煤的工业分析及其影响因素*

苏　倩，赵云发，李　东，闫龙成

(中国矿业大学银川学院化学工程系，宁夏　银川　750021)



煤的工业分析及其影响因素*

苏倩，赵云发，李东，闫龙成

(中国矿业大学银川学院化学工程系，宁夏银川750021)

煤的工业分析包括煤的水分、灰分、挥发分以及固定碳的分析[1]。本文介绍了煤的水分、灰分以及挥发分含量的测定方法，由于固定碳含量通过计算求得，本文不做介绍。其中，影响水分测定的因素有煤样状态、环境湿度等；影响灰分测定的因素有温度、冷却时间等；影响挥发分测定的因素有煤化程度、煤岩组成、煤的粒度以及升温速度等。为了提高测定的准确度，必须正确分析各测定项的影响因素。

工业分析；水分；挥发分；灰分；影响因素

确定煤化学组成最基本的方式是对煤进行工业分析，它是在特定条件下，将煤的组分划分成水分、灰分、挥发分以及固定碳四种。根据煤的这四项指标，可初步判断煤的种类、性质、加工效果以及用途等，是最为重要的基础性检验。其中水分是煤中固有的组分，其它三种是煤在测定条件下转化来的产物，最终的测定结果依测定条件的不同而不同。

1　水分的测定

1.1方法要点

称取一定量的空气干燥煤样，置于105～110 ℃的干燥箱中，在通入空气的条件下干燥到质量不变为止，并根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量[2]。

空气干燥煤样水分含量按下式计算：

式中：MAd——水分含量， %

m1——煤样干燥后减少的质量，g

m——煤样的质量，g

1.2影响水分测定的因素

一般分析试验煤样水分是内在水分，它存在于煤的毛细孔隙中，呈吸附态或凝聚态，它的大小反映了煤中的孔隙及其内表面的特性。

1.2.1煤样要处于空气干燥状态

空气干燥状态指的是温度在20 ℃，空气湿度为60%的情况下，煤样在空气中连续干燥1 h，其质量变化不大于0.1%[3]。如果未达到空气干燥状态，即煤的外在水分尚未完全失去，则会使测定结果偏高；而如果煤样处于干燥或半干燥状态，而检测结果却以空气干燥基表示，则会使测定结果偏低[4]。

1.2.2环境湿度

环境湿度的变化较大程度的影响煤的MAd。相同温度，不同湿度下，随着湿度的增加，MAd增大；并且MAd越大，受空气湿度的影响较大；相对湿度较低时，对MAd的影响较大。

水分的测试是一项规范性测试，其影响因素较多，在测定空气干燥煤样水分时，要严格按照规定进行操作，注意各种细节，确保结果准确可靠。

2　灰分的测定

2.1方法要点

煤中灰分方法的测定一般有两种，缓慢灰化法和快速灰化法，本文只介绍缓慢灰化法。称取一定量的空气干燥煤样，放入马弗炉中，以恒定的速度加热到(815±10) ℃，灰化并灼烧到质量不变为止，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率[2]。空气干燥煤样的灰分按下式计算：

式中：Aad——空气干燥煤样的灰分产率， %

m1——残留物的质量，g

m——煤样的质量，g

2.2影响灰分测定的因素

煤的灰分是煤分析过程中再生成的产物，是煤中含有的矿物质在特定条件下转变而成的。煤的灰分与矿物质不同，首先是煤的灰分与矿物质在组成上有很大不同，其次是生成的灰分的量比相应的矿物质要低。煤中含有的矿物质在高温下会发生分解、氧化、化合等化学反应，最后转化为灰分。煤的灰分产率与煤化程度没有规律性关系，煤化程度一般只影响煤的有机质，对煤的矿物质影响不大，对灰分也就几乎没有影响[5]。影响煤灰分测定的因素主要有以下几点。

2.2.1温度

影响灰分测定的温度有室温、以及升温速度。其中室温主要对快速灰化法产生影响，室温较低时所测结果比室温较高所测结果偏低。

缓慢灰化法受升温速度的影响比较大，在最初开始加热的时候，煤中的硫被固定下来多少直接由升温速度决定，并且若煤样中含硫量越高，对测定结果的影响就越大；升温时间越短，测得的灰分越高；升温时间越长，测得的结果就越准确[6]。

2.2.2冷却时间

空气中含有的水分会被灼烧后的煤灰吸收，从而造成测定结果偏高。并且，灼烧后的煤灰在空气中暴露的时间越长，也会造成测定结果的偏高。

3　挥发分的测定

3.1方法要点

称取一定质量的空气干燥煤样，置于带盖的瓷坩埚中，在(900±10) ℃隔绝空气加热7 min，以煤样减少的质量占总煤样质量的百分数与该煤样的水分含量(MAd)之差作为挥发分产率[2]。空气干燥煤样的挥发分按下式计算：

式中：Vad——挥发分产率， %

m1——煤样加热后减少的质量，g

m——煤样的质量，g

MAd——水分含量， %

3.2影响挥发分测定的因素

3.2.1煤化程度

煤的挥发分产率受煤的煤化程度影响较大，挥发分产率随着煤的煤化程度加深而逐渐降低，主要因为随着煤化程度的加深，煤的芳香化程度也越高，结构越稳定，挥发分越低[7]。其中，挥发分含量最高的是褐煤，基本在40%以上；挥发分含量最低的是无烟煤，基本在10%以下。煤分子中化学活性高的脂肪侧链、由含氧官能团断裂后生成的小分子化合物以及在高温条件下煤有机质高分子缩聚时生成的氢气构成了煤的挥发分。随着煤化程度的加深，煤分子上的活泼脂肪侧链和含氧基团含量均下降；高煤化程度煤分子的缩聚度高，热解时进一步缩聚的反应少，由此产生的氢气量也少[8]。所以，煤的挥发分随煤化程度的提高而下降。

3.2.2煤岩组成

壳质组挥发分产率最高，其次是镜质组，惰质组最低。这是因为壳质组化学组成中抗热分解能力低的链状化合物占有较大比例，而惰质组的分子主要以抗热分解能力强的缩合芳香结构为主，镜质组居于二者之间。由于各个具有不同的挥发分，所以煤的挥发分随显微组成的变化而变化，并且非常敏感[7]。

3.2.3煤的粒度

大颗粒径煤的挥发分产率偏低；同时，当煤粉粒径小于0.25 mm时，随颗粒粒径的减小，挥发分略有减少[10]。

3.2.4升温速度

当升温速度过慢时，挥发分测定结果偏低；并且，用热坩埚架测定的结果明显高于室温下坩埚架测定的结果[9]。

3.2.5测定条件的影响

加热时间、加热温度以及加热速度是影响挥发分测定结果的主要因素。同时，所用设备的大小，设备仪器的材料、形状、重量、尺寸以及容器的支架都会对测定结果造成影响。因此，挥发分测定是一个规范性很强的分析项目[11]。

4　结　语

煤的工业分析是了解煤质特性的主要手段，也是评价煤质的基本依据，正确分析各种可能存在的影响因素对测定结果的准确性至关重要。在测定过程中需严格按照国家标准执行，才能最大程度的提高测定结果的准确性。

[1]张亚楠.煤质分析在煤化学实验教学中的应用[D].乌鲁木齐:新疆大学,2013.

[2]国家技术监督局. GBT212-2008 煤的工业分析方法[S].

[3]谢晓霞,付利俊,庞文娟.影响煤工业分析特性指标检测的关键步骤[J].煤质技术,2010,11(6):33-34.

[4]国家技术监督局. GB 474-1996 煤样的制备方法[S].

[5]张双全.煤化学[M].徐:中国矿业大学出版社,2015:83.

[6]刘治青.影响煤的灰分测定准确度的因素[J].山西煤炭,2006,26(6):26-27.

[7]吕明超.煤中挥发分测定影响因素的研究[J].煤质技术,2014,26(4):11-12.

[8]张双全.煤化学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2015:85-86.

[9]吕太,张翠珍,吴超.粒径和升温速度对煤热分解影响的研究[J].煤炭转化,2005,28(1):17-19.

[10]胡娟,张四安,马李珍.煤挥发分测定准确度和精确度影响因素的分析[J].煤气与热力,2000,20(6):430-431.

[11]张双全.煤化学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2015:85.

Proximate Analysis of Coal and Its Influencing Factors*

SUQian，ZHAOYun-fa,LIDong,YANLong-cheng

(China University of Mining And Technology Yinchuan College, Ningxia Yinchuan 750011,China)

Proximate analysis of coal and the impact factors on it were introduced, including analysis of moisture, volatile matter, ash and fixed carbon. Because the fixed carbon content was obtained by calculation, it was not introduced. The factors affected the moisture content of coal sample, included coal sample state and environment humidity, etc. The factors affected the ash included temperature and cooling time, etc. The factors affected the volatile matter included the degree of coalification, coal composition, coal particle size and heating rate, etc. At the same time, the accuracy of the measurement was improved by analysising the impact factors of the proximate analysis of coal.

industrial analysis; moisture; volatile matter; impact factors

宁夏回族自治区服务地方经济社会发展项目(No：NGY2014167)。

苏倩(1986-)，女，讲师，中国矿业大学银川学院，从事清洁能源水煤浆的研究。

TQ533.2

A

1001-9677(2016)03-0018-02