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                                煤質技術指標-煤炭水分常見問題

                                1.水分分析實驗步驟(空氣干燥法):

                                第1步:干燥稱量瓶,稱取粒度小于0.2mm的試驗煤樣1g,稱準至0.0002g,平攤在稱量瓶中。
                                第2步: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。注:預先鼓風是為了使溫度均勻,可將裝有煤樣的稱量瓶放入干燥箱前3~5min就開始鼓風。
                                第3步:1.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。2.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或質量增加時為止。在后一種情況下,采用質量增加前一次的質量為計算依據。水分小于2.00%時,不必進行檢查性干燥。

                                2.什么是煤炭水分及分類?

                                答:煤炭水分分為內在水分、外在水分、結晶水和分解水。  

                                煤炭水分過大是,不利于加工、運輸等,燃燒時會影響熱穩定性和熱傳導,煉焦時會降低焦產率和延長焦化周期。  

                                現在我們常報的煤炭水份指標有:  

                                1 、全水份( Mt ),是煤中所有內在水份和外在水份的總和,也常用 Mar 表示。通常規定在 8% 以下。  

                                2 、空氣干燥基水份 (Mad) ,指煤炭在空氣干燥狀態下所含的水份。也可以認為是內在水份,老的國家標準上有稱之為 “ 分析基水份 ” 的。

                                3.什么是煤的內在水分?

                                答:指吸附或凝聚在煤顆粒內部毛細孔中,在實際測定中,是指煤樣達到空氣干燥狀態時所保留的那部分水。

                                4. 什么是煤的外在水分?

                                答:吸附在煤顆粒表面上或非毛細孔穴中的水分,在實際測定中,是指煤樣達到空氣干燥狀態時所失去的水分。

                                5.煤的全水分測定中應該注意哪些問題?

                                答:沒的全水分測定中的關鍵問題是要保證原來煤樣的水分沒有損失也沒有增加,即從制樣到測試前的全過程中煤樣中的水分沒有變化,因此必須注意以下幾個問題:

                                采集的全水分試樣保存在密封良好的容器內,并放在陰涼的地方;

                                制樣操作要快,最好用密封式破碎機;

                                進行全水分測定的煤樣不宜過細,如要用較細的試樣進行測定,則測定該用密封式破碎機或用兩步法進行測定 —— 先破碎成較大顆粒測其外在水分,再破碎到較細顆粒測其內水。

                                6.目前測定空氣干燥煤樣水分的標準方法有那幾種?其原理是什么?個有什么特點?

                                答:空氣干燥煤樣水分測定的標準方法最常用的是加熱干燥和共沸蒸餾法。

                                (一)、 加熱干燥法分為干燥失重法和直接重量法。干燥失重法為煤樣在 105 ~ 110℃ 下加熱干燥,根據試樣的質量損失來測定水分,方法簡單,對于年老煤比較適合,但是由于空氣中加熱時間教長( 1 ~ 2h ),煤樣容易氧化增重,而使測定結果偏低,對于年輕煤影響尤其大。為了克服這一缺點,一般采用兩種措施。一種是在真空或惰性氣氛(如氮氣)中加熱,避免煤與氧接觸;另一種是適當提高加熱溫度同時盡量縮短加熱時間一減弱氧化程度,如國家標準 GB212-77 《煤的工業分析方法》中規定的在 145℃ ± 5℃ 下烘烤 1h 測定褐煤水分的方法。

                                直接重量法是在煤樣于 105 ~ 110℃ 下,在干燥氮氣中加熱驅出的水分,用含吸水劑的吸收管吸收,根據吸收管的增重來測定水分,起特定是由于在氮氣流中加熱不存在氧化問題,所以結果也比較準確,但儀器設備和測定步驟比較干燥失重法麻煩。

                                (二)、 共沸蒸餾法系將煤樣懸浮在一種與水不互溶的有機溶劑(如甲苯或二甲苯)中,加熱蒸餾,煤炭水分被有機溶劑蒸汽帶出后冷凝收集在一個帶刻度的接受管中,根據所收集的水的體積,測定出沒的水分含量。它是一種很準確的方法,但是試樣用量較多,使用的溶劑甲苯或二甲苯為易燃、有毒物質,而且對于年輕褐煤常用的兩種溶劑 —— 甲苯和二甲苯的測定結果不一致,二甲苯的沸點較高( 140℃ ),在此溫度下年輕褐煤中的某些有機組會分解,產品水分導致測定結果的偏高。

                                7.烘烤法測定煤炭水分時為什么必須用帶鼓風的烘箱?

                                答:鼓風的目的在于促使干燥箱內空氣流動,一方面使箱內溫度均勻,另一方面使煤炭水分盡快蒸發縮短實驗周期。試驗證明鼓風情況下干燥 1h 測得的水分值均高于不鼓風情況下測得的水分值;在隨后的 0.5h 檢測性干燥中,在鼓風條件下只需要進行一次,試樣的質量即達到恒重,而不鼓風時,常需要進行多次,才能達到恒重。

                                8. 煤炭水分測定的意義? 

                                煤炭水分,是煤炭計價中的一個輔助指標。

                                   煤炭水分直接影響煤的使用、運輸和儲存。煤炭水分增加,煤中有用成分相對減少,且水分在燃燒時變成蒸汽要吸熱,因而降低了煤的發熱量。煤炭水分增加,還增加了無效運輸,并給卸車帶來了困難。特點是冬季寒冷地區,經常發生凍車,影響卸車,影響生產,影響車皮周轉,加劇了運輸的緊張。   

                                煤炭水分也容易引起煤炭粘倉而減小煤倉容量,甚至發生堵倉事故。

                                   隨著礦井開采深度的增加,采掘機械化的發展和井下安全生產的加強,以及噴露灑水、煤層注水、綜合防塵等措施的實施,原煤水分呈增加的趨勢。為此,煤礦除在開采設計上和開采過程中的采煤、掘進、通風和運輸等各個環節上制定減少煤的水分的措施外,還應在煤的地面加工中采取措施減少煤炭水分。

                                   ( 1 )煤中游離水和化合水

                                   煤炭水分按存在形態的不同分為兩類,既游離水和化合水。游離水是以物理狀態吸附在煤顆粒內部毛細管中和附著在煤顆粒表面的水分;化合水也叫結晶水,是以化合的方式同煤中礦物質結合的水。如硫酸鈣( NaSO4.2H2O )和高齡土( AL2O3.2SiO2.2H2O)  中的結晶水。游離水在 105 ~ 110C 的溫度下經過 1 ~ 2 小時可蒸發掉,而結晶水通常要在 200C 以上才能分解析出。   

                                煤的工業分析中只測試游離水,不測結晶水。   

                                ( 2 )煤的外在水分和內在水分   

                                煤的游離水分又分為外在水分和內在水分。

                                   外在水分,是附著在煤顆粒表面的水分。外在水分很容易在常溫下的干燥空氣中蒸發,蒸發到煤顆粒表面的水蒸氣壓與空氣的濕度平衡時就不再蒸發了。

                                   內在水分,是吸附在煤顆粒內部毛細孔中的水分。內在水分需在 100C 以上的溫度經過一定時間才能蒸發。

                                   最高內在水分,當煤顆粒內部毛細孔內吸附的書分達到飽和狀態時,這是煤的內在水分達到最高值,稱為最高內在水分。最高內在水分與煤的孔隙度有關,而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有關,所以,最高內在水分含量在相當程度上能表征煤的煤化程度,尤其能更好地區分低煤化度煤。如年輕褐煤的最高內在水分多在 25% 以上,少數的如云南彌勒褐煤最高內在水分達 31% 。最高內在水分小于 2% 的煙煤,幾乎都是強粘性和高發熱量的肥煤和主焦煤。無煙煤的最高內在水分比煙煤有有所下降,因為無煙煤的孔隙度比煙煤增加了。

                                ( 3 )煤的全水分

                                   全水分,是煤炭按灰分計加中的一個輔助指標。 a. 煤中全水分的含義。煤中全水分,是指煤中全部的游離水分,即煤中外在水分和內在水分之和。必須指出的是,化驗室里測試煤的全水分時所測的煤的外在水分和內在水分,與上面講的煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分是完全不同的。化驗室里所測的外在水分是指煤樣在空氣中并同空氣濕度達到平衡時失去的水分(這是吸附在煤毛細孔中的內在水分也會相應失去一部分,其數量隨當時空氣濕度的降低和溫度的升高而增大),這時殘留在煤中的水分為內在水分。顯然,化驗室測試的外在水分和內在水分,除與煤中不同結構狀態下的外在水分和內在水分有關外,還與測試是空氣的濕度和溫度有關。 b. 煤的全水分測試方法要點見GB212-91 。

                                9.一般分析煤樣水分的測定有哪幾種方法?

                                我們在使用煤炭化驗設備-量熱儀檢測發熱量大卡時,一定要注意需要知道煤炭的水分,我們一般可以使用干燥箱和水分測定儀來得出水分。一般分析煤樣水分的測定有下列三種方法,今分述于下:

                                通氮干燥法(適用于所有煤種); 用預先干燥和稱量過的稱量瓶,稱取粒度小于0.2mm以下的空氣干燥煤樣1g±0.1g (精確至0.0002g),放入預先通入干燥氮氣,并已加熱到105~110℃的干燥箱中,煙煤干燥1.5h,褐煤和無煙煤干燥2h。取出冷卻稱量,并進行檢查性干燥。甲苯蒸餾法(適用于所有煤種); 稱取0.2mm空氣燥煤樣25g,放入圓底燒瓶中加入甲苯共同煮沸,分餾出的液體收集于水分測定管中,待分層后,量出水的體積(mL)。以水的質量占煤樣質量的百分數作為水分含量。

                                空氣干燥法(適用于煙煤和無煙煤);稱取一定量的空氣干燥基煤樣(1g±0.1g),置于預先鼓風并已加熱 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1~1.5h。取出,冷卻,稱量,再進行檢查性干燥。

                                此外GB/T15334-94標準中還規定了用微波干燥法測定空干(分析)基煤樣水分。它適用于褐煤、煙煤和無煙煤。但涂仲裁用。此法是稱取一定量的空氣干燥基煤樣,置于微波測水儀內,加熱室內磁控管發射非電離微波,使水分子受超高速振動,產生摩擦熱,使煤中水分迅速蒸發,根據煤樣質量損失計算水分。我們一般情況下都是用第三種方法來得出煤炭的水分,使用干燥箱最為合適。

                                10.如何利用內水和外水的測定結果來計算煤的全水分?

                                全水分往往分兩步測定,即先測定煤的外在水分,然后再測定煤的內在水分。兩次測定結果的和(不能直接相加,需作必要的換算)就是煤的全水分。這里所說的外在水分是指煤樣放在空氣中并同空氣的濕度達到平衡時所失去的水分。殘留在煤樣內部的水分即為內在水分。

                                根據外在水分和內在水分的測定結果,可用式計算煤的全水分。

                                Mt=Mf+Minh(100-Mt)/100

                                式中 Mt—全水分,%;

                                Mf—外在水分,%;

                                Minh—內在水分,%。

                                如煤樣的水分在運送過程中有損失,外在水分(Mf)可按式進行補正。

                                Mf'=M1+Mf(100-M1)/100

                                式中 Mf'—補正后的外在水分,%;

                                M1—在運送過程中煤樣水分的損失,%。

                                收到基低位發熱量是各種煤用作動力燃料時最重要的指標之一,因此收到基水分(即煤在燃燒時的全水分)也是動力用煤的一個十分重要的指標。

                                11.煤炭化驗設備-水分操作過程:

                                全水計算公式:國標做法

                                將烘干箱溫度升至105度正負10度以內,在稱量瓶內稱取10克至12克,粒度為3至6毫米煤樣用大瓶稱,放入烘干箱內,將稱量瓶上蓋打開,關上箱門,開始記時,2小時后打開箱門蓋上稱量瓶上蓋,取出晾至室溫后稱量,計算結果。
                                公式;

                                   瓶重加煤樣重減燒后重
                                全水=——————————×100
                                      煤重

                                分析水計算公式:國標做法

                                將烘干箱溫度升至105度正負10度以內,在稱量瓶內稱取1克正負0.1克,粒度為0.2毫米煤樣,放入烘干箱內,將稱量瓶上蓋打開,關上箱門,開始記時,1小時后打開箱門蓋上稱量瓶上蓋,取出晾至室溫后稱量,計算結果。
                                公式;

                                   瓶重加煤樣重減燒后重
                                分析水=——————————×100
                                      煤重

                                全水計算公式:快速做法

                                將烘干箱溫度升至145度正負10度以內,在稱量瓶內稱取10克至12克,粒度為3至6毫米煤樣用大瓶稱,放入烘干箱內,將稱量瓶上蓋打開,關上箱門,開始記時,40分鐘后打開箱門蓋上稱量瓶上蓋,取出晾至室溫后稱量,計算結果。
                                公式;

                                    瓶重加煤樣重減燒后重
                                全水=——————————×100
                                      煤重

                                分析水計算公式:快速做法

                                將烘干箱溫度升至145度正負10度以內,在稱量瓶內稱取0.5至1克,粒度為0.2毫米煤樣,放入烘干箱內,將稱量瓶上蓋打開,關上箱門,開始記時,半小時后打開箱門蓋上稱量瓶上蓋,取出晾至室溫后稱量,計算結果。
                                公式;

                                   瓶重加煤樣重減燒后重
                                分析水=——————————×100
                                      煤重

                                12.說明煤中水分的性質

                                水分是煤中的雜質。煤中的水分由外在水分和內在水分組成。外在水分又叫表面水分,它是因雨、露、冰、雪或在開采過程中進入煤中的,靠自然干燥可以去掉;內在水分又叫固有水分,靠自然干燥不能去掉,必須把煤加熱到102~105℃并保持2h才能去掉。水分的存在使煤中可燃元素的含量相對降低。

                                13.煤中的水分對鍋爐運行有何影響

                                水分多煤,引燃和著火較困難,且延長燃燒過程,降低燃燒室溫度,增加不完全燃燒損失和排煙熱損失;同時還會增加引風機的耗電量,影響制粉系統的煤粉細度,降低磨煤機出力,甚至堵塞制粉管道,使煤粉倉、給煤機下粉不均勻,造成燃燒失常。

                                14.煤焦化驗設備之水分和發熱量的關系

                                全水分高的煤,將直接影響到收到基低位發熱量的降低。據測算,全水分每增加1%,將影響發熱量250--335J/g,所以,全水分越高的煤,發熱量也越低,如全水分達到40%以上的年輕褐煤,其收到基低位發熱量可降至12.5MJ/Kg以下。而全水低至3%左右的低灰主焦煤,其發熱量可達29.40MJ/Kg以上。
                                煤的空氣干燥基水分的高低,則與煤的煤化程度有關,一般是越年輕的煤,其全水分也越高,通常年輕的褐煤的全水分有達40%以上,年老褐煤的全水分也多在15%以上。通常,全水分越高的煤,發熱量也越低,而全水分的高低主要取決于煤的類別,即發熱量高的焦煤、肥煤類的全水分值也越低。而到無煙煤階段,隨著其水分的增高,發熱量也就明顯降低。

                                煤炭水分相關鏈接:

                                GB/T 212 煤的工業分析方法
                                GB/T 211 煤中全水分的測量方法
                                GB/T 4632 煤的最高內在水分測定方法
                                GBT/T 15334 煤的水分測定方法(微波干燥法)
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