a.内在矿物质,又分为原生矿物质和次生矿物质 原生矿物质,是成煤植物本身所含的矿物质,其含量一般不超过1~2%;次生矿物质, 是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物 质的含量一般也不高,但变化较大。很难用洗煤的方法除去,只能用化学的方法才能将其从 煤中分离出去。 b外来矿物质,是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。可用洗选 的方法将其从煤中分离出去。 (二)煤中矿物质在高温灼烧时的化学变化 煤中矿物质是指煤中除水分以外的所有无机物质,它们是由各种硅酸盐、碳酸盐、硫酸 盐、氧化亚铁等矿物组成。煤中矿物质在815℃的灰化温度下灼烧,其中许多组分发生变化: 1.粘土、石膏等水合物失去结晶水 2SO2·A2O3·2H2O→2SO2+AlO3+2HO↑ CaSO4·2HO→CaSO4+2H20↑ 2.碳酸盐受热分解放出CO2 CaCO3·MgCO3→CaO+MgO+2CO2↑ FeCO3→FeO+CO2↑ 3.氧化亚铁和硫化铁发生氧化反应 4FeO+O2→2Fe2O3 4Fe0-+1102-2Fe203+8SO 4.硫酸钙的生成 2CaCO3+2SO2+O2→→2CaSO4+2CO2↑ 2CaO+2SO2+O2→2CaSO (三)灰分对电力生产的影响 煤中的灰分是有害成分,它对电力的生产灰造成如下影响: 1.增加发电成本,降低经济性 灰分增加,煤中可燃物质含量相对减少,矿物质燃烧灰化时要吸收热量,大量排渣要带 走热量,因而降低了煤的发热量。此外,增加了运输费用和储存场地,増加了制粉时的能量 消耗。当煤燃烧时,矿物质转化为灰分并熔融,它要吸收热量,并由排灰带走大量物理热 灰分多的煤,其理论燃烧温度低,煤粒表面往往形成灰分外壳,使煤不易燃尽,还会使炉膛 温度下降,燃烧不稳定,造成不完全燃烧热损失 2.影响锅炉安全运行 煤燃烬后形成灰粒随烟气流动,当烟气流速过髙时,灰粒将磨损受热面;流速低时,灰 粒将沉积在受热面上,降低传热效果,并使炉烟温度升髙,锅炉热效率也随之降低。若沉积 在受热面上的灰粒受热熔化,粘附在水冷壁管上易造成结渣现象,破坏锅炉正常运行。当煤 中折算灰分>15%时就会影响锅炉运行的安全性
6 a.内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。 原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过 1～2%；次生矿物质， 是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物 质的含量一般也不高，但变化较大。很难用洗煤的方法除去，只能用化学的方法才能将其从 煤中分离出去。 b.外来矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。可用洗选 的方法将其从煤中分离出去。 （二）煤中矿物质在高温灼烧时的化学变化 煤中矿物质是指煤中除水分以外的所有无机物质，它们是由各种硅酸盐、碳酸盐、硫酸 盐、氧化亚铁等矿物组成。煤中矿物质在 815℃的灰化温度下灼烧，其中许多组分发生变化： 1．粘土、石膏等水合物失去结晶水 2SiO2•Al2O3•2H2O→ 2SiO2+Al2O3+2H2O↑ CaSO4•2H2O → CaSO4+2H20↑ 2．碳酸盐受热分解放出 CO2 CaCO3•MgCO3 → CaO+MgO+2CO2↑ FeCO3 → FeO+CO2↑ 3．氧化亚铁和硫化铁发生氧化反应 4FeO+O2 →2Fe2O3 4FeO+11O2 →2Fe2O3+8SO2↑ 4．硫酸钙的生成 2CaCO3+2SO2+O2→2CaSO4+2CO2↑ 2CaO+2SO2+O2→2CaSO4 （三）灰分对电力生产的影响 煤中的灰分是有害成分，它对电力的生产灰造成如下影响： 1．增加发电成本，降低经济性 灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少，矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带 走热量，因而降低了煤的发热量。此外，增加了运输费用和储存场地，增加了制粉时的能量 消耗。当煤燃烧时，矿物质转化为灰分并熔融，它要吸收热量，并由排灰带走大量物理热。 灰分多的煤，其理论燃烧温度低，煤粒表面往往形成灰分外壳，使煤不易燃尽，还会使炉膛 温度下降，燃烧不稳定，造成不完全燃烧热损失。 2．影响锅炉安全运行 煤燃烬后形成灰粒随烟气流动，当烟气流速过高时，灰粒将磨损受热面；流速低时，灰 粒将沉积在受热面上，降低传热效果，并使炉烟温度升高，锅炉热效率也随之降低。若沉积 在受热面上的灰粒受热熔化，粘附在水冷壁管上易造成结渣现象，破坏锅炉正常运行。当煤 中折算灰分＞15％时就会影响锅炉运行的安全性
3.腐蚀锅炉设备 煤中的Pb、Bi、ⅴ等沉积在金属表面时,产生颗粒边界脆化作用,使金属损伤;煤中黄 铁矿颗粒对锅炉受热面起硫化作用,并使炉墙衬砖损伤;烟气中含硫成分能使过热器、省煤 器等外部腐蚀;煤中氯离子是奥氏体钢的一种主要腐蚀剂;NaO、K2O对锅炉的结焦和侵蚀 起重要作用,使管壁上的氧化铁保护层受到侵蚀。 4.污染环境 煤中的硫化物和微量汞,在燃烧时生成SO2、H2S等有毒气体和汞蒸气,随烟气排入大 气;煤中所含的As、Cd、Cu、Mo、Sb、Zn等有害成分,随同飞灰呈颗粒状带出:燃烧后产 生大量灰渣,需要排放和堆积,这将侵占大量农田,堵塞河道,污染水体。 (四)煤中灰分的测定方法 按照《煤的工业分析方法》GB212-2001规定,测定煤中灰分有两种方法,即缓慢灰化和 快速灰化法。缓慢灰化法为仲裁法,快速灰化法可作为例常分析方法 1.缓慢灰化法 Φ用预选灼烧至质量恒定的灰皿(瓷质,长方形,底面长45mm,宽22mm,高14mm), 称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.g,精确至0.0002g,均匀地摊平在灰皿中,使 其每平方厘米的质量不超过0.15g。 ②将灰皿送入温度不超过100℃的马弗炉中,关上炉门并使炉门留有15mm左右的缝隙, 在不少于3omin的时间内将炉温缓慢升至约500℃,并在此温度下保持30min。继续升到 815±10℃,并在此温度下灼烧Ih。 ③从炉中取出灰皿,放在耐热瓷板或石棉板上,在空气中冷却5min左右,移入干燥器中 冷却至室温(约20min)后,称量。 ⊕进行检査性灼烧,每次20min,直到连续两次灼烧的质量变化不超过0001g为止。用 最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分低于15%时,不必进行检查性灼烧。 灰皿 2.快速灰化法 本标准包括两种快速灰化法:方法A和方法B
7 3．腐蚀锅炉设备 煤中的 Pb、Bi、V 等沉积在金属表面时，产生颗粒边界脆化作用，使金属损伤；煤中黄 铁矿颗粒对锅炉受热面起硫化作用，并使炉墙衬砖损伤；烟气中含硫成分能使过热器、省煤 器等外部腐蚀；煤中氯离子是奥氏体钢的一种主要腐蚀剂；Na2O、K2O 对锅炉的结焦和侵蚀 起重要作用，使管壁上的氧化铁保护层受到侵蚀。 4．污染环境 煤中的硫化物和微量汞，在燃烧时生成 SO2、H2S 等有毒气体和汞蒸气，随烟气排入大 气；煤中所含的 As、Cd、Cu、Mo、Sb、Zn 等有害成分，随同飞灰呈颗粒状带出；燃烧后产 生大量灰渣，需要排放和堆积，这将侵占大量农田，堵塞河道，污染水体。 （四）煤中灰分的测定方法 按照《煤的工业分析方法》GB212-2001 规定，测定煤中灰分有两种方法，即缓慢灰化和 快速灰化法。缓慢灰化法为仲裁法，快速灰化法可作为例常分析方法。 1．缓慢灰化法 ○1 用预选灼烧至质量恒定的灰皿（瓷质，长方形，底面长 45mm，宽 22mm，高 14mm）， 称取粒度为 0.2mm 以下的空气干燥煤样 1±0.1g，精确至 0.0002g，均匀地摊平在灰皿中，使 其每平方厘米的质量不超过 0.15g。 ○2 将灰皿送入温度不超过 100℃的马弗炉中，关上炉门并使炉门留有 15mm 左右的缝隙。 在不少于 30min 的时间内将炉温缓慢升至约 500℃，并在此温度下保持 30min。继续升到 815±10℃，并在此温度下灼烧 1h。 ○3 从炉中取出灰皿，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却 5min 左右，移入干燥器中 冷却至室温（约 20min）后，称量。 ○4 进行检查性灼烧，每次 20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过 0.001g 为止。用 最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分低于 15%时，不必进行检查性灼烧。 灰皿 2．快速灰化法 本标准包括两种快速灰化法：方法 A 和方法 B
1)方法A 方法提要:将装有煤样的灰皿放在预先加热至815±10℃的灰分快速测定仪的传送带上, 煤样自动送入仪器内完全灰化,然后送出。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产 ①将灰分快速测定仪预先加热至815±10℃。 ②开动传送带并将其传送速度调节到17 mm/min左右或其他合适的速度 ③用预先灼烧至质量恒定的灰皿,称取粒度为02mm以下的空气干燥煤样0.5±0.01g,精 确至0.002g,均匀地摊平在灰皿中 由将盛有煤样的灰皿放在灰分快速测定仪的传送带上,灰皿即自动送入炉中。 ⑤当灰皿从炉内送出时,取下,放在耐热瓷板或石棉板上,在空气中冷却5min左右, 移入干燥器中冷却至室温(约20min)后,称量。 注:灰分快速测定仪 1.A1是一种比较适宜的灰分快速测定仪。它由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成,各部 分结构尺寸如下: a.马蹄形管式电炉:炉膛长约70mm,底宽约75mm,高约45mm,两端敞口,轴向倾斜度为5°左右, 恒温带(815±10℃)长约140mm,750~825℃温度区长约270mm,出口端温度不高于100℃ b.链式自动传送装置(简称传送带):用耐高温金属制成,传送速度可调。在1000℃温度下不变形, 不掉皮。 c.控制仪:主要包括温度控制装置和传送带传送速度控制装置。温度控制装置能将炉温自动控制在 815±10℃:传送带传送速度控制装置能将传送速度控制在15~50 mm/min之间。 1——管式电炉;2——传送带:3——控制仪 图A1灰分快速测定仪 2.凡能达到以下要求的其他形式的灰分快速测定仪都可使用 a.高温炉能加热至815±10℃并具有足够长的恒温带
8 1）方法 A 方法提要： 将装有煤样的灰皿放在预先加热至 815±10℃的灰分快速测定仪的传送带上， 煤样自动送入仪器内完全灰化，然后送出。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产 率。 ○1 将灰分快速测定仪预先加热至 815±10℃。 ○2 开动传送带并将其传送速度调节到 17mm/min 左右或其他合适的速度。 ○3 用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为 0.2mm 以下的空气干燥煤样 0.5±0.01g，精 确至 0.002g，均匀地摊平在灰皿中。 ○4 将盛有煤样的灰皿放在灰分快速测定仪的传送带上，灰皿即自动送入炉中。 ○5 当灰皿从炉内送出时，取下，放在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却 5min 左右， 移入干燥器中冷却至室温（约 20min）后，称量。 注：灰分快速测定仪 1．A1 是一种比较适宜的灰分快速测定仪。它由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成，各部 分结构尺寸如下： a．马蹄形管式电炉：炉膛长约 70mm，底宽约 75mm，高约 45mm，两端敞口，轴向倾斜度为 5°左右， 恒温带（815±10℃）长约 140mm，750～825℃温度区长约 270mm，出口端温度不高于 100℃。 b．链式自动传送装置（简称传送带）：用耐高温金属制成，传送速度可调。在 1000℃温度下不变形， 不掉皮。 c．控制仪：主要包括温度控制装置和传送带传送速度控制装置。温度控制装置能将炉温自动控制在 815±10℃；传送带传送速度控制装置能将传送速度控制在 15～50mm/min 之间。 1——管式电炉；2——传送带；3——控制仪 图 A1 灰分快速测定仪 2.凡能达到以下要求的其他形式的灰分快速测定仪都可使用： a．高温炉能加热至 815±10℃并具有足够长的恒温带；
b.炉内有足够的空气供煤样燃烧 c.煤样在炉内有足够长的停留时间,以保证灰化完全 d.能避免或最大限度地减少煤中硫氧化生成的硫氧化物和碳酸盐分解生成的氧化钙接触。 2)方法B ①用预先灼烧至质量恒定的灰皿,称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样l±0.lg,精确 至0.0002g,均匀地摊平在灰皿中,使其每平方厘米的质量不超过0.15g。将盛有煤样的灰皿 预先分排放在耐热瓷板或石棉板上 ②将马弗炉热到815℃,打开炉门,将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入马弗炉 中,先使第一排灰皿中的煤样灰化。待5~10min后,煤样不再冒烟时,以每分钟不大于2mm 的速度把二、三、四排灰皿顺序推入炉内炽热部分(若煤样着火发生爆燃,试验应作废)。 ③关上炉门,在815±10℃的温度下灼烧40min 由从炉中取出灰皿,放在空气中冷却5min左右,移入干燥器中冷却至室温(约20min) 后,称量。 ⑤进行检查性灼烧,每次20min,直到连续两次灼烧的质量变化不超过0001g为止。用 最后一次灼烧后的质量为计算依据。如遇检査灼烧时结果不稳定,应改用缓慢灰化法重新测 定。灰分低于15%时,不必进行检查性灼烧 3.分析结果的计算 空气干燥煤样的灰分按下式计算: 100 式中:Aad—空气干燥煤样的灰分,%; m——灼烧后残留物的质量,g m—称取的空气干燥基煤样的质量,g 灰分测定的精密度 灰分测定的重复性和再现性如下表规定: 灰分,% 重复性限Aa,% 再现性临界差A,% 15.00 0.20 0.30 15.00~30.00 0.30 0.50 >30.00 0.50 0.70 煤中挥发分的测定 (一)挥发分的定义
9 b．炉内有足够的空气供煤样燃烧； c．煤样在炉内有足够长的停留时间，以保证灰化完全； d．能避免或最大限度地减少煤中硫氧化生成的硫氧化物和碳酸盐分解生成的氧化钙接触。 2）方法 B ○1 用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为 0.2mm 以下的空气干燥煤样 1±0.1g，精确 至 0.0002g，均匀地摊平在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过 0.15g。将盛有煤样的灰皿 预先分排放在耐热瓷板或石棉板上。 ○2 将马弗炉热到 815℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入马弗炉 中，先使第一排灰皿中的煤样灰化。待 5～10min 后，煤样不再冒烟时，以每分钟不大于 2mm 的速度把二、三、四排灰皿顺序推入炉内炽热部分（若煤样着火发生爆燃，试验应作废）。 ○3 关上炉门，在 815±10℃的温度下灼烧 40min。 ○4 从炉中取出灰皿，放在空气中冷却 5min 左右，移入干燥器中冷却至室温（约 20min） 后，称量。 ○5 进行检查性灼烧，每次 20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过 0.001g 为止。用 最后一次灼烧后的质量为计算依据。如遇检查灼烧时结果不稳定，应改用缓慢灰化法重新测 定。灰分低于 15%时，不必进行检查性灼烧。 3．分析结果的计算 空气干燥煤样的灰分按下式计算： 100 1 = m m Aad 式中：Aad——空气干燥煤样的灰分，%； m1——灼烧后残留物的质量，g m——称取的空气干燥基煤样的质量，g。 4．灰分测定的精密度 灰分测定的重复性和再现性如下表规定： 灰分，％ 重复性限 Aad，％ 再现性临界差 Ad，％ <15.00 0.20 0.30 15.00～30.00 0.30 0.50 >30.00 0.50 0.70 三、煤中挥发分的测定 （一）挥发分的定义
煤的挥发分,即煤样在90010℃隔绝空气的条件下,加热7min,由煤中有机质分解出来 的气体或液体(呈蒸气状态)的产物。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的, 而是在特定温度下热解的产物,所以确切的说应称为挥发分产率 煤的挥发分产率与测定时所用的容器、加热温度、加热时间等条件有关。为了得出比较 准确便于统一对比的结果,我国国际标准GB212-2001规定:使用带有严密盖子的专用坩锅 (见P52,图3-7),在900±10℃隔绝空气加热7min,为测定挥发分的条件。 挥发分坩锅 图6坩埚架 图7坩埚架夹 煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标,也是动力用煤的一个重要指标,是动 力煤按发热量计价的一个辅助指标。挥发分也是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的 变质程度,挥发分由大到小,煤的变质程度由小到大。所以世界各国和我国都以煤的挥发分 作为煤分类的最重要的指标
10 煤的挥发分，即煤样在 900±10℃隔绝空气的条件下，加热 7min，由煤中有机质分解出来 的气体或液体（呈蒸气状态）的产物。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的， 而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。 煤的挥发分产率与测定时所用的容器、加热温度、加热时间等条件有关。为了得出比较 准确便于统一对比的结果，我国国际标准 GB212-2001 规定：使用带有严密盖子的专用坩锅 （见 P52，图 3-7），在 900±10℃隔绝空气加热 7min，为测定挥发分的条件。 挥发分坩锅 图 6 坩埚架 图 7 坩埚架夹 煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动 力煤按发热量计价的一个辅助指标。挥发分也是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的 变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。所以世界各国和我国都以煤的挥发分 作为煤分类的最重要的指标