分析。目前國際上已有基本定型的試驗工藝,但尚未形成技術標準。特種分析是通過專門的試驗裝置、使用先進的儀器或對常規分析數據進行處理來實現的;當前主要有以下幾種測定項目,即煤粉著火指數、熱(重)分析、比表面積測定、熱解化學動力學常數的測定、焦燃燒速率係數的測定、結渣傾向判別、沾污特性的判別。
煤粉著火指數: 著火溫度不是煤所固有的物理化學參數,而是一個和試驗規範有關的參數。通常取能使煤粉在試驗爐膛中懸浮著火的最低溫度為著火指數,用來比較煤粉著火的難易程度。

熱分析

在程式控制和緩慢升溫下,測量煤樣的質量隨加熱程度的變化,稱為煤的熱(重)分析,所用的儀器稱為熱天平。美國材料分析標準(ASTM)中有用熱天平進行微量煤樣工業分析的工藝;目前世界各國都在使用熱天平對煤的燃燒特性進行試驗研究,主要使用焦燃盡曲線、煤熱解或燃燒曲線兩類熱分析曲線。
(1)焦燃盡曲線:用來比較固體燃料燃盡的難易程度,是以專項工藝製備焦樣,在熱天平中做等溫熱重分析來繪製的。
(2)煤熱解和燃燒曲線:煤樣在惰性氣氛或含O2氣氛中熱分析的微商熱重曲線 。燃燒特性不同的煤,熱解或燃燒曲線相差較大;燃燒特性相似的燃料,熱解或燃燒曲線相近。中國傾向於在曲線上取“著火點”、“最大燃燒速度”、“燃盡時間”等特徵點來比較煤的燃燒特性。

表面積測定

在氣固兩相反應中,單位質量試樣的表面積(包括內孔表面)——比表面積可作為直觀反應活性的一種簡單度量。煤是多孔物質,釋放揮發分後的焦更是典型的多孔物質。通常以N2在77K時的吸附量,用BET方程來給出煤樣或焦樣的比表面積,也有的以CO2在298K時的吸附量,用Dubinin Polngi方程來給出試樣的比表面積。也有用壓汞法測得孔隙面積來表示比表面積。

常數測定

煤在不同的熱力工況下熱解,釋放的揮發分成分和數量亦不相同。對應於層式燃燒、流化床燃燒和煤粉懸浮燃燒的熱力條件,煤的熱解動力學參數可分別用熱天平 (溫升速率<102K/s),居里點熱裂解色譜法 (煤的溫升速率約為103K/s)和管式沉降爐熱解試驗(煤的溫升速率>10 K/s) 來測定。
居里點熱裂解色譜法是高頻磁場使鐵磁絲迅速受熱,塗在絲上的煤粉試樣亦迅速升溫,絲達到居里點後失磁恆溫,載氣將煤熱解釋放出的揮發分迅速冷卻,並收集入貯氣器,既可以測定熱解失重率,也可用色譜儀檢測熱解氣態成分的數量。
管式沉降爐熱解試驗是連續將煤粉試樣供入高溫管式電爐中,在沉降過程中隨惰性載氣將煤粉試樣高速升溫,快速熱解,以水冷取樣管將帶粉氣流迅速冷卻,用線上氣體分析儀檢測揮發分某些成分的數量,並用取出的焦樣由灰示蹤法確定揮發分產率,進而可算出煤熱解頻率因子和活化能。
焦燃燒速率係數的測定
焦是指煤釋放揮發分後的剩餘物,其燃盡時間一般占煤燃盡時間的90%以上,其燃燒速率與煤在爐膛中的燃盡率關係較密切。焦在管式沉降爐的高溫燃燒氣氛中燃燒,水冷取樣管將試樣迅速冷卻,不同溫度、不同燃燒時刻的殘存焦樣,用灰示蹤法即可得出燃盡率,進而可得出視在燃燒速率係數Kc=Acexp (—Ec/RT)中的頻率因子Ac和活化能Ec,從而為計算煤在爐膛中的燃燒過程提供基礎數據。
結渣傾向判別
結渣是指熔化了的灰沉積在受熱面上,它與煤的灰渣特性、燃燒工況和壁面溫度等多種因素有關。通常認為煤的結渣傾向與灰分的熔融性,流變特性(黏溫特性)等有關,工業部門常使用的預測指標有軟化溫度判別指標、常用的結渣指數、煤粉重力篩分試驗三種。
煤沾污特性的判別
沾污是指溫度低於灰熔點的沉積物積沉在鍋爐受熱面上。通常用來判別煤灰沾污傾向的方法有沾污指數RF、重力篩分試驗、弱酸溶鹼試驗、測定煤灰的燒結強度等四種。

分析設備

常用的煤質分析設備有:量熱儀(熱量儀)系列、測硫儀(定硫儀)系列、水分測定儀系列、工業分析儀、測氫儀、膠質層測定儀、灰熔點測定儀、溫控儀系列、馬弗爐、快速灰化爐、微電腦粘結指數測定儀、鼓風乾燥箱、米庫姆轉鼓機、標準振篩機、錘式破碎機、鄂式破碎機、密封式化驗制樣粉碎機、煤燃點測定儀奧亞膨脹度測定儀、破碎縮分聯合制樣機、煤炭結渣性測定儀、活性炭測定儀、運煤採樣機、煤炭採樣機等。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們