挥发分的分析及固定碳的计算_鹤壁市天冠仪器仪表有限公司

一、挥发分的分析

煤的挥发分是煤在规定条件下隔绝空气加热，并进行水分校正后的挥发物质产率。

1．方法要点

称取一定量的空气干燥煤样放入带盖的瓷坩埚中，在900±10℃的温度下，隔绝空气加热7min后，以所失去的质量占煤样原质量的百分数减去该煤样的水分（Mad）含量作为挥发分产率。因为煤的挥发分不是煤中原有的，而是煤在高温下热分解的产物，所以煤中挥发分的量应该叫挥发分产率。

煤的挥发分产率和其他指标之间的关系：

（1）挥发分、水分都和煤的变质程度有关，内在水分愈高，挥发分愈高。

（2）变质程度愈深，着火点愈高，挥发分愈低。

（3）对于不同的煤种来说，含碳量愈高，挥发分愈低。

分析挥发分，最重要的是温度和时间。因为温度和时间实际上决定了挥发物的定义。温度必须控制在在900±10℃之间，加热时间必须是7min。

各类煤炭中挥发分的主要成分是氢、氧、一氧化碳、甲烷和其他碳氢化合物以及在煤热解时化合成的那部分水分。挥发分的组成因煤种不同而变化很大。

在煤炭的化验分析项目中，挥发分是最重要的分析项目之一，因为它是确定煤炭分类的一个重要指标，预示在碳化过程中焦炭的产率，为煤炭购销提供基础资料以及初步判断煤的加工利用特性。

3.分析步骤

（1）在预先于900℃温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚中，称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.01g（称准到0.0002g）；然后将坩埚轻轻振动，使其中的煤样铺平后加盖，并放在坩埚架上。褐煤和长焰煤应预先压饼，并切成约3mm的小块。

（2）将马弗炉预先加热到920℃左右。打开炉门，迅速将方有坩埚的架子送入炉内恒温区，立即管好炉门并计时，使坩埚准确加热7min。试验开始时，炉温会有所下降，要求3min内炉温必须恢复到900±10℃并继续保持此温度到试验结束，否则此试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。

（3）从炉中取出的坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中，冷却到室温（约20min）后称重。

知识链接：

该方法需掌握一个关键，即如何判断时间拨盘首位的置零时刻，有两点需要注意：

第一，对于高挥发分煤样，通常在845℃附近从炉门处开始冒出黑烟；低挥发分煤，通常要在855℃附近才冒黑烟。根据烟的浓度决定拨盘的置零时刻。这是因为，煤样的挥发分越高，发热量也越大，冒出的烟量也就越多。

第二，将时间拨盘首位置零，7s后，控温仪内的可控硅才使加热电源切断。通常，时间拨盘首位置零时刻，是以3min内回复到890℃为第一目标位的；否则，以900℃为第一目标位，个别高挥发分煤易冲至911℃，使试验报废。一般，时间设置为2min，时间拨盘首位置零与3位时间拨盘全部置零效果一样，只不过3位置零更费时间。

6.分析结果的计算

空气干燥煤样的挥发分按下式计算：

Vad= m（m1）×100-Mad （3-6）

当空气干燥煤样中盐酸二氧化碳含量为2%~12%时，则用下式计算Vad：

Vad = m（m1）×100-Mad-CO2,ad（煤）

当空气干燥煤样碳酸盐二氧化碳含量大于12%时，则：

Vad = m（m1）×100-Mad-[CO2,ad（煤）+ CO2,ad（焦渣）]

式中 Vad ——空气干燥煤样的挥发分产率，%；

m1 ——空气干燥煤样加热后减少的质量，g；

m ——空气干燥煤样的质量，g；

Mad ——空气干燥煤样的水分含量，%；

CO2,ad（煤）——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%；

CO2,ad（焦渣）——焦渣中二氧化碳占煤样量的百分数，%。

例：已知某煤样Mad=1.48%, Aad=11.25%,测挥发分时，坩埚重17.8876g，加煤样重18.8965g，加热后重18.6517g，求空气干燥基、干基和干燥无灰基煤的挥发分（Vad 、Vd 、Vdaf）含量。

解:根据公式计算如下：

（1）Vad= m（m1）×100-Mad=×100-1.48=22.78%

（2）Vd= Vad× =22.78×=23.12%

（3）Vdaf= Vad×=22.78×=26.10%

此煤样的空气干燥基挥发分Vad =22.78%，干基挥发分Vd =23.12%，干燥无灰基挥发分Vdaf=26.10%。

7.挥发分分析的重复性和再现性

挥发分分析的重复性和再现性见表3-4的规定。

表3-4 挥发分分析的重复性和再现性

8．影响挥发分结果分析的因素

（1）温度的影响：温度是影响挥发分分析的重要因素。

煤样加热到200℃以上后，煤中游离水全部跑掉，结晶水也开始分解析出，同时脱去CO2的反应发生；300℃时有焦油出现；400℃以上时，煤样开始断裂；700℃时氢脱去更多；不断加热，不断分解到900℃。

温度低，则挥发不完全。温度由850℃提高到900℃，挥发分增加比较大。温度由900℃升到950℃，挥发分变化不很大。温度高，固定碳易氧化。温度是否准确是分析挥发分结果的关键因素，所以应经常注意炉温的校正。

（2）水分的影响：若煤样的水分太高，使固定碳氧化：C+H2O=CO+H2，从而增加了挥发物的实出率，所以对外在水分高的煤一定要空气干燥后再测定挥发分；若煤样未达到空气干燥状态，即不能在高于45℃的温度下烘煤样，因为那样可能将内在水分烘走一部分；还应注意M、A、V三项指标测试时间不能超过3天，最好同步进行，否则因Mad的变化也能引起Vad的变化。

（3）灰分对挥发分分析值的影响：非常复杂，因此煤分类用精煤分析挥发分，以避免干扰和影响。

当煤受热时，除了有机物的热分解产物成蒸汽状态逸出外，煤中的水分也会逸出。此外，煤中的碳酸盐矿物质，如CaCO3、MgCO3 、FeCO3等也会分解出CO2。另外，FeS2也会部分形成SO2而逸出，这样必定影响分析结果。

（4）分析时间不准：3min是否回升到900℃，坩埚盖是否盖严，测试中盖子是否打开，都会或多或少地影响分析结果。

总而言之，挥发分是一项规范性很强的实验。

二、固定碳的计算

从分析煤样挥发分后的残渣中减去灰分后的残留物叫固定碳。

1．固定碳的计算

（1）空气干燥煤样的固定碳（FCad）：

FCad=100 -（Mad+Aad +Vad） （3-7）

式中 FCad——空气干燥煤样的固定碳含量，%；

Mad ——空气干燥煤样的水分含量，%；

Aad ——空气干燥煤样的灰分产率，%；

Vad ——空气干燥煤样的挥发分产率，%。

（2）干基煤样的固定碳（FCad）：

FCad=100 -（Ad -Vd） （3-8）

（3）干燥无灰基煤样的固定碳（FCdaf）：

FCdaf=100- Vdaf （3-9）

式（3-8）、式（3-9）符号含义同上。

2.空气干燥基转换成其他基

（1）收到基煤样的灰分和挥发分：

Xar= Xad ×= Xd × （3-10）

（2）干基煤样的灰分和挥发分：

Xar= Xad ×= Xdaf × （3-11）

Xd = Xar ×

（3）干燥无灰基煤样的挥发分：

Xdaf= Xad×= Xd× （3-12）

当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳CO2,ad（煤）含量超过2%时，则：

Xdaf= Xad× （3-13）

Xad = Xd × Xad = Xar ×

式中 Mar ——收到基煤样的水分含量，%；

Xar ——收到基煤样的灰分或挥发分产率，%；

Xd ——干基煤样的灰分或挥发分产率，%；

Xdaf——干燥无灰基煤样的挥发分产率，%；

Xad ——空气干燥基煤样的灰分或挥发分产率，%。

第八节 煤质分析试验结果的一般规定

一、基本术语

（1）收到基：已收到状态的煤为基准。

（2）空气干燥基：以空气湿度达到平衡状态的煤为基准。

（3）干燥基：以假想无水状态的煤为基准。

（4）干燥无灰基：以假想无水、无灰状态的煤为基准。

（5）干燥无矿物质基：以假想无水、无矿物质状态的煤为基准。

六、基准的换算

表3-5 各基准间的换算公式