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煤的工業分析的國家標準
閱讀：20249 發布時間：2011-7-16
| 煤的工業分析的國家標準 | |||||||||||||||||||||||||||||||
| 供稿：王新軍 ： | |||||||||||||||||||||||||||||||
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| 國 標 煤的工業分析：煤中水分、灰分、揮發分、和固定碳四個項目分析的總稱。 全水分的測定（空氣干燥法）： 分析步驟： 1、在預先干燥并已稱量過的稱量瓶內稱取粒度小于6mm的煤樣10～12g，稱準至0.01g平攤在稱量瓶中。 2、打開稱量瓶蓋，放入預先鼓風并已加熱到105～110℃的干燥箱中，在一直鼓風的條件下，煙煤干燥2h，無煙煤干燥3h。 3、從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，在空氣中冷卻約5min。然后放入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。 4、進行檢查性干燥，每次30min，直到連續兩次干燥煤樣的質量減少不超過0.01g或質量增加為止。在后一種情況下，采取質量增加前一次的質量為依據。水分在2.00﹪以下時，不必進行檢查性干燥。 全水分的測定（微波干燥法）： 分析步驟： 1、按微波干燥水分測定儀說明書進行準備和狀態調節。 2、在預先干燥并已稱量過的稱量瓶內稱取粒度小于6mm的煤樣10～12g，稱準至0.01g平攤在稱量瓶中。 3、打開稱量瓶蓋，放入測定儀的旋轉盤的規定區內。 4、關上門，接通電源，儀器按預先設定的程序工作，直到工作程序結束。 5、打開門，取出稱量瓶，蓋上蓋，立即放入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。如果儀器有自動稱量裝置，則不必取出稱量。
分析水分的測定（空氣干燥法）： 分析步驟： 1、在預先干燥并已稱量過的稱量瓶內稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣（1±0.1g），稱準至0.0002g平攤在稱量瓶中。 2、打開稱量瓶蓋，放入預先鼓風并已加熱到105～110℃的干燥箱中。在一直鼓風的條件下，煙煤干燥1h，無煙煤干燥1.5h。（預先鼓風是為了使溫度均勻） 3、從干燥箱中取出稱量瓶，立即蓋上蓋，放入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。 4、進行檢查性干燥，每次30min，直到連續兩次干燥煤樣的質量減少不超過0.0010g或質量增加為止。在后一種情況下，采取質量增加前一次的質量為依據。水分在2.00﹪以下時，不必進行檢查性干燥。 分析水分的測定（微波干燥法）： 1、在預先干燥并已稱量過的稱量瓶內稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣（1±0.1g），稱準至0.0002g平攤在稱量瓶中。 2、將一個盛有約80mL蒸餾水、容量為250mL的燒杯置于測水儀內的轉盤上，用預熱程序加熱10min后，取出燒杯。如連續進行數次測定，只需在*次測定前進行預熱。 3、將帶煤樣的稱量瓶開著蓋放在測水儀的轉盤上，并使稱量瓶與石棉墊上的標記圈相內切。放滿一圈后，多余的稱量瓶可緊挨*圈稱量瓶內側放置。在轉盤中心放一盛有蒸餾水的帶表面皿蓋的250mL燒杯（盛水量與測水儀說明書規定一致），并關上測水儀門。 4、按測水儀說明書規定：用測定煙煤、褐煤的程序進行煙煤和褐煤的水分測定；用測定無煙煤的程序進行無煙煤和用氯化鋅重液減灰煤樣的水分測定。 5、加熱程序結束后，打開測水儀門，立即蓋上稱量瓶蓋并取出放入干燥器中，冷卻到室溫后稱量。
快速灰化法 分析步驟 1、 在預先灼燒至質量恒定的灰皿中，稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣（1±0.1g）。將盛有煤樣的灰皿預先分排放在耐熱瓷板或石棉板上。 2、 將馬弗爐加熱到850℃，打開爐門，將放有灰皿的耐熱瓷板或石棉板緩慢地推入馬弗爐中，先使*排灰皿中的煤樣灰化。待5～10min后煤樣不再冒煙時，以每分鐘不大于2cm的速度把其余各排灰皿順序推入爐內熾熱部分（若煤樣著火發生爆燃，試驗應作廢）。 3、 關上爐門，在（815±10）℃溫度下灼燒40min。 4、 從爐中取出灰皿，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。 5、 進行檢查性灼燒，每次20min，直到連續兩次灼燒后的質量變化不超過0.0010g為止。以zui后一次灼燒后的質量為計算依據。灰分低于15.00%時,不必進行檢查性灼燒。 結果的計算 Aad=m1/m×100 式中: Aad——空氣干燥煤樣的灰分，單位為百分數（﹪）; m——稱取的空氣干燥煤樣的質量，單位為克（g）; m1——灼燒后殘留物的質量，單位為克（g）。 緩慢灰化法 分析步驟 1、 在預先灼燒至質量恒定的灰皿中，稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣（1±0.1g）； 2、 將灰皿送入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區中，關上爐門并使爐門留有15mm左右的縫隙。在不少于30min的時間內將爐溫緩慢升至500℃，并在此溫度下保持30min。繼續升溫到（815±10℃），并在此溫度下保持1h； 3、 從爐中取出灰皿，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量； 4、 進行檢查性灼燒，每次20min，直到連續兩次灼燒后的質量變化不超過0.0010g為止。以zui后一次灼燒后的質量為計算依據。灰分低于15.00%時,不必進行檢查性灼燒。 焦碳灰分的測定： 1、在預先灼燒至質量恒定的灰皿中，稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣（0.5±0.05g）。將盛有煤樣的灰皿預先分排放在耐熱瓷板或石棉板上； 2、將灰皿送入溫度為815±10℃的高溫爐的爐門口，在10min內逐漸將其移入爐子的恒溫區，關上爐門并使留有約15mm的縫隙，同時打開爐門上通氣孔和煙囪，于815±10℃下灼燒30min。 灰分測定的精密度
揮發分的測定 分析步驟 1、 在預先于900℃溫度下灼燒至質量恒定的帶蓋的瓷坩堝中，稱取粒度小于0.2mm攪拌均勻的試樣1±0.1g，然后輕輕振動坩堝，使煤樣攤平，蓋上蓋，放在坩堝架上（褐煤和長焰煤應預先壓餅，并切成約3mm的小快）。 2、 將馬弗爐預先加熱至920℃左右。打開爐門，迅速將放有坩堝的架子送入恒溫區，立即關上爐門并計時，準確加熱7min。坩堝及架子放入后，要求爐溫在3min內恢復至（900±10）℃，此后保持在（900±10）℃，否則此次試驗作廢。加熱時間包括溫度恢復時間在內。 3、 從爐中取出坩堝，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。 結果的計算 Vad=m1/m×100－Mad 式中: Vad——空氣干燥煤樣的揮發分，單位為百分數（﹪）; m——稱取的空氣干燥煤樣的質量，單位為克（g）; m1——煤樣加熱后減少的質量，單位為克（g）; Mad——空氣干燥煤樣的水分，單位為百分數（﹪）。 固定碳的計算： FCad=100－（Mad+ Aad+ Vad） 焦碳揮發分的測定 1、 在預先于900℃溫度下灼燒至質量恒定的帶蓋的瓷坩堝中，稱取粒度小于0.2mm攪拌均勻的試樣1±0.01g，然后輕輕振動坩堝，使煤樣攤平，蓋上蓋，放在坩堝架上； 2、 將馬弗爐預先加熱至900℃左右。打開爐門，迅速將放有坩堝的架子送入恒溫區，立即關上爐門并計時，準確加熱7min。坩堝及架子放入后，要求爐溫在3min內恢復至（900±10）℃，此后保持在（900±10）℃，否則此次試驗作廢。加熱時間包括溫度恢復時間在內； 3、 從爐中取出坩堝，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫（約20min）后稱量。 揮發分測定的精密度
煤的發熱量的測定方法 彈筒發熱量： 單位質量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，其燃燒產物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態水及固態灰時放出的熱量稱為彈筒發熱量。 恒容高位發熱量： 單位質量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，其燃燒產物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態水及固態灰時放出的熱量。 恒容高位發熱量即由彈筒發熱量減去硝酸生成熱和硫酸校正熱后得到的發熱量。 恒容低位發熱量： 單位質量的試樣在恒容條件下，在過量氧氣中燃燒，其燃燒產物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態水及固態灰時放出的熱量。 恒容低位發熱量即由高位發熱量減去水的氣化熱后得到的發熱量。 熱量計的有效熱容量： 量熱系統產生單位溫度變化所需的熱量（簡稱熱容量）。通常以焦耳每開爾文（J/K）表示。 高位發熱量： 煤的發熱量在氧彈熱量計中進行測定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計中，在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，氧彈熱量計的熱容量通過在相近條件下燃燒一定量的基準量熱物苯甲酸來確定，根據試樣燃燒前后量熱系統產生的溫升，并對點火熱等附加熱進行校正后即可求得試樣的彈筒發熱量。 從彈筒發熱量中扣除硝酸生成熱和硫酸校正熱（硫酸和二氧化硫形成熱之差）即得高位發熱量。 低位發熱量： 煤的恒容低位發熱量和恒壓低位發熱量可以通過分析試樣的高位發熱量計算。計算恒容低位發熱量需要知道煤樣中的水分和氫的含量。原則上計算恒壓低位發熱量還需要知道煤樣中氧和氮的含量。 試驗室條件： 進行發熱量測定的試驗室，應為單獨房間，不得在同一房間內同時進行其它試驗項目。 室溫應保持相對穩定，每次測定室溫變化不應超過1℃，室溫以不超過15℃～30℃范圍為宜。 室內應無強烈的空氣對流，因此不應有強烈的熱源、冷源和風扇等，試驗過程中應避免開啟門窗。 試驗室朝北，以避免陽光照射，否則熱量計應放在不受陽光直射的地方。 苯甲酸： 基準量熱物質，二等或二等以上，經計量機關檢定或授權檢定并標明標準熱值。 酸洗石棉絨 使用前在800℃下灼燒30分鐘。 擦鏡紙 使用前先測燃燒熱：抽取3～4張紙，團緊，稱準質量，放入燃燒皿中，然后按常規方法測定發熱量。以3次結果的平均值作為擦鏡紙熱值。 儀器設備 熱量計總則 熱量計是由燃燒氧彈、內筒、外筒、攪拌器、溫度傳感器和試樣點火裝置、溫度測量和控制系統以及水構成。 通用熱量計有兩種，恒溫式和絕熱式，它們的量熱系統被包圍在充滿水的雙層夾套（外筒）中，它們的差別只在于外筒及附屬的自動控溫裝置，其余部分無明顯區別。 自動氧彈熱量計在每次試驗中必須詳細給出規定的參數，打印的或另外方式記錄的各次試驗的信息包括溫升，冷卻校正值（恒溫式）、有效熱容量、樣品質量、點火熱和其它附加熱；由此進行的所有計算都能人工驗證，所有的計算公式應在儀器操作說明書中給出。計算中用到的附加熱應清楚的確定，所用的點火熱，副反應熱的校正應該明確說明。 熱量計的精密度和準確度要求為，測試精密度：5次苯甲酸測試結果的相對標準差不大于0.20﹪；準確度：標準煤樣測試結果與標準值之差都在不確定度范圍內，或者用苯甲酸作為樣品進行5次發熱量測定，其平均值與標準熱值之差不超過50J/g。 氧彈 由耐熱、耐腐蝕的鎳鉻或鎳鉻鉬合金制成，需要具備3個主要性能： a） 不受燃燒過程中出現的高溫和腐蝕性產物的影響而產生熱效應； b） 能承受充氧壓力和燃燒過程中產生的瞬時高壓； c） 試驗過程中能保持*氣密。 氧彈還應定期進行20.0MPa的水壓試驗，每次水壓試驗后，氧彈的使用時間不應超過兩年。 當使用多個設計制作相同的氧彈時，每一個氧彈都必須作為一個完整的單元使用。氧彈部件的交換使用可能導致發生嚴重的事故。 恒溫式外筒：恒溫式熱量計配置恒溫式外筒。自動控溫的外筒在整個試驗的過程中，外筒水溫變化應控制在±0.1K之內或更低。 彈筒發熱量和高位發熱量的換算 Qgr,ad=Qb,ad-（94.1Sb,ad+αQb,ad） 式中： Qgr,ad――空氣干燥煤樣的恒容高位發熱量，單位為焦耳每克（J/g）； Qb,ad――空氣干燥煤樣的彈筒發熱量，單位為焦耳每克（J/g）； Sb,ad――由彈筒洗液測得的煤的含硫量，單位為百分數（%）；當全硫含量低于4.00%時，或發熱量大于14.60MJ/kg時，用全硫代替; 94.1――空氣干燥煤樣中每1.00%硫的校正值，單位為焦耳； α――硝酸生成熱校正系數： 當Qb≤16.70MJ/kg，α＝0.0010； 當16.70MJ/kgb≤25.10MJ/kg，α=0.0012； 當Qb>25.10MJ/kg，α=0.0016。 熱容量標定值的有效期為3個月，超過此期*應重新標定。但有下列情況時，應立即重測： A） 更換量熱溫度計； B） 更換熱量計大部件如氧彈頭等； C） 標定熱容量和測定發熱量時的內筒溫度相差超過5K； D） 熱量計經過較大的搬動之后。 如果熱量計量熱系統沒有顯著改變，重新標定的熱容量值與前一次的熱容量值相差不應大于0.25%，否則，應檢查試驗程序，解決問題后再重新進行標定。 缺乏確切的物理定義或偏離經典方法的高度自動化的熱量計應增加標定頻率，必要時，應每天進行標定。 發熱量測試的重復性和再現性如下表規定：
恒容低位發熱量的計算： Qnet,v,ar=（Qgr,v,ad－206Had）×（（100－Mt）/（100－Mad））－23Mt 式中： Qnet,v,ar――煤的收到基恒容低位發熱量，單位為焦耳每克（J/g）; Qgr,v,ad――煤的空氣干燥基恒容高位發熱量，單位為焦耳每克（J/g）; Mt――煤的收到基全水分，單位為百分數（%）； Mad――煤的空氣干燥基水分，單位為百分數（%）； Had――煤的空氣干燥基氫含量，單位為百分數（%）。 高位發熱量基的換算： Qgr,ar=Qgr,ad×（（100－Mt）/（100－Mad）） Qgr,d=Qgr,ad×（100/（100－Mad）） Qgr,daf=Qgr,ad×（100/（100－Mad－Aad）） 式中： Qgr――高位發熱量，單位為焦耳每克（J/g）; Aad――空氣干燥基煤樣的灰分，單位為百分數（%）； ar,ad,d,daf――分別代表收到基、空氣干燥基、干燥基和干燥無灰基。 煤中全硫的測定方法 1）、艾士卡法（仲裁方法）； 2）、庫侖法； 方法提要： 煤樣在催化劑作用下，于空氣流中燃燒分解，煤中硫生成二氧化硫并被碘化鉀溶液吸收，以電解碘化鉀溶液所產生的碘進行滴定，根據電解所消耗的電量計算煤中全硫的含量。 所需試劑和材料： 三氧化鎢：起加快煤樣的分解作用； 變色硅膠：干燥空氣中的水分； 氫氧化鈉：吸收空氣中的酸性氣體； 電解液：碘化鉀、溴化鉀各5g，冰乙酸10ml，蒸餾水250～300 ml。 爐溫：1150℃；氣流量：1000mL/min；樣重：0.05g（50mg）。 3）、高溫燃燒中和法。 煤質及煤分析有關術語 煤：植物遺體在覆蓋地層下，壓實，經復雜的生物化學和物理化學作用，轉化而成的固體有機可燃沉積巖。 褐煤（HM）：煤化程度低的煤，外觀多呈褐色，光澤暗淡，含有較高的內在水分和不同數量的腐植酸。 煙煤（YM）：煤化程度高于褐煤而低于無煙煤的煤，其特點是揮發分產率范圍寬，單獨煉焦時從不結焦到強結焦均有，燃燒時有煙。 無煙煤（WM）：煤化程度高的煤，揮發分低，密度大，燃點高，無粘結性，燃燒時多不冒煙。 煤樣：為確定煤的某些特性按規定方法采取的具有代表性的一部分試樣。 采樣：按規定方法采取有代表性煤樣的過程。 一般分析煤樣（空氣干燥煤樣）：將煤樣按規定縮制到粒度小于0.2mm，并于周圍空氣濕度達到平衡，可用于進行大部分物理和化學特性測定的煤樣。 標準煤樣：具有高度均勻性、良好穩定性和準確量值的煤樣。 煤樣縮分：在煤樣制備中，將試樣分成具有代表性的幾部分，一份或多份留下來的過程。 工業分析：煤中水分、灰分、揮發分、和固定碳四個項目分析的總稱。 外在水分（Mf）：在一定條件下煤樣與周圍空氣濕度達到平衡時所失去的水分。 內在水分（Minh）：在一定條件下煤樣達到空氣干燥狀態時所保持的水分。 全水分（Mt）：煤的外在水分和內在水分的總和。 一般分析煤樣水分（Mad）：在一定條件下，一般分析煤樣在實驗室中與周圍空氣濕度達到大致平衡時所含有的水分。 灰分（A）：煤樣在規定條件下*燃燒后所得的殘留物。 揮發分（V）：煤樣在規定條件下隔絕空氣加熱，并進行水分校正后的質量損失。 焦渣特性：煤樣在測定揮發分后的殘留物的粘結、結焦性狀。 固定碳（FC）：從測定煤樣的揮發分后的殘渣中減去灰分后的殘留物，通常用100減去水分、灰分和揮發分得出。 全硫（St）：煤中無機硫和有機硫的總稱。 彈筒發熱量： 單位質量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，其燃燒產物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、硝酸和硫酸、液態水及固態灰時放出的熱量稱為彈筒發熱量。 恒容高位發熱量（Qgr，v）： 單位質量的試樣在充有過量氧氣的氧彈內燃燒，其燃燒產物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、液態水及固態灰時放出的熱量。 恒容高位發熱量即由彈筒發熱量減去硝酸生成熱和硫酸校正熱后得到的發熱量。 恒容低位發熱量（Qnet，v）： 單位質量的試樣在恒容條件下，在過量氧氣中燃燒，其燃燒產物組成為氧氣、氮氣、二氧化碳、二氧化硫、氣態水及固態灰時放出的熱量。恒容低位發熱量即由高位發熱量減去水的氣化熱后得到的發熱量。 元素分析：碳、氫、氧、氮、硫五個項目煤質分析的總稱。 收到基（ar）：以收到狀態的煤為基準。 空氣干燥基（ad）：與空氣濕度達到平衡狀態的煤為基準。 干燥基（d）：以假想無水狀態的煤為基準。 干燥無灰基（daf）：以假想無水、無灰狀態的煤為基準。 灰熔融性：在規定條件下得到的隨加熱溫度而變化的煤灰變形、軟化、呈半球和流動特征物理狀態。 變形溫度（DT）：在灰熔融測定中，灰錐（或棱）開始變圓或變曲時的溫度。 軟化溫度（ST）：在灰熔融測定中，灰錐彎曲至錐尖觸及托板或灰錐變成球形時的溫度。 半球溫度（HT）：在灰熔融測定中，灰錐形狀變至近似半球形，即高約等于底長的一半時的溫度。 流動溫度（FT）：在灰熔融測定中灰錐熔化展開成高度小于1.5mm的薄層時的溫度。試驗氣氛及其控制： 1、弱還原性： a、 爐內封入碳物質； b、爐內通入（50±10）%（V/V）的氫氣和（50±10）%（V/V）的二氧化碳混合氣體，或（40±5）%（V/V）的一氧化碳和（60±5）%（V/V）的二氧化碳混合氣體。 2、氧化性氣氛：爐內不放任何含碳物質，并使空氣自由流通。 觀測值：在試驗中所測量或觀測到的數值。 極差：一組觀測值的zui高值和zui低值的差值。 偏差：一個觀測值與一個規定值之間的差值。 精密度：一組觀測值相互接近的程度。 準確度：觀測值與真值接近的程度。 重復性界限：一個數值在重復條件下，即在同一試驗室中，由同一操作者，用同一儀器，對同一試樣，于短期內所做的重復測定，所得結果間的差值不能超過此數值。 再現性界限：一個數值在再現條件下，即在不同試驗室中，對從試樣縮制zui后階段的同一試樣中分取出來的、具有代表性的部分所做的重復測定，所得結果的平均值間的差值不能超過此數值。 相對標準差計算公式： 部分經驗公式 a、 計算煙煤的發熱量: Qnet，ad=35860－73.7Vad－395.7Aad－702.0Mad＋173.6CRC 式中Qnet，ad――空氣干燥基（分析基）低位發熱量，J/g； Vad――分析基揮發分；Aad――分析基灰分；Mad――分析基水分； CRC――測定揮發分時的焦渣特征（1-8）； b、無煙煤發熱量： Qnet，ad＝32347－161.5 Vad－345.8 Aad－360.3 Mad+1042.3Had Had――為分析基含氫量 Qnet，ad＝34814－24.7 Vad－382.2Aad－563.0 Mad c、 褐煤發熱量 Qnet，ad＝31733－70.5 Vad－321.6 Aad－388.4 Mad O＝100－Mad－S－C－H－N－Aad |