煤揮發(fā)分測定準確性探討.doc

Anhui Vocactional determination of volatile best quality of crucible similar to the determination of repeatability to comply with the requirements of GB. 關鍵詞：煤 測定技術 揮發(fā)分 坩堝 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 2 - 目目 錄錄 摘要（中文）1 摘要（英文）1 引 言3 第一章 準確測定揮發(fā)分的重要性3 1.1 煤中揮發(fā)分的測定原理 3 1.2 煤中揮發(fā)分的主要組成 3 1.3 煤中揮發(fā)分測定的意義 3 第二章 揮發(fā)分的測定方法 3 2.1 方法提要 3 2.2 測定步驟 4 第三章 影響煤揮發(fā)分準確測定的若干因素4 3.1 加熱溫度 4 3.2 總加熱時間對揮發(fā)分測定結果的影響 4 3.3 冷卻時間對揮發(fā)分測定結果的影響 5 3.4 坩堝數(shù)目對揮發(fā)分測定的影響 5 3.5 坩堝嚴密性對揮發(fā)分測定結果的影響 5 3.6 坩堝架對揮發(fā)分的影響 5 3.7 馬弗爐的恒溫區(qū) 5 3.8 坩堝數(shù)目對揮發(fā)分測定的影響 6 第四章 坩堝和坩堝蓋質量的影響6 4.1 坩堝質量的影響 6 4.2 坩堝蓋質量的影響 8 總 結9 致 謝 10 參考文獻 11 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 3 - 引 言 煤在規(guī)定的條件下隔絕空氣加熱，并進行水分校正后揮發(fā)物質的產(chǎn)率即為 揮發(fā)分。工業(yè)分析中測定的揮發(fā)分不是煤中原來固有的揮發(fā)性物質，而是煤在 嚴格規(guī)定條件下加熱時的熱分解產(chǎn)物，所以煤揮發(fā)分的測定是一個規(guī)范性很強 的實驗，改變任何實驗條件都會給測定結果帶來不同程度的影響，所以為了 能夠更準確的測定揮發(fā)分作出探討 第一章第一章 準確測定揮發(fā)分的重要性 1.11.1煤中揮發(fā)分的測定原理 把煤隔絕空氣加熱到（90010）左右，煤中的有機物質和一部分礦物質 分解成氣體或液體逸出，減少煤中的水分剩余的就是揮發(fā)分。 1.21.2煤中揮發(fā)分的主要組成 煤中的有機質在一定溫度和條件下，受熱分解后產(chǎn)生的可燃性氣體，被稱 為揮發(fā)分，煤中揮發(fā)分主要是由是由水分、碳氫的氧化物和碳氫化合物組成， 但煤中物理吸附水（包括外在水和內在水）和礦物質二氧化碳不屬于揮發(fā)分之 列。 1.31.3煤中揮發(fā)分測定的意義 揮發(fā)分是煤炭分類的主要指標，根據(jù)揮發(fā)分可以大致判斷煤的變質程度。 此外根據(jù)煤的揮發(fā)分和焦渣特征可以初步判斷煤的加工利用性質和熱值的高低。 以符號 Vdaf（過去用 Vr）表示。煤中有機質的可揮發(fā)的熱分解產(chǎn)物。其中除含 有氮、氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等氣體外，還有一些復雜的有 機化合物。實驗中將煤樣在隔絕空氣條件下高溫加熱，從煤中有機質分解出來 的液體和氣體的總量中減去水分，就得出揮發(fā)分。Vdaf（過去用 Vr）表示。其 殘留物的粘結、結焦性狀稱為焦渣特征。由于煤中礦物質會影響揮發(fā)分的數(shù)值， 因此一般用精煤測定揮發(fā)分，并以可燃物（干燥無灰基）為基準，計算出揮發(fā) 分產(chǎn)率。揮發(fā)分產(chǎn)率在一定程度上能反映煤的變質程度；變質程度愈高，煤的 揮發(fā)分產(chǎn)率愈低。揮發(fā)分產(chǎn)率是確定煤的類別的主要指標之一，也是確定煤層 氧化帶的一個參數(shù)。另外，根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和焦渣形狀能初步判斷煤的加工技 術特性。測定煤的揮發(fā)分在工業(yè)應用上和煤質研究方面都有重要意義。 第二章第二章 揮發(fā)分的測定方法 2.12.1方法提要 稱取一定量的空氣干燥煤樣，放在帶蓋的磁坩堝中，在（90010）下， 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 4 - 隔絕空氣加熱 7 分鐘。以減少的的質量占煤樣質量的百分數(shù)，減去該煤樣的水 分含量作為煤樣的揮發(fā)分。 2.22.2測定步驟 2.2.1 在預先于 900溫度下灼燒至質量恒定的帶蓋瓷坩堝中，稱取粒度小 于 0.2的空氣干燥煤樣（1.000.01）g（稱準至 0.0002g）,然后輕輕振動坩 堝，使煤樣攤平，蓋上蓋，放在坩堝架上。 2.2.2 將馬弗爐預先加熱至 920左右。打開爐門，迅速將放有坩堝的架子 送入恒溫區(qū)，立即關上爐門并計時，準確加熱 7min，坩堝及架子放入后，要求 爐溫在 3min 內恢復至（90010），此后保持在（90010）。否則此次試 驗作廢。加熱時間包括溫度恢復時間在內。 2.2.3 從爐中取出坩堝，放在空氣中冷卻 5min 左右，移入干燥器中冷卻至 室溫（約 20min）后稱量。 第三章第三章 影響煤揮發(fā)分準確測定的若干因素 揮發(fā)分是煤的工業(yè)分析中最難測準的一個項目,影響揮發(fā)分測定的因素很多,主 要有加熱溫度和時間;坩堝材質、大小、厚薄、嚴密性與坩堝架大小;試樣的質 量和粒度以及水分測定的準確度和實驗操作是否規(guī)范等，因此揮發(fā)分的測定是 一個規(guī)范性很強的實驗項目。 3.13.1加熱溫度 國標中對加熱樣品的溫度有明確的規(guī)定，但在具體操作中加熱溫度不容易 控制，常見的有馬弗爐控制不好，不能保證樣品爐溫在 3min 內恢復至 （90010），解決該問題方法是剛放入煤樣后的加熱時間，通常馬弗爐設定 的加熱時間是 1min，然后從 1min1s 到 2min59s 不加熱，再從 3min 開始控溫， 控制溫度在（90010）至 7min，要保證樣品爐溫在 3min 內恢復至 （90010）就要根據(jù)具體情況進行調整剛放入煤樣后的加熱時間，馬弗爐設 定為 50s 較佳，用的時間長可以適當延長開始的加熱時間。 還要注意馬弗爐預先加熱至 920左右后應穩(wěn)定一段時間，一般穩(wěn)定 20min，避 免爐溫不穩(wěn)定影響在 3min 內不能恢復至（90010）。在隔絕空氣條件下對 煤樣加熱，煤樣會隨著溫度的變化而變化，結果如下表 表 3-1 煤樣在各階段溫度變化情況 溫度/ 煤樣發(fā)生的變化 100 內在水分逸出 200 結晶水逸出 250 第一次熱解開始，有氣體逸出 350 產(chǎn)生焦油 530600 停止產(chǎn)生焦油 815 碳酸鹽完全分解 600850 至 900 第二次熱解開始，氣體再次逸出 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 5 - 3.23.2總加熱時間對揮發(fā)分測定結果的影響 總加熱時間對揮發(fā)分測定的影響總加熱時間（包括溫度恢復時間）要嚴格 控制在 7min，應在 6min59s 就取，不要等到 7min 再取。研究表明，如果取早 了結果偏低，取晚了結果偏高。計時應該是：當爐溫升到 900910，將煤 樣坩堝放進馬弗爐恒溫區(qū)時，立即開始計時，馬上關閉爐門，等待升溫。在 6min58s 時，打開爐門，正好 7min 時將煤樣拿出馬弗爐。由下表實驗數(shù)據(jù)可以 看出，提前拿出坩堝，人為減少總加熱時間，會使結果偏低，而延長總加熱時 間，測量結果會偏大。 表 3-2 加熱時間對揮發(fā)分測定的影響 總加熱時間 6min55s7min7min5s7min10s 樣品 1/g 33.4933.6033.9634.15 樣品 2/g 24.0624.3124.5925.11 3.33.3冷卻時間對揮發(fā)分測定結果的影響 實驗分析了冷卻時間對灰分的測定結果的影響，煤樣取自當天的入煤爐。 將馬弗爐中加熱 7 分鐘的煤樣取出，一個煤樣在空氣中冷卻 5 分鐘后放入干燥 皿，另一個在空氣中冷卻 15 分鐘后放入干燥皿，在干燥皿冷卻 20 分鐘后稱量。 發(fā)現(xiàn)按規(guī)定冷卻 5 分鐘的煤樣，其揮發(fā)分均比冷卻 15 分鐘的偏高，說明煤樣在 空氣中冷卻時間過長，會吸附空氣中的水分。 3.43.4坩堝數(shù)目對揮發(fā)分測定的影響 分別在標準 6 個孔坩堝架上放上 2 個 4 個和 6 個坩堝，測定煤樣的揮發(fā)分。 當坩堝架上的坩堝數(shù)目不同時，分布在坩堝周圍的溫度就有差異，從而導致測 定結果不同，當不足 6 個時，測定結果會偏高。因此測定時要保證坩堝數(shù)目為 6 個，坩堝不足時，可以用空坩堝補足，以便確保實驗數(shù)據(jù)準確。 3.53.5坩堝嚴密性對揮發(fā)分測定結果的影響 試驗中一個選用合格的符合 GB/T212-91 規(guī)定的坩堝，另一個選用坩堝蓋與 坩堝之間存在空隙，不符合 GB/T212-91 的坩堝，試驗后發(fā)現(xiàn)后者的揮發(fā)分一直 比前者高，并且在坩堝上可以看到灰白色物質，說明煤樣被空氣氧化了。標準 的揮發(fā)分坩堝是帶有配合嚴密上蓋的瓷坩堝，總質量為 15-20g。 3.63.6坩堝架對揮發(fā)分的影響 選用一個經(jīng)過多次高溫灼燒的耐熱金屬架（A 架） 、一個新制的金屬坩堝架 （B 架）對煤樣進行對比實驗，結果見下表。從中可以看出 B 架所測煤樣的揮 發(fā)分偏低，這是由于每次實驗后，新制坩堝架上有金屬片狀物脫落，部分貼在 坩堝體上，部分落在坩堝蓋上，導致?lián)]發(fā)分測定結果偏低。所以要用耐熱金屬 做的坩堝架，受熱時不能掉皮。如果坩堝架不合格，受熱時會粘在坩堝上，測 定的結果偏低。 表 3-3 坩堝架對揮發(fā)分的影響變化 坩堝架第一次/g第二次/g第三次/g第四次/g A 架 33.6333.6033.6733.69 B 架 33.1633.2233.1533.21 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 6 - 3.73.7馬弗爐的恒溫區(qū) 將馬弗爐爐膛劃分成三個區(qū)域：前區(qū)（靠近爐門） 、中央?yún)^(qū)和后區(qū)（靠近后 墻） 。依據(jù) GB9452-88、JB/T5520-91 和 JB/T9505-1999 標準，使用溫場記錄儀 測量三個區(qū)域的溫度分布和變化，并記錄結果。該儀器可以同時測量 8 個不同 溫點的溫度，測量范圍為 01200，精確度為 0.5。記錄數(shù)據(jù)如下表所示， 可知中央?yún)^(qū)溫場均勻性良好，確定中央?yún)^(qū)為恒溫區(qū)。定期測量馬弗爐的恒溫區(qū)， 裝有煤樣的坩堝必須放在馬弗爐的恒溫區(qū)內。如果放在恒溫區(qū)外，其測定結果 會偏低。 表 3-4 馬弗爐區(qū)域對揮發(fā)分的影響 煤樣恒溫區(qū)內恒溫區(qū)前恒溫區(qū)后 樣品 1/g 33.5433.2433.26 樣品 2/g 24.2824.1224.16 3.83.8坩堝數(shù)目對揮發(fā)分測定的影響 分別在標準 6 孔坩堝架上放 2 個、4 個和 6 個坩堝，測量煤樣的揮發(fā)分。 當坩堝架上的坩堝數(shù)目不同時，分布在坩堝周圍的溫度就有差異，從而導致測 定結果不同，當不足六個時，測量結果會偏高。因此實驗都要保證坩堝數(shù)目為 6 個，坩堝不足時，可以用空坩堝補足，以便確保實驗數(shù)據(jù)可靠。 表 3-5 揮發(fā)分隨坩堝數(shù)目的變化 煤樣2 個坩堝4 個坩堝6 個坩堝 樣品 1/g 33.9333.8733.72 樣品 2/g 24.6824.5224.42 第四章 坩堝和坩堝蓋質量的影響 國標中要求坩堝的總質量為 1520g，可是揮發(fā)分在坩堝總質量從 15g 到 20g 具體怎么變化？變化的量究竟有多大？為此探討坩堝對揮發(fā)分準確測定的 影響，把坩堝整體分成坩堝和坩堝蓋，所用儀器設備完全符合國標，實驗步驟 嚴格按照國標操作步驟，得出以下實驗內容。 4.14.1坩堝質量的影響 下表是研究坩堝質量對揮發(fā)分影響的三組實驗數(shù)據(jù)，實驗用坩堝蓋重 （4.50.02）g，坩堝總質量為（1520）g 的要求。坩堝質量增加，其變化 規(guī)律如下圖折線圖所示 表 4-1 揮發(fā)分隨坩堝壁厚變化情況 揮發(fā)分產(chǎn)率坩堝質量 樣品 1/g樣品 2/g樣品 3/g 11.661738.108341.182919.2024 12.54937.997841.069519.1451 13.552437.861340.910419.0978 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 7 - 13.99137.762240.829219.0654 14.639437.703940.722719.0324 15.406637.574740.630618.9865 樣品1 37.3 37.4 37.5 37.6 37.7 37.8 37.9 38 38.1 38.2 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 樣品1 圖 4-1 樣品 1 隨坩堝壁厚變化折線圖 樣品2 40.3 40.4 40.5 40.6 40.7 40.8 40.9 41 41.1 41.2 41.3 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 樣品2 圖 4-2 樣品 2 隨坩堝壁厚變化折線圖 樣品3 18.85 18.9 18.95 19 19.05 19.1 19.15 19.2 19.25 11.661712.54913.552413.99114.639415.4066 樣品3 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 8 - 圖 4-3 樣品 3 隨坩堝壁厚變化折線圖 實驗表明：揮發(fā)分隨坩堝壁厚的增加而逐漸降低，呈線性變化；但是數(shù)據(jù) 中樣品 1 揮發(fā)分最大值和最小值差為 0.5336，樣品 2 為 0.5223，樣品 3 為 0.2159，根據(jù)揮發(fā)分測定的精密度規(guī)定，樣品 1 測得的揮發(fā)分差值超出重復性 限，樣品 2 和 3 沒有超出。 4.24.2坩堝蓋質量的影響 下表是研究坩堝蓋質量對揮發(fā)分影響的三組數(shù)據(jù)，實驗用坩堝蓋重 （4.50.02）g，坩堝總質量也符合國標中的要求。其變化規(guī)律如下折線圖所 示。 表 4-2 揮發(fā)分隨坩堝蓋質量變化情況 揮發(fā)分產(chǎn)率坩堝蓋質 量樣品 1/g樣品 2/g樣品 3/g 3.631739.097345.614718.3667 3.915139.082145.598818.3516 4.309939.046145.566418.3375 4.571739.032545.552118.3227 4.628539.034845.553818.3251 5.962638.943545.438718.2531 樣品1 38.85 38.9 38.95 39 39.05 39.1 39.15 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 樣品1 圖 4-4 樣品 1 揮發(fā)分隨坩堝蓋質量變化折線圖 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） - 9 - 樣品2 45.35 45.4 45.45 45.5 45.55 45.6 45.65 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 樣品2 圖 4-5 樣品 2 隨坩堝蓋質量變化折線圖 樣品3 18.18 18.2 18.22 18.24 18.26 18.28 18.3 18.32 18.34 18.36 18.38 3.63173.91514.30994.57174.62855.9626 樣品3 圖 4-6 樣品 3 揮發(fā)分隨坩堝質量變化折線圖 實驗表明:揮發(fā)分隨坩堝蓋質量的增加而逐漸降低，呈線性變化，樣品 1 揮 發(fā)分最大值和最小值差為 0.1538，樣品 2 為 0.1760，樣品 3 為 0.1136，根據(jù) 揮發(fā)分測定的精密度規(guī)定，樣品 1、2、3、測得的揮發(fā)分差均沒有超出重復性 限。 總 結 影響揮發(fā)分準確測定的因素有很多，有人為的因素 ，也有儀器的因素，排 除以上因素，在國標規(guī)定范圍內坩堝質量對煤灰發(fā)分測定的影響因素也很重要， 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)可以得出：揮發(fā)分隨坩堝質量的增加而逐漸降低，呈線性變化； 坩堝質量變化比坩堝蓋質量對揮發(fā)分的影響大；測定揮發(fā)分用坩堝規(guī)格一定