① 煤化指標與煤質分析
一、煤級分析中的有關概念
煤的工業分類即煤的分類主要是依據煤級,而煤級劃分的依據是煤質指標,特別是一些關鍵的煤質指標。一些煤質指標即煤化程度指標在前面已經做過介紹,本節將圍繞煤的工業分類對一些煤級指標的獲得做概略介紹(煤質學和煤化學已是獨立的學科)。
「基」是表示化驗結果是以什麼狀態下的煤樣為基礎而得出的,煤質分析中常用的「基」有空氣乾燥基、乾燥基、收到基、乾燥無灰基、乾燥無礦物質基。在新舊標准中,「基」採用的符號不同(表7-1)。
表7-1 新舊標准中各種基採用的符號對照
空氣乾燥基是指以與空氣濕度達到平衡狀態的煤為基準,表示符號為 ad(air dry ba-sis); 乾燥基是指以假想無水狀態的煤為基準,表示符號為 d(dry basis); 收到基是指以收到狀態的煤為基準,表示符號為 ar(as received); 乾燥無灰基是指以假想無水、無灰狀態的煤為基準,表示符號為 daf(dry ash free); 乾燥無礦物質基是指以假想無水、無礦物質狀態的煤為基準,表示符號為 dmmf(dry mineral matter free)。
可以看出,新的 「基」是用英文名詞的開頭字母表示的,而舊 「基」是用漢語拼音的字頭表示。
二、主要的煤化指標
煤化指標是通過煤的工業分析獲得的。工業分析也叫技術分析或實用分析,包括煤中水分、灰分和揮發分的測定及固定碳的計算。煤的工業分析是了解煤質特性的主要指標,也是評價煤質的基本依據,根據工業分析的各項測定結果可初步判斷煤的性質、種類和各種煤的加工利用效果及其工業用途。
煤化程度指標簡稱煤化指標,又稱煤級指標。由於煤化作用是個復雜的過程,不同煤化階段中各種指標變化的顯著性各不相同,因此對於一定煤化階段往往具有不同的煤化程度指標(表7-2)。
表7-2 常用煤級指標在不同煤級階段的變化情況
注:①各指標測值的變化范圍按煤級增加的方向排列;②規律性差。(據楊起等,1988)
有關煤的化學組成和煤的元素已在第六章中介紹,這里僅就煤質分析中的一些關鍵指標如水分、灰分、揮發分、鏡質體反射率等做簡略介紹。
1.水分
水分是一項重要的煤質指標,它在煤的基礎理論研究和加工利用中都具有重要的作用。
在現代煤炭加工利用中,有時水分高反是一件好事,如煤中水分可作為加氫液化和加氫氣化的供氫體。在煤質分析中,煤的水分是進行不同基的煤質分析結果換算的基礎數據。可以根據煤的水分含量來大致推斷煤的變質程度。
2.灰分
煤的灰分不是煤中的固有成分,而是煤在規定條件下完全燃燒後的殘留物。它是煤中礦物質在一定條件下經一系列分解、化合等復雜反應而形成的,是煤中礦物質的衍生物。它在組成和質量上都不同於礦物質,但煤的灰分產率與礦物質含量間有一定的相關關系,可以用灰分來估算煤中礦物質含量。煤中礦物質來源有三,一是「原生礦物質」,即成煤植物中所含的無機元素;二是「次生礦物質」,即煤形成過程中混入或與煤伴生的礦物質,三是「外來礦物質」即煤炭開采和加工處理中混入的礦物質。煤中存在的礦物質主要包括黏土或頁岩、方解石(碳酸鈣)、黃鐵礦或白鐵礦以及其他微量成分,如無機硫酸鹽、氯化物和氟化物等。
煤中灰分是另一項在煤質特性和利用研究中起重要作用的指標。在煤質研究中由於灰分與其他特性,如含碳量、發熱量、結渣性、活性及可磨性等有程度不同的依賴關系,因此可以通過它來研究上述特性。由於煤灰是煤中礦物質的衍生物,因此可以用它來算煤中礦物質含量。此外,由於煤中灰分測定簡單,而它在煤中的分布又不易均勻,因此在煤炭采樣和制樣方法研究中,一般都用它來評定方法的准確度和精密度。在煤炭洗選工藝研究中,一般也以煤的灰分作為一項洗選效率指標。
3.揮發分
煤樣在規定的條件下,隔絕空氣加熱,並進行水分校正後的揮發物質產率即為揮發分。
煤的揮發分主要是由水分、碳氫的氧化物和碳氫化合物(以CH4為主)組成,但煤中物理吸附水(包括外在水和內在水)和礦物質二氧化碳不屬揮發分之列。
工業分析中測定的揮發分不是煤中原來固有的揮發性物質,而是煤在嚴格規定條件下加熱時的熱分解產物,改變任何試驗條件都會給測定結果帶來不同程度的影響。
影響揮發分測定結果的主要因素是加熱溫度、加熱時間、加熱速度,此外試驗設備的型式和大小,試樣容器的材質、形狀和尺寸以及容器的支架都會影響測定結果,即測定結果取決於所規定的試驗條件,因此說它是一個規范性很強的試驗項目。
煤的揮發分產率與煤的變質程度有比較密切的關系———隨著變質程度的加深,揮發分逐漸降低(表73),因此根據煤的揮發分產率可以估計煤的種類。在我國及前蘇聯、美國、英國、法國、波蘭和國際煤炭分類方案中,都以揮發分作為第一分類指標。
表7-3 揮發分與煤的變質程度的關系
根據揮發分產率和測定揮發分後的焦塊特性可以初步決定煤的加工利用途徑。如高揮發分的煤,干餾時化學副產品產率高,適於作低溫干餾原料,也可作為氣化原料;揮發分適中的煙煤,粘結性較好,適於煉焦。在配煤煉焦中,要用揮發分來確定配煤比,以將混煤的揮發分控制到適宜范圍25%~31%。此外,根據揮發分,可以估算煉焦時焦炭、煤氣、焦油和粗苯等產率。在燃煤中,可根據揮發分來選擇適於特定煤源的燃燒設備或適於特定設備的煤源。在氣化和液化工藝條件的選擇上揮發分也有一定的參考作用。在環境保護中,揮發分還作為制定煙霧法的一個依據。
此外,揮發分與其他煤質特性指標,如發熱量、碳和氫含量都有較好的相關關系。利用揮發分可以計算煤的發熱量和碳氫含量。
4.煤的鏡質體反射率
煤的鏡質體反射率是不受煤的岩石成分含量影響,但卻能反映煤化程度的一個指標。煤的鏡質體反射率隨它的有機組分中碳含量的增加而增高,隨揮發分產率的增高而減少。也就是說同一顯微組分,在不同的變質階段,反射率不同,它能較好地反映煤的變質程度。因此,鏡質體反射率是一個很有前途的煤分類指標。特別是對無煙煤階段的劃分,靈敏度大,是區分年老無煙煤、典型無煙煤和年輕無煙煤的一個較理想的指標。目前在國際上已有許多國家採用鏡質體反射率作為一種煤炭分類指標。此外,煤的鏡質體反射率在評價煤質及煤炭加工利用等方面都有重要意義,如日本、西德等國家用鏡質體反射率來指導煉焦配煤來控制煤質量等等,而且在石油、地質勘探研究方面也很有價值。
反射率是指垂直反射時,反射光強度和入射光強度的百分比值,一般用R表示。
煤地質學
測定煤的鏡質體反射率是將已知反射率的標准片和煤樣(鏡質體)放在顯微鏡下,在一定強度的入射光中,它們反射出的微弱光流,通過光電倍增管轉變為電流並被放大成較強的電信號,然後將電信號輸出並饋入到記錄裝置。根據記錄裝置刻度盤上讀出標准片的反射光強度值和煤的鏡質體的反射光強度值,按下式求出煤的鏡質體反射率:
煤地質學
式中:R鏡為煤的鏡質體反射率;I標為標准片的反射光電流強度;I鏡為煤的鏡質體反射光電流強度;R標為標准片的反射率。
標准片的反射率R標按下式計算:
煤地質學
式中:n為標准片的折射率;n0為樣品和物鏡之間介質的折射率,空氣為1,香柏油一般為1.515~1.518。
② 煤質分析wt是什麼意思
煤質分析是煤炭行業中必不可少的一個重要領域,其涵蓋了煤炭品質、熱值、灰份、硫份等多個方面。其中,煤質分析wt簡稱質量分析,是對煤炭質量的一個重要檢測和評估指標。通過煤質分析wt,可以直接反映出煤炭的物化性質,從而為煤炭運輸、利用、銷售等多個環節提供科學依據。
煤質分析wt主要包括兩類方法:化學分析和物理分析。其中,化學分析可以進一步細分為測定量的分析和定性的識別。在實際應用中,煤質分析wt需要使用化學分析儀器和設備,如紅外光波譜儀、元素分析儀和熱量計等。此外,物理分析方法包括煤的密度測定、粒度分析和煤樣容重等。
煤質分析wt的應用范圍非常廣泛,適用於煤炭行業的各個環節。例如,對於煤炭的開采和選煤過程中,需要對煤樣進行煤質分析wt來判斷其是否達到開采和選煤的條件。在煤炭利用領域,需要對煤質進行分析來評估其燃燒性能。此外,對於煤炭銷售和交易環節,煤質分析wt也是必不可少的環節,用於確定煤炭的價格和交易標准。