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《煉焦工藝》

授課教師：鄭焱學(xué)習(xí)情境一任務(wù)二煤的工業(yè)分析2任務(wù)二煤的工業(yè)分析單元一煤的組成分析單元二煤的分析測(cè)定目錄3水分：

外在水分

在一定條件下煤樣與周圍空氣濕度達(dá)到平衡時(shí)所失去的水分

Mf

內(nèi)在水分

在一定條件下煤樣達(dá)到空氣干燥狀態(tài)時(shí)所保持的水分

Minh

全水分

煤的外在水分和內(nèi)在水分的總和

Mt

空氣干燥煤樣水分空氣干燥煤樣（粒度<0.2mm）在規(guī)定條件下測(cè)得水分

Mad灰分

煤樣在規(guī)定條件下完全燃燒后所得的殘留物

A

揮發(fā)分

煤樣在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱，并進(jìn)行水分校正后的質(zhì)量損失

V

固定碳

從測(cè)定煤樣的揮發(fā)份后的殘?jiān)袦p去灰分后的殘留物

FC

焦渣特征煤樣再測(cè)定揮發(fā)份后的殘留物的粘結(jié)性柱狀

全硫

煤中無機(jī)硫和有機(jī)硫的總和

St

單元一煤的組成分析4煤的工業(yè)分析發(fā)熱量單位：焦耳/克（J/g）

千焦/克（KJ/g）

兆焦/千克（MJ/Kg）

吉焦/噸（GJ/t）

1GJ/t=1MJ/Kg=KJ/g=1000J/g1kcal＝4.1816kJ=0.0041816MJ（20℃)（1cal是指1g純水從19.5℃加熱到20.5℃時(shí)所吸收的熱量）5煤質(zhì)指標(biāo)分類

煤炭灰分分級(jí)（Ad,）

煤炭硫分分級(jí)（St，d

序號(hào)

級(jí)別名稱

灰分范圍（Ad）

級(jí)別名稱

硫分（St，d）1

特低灰煤

≤5.00

特低硫煤

≤0.50

2

低灰分煤

5.01～10.00

低硫分煤

0.51～1.00

3

低中灰煤

10.01～20.00

低中硫煤

1.01～1.50

4

中灰分煤

20.01～30.00

中硫分煤

1.51～2.00

5

中高灰煤

30.01～40.00

中高硫煤

2.01～3.00

6

高灰分煤

40.01～50.00

高硫分煤

＞3.00

6煤炭發(fā)熱量分級(jí)（Qnet，ar）

序號(hào)

級(jí)別名稱

發(fā)熱量范圍（Qnet，ar

KJ/kg）

級(jí)別名稱

分級(jí)范圍（Vdaf，%）1

低熱值煤

8.50～12.50

低揮發(fā)分煤

≤10.00

2

中低熱值

12.51～17.00

低揮發(fā)分煤

＞10～20

3

中熱值煤

17.01～21.00

中等揮發(fā)分

＞20～28

4

中高熱值

21.01～24.00

中揮發(fā)分煤

＞28～37

5

高熱值煤

24.01～27.00

高揮發(fā)分煤

＞37～506

特高熱值

＞27.0

特高揮發(fā)分

＞50

煤揮發(fā)分分級(jí)(GB/T212)

7煤質(zhì)指標(biāo)分類

煤的固定碳分級(jí)(GB/T212)

序號(hào)

級(jí)別名稱

分級(jí)范圍

（FCd，%）

級(jí)別名稱

分級(jí)范圍

（Mt，%）

1

特低固定碳

≤45.00

特低全水分煤

≤6.0

2

低固定碳煤

＞45～55

低全水分煤

＞6～8

3

中等固定碳

＞55～65

中等全水分煤

＞8～12

4

中高固定碳

＞65～75

中高全水分煤

＞12～20

5

高固定碳煤

＞75～85

高全水分煤

＞20～40

6

特高固定碳

＞85

特高全水分煤

＞40

煤炭全水分分級(jí)(GB/T212)

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單元二：煤的分析測(cè)定水分全水分空干基水分灰分揮發(fā)分硫分發(fā)熱量9全水分的測(cè)定稱取粒度<13mm的煤樣（500±10）g取出，趁熱稱量預(yù)先干燥并稱量放入預(yù)先加熱到（105~110）℃干燥箱內(nèi)，鼓風(fēng)干燥2h10全水分的結(jié)果計(jì)算煤樣的全水分計(jì)算：

Mt=

式中：

Mt—煤中的全水分，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，單位為%;m—稱取的煤樣的重量，單位為g;m1—煤樣干燥后的質(zhì)量損失，單位為g.

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空氣干燥基水分的測(cè)定預(yù)先干燥并稱量稱取粒度＜0.2mm的分析煤樣（1±0.1）g放入預(yù)先加熱到（105～110）℃的干燥箱內(nèi)，鼓風(fēng)干燥1h.取出，蓋上蓋子，放入干燥器中冷卻到室溫后稱量12空干基水分的測(cè)定空氣干燥煤樣的水分計(jì)算：

Mad=

式中：

Mad—空氣干燥煤樣的水分，單位為5;m—稱取的空氣干燥煤樣的重量，單位為g;m1—煤樣干燥后的質(zhì)量損失，單位為g.

13取出預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的灰皿稱取粒度＜0.2mm的一般分析煤樣（1±0.1）g,均勻地?cái)偲皆诨颐笾?/p>

灰分的測(cè)定14將灰皿放入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中關(guān)上爐門并使?fàn)t門留有15mm左右的縫隙煙囪開關(guān)方向與煙囪方向平行12315在不少于30min的時(shí)間內(nèi)將爐溫緩慢升至500℃，并在此溫度下保持30min繼續(xù)升溫到（815±10)℃，并在此溫度下灼燒1h.

從爐中取出灰皿，放在石棉板上，在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器重冷卻至室溫（約20min)后稱量。16為何要在500℃停留30min?

煤樣如果不在500℃下停留30min,而直接送至815℃，則CaCO3分解出CaO與S生成的SO2生成固態(tài)CaSO4,CaSO4在1250℃后才會(huì)繼續(xù)分解。故CaSO4殘留在灰渣中，導(dǎo)致灰分產(chǎn)率變大。

CaO+SO2+1/2O2→CaSO417灰分的計(jì)算煤樣的空氣干燥基灰分：

Aad=

式中：

Aad—一般分析試樣煤樣的灰分，單位為百分（%）；

m

—稱取的一般分析試樣煤樣的質(zhì)量，單位為（g）；

m1—灼燒后殘留物的質(zhì)量，單位為克（g）。18揮發(fā)分的測(cè)定取出帶有嚴(yán)密蓋并預(yù)先灼燒至恒重的瓷坩堝稱取粒度＜0.2mm的一般分析煤樣（1±0.1）g,然后輕輕振動(dòng)坩堝，使煤樣攤平19將馬弗爐預(yù)先加熱到920℃左右，打開爐門，迅速將有坩堝的架子送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐溫并計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確加熱7min.20從爐中取出坩堝，放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻到室溫(約20min)后稱量21揮發(fā)分的計(jì)算煤樣的空氣干燥基揮發(fā)分的計(jì)算：

Vad=

式中：

Vad—空氣干燥基揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；

m

—稱取的一般分析試樣煤樣的質(zhì)量，單位為（g）；

m1—煤樣加熱后減少的質(zhì)量，單位為克（g）。

Mad—一般分析試驗(yàn)煤樣的水分，單位為百分?jǐn)?shù)（%）22解析庫(kù)侖法測(cè)煤中全硫23庫(kù)侖法測(cè)試原理：1）將煤樣在1150℃高溫及催化劑三氧化鎢的作用下，于凈化空氣流中充分燃燒分解。各種形態(tài)的硫轉(zhuǎn)化成硫氧化物（主要為二氧化硫），并被空氣流帶到電解池中，與水反應(yīng)生成亞硫酸及少量硫酸。

S+O2=SO2SO2+H2O=H2SO3

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3）單質(zhì)溴和單質(zhì)碘在溶液中迅速擴(kuò)散，被生成的亞硫酸鹽還原成碘離子和溴離子，如此循環(huán)，直至不再生成亞硫酸鹽，電解終止，通過精確測(cè)量分析電解反應(yīng)過程中所消耗的電量，有法拉第電解定律來計(jì)算硫含量。2）同時(shí)電解池響應(yīng)，電解碘化鉀和溴化鉀溶液，生成單質(zhì)碘和單質(zhì)溴。SO2+2KI+2H2O=I2↓+K2SO4+2H2↑

SO2+2KBr+2H2O=Br2↓+K2SO4+2H2↑25

測(cè)定步驟1.將管式高溫爐升溫并控制在（1150±5）℃。2.開動(dòng)供氣泵和抽氣泵，將抽氣流量調(diào)節(jié)到1000ml/min,在抽氣下，將250～300ml電解液加入電解池內(nèi)，開動(dòng)電磁攪動(dòng)器。3.在瓷舟中加入少量非測(cè)定用的煤樣，進(jìn)行測(cè)定。4.于瓷舟稱取粒度<0.2mm的空氣干燥煤樣，在煤樣上蓋一薄層三氧化鎢。265.將瓷舟置于送樣的石英托盤上，開啟送樣程序控制器，煤樣即自動(dòng)送進(jìn)爐內(nèi)，庫(kù)侖滴定隨即開始。試驗(yàn)結(jié)束后，記錄測(cè)試結(jié)果。1.正式測(cè)試樣品簽，須先做2～3個(gè)廢樣，確保電解液達(dá)到平衡狀態(tài)，然后才做正式樣品。廢樣含硫量宜低、中、高各一個(gè)。2.一批試樣最好連續(xù)做完，如中間間斷比較長(zhǎng)時(shí)間（超過15分鐘），須加做一個(gè)廢樣再繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。注意27

煤中發(fā)熱量的測(cè)定方法

煤的發(fā)熱量在氧彈熱量計(jì)中進(jìn)行測(cè)定。一定量的分析試樣在氧彈熱量計(jì)中，在充有過量氧氣的氧彈內(nèi)燃燒，根據(jù)試樣燃燒前后量熱系統(tǒng)產(chǎn)生的溫升，并對(duì)點(diǎn)火熱等附加熱進(jìn)行校正后即可求得試樣的彈筒發(fā)熱量。再根據(jù)水分、硫含量、氫含量等即可求得高低發(fā)熱量。28

儀器設(shè)備29發(fā)熱量檢測(cè)的步驟（１）稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥煤樣0.9g～1.1g（稱準(zhǔn)到0.0002g），放入潔凈的坩堝內(nèi)，然后輕輕振動(dòng)坩堝，使煤樣攤平，將坩堝安放在氧彈頭電極架上；（２）取一段金屬引燃絲（鎳鉻絲），將其兩端分別縛緊在氧彈頭的兩個(gè)電極柱上，點(diǎn)火絲與試樣保持良好接觸或保持微小的距離（對(duì)易飛濺和易燃的煤），注意勿使點(diǎn)火絲接觸坩堝（并嚴(yán)禁點(diǎn)火絲重疊在一起），以免形成短路而導(dǎo)致點(diǎn)火失敗，甚至燒毀坩堝；（３）向氧彈筒內(nèi)移入10mL蒸餾水（每次檢定及測(cè)定移入蒸餾水量應(yīng)相同），將氧彈頭插入氧彈筒內(nèi)，小心擰緊氧彈蓋，注意避免燃燒皿和點(diǎn)火絲的位置因受震動(dòng)而改變；。3031（4）與充氧系統(tǒng)相連，向彈內(nèi)緩緩充入氧氣，直至壓力到2.8MPa～3.0MPa后計(jì)時(shí)，一般充氧時(shí)間不少于15s。如充氧不慎，彈內(nèi)壓力達(dá)到3.3MPa時(shí)，則中斷操作，放掉氧氣，更換試樣后重新安裝氧彈；重復(fù)做2次。（5）試樣裝好后將氧彈小心地移入內(nèi)桶中的三角支架上，并將試樣重量、收到基水分、空干基水分、全硫、氫基輸入電腦中。注：氫基可能公式法，即輸入灰分、揮發(fā)分、焦渣特征系數(shù)得出。

三、配合煤的質(zhì)量指標(biāo)及其計(jì)算方法

配煤質(zhì)量指標(biāo)主要是指配合煤的水分、灰分、揮發(fā)分、硫分、膠質(zhì)層厚度、膨脹壓力、黏結(jié)性及細(xì)度等。不同的焦炭使用部門對(duì)其質(zhì)量要求不同，則配合煤指標(biāo)也有所不同。1.水分配合煤水分是否穩(wěn)定，主要取決于單種煤的水分。水分過小，會(huì)惡化焦?fàn)t裝煤操作環(huán)境；水分過大，會(huì)使裝煤操作困難。通常水分每增加1%，結(jié)焦時(shí)間約延長(zhǎng)20分鐘。另外裝爐煤水分對(duì)堆密度也有影響，如圖3-12為二者的關(guān)系。由圖可見，煤料水分低于6～7%時(shí)，隨水分降低堆密度增高。水分大于7%，堆密度也增高，這是由于水分的潤(rùn)滑作用，促進(jìn)煤粒相對(duì)位移所致。但水分增高，會(huì)使結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)，煉焦耗熱量增高，所以裝爐煤水分不宜過高。而且過高不僅影響焦炭產(chǎn)量，也影響煉焦速度，同時(shí)影響焦?fàn)t壽命。所以要力求使配煤的水分穩(wěn)定，以利于焦?fàn)t加熱制度穩(wěn)定。操作時(shí)，來煤應(yīng)盡量避免直接進(jìn)配煤槽，應(yīng)在煤場(chǎng)堆放一定時(shí)期，通過瀝水穩(wěn)定水分，也可通過干燥，穩(wěn)定裝爐煤的水分。一般情況下，配合煤水分穩(wěn)定在8%～12%較為合適。圖3-12煤料堆密度與水分關(guān)系

2.灰分成焦過程中，煤料中的灰分幾乎全部轉(zhuǎn)入焦炭中。一般配煤的成焦率為70～80%，焦炭的灰分即為配煤灰分的1.3～1.4倍?；曳质嵌栊晕镔|(zhì)，灰分高則黏結(jié)性降低?；曳值念w粒較大，硬度比煤大，它與焦炭物質(zhì)之間有明顯的分界面，而且膨脹系數(shù)不同，當(dāng)半焦收縮時(shí)，灰分顆粒成為裂紋中心，灰分顆粒越大則裂紋越寬、越深、越長(zhǎng)，所以配合煤的灰分高，則焦炭強(qiáng)度降低。配合煤灰分可直接測(cè)定，也可以將各單種煤灰分用加和性原則進(jìn)行計(jì)算，如下式：式中Ad──配合煤的干基灰分，%；Adi──各單種煤的干基灰分，%；Xi──各單種煤的干煤配比量，%。我國(guó)規(guī)定：一級(jí)冶金焦的灰分不大于12%，按成焦率75%計(jì)算，配合煤灰分應(yīng)不大于12%×75%=9%，若焦炭灰分小于13%，全焦率按78%計(jì)算，則配合煤灰分約為：13%×78%=10.14%[例3-2]某焦化廠配煤情況如表3-2。則配合煤灰分為：

降低配合煤的灰分有利于降低焦炭的灰分，可使高爐、化鐵爐等降低焦耗，提高產(chǎn)量；但是降低灰分會(huì)使洗精煤產(chǎn)率降低，提高了洗精煤成本。因此應(yīng)從經(jīng)濟(jì)效益、資源利用等方面進(jìn)行綜合考慮。我國(guó)的煤炭資源中，多數(shù)的焦煤和肥煤含灰分高，屬于難洗煤，而高揮發(fā)分弱黏結(jié)性氣煤則貯量較多，且低灰、易洗，所以可將灰分較高的焦煤、肥煤和灰分較低的氣煤相配