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實(shí)驗(yàn)1 煤的工業(yè)分析
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1.掌握煤的工業(yè)分析方法。
2.了解煤的使用性能及煤種的判斷方法。
3.學(xué)會(huì)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算煤的低發(fā)熱量。
二、實(shí)驗(yàn)原理
固體燃料煤是由極其復(fù)雜的有機(jī)化合物組成的,通常包含碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)五種元素及部分礦物雜質(zhì)(灰分A)和水分M。對(duì)煤進(jìn)行成分分析,常采用元素分析和工業(yè)分析兩種方法。其中元素分析可參照GB476—79《煤的元素分析方法》進(jìn)行;而工業(yè)分析則是我國(guó)工礦企業(yè)中采用的一種簡(jiǎn)易分析方法,即通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的空氣干燥基煤樣所含揮發(fā)分V、固定碳FC、灰分A和水分M進(jìn)行測(cè)定以得到煤的工業(yè)分析成分的方法。若分別以
2、Vad、FCad、Aad和Mad,表示空氣干燥基下煤樣中揮發(fā)分、固定碳、灰分和水分的重量百分含量,則有:
Vad+Fcad+Aad+Mad=100
工業(yè)分析方法由于比較簡(jiǎn)單,一般工廠都可進(jìn)行,且對(duì)于了解固體燃料的使用性能已能滿足要求,因而得到廣泛應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)中所遵循的原理為熱解重量法,即根據(jù)煤樣中各組分的不同物理化學(xué)性質(zhì)控制不同的溫度和時(shí)間,使其中的某種組分發(fā)生分解或完全燃燒,并以失去的重量占原試樣重量的百分比作為該組分的重量百分含量。其中對(duì)水分的分析采用常規(guī)測(cè)定的方法進(jìn)行。鑒于空氣干燥基下煤樣中的水分為內(nèi)在水分較難蒸發(fā),故置于105~110℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥,并進(jìn)行檢查,直至重
3、量變化小于0.001g為止;對(duì)煤的灰分的,分析采用快速灰化法,即將煤樣置于815℃的馬弗爐中灼燒40分鐘,并檢查其燃燒完全程度,直至重量變化小于0.001g為止;而對(duì)于揮發(fā)分,由于它是煤炭分類的重要指標(biāo)之一,且是煤樣在特定的條件下受熱分解的產(chǎn)物,故采取將煤樣放入帶蓋的瓷坩堝中,置于90010℃的馬弗爐中隔絕空氣加熱7分鐘,冷卻后稱重,以失重減去水分即為揮發(fā)分重量。
上述各組分的計(jì)算式為:
水 分: Mad=(失重/樣品重)100
灰 分: Aad=(灰重/樣品重)100
揮發(fā)分: Vad=(失重/樣品重)100-Mad
各組分的測(cè)定允許誤差
4、列于附錄中。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
本實(shí)驗(yàn)中用到的主要設(shè)備有:馬弗爐、鼓風(fēng)干燥箱、1/10000天平、玻璃干燥器及稱量瓶、瓷坩堝等。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1.準(zhǔn)備工作
將鼓風(fēng)干燥箱、馬弗爐升溫至實(shí)驗(yàn)要求的溫度并制備實(shí)驗(yàn)煤樣。
2.水分的測(cè)定
在分析天平上稱出預(yù)先烘干的帶蓋稱量瓶的空重,然后加入粒度小于0.2mm的煤樣10.1g,稱量時(shí)讀數(shù)精確到小數(shù)點(diǎn)后4位。打開瓶蓋,將稱量瓶置入預(yù)先加熱到105~110℃的鼓風(fēng)干燥箱中,煙煤干燥1小時(shí),無煙煤干燥1~1.5小時(shí)。取出稱量瓶并加蓋,在空氣中冷卻2~3分鐘后,放入干燥器中冷卻到室溫(約20分
5、鐘),稱重。
3.灰分的測(cè)定
在預(yù)先灼燒并稱出空重的矩形坩堝中加入粒度為0.2mm以下的煤樣10.1g,稱量時(shí)準(zhǔn)確至小數(shù)點(diǎn)后4位。將坩堝置入已預(yù)熱到850℃的馬弗爐中,在81510℃的溫度下灼燒40分鐘,取出坩堝在空氣中冷卻5分鐘后,放入干燥器內(nèi)冷卻到室溫(約20分鐘),稱重。稱重后的樣品再進(jìn)行每次20分鐘的檢查性灼燒,直至重量變化<0.001g為止(當(dāng)灰分<15%時(shí)可不進(jìn)行檢查性灼燒),并取最后一次測(cè)定重量進(jìn)行計(jì)算。
4.揮發(fā)分的測(cè)定
在分析天平上稱出預(yù)先在900℃下燒至恒重的帶蓋坩堝的空重,加入粒度<0.2mm的煤樣10.1g,稱準(zhǔn)至小數(shù)點(diǎn)后4位,輕輕振動(dòng)坩堝待煤樣鋪平后加蓋(若為
6、褐煤或長(zhǎng)焰煤則應(yīng)預(yù)先壓塊,并切成約3mm的小塊備用)。將坩堝迅速置入預(yù)先升溫至920℃的馬弗爐中,并在90010℃的溫度下繼續(xù)加熱7分鐘(若3分鐘內(nèi)爐溫不能恢復(fù)到90010℃并保持到實(shí)驗(yàn)結(jié)束,則該實(shí)驗(yàn)作廢)。取出坩堝在空氣中冷卻5~6分鐘后,放入干燥器中冷卻到室溫(約20分鐘),稱重。根據(jù)煤樣的焦渣特征及Vdaf值進(jìn)行煤種類判斷及其低發(fā)熱量的計(jì)算。
焦渣特征,即測(cè)定揮發(fā)分時(shí)所殘留的焦渣外形特征,共分為八類,即:
(1)粉態(tài):全部是粉末,沒有互相粘連的顆粒;
(2)粘著:以手指輕壓即成粉末;
(3)弱粘結(jié):以手指輕壓即成碎塊;
(4)不熔融粘結(jié):以手指用力壓才成碎塊;
7、 (5)不膨脹熔融粘結(jié):焦渣呈扁平餅狀,煤粒界限不易分清,表面有銀白色光澤;
(6)微膨脹熔融粘結(jié):焦渣用手指不能壓碎,表面有銀白色光澤和較小的膨脹泡;
(7)膨脹熔融粘結(jié):焦渣表面有銀白色光澤,明顯膨脹,但高度不超過15mm;
(8)強(qiáng)膨脹熔融粘結(jié):同(7),但高度超過15mm。
由于焦渣特性對(duì)系數(shù)K1有較明顯的影響,因此在實(shí)驗(yàn)中一定要根據(jù)以上特征對(duì)焦渣進(jìn)行正確分類。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告
1.測(cè)定數(shù)據(jù)的記錄及處理
2.煤的種類的判斷
鑒于我國(guó)對(duì)煤的種類的劃分是以無灰干燥基揮發(fā)分含量Vdaf為根據(jù),而Vdaf與Vad之間存在以下的換算關(guān)系:
則根據(jù)V
8、daf可進(jìn)行煤的種類判斷。
3.低發(fā)熱量的計(jì)算
根據(jù)測(cè)定的Mad、Aad和Vad數(shù)據(jù),結(jié)合不同的煤種,可按下列公式進(jìn)行的近似計(jì)算:
無煙煤:=K0-360Mad-385Aad-100Vad (kJ/kg)
煙 煤:=100K1-(Kl+25.12)(Mad+Aad)-12.56Vad (kJ/kg)
式中:K0、K1為系數(shù)。其中K0可根據(jù)Vdaf查附錄得,K1則隨Vdaf及焦渣特征改變,可由附錄查得。
4.計(jì)算被測(cè)定煤樣的標(biāo)準(zhǔn)燃料值。
測(cè)定數(shù)據(jù)記錄 表1
測(cè)定編號(hào)
容器名稱及重量
(g)
容器空重
(g)
總重
(g)
樣品重
9、
(g)
熱處理后總重
(g)
計(jì)算結(jié)果(%)
水 分
灰 分
揮發(fā)分
固定碳
FCad=100-Mad-Aad-Vad
不同種類煤的揮發(fā)分Vdaf 表2
煤的種類
褐 煤
煙 煤
無煙煤
Vdaf(%)
>37
10~46
<10
六、思考題
1.固體燃料的組成有哪幾種基準(zhǔn)表示?各適用于哪些場(chǎng)合?
2.實(shí)驗(yàn)中怎樣實(shí)現(xiàn)煤的水分、灰分和揮發(fā)分的測(cè)定?
3.煤的工業(yè)分析在工程實(shí)際中有何作用?
4.水泥工業(yè)中,立窯、回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)對(duì)煤的種類有什么要求?為什么?
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5.將實(shí)驗(yàn)煤樣折合成標(biāo)準(zhǔn)燃料的意義是什么?
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