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煤的工業(yè)分析/長沙元德
2018-09-17 02:37:07
1、煤的固定碳
煤中去掉水分、灰分、揮發(fā)分，剩下的就是固定碳。煤的固定碳與揮發(fā)分一樣，也是表征煤的變質(zhì)程度的一個(gè)指標(biāo)，隨變質(zhì)程度的增高而增高。所以一些國家以固定碳作為煤分類的一個(gè)指標(biāo)，固定碳是煤的發(fā)熱量的重要來源，所以有的國家以固定碳作為煤發(fā)熱量計(jì)算的主要參數(shù)。固定碳也是合成氨用煤的一個(gè)重要指標(biāo)。
2、煤的硫分
（1）煤中硫存在的形態(tài)
煤中硫分，按其存在的形態(tài)分為有機(jī)硫和無機(jī)硫兩種 。有的煤中還有少量的單質(zhì)硫，煤中的有機(jī)硫，是以有機(jī)物的形態(tài)存在與煤中的硫，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，至今了解的還不夠充分，大體有以下官能團(tuán)：硫醇類，R-SH（-SH，為基硫）；噻吩類，如噻吩，苯駢噻吩，硫醌類，如對(duì)硫醌，硫醚類，R-S-R，硫蒽類等。煤中無機(jī)硫，是以無機(jī)物形態(tài)存在于煤中的留。無機(jī)硫又分為硫化物硫和硫酸鹽硫。硫化物硫絕大部分是黃鐵礦硫，少部分為白鐵礦硫，兩者是同質(zhì)多晶體。還有少量的等。硫酸鹽硫主要存在于Caso4等。
煤中硫分，按其在空氣中能否燃燒又分為可燃硫和不可燃硫。有機(jī)硫、硫鐵礦硫和單質(zhì)硫都能在空氣中燃燒，都是可燃硫。硫酸鹽硫不能在空氣中燃燒，是不可燃硫。煤燃燒后留在灰渣中的硫（以硫酸鹽硫?yàn)橹鳎蚪够罅粼诮固恐械牧颍ㄒ杂袡C(jī)硫、硫化鈣和硫化亞鐵等為主），稱為固體硫。煤燃燒逸出的硫，或煤焦化隨煤氣和焦油析出的硫，稱為揮發(fā)硫（以硫化氫和硫氧化碳（COS）等為主）。煤的固定硫和揮發(fā)硫不是不變的，而是隨燃燒或焦化溫度、升溫速度和礦物質(zhì)組分的性質(zhì)和數(shù)量等而變化。煤中各種形態(tài)的硫的總和稱為煤的全硫（St）。煤的全硫通常包含煤的硫酸鹽硫（Ss）、硫鐵礦硫（Sp）和有機(jī)硫（So）．St=Ss+Sp+So如果煤中有單支流，全硫中還應(yīng)包含單質(zhì)硫。
（2）煤中硫?qū)I(yè)利用的影響硫是煤中有害物質(zhì)之一。煤作為燃料在燃燒時(shí)生成SO2,SO3不僅腐蝕設(shè)備，而且污染空氣，甚至降酸雨，嚴(yán)重危及植物生長和人的健康。煤用于合成氨制半水煤氣時(shí)，由于煤氣中硫化氫等氣體較多不易脫凈，易毒化合成催化劑而影響生產(chǎn)。煤用于煉焦，煤中硫會(huì)進(jìn)入焦炭，使鋼鐵變脆。鋼鐵中硫含量大于0.07%時(shí)就成了廢品。為了減少鋼鐵中的硫，在高爐煉鐵時(shí)加石灰石，這就降低了高爐的有效容積，而且還增加了排渣量。煤在儲(chǔ)運(yùn)中，煤中硫化鐵等含量多時(shí)，會(huì)因氧化、升溫而自燃。我國煤田硫的含量不一。東北、華北等煤田硫含量較低，山東棗莊小槽煤、內(nèi)蒙烏大、山西汾西、山西銅川等煤礦硫含量較高，貴州、四川等煤礦硫含量更高。四川有的煤礦硫含量高達(dá)4～6%以上，洗選后降到2%都困難。脫去煤中的硫，是煤炭利用的一個(gè)重要課題。在這方面美國等西方國家對(duì)潔凈煤的研究取得很大進(jìn)展。他們首先是發(fā)展煤的洗選加工（原煤入洗比重0～80%以上，我國不足20%），通過洗選降低了煤中的灰分，除去煤中的無機(jī)硫（有機(jī)硫靠洗選是除不去的）；其次是在煤的燃燒中脫硫和煙道氣中脫硫。這無疑增加了用煤成本。我們也在開展?jié)崈裘旱难芯浚槍?duì)我國目前動(dòng)力煤洗煤廠能力利用率僅50%多，應(yīng)盡快制定和實(shí)施燃煤環(huán)保法，以促進(jìn)煤碳洗選加工的發(fā)展和潔凈煤技術(shù)的應(yīng)用。
（3）煤中硫的測試要點(diǎn)
煤中硫的測試包括煤的全硫、硫鐵礦硫和硫酸鹽硫的測試。見煤炭化驗(yàn)國標(biāo)GB214-83。
6 煤的發(fā)熱量（熱值）測定
煤的發(fā)熱量，又稱為煤的熱值，即單位質(zhì)量的煤完全燃燒所發(fā)出的熱量。煤的發(fā)熱量時(shí)煤按熱值計(jì)價(jià)的基礎(chǔ)指標(biāo)。煤作為動(dòng)力燃料，主要是利用煤的發(fā)熱量，發(fā)熱量愈高，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值愈大。同時(shí)發(fā)熱量也是計(jì)算熱平衡、熱效率和煤耗的依據(jù)，以及鍋爐設(shè)計(jì)的參數(shù)。煤的發(fā)熱量表征了煤的變質(zhì)程度（煤化度），這里所說的煤的發(fā)熱量，是指用1.4比重液分選后的浮煤的發(fā)熱量（或灰分不超過10%的原煤的發(fā)熱量）。成煤時(shí)代最晚煤化程度最低的泥炭發(fā)熱量最低，一般為20.9～25.1MJ/Kg，成煤早于泥炭的褐煤發(fā)熱量增高到25～31MJ/Kg，煙煤發(fā)熱量繼續(xù)增高，到焦煤和瘦煤時(shí)，碳含量雖然增加了，但由于揮發(fā)分的減少，特別是其中氫含量比煙煤低的多，有的低于1%，相當(dāng)于煙煤的1/6，所以發(fā)熱量最高的煤還是煙煤中的某些煤種。鑒于低煤化度煤的發(fā)熱量，隨煤化度的變化較大，所以，一些國家常用煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量作為區(qū)分低煤化度煤類別的指標(biāo)。我國采用煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量來劃分褐煤和長焰煤。
（1）發(fā)熱量的單位
熱量的表示單位主要有焦耳(J)、卡（cal）和英制熱量單位Btu。焦耳，是能量單位。1焦耳等于1牛頓(N)力在力的方向上通過1米的位移所做的功。
1J=1N×0J
1MJ=1000KJ
焦耳時(shí)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）所采用的熱量單位，也是我國1984年頒布的，1986年7月1日實(shí)施的法定計(jì)量熱量的單位。煤的熱量表示單位：J/g、KJ/g、MJ/Kg卡（cal）是我國建國后長期采用的一種熱量單位。1cal是指1g純水從19.5C加熱到20.5C時(shí)所吸收的熱量。
歐美一些國家多采用15Ccal，即1g純水從14.5C加熱到15.5C時(shí)所吸收的熱量。
1cal(20Ccal)=4.1816J
1cal(15Ccal)=4.1855J
1956年倫敦第誤解蒸汽性質(zhì)國際會(huì)議上通過的國際蒸汽表卡的溫度比15Ccal還低，其義義如下：
1cal==4.1866J
從上看出，15Ccal中，每卡所含熱能比20Ccal還高。
英、美等國家目前仍采用英制熱量單位（Btu），其定義是：1磅純水從32F加熱到212F時(shí)，所需熱量的1/180。
焦耳、卡、Btu之間的關(guān)系
1Btu=1055.79J(≈1.055×1000J)
1J=9471.58×10的負(fù)7次方Btu
20Ccal/g與Btu/1b的換算公式：
因?yàn)?Btu=1055.79J,1B=453.6g
所以1Btu/1b=1/1.8cal/g
1cal/g=1.8Btu/1b
由于cal/g的熱值表示因15Ccal或20Ccal等的不同而不同，所以國際貿(mào)易和科學(xué)交往中，尤其是采用進(jìn)口苯甲酸（標(biāo)明其cal/g）作為熱量計(jì)的熱容量標(biāo)定時(shí)，一定要了解是什莫溫度（C）或條件下的熱值（cal/g）,否則將會(huì)對(duì)燃燒的熱值產(chǎn)生系統(tǒng)偏高或偏低。為了使熱量單位在國內(nèi)外統(tǒng)一，不須以J取代cal作為煤的發(fā)熱量表示單位。
（2）煤的各種發(fā)熱量名稱的含義
a.煤的彈筒發(fā)熱量（Qb）
煤的彈筒發(fā)熱量，是單位質(zhì)量的煤樣在熱量計(jì)的彈筒內(nèi)，在過量高壓氧（25～35個(gè)大氣壓左右）中燃燒后產(chǎn)生的熱量（燃燒產(chǎn)物的最終溫度規(guī)定為25C）。由于煤樣是在高壓氧氣的彈筒里燃燒的，因此發(fā)生了煤在空氣中燃燒時(shí)不能進(jìn)行的熱化學(xué)反應(yīng)。如：煤中氮以及充氧氣前彈筒內(nèi)空氣中的氮，在空氣中燃燒時(shí)，一般呈氣態(tài)氮逸出，而在彈筒中燃燒時(shí)卻生成N2O5或NO2等氮氧化合物。這些氮氧化合物溶于彈筒稅種生成硝酸，這一化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)。另外，煤中可燃硫在空氣中燃燒時(shí)生成SO2氣體逸出，而在彈筒中燃燒時(shí)卻氧化成SO3，SO3溶于彈筒水中生成硫酸。SO2、SO3,以及H2SO4溶于水生成硫酸水化物都是放熱反應(yīng)。所以，煤的彈筒發(fā)熱量要高于煤在空氣中、工業(yè)鍋爐中燃燒是實(shí)際產(chǎn)生的熱量。為此，實(shí)際中要把彈筒發(fā)熱量折算成符合煤在空氣中燃燒的發(fā)熱量。
b.煤的高位發(fā)熱量（Qgr）
煤的高位發(fā)熱量，即煤在空氣中大氣壓條件下燃燒后所產(chǎn)生的熱量。實(shí)際上是由實(shí)驗(yàn)室中測得的煤的彈筒發(fā)熱量減去硫酸和硝酸生成熱后得到的熱量。應(yīng)該指出的是，煤的彈筒發(fā)熱量是在恒容（彈筒內(nèi)煤樣燃燒室容積不變）條件下測得的，所以又叫恒容彈筒發(fā)熱量。由恒容彈筒發(fā)熱量折算出來的高位發(fā)熱量又稱為恒容高位發(fā)熱量。而煤在空氣中大氣壓下燃燒的條件濕恒壓的（大氣壓不變），其高位發(fā)熱量濕恒壓高位發(fā)熱量。恒容高位發(fā)熱量和恒壓高位發(fā)熱量兩者之間是有差別的。一般恒容高位發(fā)熱量比恒壓高位發(fā)熱量低8.4～20.9J/g,實(shí)際中當(dāng)要求精度不高時(shí)，一般不予校正。
c.煤的低位發(fā)熱量（Qnet）
煤的低位發(fā)熱量，是指煤在空氣中大氣壓條件下燃燒后產(chǎn)生的熱量，扣除煤中水分（煤中有機(jī)質(zhì)中的氫燃燒后生成的氧化水，以及煤中的游離水和化合水）的汽化熱（蒸發(fā)熱），剩下的實(shí)際可以使用的熱量。同樣，實(shí)際上由恒容高位發(fā)熱量算出的低位發(fā)熱量，也叫恒容低位發(fā)熱量，它與在空氣中大氣壓條件下燃燒時(shí)的恒壓低位熱量之間也有較小的差別。
d.煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量（Qmaf）
恒濕，是指溫度30C，相對(duì)濕度96%時(shí)，測得的煤樣的水分（或叫最高內(nèi)在水分）。煤的恒濕無灰基高位發(fā)熱量，實(shí)際中是不存在的，是指煤在恒濕條件下測得的恒容高位發(fā)熱量，除去灰分影響后算出來的發(fā)熱量。恒濕無灰基高位發(fā)熱量是低煤化度煤分類的一個(gè)指標(biāo)。
（3）煤的彈筒發(fā)熱量的測試要點(diǎn)見煤炭化驗(yàn)國標(biāo)GB213-87。
