第四章煤的物理化学特性及其测定 对于火电厂的动力煤,除需要了解其化学组成外,还必须了解与其使用有关的物理化学 特性,以便在选用燃烧设备、设计燃烧系统、改善或提髙燃烧经济性和确保锅炉安全运行等 方面提供重要依据。动力煤的主要物理化学特性有:密度、着火性、可磨性、煤粉细度和煤 灰的熔融性等 第一节煤的密度 密度的定义及其表示方法 前面已经介绍过,这里不再赘述。 、密度的测定方法 根据定义,煤的真(相对)密度TRD定义为在20℃时煤(不包括煤的孔隙)的质量与 同温度、同体积水的质量之比。因此,测定煤的真(相对)密度时,应使水完全浸入煤的毛 细孔内,通常使用浸润剂如十二烷基硫酸钠溶液;视(相对)密度ARD定义为在20℃时煤 (包括煤的孔隙)的质量与同温度、同体积水的质量之比。因此,测定煤的视(相对)密度 时,应设法封闭煤的毛细孔防止水浸入,通常使用涂蜡的方法,在煤块的表面上涂一层石蜡。 堆积密度是在规定条件下测出的,所以只要严格规定装煤容器的体积和装煤方式,准确称出 所装煤的重量,就可换算成定义的堆积密度 真(相对)密度的测定 按照国际标准GDm217-1996《煤的真相对密度测定方法》: 1)测定步骤 ①准确称取粒度小于0mm空气干燥煤样2g(称准到.00g),通过无颈小漏斗全部移 入密度瓶中。 ②用移液管向密度瓶中注入浸润剂(十二烷基硫酸钠(化学纯)溶液:20g/L)3mL,并 将瓶颈上附着的煤粒冲入瓶中,轻轻转动密度瓶,放置I5mi使煤样浸透,然后沿瓶壁加入 约25mL蒸馏水。 ③将密度瓶移到沸水浴中加热20min,以排除吸附的气体 ④取出密度瓶,加入新煮沸过的蒸馏水至水面低于瓶口约lm处并冷至室温。然后于20 ±0.5℃的恒温器中(根据室温情况可适当调整恒温器温度)保持Ih(也可在室温下放置3h以上 最好过夜),记下室温温度 ◎用吸管沿瓶颈滴加新煮沸过的并冷却到20℃(或室温)的蒸馏水至瓶口,盖上瓶塞,使 过剩的水从瓶塞上的毛细管溢出(这时瓶口和毛细管内不得有气泡存在,否则应重新加水、盖 塞)。 ⑥迅速擦干密度瓶,立即称出密度瓶加煤、浸润剂和水的质量m
1 第四章 煤的物理化学特性及其测定 对于火电厂的动力煤，除需要了解其化学组成外，还必须了解与其使用有关的物理化学 特性，以便在选用燃烧设备、设计燃烧系统、改善或提高燃烧经济性和确保锅炉安全运行等 方面提供重要依据。动力煤的主要物理化学特性有：密度、着火性、可磨性、煤粉细度和煤 灰的熔融性等。 第一节 煤的密度 一、密度的定义及其表示方法 前面已经介绍过，这里不再赘述。 二、密度的测定方法 根据定义，煤的真（相对）密度 TRD 定义为在 20℃时煤（不包括煤的孔隙）的质量与 同温度、同体积水的质量之比。因此，测定煤的真（相对）密度时，应使水完全浸入煤的毛 细孔内，通常使用浸润剂如十二烷基硫酸钠溶液；视（相对）密度 ARD 定义为在 20℃时煤 （包括煤的孔隙）的质量与同温度、同体积水的质量之比。因此，测定煤的视（相对）密度 时，应设法封闭煤的毛细孔防止水浸入，通常使用涂蜡的方法，在煤块的表面上涂一层石蜡。 堆积密度是在规定条件下测出的，所以只要严格规定装煤容器的体积和装煤方式，准确称出 所装煤的重量，就可换算成定义的堆积密度。 1．真（相对）密度的测定 按照国际标准 GD/T217－1996《煤的真相对密度测定方法》： 1）测定步骤 ○1 准确称取粒度小于 0.2mm 空气干燥煤样 2g(称准到 0.0002g)，通过无颈小漏斗全部移 入密度瓶中。 ○2 用移液管向密度瓶中注入浸润剂（十二烷基硫酸钠(化学纯)溶液：20 g／L）3mL，并 将瓶颈上附着的煤粒冲入瓶中，轻轻转动密度瓶，放置 15min 使煤样浸透，然后沿瓶壁加入 约 25mL 蒸馏水。 ○3 将密度瓶移到沸水浴中加热 20min，以排除吸附的气体。 ○4 取出密度瓶，加入新煮沸过的蒸馏水至水面低于瓶口约 lcm 处并冷至室温。然后于 20 ±0.5℃的恒温器中(根据室温情况可适当调整恒温器温度)保持1h(也可在室温下放置3h以上， 最好过夜)，记下室温温度。 ○5 用吸管沿瓶颈滴加新煮沸过的并冷却到 20℃(或室温)的蒸馏水至瓶口，盖上瓶塞，使 过剩的水从瓶塞上的毛细管溢出(这时瓶口和毛细管内不得有气泡存在，否则应重新加水、盖 塞)。 ○6 迅速擦干密度瓶，立即称出密度瓶加煤、浸润剂和水的质量 m1
⑦空白值的测定:按上述方法,但不加煤样,不在沸水浴中加热,测出密度瓶加浸润剂 水的质量m2(在恒温条件下,应每月测空白值一次;在室温条件下,应同时测定空白值)。同 密度瓶重复测定的差值不得超过0015g。 光打 418±2 密度瓶 2)结果计算 真相对密度按下式计算 TRD20=-d 式中:TRD3干燥煤的真相对密度: md——干燥煤样质量,g m2——密度瓶加浸润剂和水的质量,g m1—一密度瓶加煤样、浸润剂和水的质量,g 干燥煤详质量按下式计算: 100 式中:m-一空气干燥煤佯的质量,g; Md-一空气干燥煤样水分。按GB2l2规定测定,% 在室温下真相对密度按式(3)计算
2 ○7 空白值的测定：按上述方法，但不加煤样，不在沸水浴中加热，测出密度瓶加浸润剂、 水的质量 m2(在恒温条件下，应每月测空白值一次；在室温条件下，应同时测定空白值)。同 一密度瓶重复测定的差值不得超过 0.015g。 密度瓶 2）结果计算 真相对密度按下式计算： 式中： ——干燥煤的真相对密度； m d——干燥煤样质量，g； m2——密度瓶加浸润剂和水的质量，g； m1 ——密度瓶加煤样、浸润剂和水的质量，g。 干燥煤详质量按下式计算： 式中：m——空气干燥煤佯的质量，g； Mad——空气干燥煤样水分。按 GB 2l2 规定测定，%。 在室温下真相对密度按式(3)计算：
TRD Kt 式中:Kt—tC下温度校正系数,K1=dh/d2c d—一水在t℃时的真相对密度 dh20——水在20℃时的真相对密度。 值可由下表列出。 校正系数K7表 温度,℃ 校正系数,K 温度,℃ 校正系数,K 7 1.00170 22 0.99956 00165 0.99953 100158 0.99909 1.00150 25 0.99883 L.00140 0.99857 1.00129 27 0.99831 1.00l17 0.99803 14 1.00100 29 0.99773 00090 0.99743 16 1.00074 31 0.99713 1.00057 0.99682 1.00039 0.99649 1.00020 34 0.99616 1.00000 3 0.99582 3)精密度 真相对密度测定重复性和再现性如下表规定: 重复性 再现性 002(绝对值) 0.04(绝对值) 2.燃煤堆密度的测定 在电厂应用最多的是堆密度。一般是将煤样小心地装入或压实于已知质量的容器中称量, 根据容器的体积计算堆密度。煤的堆密度测定,可采用容积大小不同的容器(通常为铁制
3 式中：Kt——t℃下温度校正系数，Kt＝dt／d20。 dt——水在 t℃时的真相对密度； d20——水在 20℃时的真相对密度。 Kt 值可由下表列出。 校正系数 Kt 表 温度，℃ 校正系数，Kt 温度，℃ 校正系数，Kt 6 1.001 74 21 0.999 79 7 1.001 70 22 0.999 56 8 1.001 65 23 0.999 53 9 1.001 58 24 0.999 09 10 1.001 50 25 0.998 83 11 1.001 40 26 0.998 57 12 1.001 29 27 0.998 31 13 1.001 17 28 0.998 03 14 1.001 00 29 0.997 73 15 1.000 90 30 0.997 43 16 1.000 74 31 0.997 13 17 1.000 57 32 0.996 82 18 1.000 39 33 0.996 49 19 1.000 20 34 0.996 16 20 1.000 00 35 0.995 82 3）精密度 真相对密度测定重复性和再现性如下表规定： 重 复 性 再 现 性 0.02（绝对值） 0.04（绝对值） 2．燃煤堆密度的测定 在电厂应用最多的是堆密度。一般是将煤样小心地装入或压实于已知质量的容器中称量， 根据容器的体积计算堆密度。煤的堆密度测定，可采用容积大小不同的容器（通常为铁制
结构坚固,内表面光滑),一般来说,容器容积越大,测定准确度越高。 煤场存煤堆密度的测定 煤场存煤,一般煤堆较大,煤在不同部位所承受的压力不同,因而其堆密度也不同。煤 场盘煤时既要测定不加压堆密度,用以代表煤层上部的堆密度,又要测定加压堆密度,用以 代表煤层下部堆密度。 常用的有两种方法 ①模拟法测定 先将盛煤样容器(一般为0.8m×0.5m×0.3m)称量,然后装煤至顶部以上,用硬质直板 刮平、称量,求出不加压密度,用它代表煤堆上层煤的堆密度。 在煤堆中先挖一个坑,将上述容器埋入,用推土机堆满煤并往返压实,然后将盛煤容器 取出、刮平、称量,求出压实堆密度,用它代表煤堆下层煤的堆密度。 ②煤堆挖坑法测定 在煤堆顶面,挖一个0.5m×0.5m×05m的小坑,将挖出的煤称量,计算出堆密度 第二节煤的着火点测定 着火点的含义及其测定意义 前面已经介绍过,这里不再赘述。 影响煤的着火点变化的关键因素是煤表面氧化,当煤被开采出来后,在运输和贮存过程 中,与空气接触便会发生氧化反应,即所谓“风化”。风化后的煤,其着火点下降,同时随着 氧化反应释放出来的热,煤的温度会升髙,因而当煤严重风化时,会导致煤的自燃。若煤贮 存在容器中,甚至会发生爆炸 测定煤的着火点是检验其氧化程度最敏感的方法.它可用以判断煤的自燃倾向。着火点 低的煤,其氧化程深,自燃倾向大。煤的着火点是煤炭开采、贮存,动力铺炉设备设计、安 装、运行和调节的重要依据。在火电厂中若燃用褐煤和烟煤,在制粉管道或储粉仓中产生积 粉时,会因氧化而使温度升髙,并有可能使煤达到自燃以至发生爆炸,这将严重影响锅炉的 安全运行 利用若火点判断煤的氧化程度可使用下式: 氧化程度(%)一连原详着人点(C)二氧幕点20 在实验室内可用人为的方法,即用氧化剂处理加速煤氧化的方法,使其着火点下降。已 经被氧化的煤(待检煤)也可以用还原剂处理,使已氧化的部分还原,从而提高其着火点, 以至恢复到原有的着火点。将其与待检煤(原样)的着火点作比较,通过上式就不难得出煤 的氧化程度的值 式中还原样可用还原剂联苯胺处理,氧化样可用氧化剂过氧化氢处理,原样即未经处理 的煤样。三种试样分别用同一方法测出着火点,代入上式即可计算
4 结构坚固，内表面光滑），一般来说，容器容积越大，测定准确度越高。 煤场存煤堆密度的测定 煤场存煤，一般煤堆较大，煤在不同部位所承受的压力不同，因而其堆密度也不同。煤 场盘煤时既要测定不加压堆密度，用以代表煤层上部的堆密度，又要测定加压堆密度，用以 代表煤层下部堆密度。 常用的有两种方法： ○1 模拟法测定 先将盛煤样容器（一般为 0.8m×0.5m×0.3m）称量，然后装煤至顶部以上，用硬质直板 刮平、称量，求出不加压密度，用它代表煤堆上层煤的堆密度。 在煤堆中先挖一个坑，将上述容器埋入，用推土机堆满煤并往返压实，然后将盛煤容器 取出、刮平、称量，求出压实堆密度，用它代表煤堆下层煤的堆密度。 ○2 煤堆挖坑法测定 在煤堆顶面，挖一个 0.5m×0.5m×0.5m 的小坑，将挖出的煤称量，计算出堆密度。 第二节 煤的着火点测定 一、着火点的含义及其测定意义 前面已经介绍过，这里不再赘述。 影响煤的着火点变化的关键因素是煤表面氧化，当煤被开采出来后，在运输和贮存过程 中，与空气接触便会发生氧化反应，即所谓“风化”。风化后的煤，其着火点下降，同时随着 氧化反应释放出来的热，煤的温度会升高，因而当煤严重风化时，会导致煤的自燃。若煤贮 存在容器中，甚至会发生爆炸。 测定煤的着火点是检验其氧化程度最敏感的方法．它可用以判断煤的自燃倾向。着火点 低的煤，其氧化程深，自燃倾向大。煤的着火点是煤炭开采、贮存，动力铺炉设备设计、安 装、运行和调节的重要依据。在火电厂中若燃用褐煤和烟煤，在制粉管道或储粉仓中产生积 粉时，会因氧化而使温度升高，并有可能使煤达到自燃以至发生爆炸，这将严重影响锅炉的 安全运行。 利用若火点判断煤的氧化程度可使用下式： 在实验室内可用人为的方法，即用氧化剂处理加速煤氧化的方法，使其着火点下降。已 经被氧化的煤（待检煤）也可以用还原剂处理，使已氧化的部分还原，从而提高其着火点， 以至恢复到原有的着火点。将其与待检煤（原样）的着火点作比较，通过上式就不难得出煤 的氧化程度的值。 式中还原样可用还原剂联苯胺处理，氧化样可用氧化剂过氧化氢处理，原样即未经处理 的煤样。三种试样分别用同一方法测出着火点，代入上式即可计算
判断煤的自燃倾向也可利用还原样和氧化样着火点的差值。有的研究表明:差值大于40℃ 的煤是易自燃的煤;差值小于20℃ˆ的煤除褐煤和长焰煤外,都是不易自燃的煤。 、着火点的测定 测定着火点,国内外一般有两种不同类型的方法。一是恒温法,即试样置于恒温器内, 在通入空气和氧气的条件下,观测其着火性能;另一种是恒加热速率法,即试样在适当氧化 剂的作用下,置于电炉中以一定速率升温,观测其着火性能。 我国于2001年制定的着火点测定方法GBI18511-2001《煤的着火温度测定方法》中所 规定的着火点测定方法属于恒加热速率法 (一)人工测定法 1.煤样处理 原样:真空干燥箱温度调为55~6O℃,压力53kPa,将分析煤样(粒度<0.2mm)干燥 2h。 氧化样:分析煤样用30%过氧化氢处理,即在煤样中滴加过氧化氢(每克煤约加O.5m1), 搅匀,在暗处放置24h;再在日光或白炽灯下照射2h,与原样同样方法干燥。 试剂处理:将亚硝酸钠于105~lo℃的干燥箱中干燥1h,冷却并保存在干燥器中, 2.测定步骤 ①称取以干燥的原样或氧化样0.1±0.01g原样或氧化样和0075±0.00lg亚硝酸钠,放 玛瑙硏钵中仔细硏磨,使煤样与试剂均匀混台。将混匀后样品倒λ试样管,并将试样管放人 加热炉内的铜加热体中。 ⑦检査测定装置的气密性:旋转测定装置储水管上的三通管,使储水管与大气接通,向 上移动水准瓶将水充满储水管。然后,移动水准瓶使水槽内的水进入量水管;到一定水平时 扭转三通管,使量水管与缓冲球相通。如果量水管水位下降一距离后即停止下降,证明气密 良好。否则表明漏气,须检查纠正 ③气密良好后,将各量水管通过缓冲球与试样管连接,使量水管充满水,关闭三通。接 通加热炉电源,控制温升为45~5.0℃/min,每5min记录一次温度;到250℃时,旋转 三通使量水管与缓冲球接通,随时观测量水管水位。当其突然下降时,记录所对应的温度,即 为煤的着火温度 图3着火温度人工测定装置示意图 l1一水准瓶、0一三通
5 判断煤的自燃倾向也可利用还原样和氧化样着火点的差值。有的研究表明：差值大于40℃ 的煤是易自燃的煤；差值小于 20℃的煤除褐煤和长焰煤外，都是不易自燃的煤。 二、着火点的测定 测定着火点，国内外一般有两种不同类型的方法。一是恒温法，即试样置于恒温器内， 在通入空气和氧气的条件下，观测其着火性能；另一种是恒加热速率法，即试样在适当氧化 剂的作用下，置于电炉中以一定速率升温，观测其着火性能。 我国于 2001 年制定的着火点测定方法 GB/T18511－2001《煤的着火温度测定方法》中所 规定的着火点测定方法属于恒加热速率法。 （一）人工测定法 1．煤样处理 原样：真空干燥箱温度调为 55～6O℃ ，压力 53 kPa，将分析煤样（粒度<0.2mm）干燥 2 h。 氧化样：分析煤样用 30％过氧化氢处理，即在煤样中滴加过氧化氢(每克煤约加 O．5m1)， 搅匀，在暗处放置 24 h；再在日光或白炽灯下照射 2 h，与原样同样方法干燥。 试剂处理：将亚硝酸钠于 105～ll0℃ 的干燥箱中干燥 1 h，冷却并保存在干燥器中。 2．测定步骤 ○1 称取以干燥的原样或氧化样 0．1±0.01g 原样或氧化样和 0 075±0.001g 亚硝酸钠，放 玛瑙研钵中仔细研磨，使煤样与试剂均匀混台。将混匀后样品倒入试样管，并将试样管放人 加热炉内的铜加热体中。 ○2 检查测定装置的气密性：旋转测定装置储水管上的三通管，使储水管与大气接通，向 上移动水准瓶将水充满储水管。然后，移动水准瓶使水槽内的水进入量水管；到一定水平时， 扭转三通管，使量水管与缓冲球相通。如果量水管水位下降一距离后即停止下降，证明气密 良好。否则表明漏气，须检查纠正。 ○3 气密良好后，将各量水管通过缓冲球与试样管连接，使量水管充满水，关闭三通。接 通加热炉电源，控制温升为 4 5～ 5．0℃／min，每 5 min 记录一次温度；到 250℃ 时，旋转 三通使量水管与缓冲球接通，随时观测量水管水位。当其突然下降时，记录所对应的温度，即 为煤的着火温度。 11－水准瓶、0－三通