煤是最基本的化石燃料之一。2012年，全球石煤产量约为66亿吨［1］．在中国，俄罗斯，美国和印度开采了大量全球交易石煤炭。与大量的煤炭相比，煤的表征所需的样品体积，从几毫克相同，高达1克，似乎令人难以置信的小。煤炭表征对于其质量评估和额外用途至关重要。基于产品质量，煤炭适用于钢铁生产，焦化或电力发电。以下文章分析了近似煤炭分析的化学背景，以及如何用Eltra的燃烧和热重分析仪测量这些参数。
最常见的煤类型(烟煤、褐煤和无烟煤)可以通过它们不同的物理和化学性质加以区分。元素碳(C)、氮(N)、硫(S)、氢(H)和氧(O)是最经常测量的元素。同时，测定灰分的矿物含量(特别是二氧化硅、氧化铁、氧化铝等)。煤的特征是或多或少物理上确定的参数，如挥发分、水分和灰分含量，以及热值和灰分熔融温度。
工业煤分析(物理测试)
考虑到影响煤质量的参数的多样性，似乎很难找出一个理想地描述煤质量的参数。由于煤炭通常被用作燃料，所以热值是给产品质量的第一印象的理想值。对于煤的第一次(“近似”)分析，测量了发热量、灰分、水分和挥发份。根据这些数据计算出所谓的固定碳含量。表1列出了煤的主要类型及其热值和挥发分的含量。
表格1。煤的主要类型［1］
| 类型的煤 |
热值Kj /公斤 |
挥发性内容 |
| 褐煤 |
6700 - 25000 |
45 - 60% |
| 沥青 |
25,000 - 35,000 |
14-45 |
| 无烟煤 |
35000年,更 |
< 14 |
可以在市场上使用标准炸弹量热计建立热值。
煤分析量热计可分为绝热量热计和等周期量热计。在这两种量热计中，将以前干燥的煤样加入量热弹中，引入氧气，然后燃烧煤。燃烧热被测量，并提供总热值。对于文档来说，所有进一步的值都是基于“基础”来度量的，这一点非常关键。ISO标准17247:2013描述了列出的报告基础(参见表2)。
表2。报告单位［2］
| 基地 |
首字母缩写 |
描述 |
| 按原样的 |
基于“增大化现实”技术,m |
包括来自湿气的氢和氧 |
| 按原样的 |
基于“增大化现实”技术 |
从水分中排除氢气和氧气 |
| 风干 |
广告 |
在空气干燥;并将氢和氧排除在湿气之外 |
| 干燥 |
d |
干燥至质量稳定后进行分析 |
| 作为分析 |
- |
包括来自湿气的氢和氧 |
AR（如收到的）是煤炭分析最广泛使用的基础。为了进行适当的近似分析，知道煤的水分含量至关重要，因为该值会影响所有其他参数。水分可分为表面，分解，含水量和矿物水分，可以用热量分析仪（TGA）或使用炉子和外部平衡来确定。标准ASTM D7582-10通过使用宏观热重分析仪定义了梯度煤分析。这些分析仪，如Eltra的TGA Thermostep（图1），整合加热和称重过程，方便地分析一个分析周期中的挥发物，水分和灰分含量。微观热量分析仪由于少于10毫克的样品重量有限而不是煤炭分析的理想选择。宏TGA分析仪接受高达1克的样品重量，称重到陶瓷坩埚中。这些坩埚定位在旋转木马上，为不同的样品提供19个位置。转盘位于加热室中，加热室可以用惰性气体（氮气）或氧化气氛（氧气或空气）吹扫。该腔室可以从室温加热至1,000℃并通过陶瓷基座连接到内置称重电池。
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图1所示。Eltra的ThermoTep.
如今，煤的水分含量是通过将1克样品装入陶瓷坩埚并将TGA分析仪加热至107°C来确定的。在检测到质量不变之前，温度必须保持不变。与煤的水分含量不同，煤的挥发性成分不是由一种物质(水)组成，而是芳香族碳氢化合物和脂肪族碳氢化合物的混合物。对于挥发物的精确测定，TGA分析仪必须在30分钟内将温度提高到950°C，并保持该温度7分钟。在这个加热过程中，坩埚被盖上盖子，加热室被氮气吹扫。对于接下来的灰分含量的测定，TGA分析仪从900°C冷却到600°C，变成氧气气氛，并加热到750°C，保持这个温度一小时。
整个分析周期都是自动执行的。表3说明了用ELTRA的Thermostep测试石煤样品的典型结果。
表3。煤炭标准AR-1721的分析
| 价值 |
含量(%) |
| 水分 |
1.5 + - 0.1 |
| 挥发物 |
42.96 +-0.3(干基) |
| 灰 |
7.33 + - 0.02（干燥碱） |
固定碳含量用作由煤样品产生的焦炭量的估计。可以通过从加入陶瓷坩埚中的样品质量中减去测量的挥发性含量的测量量来计算。计算的固定碳低于总碳含量，因为在分析过程中消除了某些挥发性碳氢化合物。
终极煤分析(化学分析)
最终煤的分析除近似煤分析外，还要求对煤中碳(C)、氮(N)、硫(S)、氢(H)、灰分和氧(O)进行不同程度的测定。根据ISO标准17247，煤样的氧含量不能直接测量。该内容是通过合并所有其他值来计算的。其余与100%的差异定义为氧气的量。
元素分析仪可用来测定元素C、N、H和S。常用的元素分析仪燃烧煤样，并用热导电池、红外电池或两者的结合来测量燃烧的气体。可用的分析仪随燃烧温度、所需样品重量和被测元素的不同而不同。
微型元素分析仪提供了在单一分析周期中确定C，N，H和S的机会，但只接受最大10毫克的非常小的样品重量。这使得这些分析仪的样品制备易受误差的影响。标准ISO 29541规定了确定元素C，H和N的要求。典型的宏观元素分析仪，满足这些要求，使用钢或石英燃烧管，并检查通常为60-80mg的样品重量。当使用这些类型的燃烧管时，施加的温度限于约1,000℃。
硫的精确测定需要较高的温度，因为硫是与硫酸盐结合的，在较低的温度下不会在气相中排放。因此，普通的硫分析仪(在标准ISO 19579中定义)使用陶瓷燃烧管，可以承受更高的温度。也可以通过在煤样中加入锡来提高温度。由于锡的额外燃烧能量，试样的局部温度高于炉内温度。使用时不需要锡Eltra的CHS 580分析仪(图2)该分析仪还定义了碳和氢的含量，并使用陶瓷燃烧管炉膛，可适用温度高达1500°C。
为了将硫含量确定将约150mg样品称量为样品载体（例如 - 陶瓷船）。将样品载体引入热炉和释放的燃烧气体（CO2， H2啊,所以2)用红外单元测量。
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图2。在CHS-580分析仪中，样品被称量到陶瓷容器中进行后续燃烧
描述的火山灰
煤(灰)的燃烧残渣也很有趣。像煤一样，灰分参数可以分为化学性质或物理性质。
例如，对于蒸汽发电来说，不同温度下的物理灰行为(灰熔合试验)是非常关键的。当煤在发电厂的炉子里燃烧时，玻璃渣(熟料)或粉状残渣是不受欢迎的副产品，它们必须以熔融液体的形式被清除。并不是每家发电厂都能管理成渣煤，因为必须进行成本高昂的炉内清洗。
当使用灰熔合分析仪(如Carbolite Gero的CAF Digital)时，灰形成金字塔、锥形或立方体的形状，并添加到具有特殊窗口的炉中。通过这个窗口，摄像头可以看到样品在加热时的行为。正常情况下，温度可达1600°C。在加热过程中，记录软化、半球、变形和流动温度等参数。流动温度对于决定煤的额外使用是至关重要的，例如在蒸汽发电中。
分光计可用于灰的化学分析。钠、铝、镁等元素的浓度对环境影响评价具有重要意义。x射线荧光是一种无损分析技术。当选择ICP-OES或AAS等其他方法时，需要溶解灰分。
结论
煤和煤灰分析需要一系列不同的仪器。元素和热重分析仪是质量控制的重要工具，可以提供快速和精确的结果，并且易于操作。ELTRA提供广泛的燃烧分析仪用于固体和热重分析仪中C, N, O, H和S的测定。
参考和进一步阅读
- www.kohlenstatistik.de
- ISO 17247: 2013
此信息已采购，从Eltra GmbH提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩
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