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煤质技术指标-煤炭水分常见问题

1.水分分析实验步骤(空气干燥法):

第1步:干燥称量瓶,称取粒度小于0.2mm的试验煤样1g,称准至0.0002g,平摊在称量瓶中。
第2步:打开称量瓶盖,放入预先鼓风并已加热到105~110℃的干燥箱中。在一直鼓风的条件下,烟煤干燥1h,无烟煤干燥1.5h。注:预先鼓风是为了使温度均匀,可将装有煤样的称量瓶放入干燥箱前3~5min就开始鼓风。
第3步:1.从干燥箱中取出称量瓶,立即盖上盖,放入干燥器中冷却至室温(约20min)后称量。2.进行检查性干燥,每次30min,直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.0010g或质量增加时为止。在后一种情况下,采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分小于2.00%时,不必进行检查性干燥。

2.什么是煤炭水分及分类?

答:煤炭水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。  

煤炭水分过大是,不利于加工、运输等,燃烧时会影响热稳定性和热传导,炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。  

现在我们常报的煤炭水份指标有:  

1 、全水份( Mt ),是煤中所有内在水份和外在水份的总和,也常用 Mar 表示。通常规定在 8% 以下。  

2 、空气干燥基水份 (Mad) ,指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份,老的国家标准上有称之为 “ 分析基水份 ” 的。

3.什么是煤的内在水分?

答:指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中,在实际测定中,是指煤样达到空气干燥状态时所保留的那部分水。

4. 什么是煤的外在水分?

答:吸附在煤颗粒表面上或非毛细孔穴中的水分,在实际测定中,是指煤样达到空气干燥状态时所失去的水分。

5.煤的全水分测定中应该注意哪些问题?

答:没的全水分测定中的关键问题是要保证原来煤样的水分没有损失也没有增加,即从制样到测试前的全过程中煤样中的水分没有变化,因此必须注意以下几个问题:

采集的全水分试样保存在密封良好的容器内,并放在阴凉的地方;

制样操作要快,最好用密封式破碎机;

进行全水分测定的煤样不宜过细,如要用较细的试样进行测定,则测定该用密封式破碎机或用两步法进行测定 —— 先破碎成较大颗粒测其外在水分,再破碎到较细颗粒测其内水。

6.目前测定空气干燥煤样水分的标准方法有那几种?其原理是什么?个有什么特点?

答:空气干燥煤样水分测定的标准方法最常用的是加热干燥和共沸蒸馏法。

(一)、 加热干燥法分为干燥失重法和直接重量法。干燥失重法为煤样在 105 ~ 110℃ 下加热干燥,根据试样的质量损失来测定水分,方法简单,对于年老煤比较适合,但是由于空气中加热时间教长( 1 ~ 2h ),煤样容易氧化增重,而使测定结果偏低,对于年轻煤影响尤其大。为了克服这一缺点,一般采用两种措施。一种是在真空或惰性气氛(如氮气)中加热,避免煤与氧接触;另一种是适当提高加热温度同时尽量缩短加热时间一减弱氧化程度,如国家标准 GB212-77 《煤的工业分析方法》中规定的在 145℃ ± 5℃ 下烘烤 1h 测定褐煤水分的方法。

直接重量法是在煤样于 105 ~ 110℃ 下,在干燥氮气中加热驱出的水分,用含吸水剂的吸收管吸收,根据吸收管的增重来测定水分,起特定是由于在氮气流中加热不存在氧化问题,所以结果也比较准确,但仪器设备和测定步骤比较干燥失重法麻烦。

(二)、 共沸蒸馏法系将煤样悬浮在一种与水不互溶的有机溶剂(如甲苯或二甲苯)中,加热蒸馏,煤炭水分被有机溶剂蒸汽带出后冷凝收集在一个带刻度的接受管中,根据所收集的水的体积,测定出没的水分含量。它是一种很准确的方法,但是试样用量较多,使用的溶剂甲苯或二甲苯为易燃、有毒物质,而且对于年轻褐煤常用的两种溶剂 —— 甲苯和二甲苯的测定结果不一致,二甲苯的沸点较高( 140℃ ),在此温度下年轻褐煤中的某些有机组会分解,产品水分导致测定结果的偏高。

7.烘烤法测定煤炭水分时为什么必须用带鼓风的烘箱?

答:鼓风的目的在于促使干燥箱内空气流动,一方面使箱内温度均匀,另一方面使煤炭水分尽快蒸发缩短实验周期。试验证明鼓风情况下干燥 1h 测得的水分值均高于不鼓风情况下测得的水分值;在随后的 0.5h 检测性干燥中,在鼓风条件下只需要进行一次,试样的质量即达到恒重,而不鼓风时,常需要进行多次,才能达到恒重。

8. 煤炭水分测定的意义? 

煤炭水分,是煤炭计价中的一个辅助指标。

   煤炭水分直接影响煤的使用、运输和储存。煤炭水分增加,煤中有用成分相对减少,且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热,因而降低了煤的发热量。煤炭水分增加,还增加了无效运输,并给卸车带来了困难。特点是冬季寒冷地区,经常发生冻车,影响卸车,影响生产,影响车皮周转,加剧了运输的紧张。   

煤炭水分也容易引起煤炭粘仓而减小煤仓容量,甚至发生堵仓事故。

   随着矿井开采深度的增加,采掘机械化的发展和井下安全生产的加强,以及喷露洒水、煤层注水、综合防尘等措施的实施,原煤水分呈增加的趋势。为此,煤矿除在开采设计上和开采过程中的采煤、掘进、通风和运输等各个环节上制定减少煤的水分的措施外,还应在煤的地面加工中采取措施减少煤炭水分。

   ( 1 )煤中游离水和化合水

   煤炭水分按存在形态的不同分为两类,既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分;化合水也叫结晶水,是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙( NaSO4.2H2O )和高龄土( AL2O3.2SiO2.2H2O)  中的结晶水。游离水在 105 ~ 110C 的温度下经过 1 ~ 2 小时可蒸发掉,而结晶水通常要在 200C 以上才能分解析出。   

煤的工业分析中只测试游离水,不测结晶水。   

( 2 )煤的外在水分和内在水分   

煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。

   外在水分,是附着在煤颗粒表面的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发,蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。

   内在水分,是吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。内在水分需在 100C 以上的温度经过一定时间才能蒸发。

   最高内在水分,当煤颗粒内部毛细孔内吸附的书分达到饱和状态时,这是煤的内在水分达到最高值,称为最高内在水分。最高内在水分与煤的孔隙度有关,而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有关,所以,最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度,尤其能更好地区分低煤化度煤。如年轻褐煤的最高内在水分多在 25% 以上,少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达 31% 。最高内在水分小于 2% 的烟煤,几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高内在水分比烟煤有有所下降,因为无烟煤的孔隙度比烟煤增加了。

( 3 )煤的全水分

   全水分,是煤炭按灰分计加中的一个辅助指标。 a. 煤中全水分的含义。煤中全水分,是指煤中全部的游离水分,即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是,化验室里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分,与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分(这是吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分,其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大),这时残留在煤中的水分为内在水分。显然,化验室测试的外在水分和内在水分,除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外,还与测试是空气的湿度和温度有关。 b. 煤的全水分测试方法要点见GB212-91 。

9.一般分析煤样水分的测定有哪几种方法?

我们在使用煤炭化验设备-量热仪检测发热量大卡时,一定要注意需要知道煤炭的水分,我们一般可以使用干燥箱和水分测定仪来得出水分。一般分析煤样水分的测定有下列三种方法,今分述于下:

通氮干燥法(适用于所有煤种); 用预先干燥和称量过的称量瓶,称取粒度小于0.2mm以下的空气干燥煤样1g±0.1g (精确至0.0002g),放入预先通入干燥氮气,并已加热到105~110℃的干燥箱中,烟煤干燥1.5h,褐煤和无烟煤干燥2h。取出冷却称量,并进行检查性干燥。甲苯蒸馏法(适用于所有煤种); 称取0.2mm空气燥煤样25g,放入圆底烧瓶中加入甲苯共同煮沸,分馏出的液体收集于水分测定管中,待分层后,量出水的体积(mL)。以水的质量占煤样质量的百分数作为水分含量。

空气干燥法(适用于烟煤和无烟煤);称取一定量的空气干燥基煤样(1g±0.1g),置于预先鼓风并已加热 到105~110℃的干燥箱中,在一直鼓风的条件下烟煤干燥1h,无烟煤干燥1~1.5h。取出,冷却,称量,再进行检查性干燥。

此外GB/T15334-94标准中还规定了用微波干燥法测定空干(分析)基煤样水分。它适用于褐煤、烟煤和无烟煤。但涂仲裁用。此法是称取一定量的空气干燥基煤样,置于微波测水仪内,加热室内磁控管发射非电离微波,使水分子受超高速振动,产生摩擦热,使煤中水分迅速蒸发,根据煤样质量损失计算水分。我们一般情况下都是用第三种方法来得出煤炭的水分,使用干燥箱最为合适。

10.如何利用内水和外水的测定结果来计算煤的全水分?

全水分往往分两步测定,即先测定煤的外在水分,然后再测定煤的内在水分。两次测定结果的和(不能直接相加,需作必要的换算)就是煤的全水分。这里所说的外在水分是指煤样放在空气中并同空气的湿度达到平衡时所失去的水分。残留在煤样内部的水分即为内在水分。

根据外在水分和内在水分的测定结果,可用式计算煤的全水分。

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

式中 Mt—全水分,%;

Mf—外在水分,%;

Minh—内在水分,%。

如煤样的水分在运送过程中有损失,外在水分(Mf)可按式进行补正。

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

式中 Mf'—补正后的外在水分,%;

M1—在运送过程中煤样水分的损失,%。

收到基低位发热量是各种煤用作动力燃料时最重要的指标之一,因此收到基水分(即煤在燃烧时的全水分)也是动力用煤的一个十分重要的指标。

11.煤炭化验设备-水分操作过程:

全水计算公式:国标做法

将烘干箱温度升至105度正负10度以内,在称量瓶内称取10克至12克,粒度为3至6毫米煤样用大瓶称,放入烘干箱内,将称量瓶上盖打开,关上箱门,开始记时,2小时后打开箱门盖上称量瓶上盖,取出晾至室温后称量,计算结果。
公式;

   瓶重加煤样重减烧后重
全水=——————————×100
      煤重

分析水计算公式:国标做法

将烘干箱温度升至105度正负10度以内,在称量瓶内称取1克正负0.1克,粒度为0.2毫米煤样,放入烘干箱内,将称量瓶上盖打开,关上箱门,开始记时,1小时后打开箱门盖上称量瓶上盖,取出晾至室温后称量,计算结果。
公式;

   瓶重加煤样重减烧后重
分析水=——————————×100
      煤重

全水计算公式:快速做法

将烘干箱温度升至145度正负10度以内,在称量瓶内称取10克至12克,粒度为3至6毫米煤样用大瓶称,放入烘干箱内,将称量瓶上盖打开,关上箱门,开始记时,40分钟后打开箱门盖上称量瓶上盖,取出晾至室温后称量,计算结果。
公式;

    瓶重加煤样重减烧后重
全水=——————————×100
      煤重

分析水计算公式:快速做法

将烘干箱温度升至145度正负10度以内,在称量瓶内称取0.5至1克,粒度为0.2毫米煤样,放入烘干箱内,将称量瓶上盖打开,关上箱门,开始记时,半小时后打开箱门盖上称量瓶上盖,取出晾至室温后称量,计算结果。
公式;

   瓶重加煤样重减烧后重
分析水=——————————×100
      煤重

12.说明煤中水分的性质

水分是煤中的杂质。煤中的水分由外在水分和内在水分组成。外在水分又叫表面水分,它是因雨、露、冰、雪或在开采过程中进入煤中的,靠自然干燥可以去掉;内在水分又叫固有水分,靠自然干燥不能去掉,必须把煤加热到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对降低。

13.煤中的水分对锅炉运行有何影响

水分多煤,引燃和着火较困难,且延长燃烧过程,降低燃烧室温度,增加不完全燃烧损失和排烟热损失;同时还会增加引风机的耗电量,影响制粉系统的煤粉细度,降低磨煤机出力,甚至堵塞制粉管道,使煤粉仓、给煤机下粉不均匀,造成燃烧失常。

14.煤焦化验设备之水分和发热量的关系

全水分高的煤,将直接影响到收到基低位发热量的降低。据测算,全水分每增加1%,将影响发热量250--335J/g,所以,全水分越高的煤,发热量也越低,如全水分达到40%以上的年轻褐煤,其收到基低位发热量可降至12.5MJ/Kg以下。而全水低至3%左右的低灰主焦煤,其发热量可达29.40MJ/Kg以上。
煤的空气干燥基水分的高低,则与煤的煤化程度有关,一般是越年轻的煤,其全水分也越高,通常年轻的褐煤的全水分有达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,发热量也越低,而全水分的高低主要取决于煤的类别,即发热量高的焦煤、肥煤类的全水分值也越低。而到无烟煤阶段,随着其水分的增高,发热量也就明显降低。

煤炭水分相关链接:

GB/T 212 煤的工业分析方法
GB/T 211 煤中全水分的测量方法
GB/T 4632 煤的最高内在水分测定方法
GBT/T 15334 煤的水分测定方法(微波干燥法)
煤炭水分测定步骤
焦炭水分测定方法
水分测定仪的优点及缺点
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