缓慢灰化法和快速灰化法测定煤中灰分的比较

缓慢灰化法和快速灰化法测定煤中灰分的比较

吴旭刚

（中煤集团山西华昱能源有限公司，山西 朔州 036900）

摘要：煤的灰分是指煤在815℃的条件下完全燃烧后残留物的产率。煤炭的灰分来源于矿物质，而煤中矿物质的来源有以下几个方面：原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质。

灰分是煤炭中的有害物质，使煤炭质量降低，因此灰分对于评价煤的质量和加工利有起着重要的作用。灰分是煤炭贸易计价的主要指标，测定煤中灰分有重要意义。煤中灰分测定方法国标规定有两种：缓慢灰化法和快速灰化法，其中缓慢灰化法是作裁测定方法。本论文旨在比较两种测定方法对煤样灰分的影响程度。

关键词：煤样；灰分；测定

一、煤中灰分的来源及测定的意义

煤中灰分是指煤在一定温度(如815℃) 下完全燃烧后的残留物，由于煤中的灰分是一种无用物质，因此各种用途的煤都要求灰分越低越好。灰分增高时，不仅使煤的发热是降低，而当号物质燃烧后成为灰分时还要吸收热量。此外，煤的灰分越高，大量排放护造时也要带走不少热量。因而煤的灰分越高，它在燃烧和气化过程中也就越容易结渣而影响正常操作，炼焦用煤的灰分对焦炭质量的影响更大。

还有的高灰分煤可直接作为内燃砖而使灰渣变成制砖的原料。有的高灰分块煤在立窑中烧水泥时既是燃料又是原料。灰分是煤炭中的有害物质，使煤炭质量降低，因此灰分对于评价煤的质量和加工利有起着重要的作用。

二、实验测定

1.仪器设备

(1)马弗炉：炉膛具有足够的恒温区，能保持温度为(815±10)C，炉后壁的上部带有直径为25～30mm的烟囱，下部离炉膛底20～30mm处有一个插热电偶的小孔，炉门上有一个直径为20mm的通气孔。

马弗炉的恒温区应在关闭炉门下测定，并至少每年测定一次。高温计(包括毫伏计和热电偶)至少每年校准一次。

(2)灰皿：瓷质，长方形，底长45mm，底宽14mm。

(3)分析煤样

(4)分析天平：精确至0.0001g。

(5)耐热瓷板或石棉板。

2.灰分测定原理

称取一定量的空气干燥煤样放入马弗炉中，以一定的速度加热到(815±10) ℃.灰化并灼烧到质量恒定。以残留物的质量占煤样的百分数作为煤样的灰分。

3.灰分测定方法

3.1缓慢灰化法

试验证明，煤中黄铁矿和有机硫在500℃以前就基本上氧化完全，而碳酸盐类矿物从500℃开始分解到800℃分解完全。据此，GB/T 212《煤的工业分析方法》中规定了如下缓慢灰化程序：煤样放入室温下的马弗炉中，在30min内逐渐加热到500℃（使煤样逐渐灰化、防止爆燃)，在500℃停留30min(使有机硫和硫化铁矿物充分氧化并排除)，然后再将炉温升到815℃土10℃并保持1h(使碳酸盐分解完全)。

3.1.1在预先灼烧至质量恒定的灰皿中，称取粒度小于0.2mm的分析煤样(1土0.1) g，称准至0.0002mg，均匀地摊平在灰皿中，使其每平方厘米的质量不超过0.15g。

3.1.2将灰皿送入温度不超过100℃的马弗炉恒温区中，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500℃，并在此温度下保持30min，继续升温到(815土10) ℃ ，并在此温度下灼烧1h。

3.1.3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)后称重。

3.1.4进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧后的质量变化不超过0.0010g为止，以最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分低于15.00%时，个但其任对不必进行检查性灼烧。

3.2快速灰化法

快速灰化在国标中有两种方法：一是用快速灰分测定仪测定； 二是同缓慢法样使用马弗护灰化测定。本次实验用的是马弗炉灰化方法。

马弗炉快速灰化法：将装有煤样的灰皿，由护外逐渐送入预先加热至(815±10) ℃的马弗炉中灰化并灼烧至质定，以残留物的质量占煤样质量的百分数作为煤样的灰分。

3.2.1在预先灼烧至质量恒定的灰皿中，称取粒度小于0.2mm的分析煤样(1±0.1)g，称准至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排放在耐热瓷板或石棉板上。

3.2.2将马弗炉加热到850℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢推入马弗炉中，先使第一排的煤样灰化。待5～10min后，煤样不再冒烟时，以每分钟不大于2cm的速度把其余各排灰皿推入炉内炽热部分(若煤样着火发生爆燃，试验应作废)。

3.2.3关上炉门，在(815±10)℃温度下灼烧40min。

3.2.4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)后称重。

3.2.5进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧后的质量变化不超过0.0010g为止，以最后一次灼烧后的质量为计算依据。如遇检查性灼烧结果不稳定时，应改用缓慢灰化法重新测定。

4.结果计算

空气干燥煤样的灰分按下式计算

Aad= %

式中Aad——空气干燥煤样的灰分，%；

M——称取空气干燥煤样的质量，g；

M1——灼烧后残留物的质量，g。

5、灰分测定的精密度

灰分测定的重复性和再现性见表1。

表1 灰分测定允许差

三、数据处理

对中华人民共和国标准煤样ZBM095、ZBM110 A、ZBM101分别进行缓慢灰化法和快速灰化法实验，比较两种测定方法对实验结果的影响程度。

表2 ZBM095A （无烟煤，灰分Ad 13.5±0.15）

表3 ZBM110 A（烟煤，灰分Ad 74.90±0.3）

表4 ZBM101（烟煤，灰分Ad 22.7±0.22）

四、煤灰分与煤中矿物质的关系

1.煤灰成分

煤灰是煤中矿物质在煤燃烧后形成的残渣，其化学组成十分复杂，不同产地、不同煤的灰分组成差别很大，与煤化程度没有规律可循。煤灰成分十分复杂，很难测定其中的化合物，主要元素的氧化边形式表示，如SiO

₂，Al₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃、TiO₂、K₂O、Na₂O、SO₃、P₂O₅其中，最主要的是SiO₂、A1₂O₃、CaO、MgO、Fe₂O₃几种，一般占95%以上。煤灰中各成分的含量取决于原始的矿物组成。

我国煤中的矿物组分大多以硅酸盐类为主，因此，煤灰中的SiO₂含量最大，其次是Al₂O₃。

2.煤中的矿物质

煤炭的灰分来源于矿物质，而煤中矿物质的来源有以下几个方面：见表5

表5 煤中矿物质分类及来源

五、结论

缓慢灰化法和快速灰化法对同一煤样测定结果影响很小，在不确定度范围之内。实验室可以根据自身情况，自行选择灰分测定方法。

六、灰分测定中应注意的问题

1.灰分测定中时间、温度的确定

从100℃以下升到500℃时间为半小时，以使煤样在炉内缓慢灰化，防止爆燃，否则部分挥发性物质急速逸出将矿物质带走会使测定结果偏低。

在500℃停留30min的目的是，使煤样燃烧时的有机硫、黄铁矿硫产生的二氧化硫在碳酸盐分解前(500℃以上才开始分解)能全部逸出，否则会因碳酸盐分解产物氧化生成难分解的硫酸盐，增加煤的灰分。最终温度定为(815±10) ℃，是因为在此温度下，碳酸盐分解结束，硫酸盐尚未分解(850℃以上分解)，能得到比较稳定的灰分结果。

2.通风状况

在灰化过程中始终保持良好的通风状况，使硫的氧化物一经生成就被排出，减少与氧化钙接触的机会。

3.影响灰分测定结果的因素

为了测得可靠的灰分产率，就必须使黄铁矿氧化完全，各种碳酸盐分解完全，以及三氧化硫和氧化钙间的反应降低到最低程度，为此可采取以下措施：

1）用缓慢灰化法，使煤中硫化物在碳酸盐分解前就完全氧化并排出，避免硫酸钙的生成；

2）灰化过程中始终保持良好的通风状态，使硫氧化物一经生成就及时排出，因此要求马弗炉装有烟囱，在炉门上有通风眼，或将炉门开启一小缝使炉内空气可自然流通；

3）煤样在灰皿中要铺平，以避免局部过厚，一方面避免燃烧不完全；另一方面可防止底部煤样中硫化物生成的二氧化硫被上部碳酸盐分解生成的氧化钙固定在灰中；

4）在足够高(815℃)的温度下灼烧足够长的时间，以保证碳酸盐完全分解及二氧化碳完全驱出。

参考文献:

[1]张敏.煤质化验对提高煤炭质量的作用分析[J].科技信息，2012，(36)：397.

[2]陈宏梅.论述煤炭化验室的质量管理[J].中国科技博览，2013，（26）.