煤的工業(yè)分析與元素分析是煤質(zhì)分析的基本內(nèi)容。通過工業(yè)分析，可以初步判斷煤的性質(zhì)、種類和工業(yè)用途。元素分析主要用于了解煤的元素組成。由于工業(yè)分析方法較為簡便，故應用較廣泛。

煤的工業(yè)分析

煤的工業(yè)分析也稱為煤的實用分析或技術(shù)分析，包括煤的水分、灰分、揮發(fā)分的測定和固定炭的計算四項內(nèi)容。水分和灰分可反映出煤中無機質(zhì)的數(shù)量，而揮發(fā)分和固定炭則初步表明了煤中有機質(zhì)的數(shù)量與性質(zhì)。

1、煤中的水分

煤中的水分，按其在煤中存在的形態(tài)，可以分為外在水分、內(nèi)在水分和化合水分。簡記符號M。

A 外在水分

煤的外在水分是指煤在開采、運輸、儲存和洗選過程中，附著在煤的顆粒表面以及直徑大于10-5cm的毛細孔中的水分。也就是當煤在室溫下的空氣中放置時，外在水分不斷蒸發(fā)，直至與空氣的相對濕度達到平衡時為止。此時失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤稱為收到基，僅失去外在水分的煤則稱為空氣干燥基。煤質(zhì)化驗通常采用空氣干燥煤樣進行。

現(xiàn)行國家標準規(guī)定:在制備煤樣時,若在室溫下連續(xù)干燥1小時后煤樣質(zhì)量變化≤0.1%,則為達到空氣干燥狀態(tài)。

B、內(nèi)在水分

煤的內(nèi)在水分是指在定條件下煤樣達到空氣干燥狀態(tài)時所保持的水分。因此，將空氣干燥煤樣加熱至105~110℃時所失去的水分即為內(nèi)在水分。失去內(nèi)在水分的煤稱為干燥煤。

當環(huán)境的相對濕度為96%，溫度為30℃，且煤樣內(nèi)部毛細孔吸附的水分達到平衡(飽和)狀態(tài)時，內(nèi)在水分達到最大值，此時的內(nèi)在水分即稱為最高內(nèi)在水分。

全水分是指煤的內(nèi)在水分和外在水分的和。

C、化合水

煤中的化合水是指以化學方式與礦物質(zhì)結(jié)合的、除去全水分后仍保留下來的水分。即通常所說的結(jié)晶水和結(jié)合水。化合水含量不大，在工業(yè)分析中一般不考慮。

此外，煤的有機質(zhì)中的氫和氧在干餾或燃燒時生成的水稱為熱結(jié)水，亦不在工業(yè)分析的考慮之列。

D、水分對煤利用的影響

一般說來，水分是煤中無利有害的無機物質(zhì)。這是因為:在運輸時，煤的水分增加了運輸負荷，在寒冷地帶水分易凍結(jié);對煤進行機械加工時，煤中水分過多將造成粉碎、篩分困難，降低生產(chǎn)效率，損壞設備;燃燒時降低了煤的有效發(fā)熱量。

2、煤中礦物質(zhì)和煤的灰分產(chǎn)率

煤中礦物質(zhì)是指除水分外所有無機質(zhì)的總稱。不包括游離水，但包括化合水。主要成分一般有黏土、高嶺土、黃鐵礦和方解石等。礦物類型屬硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、金屬硫化物和硫酸亞鐵等。

煤的灰分是指煤中所有可燃物質(zhì)完全燃燒時，煤中礦物質(zhì)在規(guī)定條件下完全燃燒后所得的殘留物，因此稱為灰分產(chǎn)率更確切。簡記符號A。灰分不是煤中固有的組成之一，與溫度和燃燒條件有關(guān)。

煤灰分的組成

在工業(yè)生產(chǎn)中，煤灰是指煤用作鍋爐燃料和氣化原料時得到的大量灰渣。煤灰依形態(tài)不同可分為粉煤灰和爐渣兩種。粉煤灰又稱飛灰，是指隨同煙道氣或煤氣一起帶出的粒徑小于90微米的灰塵。爐渣是指呈熔融狀態(tài)或以較大顆粒的不熔狀態(tài)從爐底排出的底灰。

煤灰與煤灰分的化學組成是一致的，其主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂，它們之和占煤灰的95%以上。

煤中礦物質(zhì)和灰分對煤利用的影響

煤在作為燃料或加工轉(zhuǎn)化的資源時，幾乎都是利用煤中的有機質(zhì)。因此煤中礦物質(zhì)或灰分一向被認為是有害的廢物。但是煤中礦物質(zhì)對煤的某些利用過程是有益的。即使是煤灰也得到了越來越廣泛的利用。

不利影響主要表現(xiàn)在增加運輸負荷;增加煤炭消耗，煤灰外排帶走顯熱及夾帶一部分未燃煤，動力煤的灰分每增加1%，大約要多消耗2.0%~2.5%的煤炭;影響操作條件，煤中的某些低熔點灰分易造成鍋爐的結(jié)渣和堵塞;腐蝕設備和裝置;造成環(huán)境污染。

利用途徑主要表現(xiàn)在作為煤轉(zhuǎn)化過程的催化劑;生產(chǎn)建筑材料;制成環(huán)保制劑與材料;回收稀有金屬和其他有用成分;用作化肥和土壤改良劑。

3、煤的揮發(fā)分和固定炭

A 揮發(fā)分的概念

煤在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱后揮發(fā)出有機物質(zhì)的產(chǎn)率稱為揮發(fā)分，簡記符號V。事實上，煤在該條件下產(chǎn)生的揮發(fā)物既包括了煤的有機質(zhì)熱解氣態(tài)產(chǎn)物，還包括煤中水分產(chǎn)生的水蒸氣以及碳酸鹽礦物質(zhì)分解出的二氧化碳等。因此，揮發(fā)分屬于煤揮發(fā)物的一部分，但并不等

同于揮發(fā)物。因此稱為揮發(fā)分產(chǎn)率更確切。

B、揮發(fā)分對電廠生產(chǎn)運行的影響

揮發(fā)分是發(fā)電廠用煤的重要指標，揮發(fā)分的高低對煤的著火和燃燒有較大影響。揮發(fā)分高的煤易著火，火焰大，燃燒穩(wěn)定，但火焰溫度較低。相反，揮發(fā)分低的煤，不易點燃，燃燒不穩(wěn)定，化學和機械不完全燃燒熱損失增加，嚴重時還能引起熄火。煤粉細度、送風方式都與揮發(fā)分有關(guān)，揮發(fā)分高的煤易燃燒完全，煤粉可以磨的粗些，揮發(fā)分低的煤不易燃燒完全，煤粉要磨的細些。

煤的揮發(fā)分對煤粉鍋爐燃燒器的結(jié)構(gòu)形式和

一、二次風的選擇，爐膛形狀及大小燃燒帶的鋪設，制粉系統(tǒng)的選型和防爆措施的設計等都與揮發(fā)分有密切關(guān)系。所以，在供應煤時，應盡可能根據(jù)原設計煤種的揮發(fā)分供給。

除此之外，煤的揮發(fā)分還與煤的存放及制粉系統(tǒng)的安全運行有密切關(guān)系，煤粉引燃的溫度隨煤的揮發(fā)分含量增高而降低，如Vdaf為

15%~30%的煤的引燃溫度為270~300℃，Vdaf為40%的煤的引燃溫度為210℃，因此當揮發(fā)分高時，制粉系統(tǒng)積集時容易使煤粉著火自燃。揮發(fā)分高的煤在儲存時易發(fā)生氧化與自燃，因此，高揮發(fā)分煤存放時間不易過長，通常以1~2個月為宜，組堆不易過高。揮發(fā)分高的煤加速了煤的氧化和變質(zhì)，使發(fā)熱量降低，灰分增加。

由于煤的揮發(fā)分與煤的煤化程度關(guān)系密切，隨著煤化程度加深而降低的規(guī)律性十分明顯，中國以及國外上都以揮發(fā)分為煤分類的主要依據(jù)。

C、焦渣特征

測定揮發(fā)分時，坩堝中殘留下來的固體物稱為焦渣。從焦渣的形狀、強度和光澤的特征，可以初步判斷煤的粘結(jié)性、熔融性和膨脹性。焦渣特征可分為以下八大類:

a) 粉狀(1型)-全部是粉末，沒有相互粘著的顆粒。

b)粘著(2型)-用手指輕碰即成粉末或基本上是粉末，其中較大的團塊輕輕一碰即成粉末。

c)弱粘結(jié)(3型)-用手指輕壓即成小塊。 d)不熔融粘結(jié)(4型)以手指用力壓才裂成小塊，焦渣上表面無光澤，下表面稍有銀白色光澤。

e)不膨脹熔融粘結(jié)(5型)-焦渣形成扁平的塊，煤粒的界線不易分清，焦渣上表面有明顯銀白色金屬光澤，下表面銀白色光澤更明顯。

f)微膨脹熔融粘結(jié)(6型)-用手指壓不碎，焦渣的上、下表面均有銀白色金屬光澤，但焦渣表面具有較小的膨脹泡(或小氣泡)。

g)膨脹熔融粘結(jié)(7型)-焦渣上、下表面有銀白色金屬光澤，明顯膨脹，但高度不超過15mm。 h) 強膨脹熔融粘結(jié)(8型)-一-焦渣上、下表面有銀白色金屬光澤，焦渣高度大于15mm。

為了簡便起見，通常用上列序號作為各種焦渣特征的代號。

根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣特征，可以初步評價各種煤的加工工藝適宜性。

D、焦渣特征對電力用煤的意義

揮發(fā)分逸出后的焦渣特征系表示煤在驟熱下的粘結(jié)結(jié)焦性能。它對鍋爐用煤的選擇有積極的參考意義。對于鏈條爐，燃用粉狀焦渣特征的煤，則容易被空氣吹走，造成燃燒不完全，燃用粘結(jié)性強的煤，焦渣粘附在爐柵上，增加煤層阻力，妨礙通風。對于煤粉爐，粘結(jié)性強的煤，則在噴入爐膛吸熱后立即粘結(jié)在一起，形成空心的粒子團，未燃盡就被煙氣帶出爐膛，增加飛灰可燃物。上述這些情況，都會導致鍋爐效率降低，增加一次能源消耗，降低電廠經(jīng)濟效益。因此，焦渣特征類型對鍋爐燃燒用煤的選擇和指導都有著實際應用價值。

4、固定炭

A、固定炭的概念

從測定煤樣揮發(fā)分后的焦渣中減去灰分后的殘留物稱為固定炭，簡記符號FC。固定炭實際上是煤中的有機質(zhì)在加熱制度下產(chǎn)生的熱解固體產(chǎn)物，屬于焦渣的一部分。在元素組成上，固定炭不僅含有炭元素，還含有氫、氧、氮等元素。因此，固定炭含量與煤中有機質(zhì)的碳元素含量是不相同的兩個概念。一般說來，煤中固定炭含量小于煤中有機質(zhì)的碳含量，只有在高煤化度的煤中兩者才接近。 B、固定炭的計算

按照固定炭的概念和煤的工業(yè)分析的基本思想煤的固定炭應為除去水分、揮發(fā)分和灰分

后的殘余物，其產(chǎn)率可采用減量法計算，即:

FCad=100-(Mad+Aad+Vad)式中:

FCad一空氣干燥基煤樣的固定碳含量，單位為百分數(shù)(%);

Mad空氣干燥煤樣的水分含量，單位為百分數(shù)(%);

Aad空氣干燥煤樣的灰分產(chǎn)率，單位為百分數(shù)(%);

Vad一空氣干燥基煤樣揮發(fā)分的產(chǎn)

率，單位為百分數(shù)(%)。