第三章 燃料组成分析煤的化学组成和结构十分复杂，但作为能源使用，只要了解它与燃烧有关的组成，例如工业分析组成和元素分析组成，就能满足电厂燃烧技术和有关热力计算等方面的要求。
第一节 煤的工业分析煤的工业分析组成包括水分、灰分、挥发分和固定碳四项成分。根据工业分析，可初步判断煤的种类、性质和工业用途。在火电厂中，工业分析数据是锅炉运行人员调节燃烧工况、计算热效率和提高锅炉运行的安全性和经济性不可缺少的依据。
一、煤中水分的测定
（一）煤中水分对燃烧的影响煤的水分，是煤炭计价中的一个辅助指标。它的水分直接影响煤的使用、运输和储存。
煤的水分增加，煤中有用成分相对减少，且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的低位发热量。水分含量过高，会使煤着火困难，影响燃烧速度，降低炉膛温度，增加化学和机械不完全燃烧热损失。同时使炉烟体积增加，从而增加炉烟排走的热量和引风机的耗能量。
煤的水分增加，还增加了无效运输，并给卸车带来了困难。特别是冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响卸车。同时，由于流动性变坏，在输煤过程中容易造成煤仓、输煤管路堵塞。
但是，当煤中含有适量水分时，可以防止储运、装卸过程中煤粉损失，减少对环境的污染。在燃烧时，火焰中有一定量水蒸气，则有利于残碳气化，有利于燃烧。同时还可以加强传热。所以煤中有适量水分能改善燃烧工况和提高炉膛辐射效果。
（二）煤中水分的在形态
1．煤中游离水和化合水
煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙（CaSO4·2H2O）和高龄土（Al2O3·2SiO2·2H2O)中的结晶水。游离水在105～110℃的温度下经过1～2小时可蒸发掉，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。
煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。
2．煤的外在水分和内在水分
煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。
外在水分（Mf），是附着在煤颗粒表面和大毛细管孔（直径>10-5cm）中的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。它的含量多少与煤的性质无关，而主要取决于外界条件，如大气温度、湿度等。因而它不是一个固定值，工业分析中不测外在水分。
内在水分（Minh），是吸附在煤颗粒内部小毛细孔（直径<10-5cm）中的水分。内在水分在室温下不会失去，需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。工业分析中空气干燥煤样在105~110℃的温度条件下失去的水分，称内在水分。由于空气干燥煤样失去的水分不是确定值，因而内在水分也不是一个确定值，它随煤样空气干燥的条件而变，煤样可比性。但它可作为基准换算的必需参数，因为所有煤质分析的数据都是由空气干燥煤样测定的。
最高内在水分，当煤颗粒内部毛细孔内吸附的水分达到饱和状态时，这时煤的内在水分达到最高值，称为最高内在水分。理论上是100％的湿度条件下煤所能容纳的水分为内在水分，但由于实际测定困难，只能以相对湿度为96％，温度为30℃下测得的水分来表示，符号为MHC。最高内在水分与煤的孔隙度有关，而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有关，所以，最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地区分低煤化度煤。如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上，少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%。最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高内在水分比烟煤有所下降，因为无烟煤的孔隙度比烟煤增加了。
3．煤的全水分
全水分，是煤炭按灰分计价中的一个辅助指标。煤中全水分，是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是，化验室里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分（这时吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大），这时残留在煤中的水分为内在水分。显然，化验室测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测试是空气的湿度和温度有关。
（三）煤中水分测定方法动力用煤水分的常规分析有收到基煤样的全水分和空气干燥基煤样的内在水分两项。煤中水分的测定方法有直接法和间接法两种。直接法是直接测定煤的含水量。间接法是使煤在一定温度下干燥，根据煤样的减重计算储水分的含量。直接法手续繁琐，但其测定结果准确。间接法简便，其测定结果的重现性也较好，缺点是在干燥过程中，可能使煤中的有机质发生氧化、分解，测定高挥发分的煤种更是如此。因此，测定结果只能是近似值，但能符合工业要求。我国国家标准方法多是采用间接法。
1．全水分的测定根据《煤中全水分的测定方法》GB211－1996的规定，全水分的测定有A、B、C、D四种方法。其方法要点分述如下：
1）方法A（通氮干燥法）
本法适用于各种煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。
用预先干燥和称量过（称准至0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10~12g（称准至0.01g），平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中。烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量（称准至0.01g）。
进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
2）方法B（空气干燥法）
本法适用于烟煤和无烟煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。
用预先干燥和称量过（称准至0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10~12g（称准至0.01g），平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中。在鼓风条件下、烟煤干燥2h，无烟煤干燥3h。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量（称准至0.01g）。
进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
3）方法C（微波干燥法）
本法适用于烟煤和褐煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。
4）方法D
本法适用于外在水分高的烟煤和无烟煤，所用煤样的粒度为小于13mm的煤样。根据不同情况，可选用一步法和两步法；
一步法称取一定量的粒度小于13mm的煤样，在空气流中、于105～110℃下干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。
两步法将粒度小于13mm的煤样，在温度不高于50℃的环境下干燥，测定外在水分；再将煤样破碎到粒度小于6mm，在105～110℃下测定内在水分，然后计算出全水分含量。
5）精密度两次重复测定结果的差值不得超过下表规定：
全水分，％
重复性，％
<10
0.4
≥10
0.5
2．内在水分的测定（空气干燥基水分的测定）
《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，使用粒度小于0.2mm的空气干燥基煤样测定煤的内在水分。《煤的工业分析方法》GB212-2001将甲苯蒸馏法删去了。此标准规定了煤的2种内在水分测定方法。其方法要点分述如下：
1）方法A（通氮干燥法）
此方法适用于所有煤种。在仲裁分析中遇到有用空气干燥煤样水分进行校正及基的换算时，应用此法测定空气干燥煤样水分。
用预先干燥和称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气1)并已加热到105～110℃的干燥箱中。烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。
注：1）在称量瓶放入干燥箱前10min开始通气，氮气流量以每小时换气15次计算。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
进行检查性干燥，每次30min，直到，连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
图1 玻璃称量瓶
2）方法B（空气干燥法）
此方法仅适用于用煤和无烟煤。
用预先干燥并称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先鼓风1)并已加热到105～110℃的干燥箱中，在一直鼓风的条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1～1.5h。
注：1）预先鼓风是为了使温度均匀。将称好装有煤样的称量瓶放入干燥箱前3~5min就开始通风。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.001g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查干燥。
3）结果计算
式中：Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；
m1——煤样干燥后失去的质量，g；
m——煤样的质量，g。
4）水分测定的精密度水分测定的重复性如下表规定：
水分（Mad），％
重复性限，％
<5.00
0.20
5.00～10.00
0.30
>10.00
0.40
二、煤中灰分的测定煤的灰分，是指煤中所有可燃物在815±10℃条件下完全燃烧，其中矿物质在空气中发生一系列分解、化合等复杂反应后所剩余的残渣。煤中灰分来自矿物质，但它的组成和重量与煤中矿物质完全不同，因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤中矿物质（除水分外所有的无机质）在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物，所以确切地说，灰分应称为灰分产率。一般简称为灰分。
（一）煤中矿物质
煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。
a.内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。
原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。很难用洗煤的方法除去，只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。
b.外来矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。可用洗选的方法将其从煤中分离出去。
（二）煤中矿物质在高温灼烧时的化学变化煤中矿物质是指煤中除水分以外的所有无机物质，它们是由各种硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化亚铁等矿物组成。煤中矿物质在815℃的灰化温度下灼烧，其中许多组分发生变化：
1．粘土、石膏等水合物失去结晶水
2SiO2?Al2O3?2H2O →?2SiO2+Al2O3+2H2O↑
CaSO4?2H2O → CaSO4+2H20↑
2．碳酸盐受热分解放出CO2
CaCO3?MgCO3 → CaO+MgO+2CO2↑
FeCO3 → FeO+CO2↑
3．氧化亚铁和硫化铁发生氧化反应
4FeO+O2 →2Fe2O3
4FeO+11O2 →2Fe2O3+8SO2↑
4．硫酸钙的生成
2CaCO3+2SO2+O2→2CaSO4+2CO2↑
2CaO+2SO2+O2→2CaSO4
（三）灰分对电力生产的影响煤中的灰分是有害成分，它对电力的生产灰造成如下影响：
1．增加发电成本，降低经济性灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少，矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而降低了煤的发热量。此外，增加了运输费用和储存场地，增加了制粉时的能量消耗。当煤燃烧时，矿物质转化为灰分并熔融，它要吸收热量，并由排灰带走大量物理热。灰分多的煤，其理论燃烧温度低，煤粒表面往往形成灰分外壳，使煤不易燃尽，还会使炉膛温度下降，燃烧不稳定，造成不完全燃烧热损失。
2．影响锅炉安全运行煤燃烬后形成灰粒随烟气流动，当烟气流速过高时，灰粒将磨损受热面；流速低时，灰粒将沉积在受热面上，降低传热效果，并使炉烟温度升高，锅炉热效率也随之降低。若沉积在受热面上的灰粒受热熔化，粘附在水冷壁管上易造成结渣现象，破坏锅炉正常运行。当煤中折算灰分＞15％时就会影响锅炉运行的安全性。
3．腐蚀锅炉设备煤中的Pb、Bi、V等沉积在金属表面时，产生颗粒边界脆化作用，使金属损伤；煤中黄铁矿颗粒对锅炉受热面起硫化作用，并使炉墙衬砖损伤；烟气中含硫成分能使过热器、省煤器等外部腐蚀；煤中氯离子是奥氏体钢的一种主要腐蚀剂；Na2O、K2O对锅炉的结焦和侵蚀起重要作用，使管壁上的氧化铁保护层受到侵蚀。
4．污染环境煤中的硫化物和微量汞，在燃烧时生成SO2、H2S等有毒气体和汞蒸气，随烟气排入大气；煤中所含的As、Cd、Cu、Mo、Sb、Zn等有害成分，随同飞灰呈颗粒状带出；燃烧后产生大量灰渣，需要排放和堆积，这将侵占大量农田，堵塞河道，污染水体。
（四）煤中灰分的测定方法按照《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，测定煤中灰分有两种方法，即缓慢灰化和快速灰化法。缓慢灰化法为仲裁法，快速灰化法可作为例常分析方法。
1．缓慢灰化法
用预选灼烧至质量恒定的灰皿（瓷质，长方形，底面长45mm，宽22mm，高14mm），称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至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。
将灰皿送入温度不超过100℃的马弗炉中，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约500℃，并在此温度下保持30min。继续升到815±10℃，并在此温度下灼烧1h。
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，称量。
进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止。用最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分低于15%时，不必进行检查性灼烧。
灰皿
2．快速灰化法本标准包括两种快速灰化法：方法A和方法B。
1）方法A
方法提要,将装有煤样的灰皿放在预先加热至815±10℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动送入仪器内完全灰化，然后送出。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。
将灰分快速测定仪预先加热至815±10℃。
开动传送带并将其传送速度调节到17mm/min左右或其他合适的速度。
用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样0.5±0.01g，精确至0.002g，均匀地摊平在灰皿中。
将盛有煤样的灰皿放在灰分快速测定仪的传送带上，灰皿即自动送入炉中。
当灰皿从炉内送出时，取下，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，称量。
注：灰分快速测定仪
1．A1是一种比较适宜的灰分快速测定仪。它由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成，各部分结构尺寸如下：
a．马蹄形管式电炉：炉膛长约70mm，底宽约75mm，高约45mm，两端敞口，轴向倾斜度为5°左右，恒温带（815±10℃）长约140mm，750～825℃温度区长约270mm，出口端温度不高于100℃。
b．链式自动传送装置（简称传送带）：用耐高温金属制成，传送速度可调。在1000℃温度下不变形，不掉皮。
c．控制仪：主要包括温度控制装置和传送带传送速度控制装置。温度控制装置能将炉温自动控制在815±10℃；传送带传送速度控制装置能将传送速度控制在15～50mm/min之间。
1——管式电炉；2——传送带；3——控制仪图A1 灰分快速测定仪
2.凡能达到以下要求的其他形式的灰分快速测定仪都可使用：
a．高温炉能加热至815±10℃并具有足够长的恒温带；
b．炉内有足够的空气供煤样燃烧；
c．煤样在炉内有足够长的停留时间，以保证灰化完全；
d．能避免或最大限度地减少煤中硫氧化生成的硫氧化物和碳酸盐分解生成的氧化钙接触。
2）方法B
用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至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分排放在耐热瓷板或石棉板上。
将马弗炉热到815℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入马弗炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化。待5～10min后，煤样不再冒烟时，以每分钟不大于2mm的速度把二、三、四排灰皿顺序推入炉内炽热部分（若煤样着火发生爆燃，试验应作废）。
关上炉门，在815±10℃的温度下灼烧40min。
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，称量。
进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止。用最后一次灼烧后的质量为计算依据。如遇检查灼烧时结果不稳定，应改用缓慢灰化法重新测定。灰分低于15%时，不必进行检查性灼烧。
3．分析结果的计算
空气干燥煤样的灰分按下式计算：
式中：Aad——空气干燥煤样的灰分，%；
m1——灼烧后残留物的质量，g
m——称取的空气干燥基煤样的质量，g。
4．灰分测定的精密度
灰分测定的重复性和再现性如下表规定：
灰分，％
重复性限Aad，％
再现性临界差Ad，％
<15.00
0.20
0.30
15.00～30.00
0.30
0.50
>30.00
0.50
0.70
三、煤中挥发分的测定
（一）挥发分的定义煤的挥发分，即煤样在900±10℃隔绝空气的条件下，加热7min，由煤中有机质分解出来的气体或液体（呈蒸气状态）的产物。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。
煤的挥发分产率与测定时所用的容器、加热温度、加热时间等条件有关。为了得出比较准确便于统一对比的结果，我国国际标准GB212-2001规定：使用带有严密盖子的专用坩锅（见P52，图3-7），在900±10℃隔绝空气加热7min，为测定挥发分的条件。
挥发分坩锅
图6 坩埚架
图7 坩埚架夹煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。挥发分也是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。
用空气干燥基煤样在上述条件下测定挥发分时，热分解析出的物质中包括：有机质分解产物、无机矿物质分解产物和水分。根据定义，挥发分产率只限有机挥发分，因此，试验时，试样减少的重量扣除无机气态分解物和水分，才是挥发分。一般情况下无机气态分解物很少，影响不大。只有当煤中碳酸盐二氧化碳含量大于2％时，才需对试验结果加以校正。
（二）煤中挥发分的测定方法按照《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，挥发分的测定如下：
用预先在900℃温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚，称取粒度为小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.01g，精确至0.0002g，然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖，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。
将马弗炉预先加热至920℃左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的架子送入恒温区并关上炉门，准确加热7min。坩埚及架子刚放入后，炉温会有所下降，但必须在3min内使炉温恢复至900±10℃，否则此试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。
从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
（三）焦渣特征分类测定挥发分所得焦渣的特征，按下列规定加以区分：
（1）粉状——全部是粉末，没有相互粘着的颗粒。
（2）粘着——用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团块轻轻一碰即成粉末。
（3）弱粘结——用手指轻压即成小块。
（4）不熔融粘结——以手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。
（5）不膨胀熔融粘结——焦渣形成扁平的块，煤粒的界线不易分清，焦渣上表面有明显银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显。
（6）微膨胀熔融粘结——用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀沟（或小气泡）。
（7）膨胀熔融粘结——焦渣上、下表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。
（8）强膨胀熔融粘结——焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。
为了简便起见，通常用上列序号作为各种焦渣特征的代号。
试验结果表明，褐煤、烟煤中的长焰煤、贫煤和无烟煤都没有粘结比烟煤中的肥煤和焦煤的粘结性最好，其焦治呈熔融、粘结而膨胀。
（四）分析结果的计算
空气干燥煤样的挥发分按下式计算：
?
当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量为2%～12%时，则：
?
当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于12%时，则：
式中：Vad——空气干燥煤样的挥发分，%；
m1——煤样加热后减少的质量，g
m——空气干燥煤样的质量，g；
M ad——空气干燥煤样的水分，%；
(CO2)ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量，%；
(CO2)ad（焦渣）——焦渣中二氧化碳对煤样量的百分数，%。
（五）挥发分测定的精密度
挥发分测定的重复性和再现性如下表规定：
挥发分，％
重复性限Vad，％
再现性临界差Vd，％
<20
0.30
0.50
20～40
0.50
1.00
>40
0.80
1.50
（六）固定碳的计算煤中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。
煤的固定碳与挥发分一样，也是表征煤的变质程度的一个指标，随变质程度的增高而增高。所以一些国家以固定碳作为煤分类的一个指标。
固定碳是煤的发热量的重要来源，所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要参数。
空气干燥基固定碳按下式计算：
FCad=100-(Mad+Aad+Vad)
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，%；
第二节 煤的元素分析煤的元素分析是指对煤中C、H、O、N和S五种元素的分析。这五种成分组成煤的有机成分。其中以C、H、O为主，其总和占有机质的95％以上；氮的含量较少，约在0.5％~3％；硫的含量除与原始植物质有关外，主要和成煤时的地质条件有关，其含量变化范围为0.1％~10％，多数情况在0.5％~3％。
在锅炉设计和燃烧控制方面都需要掌握煤中的元素组成，以便计算理论空气量、过剩空气量以及排烟量等。煤的低位发热量也必须在已知氢元素含量的基础上计算出来。此外，在煤的分类中，H元素是无烟煤的分类指标。C元素是表明煤化程度的指标之一。
一、煤中C、H元素含量的测定
（一）基本原理一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸收剂吸收，由吸收剂的增重计算煤中碳和氢的含量。
试样的燃烧反应为：
煤＋O2(CO2＋H2O＋SO2＋SO3＋Cl2＋NO2＋N2＋O2
为了确保试样燃烧完全，就必须满足其完全燃烧的条件。因此，要求维持一定的燃烧温度（850℃），控制一定的氧气流速（120ml/min），称取适量的煤粉试样（粒度小于0.2mm，0.1~0.2g）以及充分的燃烧时间（一般不少于20min）。同时，为了防止燃烧不完全二产生的CO，要求在燃烧管中加装足够量的针状CuO（CuO为针状，目的是为了使它与CO充分接触，气流易于通过），使其进一步氧化成CO2：
CuO＋COCu＋CO2
煤中除含有C、H外，还含有少量的S、Cl、N等。为了能确保获得纯净的CO2和H2O，在燃烧管中装有粒状铬酸铅及银丝卷，以除去S和Cl。
4PbCrO4＋4SO24PbSO4＋2Cr2O3＋O2
4PbCrO4＋4SO34PbSO4＋2Cr2O3＋3O2
2Ag＋Cl22AgCl
此外，还有一种高锰酸银的热解产物的多孔蓬松状物质，它能同时吸收几种干扰物，并兼有催化、氧化不完全燃烧产物的性能。因而使用它可简化试验过程，通常用于二节炉法。
AgMnO4MnO2＋Ag＋O2
分解出的银原子分散在二氧化锰表面形成活性中心，具有强烈的氧化作用。当不完全燃烧产物CO通过时，可使其氧化。同时燃烧过程中产生的SO2及Cl2等干扰物按下列反应除去：
2SO2＋4Ag＋7MnO2(2Ag2SO4＋2Mn2O3＋Mn3O4
2Ag＋Cl2(2AgCl
在850℃条件下，煤中少部分氮燃烧后生成NO2，将会导致C含量测定结果偏高。为此，在CO2吸收瓶前要加装除氮管，内装MnO2。
2NO2＋MnO2(Mn(CO3)2
燃烧管内还装有多个铜丝卷，一是氧气通过铜丝卷（由铜丝网卷成）二被分散开，有助于化学反应的进行；二是借助于铜丝卷将燃烧管内各部发试剂分开。
为了使燃烧后的二氧化碳和水被定量吸收，应保持全系统的严密性，并要选用合适的吸收剂。
（二）碳、氢测定仪碳、氢测定仪包括净化系统、燃烧装置和吸收系统三个主要部分，结构如图所示。
1-鹅头洗气瓶；2气体干燥塔；3-流量计；4-橡皮帽；5-铜丝卷；6-燃烧舟；7-燃烧管；8-氧化铜；9-铬酸铅；10-银丝卷；11-吸水U形管；12-除氮U形管；13-吸二氧化碳U形管；14-保护用U形管；15-气泡计；16-保温套管；17-三节电炉图1 碳氢测定仪
1．净化系统，包括以下部件,
a．鹅头洗气瓶（《煤的元素分析方法》GB/T476-2001中无此项）：容量250～500mL，内装40%氢氧化钾（或氢氧化钠）溶液；
b．气体干燥塔：容量500mL，2个，一个上部（约2/3）装无水氯化钙（或无水高氯酸镁），下部（约1/3）装碱石棉（或碱石灰）；另一个装无水氯化钙（或无水高氯酸镁）；
c．流量计：量程0～150mL/min。
2．燃烧装置：由一个三节（或二节）管式炉及其控温系统构成，主要包括以下部件,
a．电炉：三节炉或二节炉，炉膛直径约35mm。
三节炉：第一节长约230mm，可加热到800±10℃，并可沿水平方向移动；第二节长330～350mm，可加热到800±10℃；第三节长130～150mm，可加热到600±10℃。
二节炉：第一节长约230mm，可加热到800±10℃，并可沿水平方向移动；第二节长130～150mm，可加热到500±10℃。
每节炉装有热电偶、测温和控温装置。
b．燃烧管：素瓷、石英、刚玉或不锈钢制成，长1100～1200mm（使用二节炉时，长约800mm），内径20～22mm，壁厚约2mm；
c．燃烧舟：素瓷或石英制成，长约80mm；
d.橡皮帽（最好用耐热硅橡胶）或铜接头。
3．吸收系统，包括以下部件,
a.吸水U形管：如图2所示，装药部分高100～120mm，直径约15mm，进口端有一个球形扩大部分，内装无水氯化钙或无水过氯酸镁。
图2 吸水U形管
b．吸收二氧化碳U形管2个，如图3所示。装药部分高100～120mm，直径约15mm，前2/3装碱石棉或碱石灰，后1/3装无水氯化钙或无水高氯酸镁。
c．除氮U形管：如图3所示。装药部分高100～120mm，直径约15mm，前2/3装二氧化锰，后1/3装无水氯化钙或无水高氯酸镁。
d.气泡计：容量约10mL，内装浓硫酸。
图3 二氧化碳吸收管（或除氮U形管）
（三）试验条件的检验为了获得准确可靠的试验结果，应在试验前对试验条件进行检验，确证无误后或者求出校正值后，方能对试样进行测定
1．炉温的校正
将工作热电偶插入三节炉（或二节炉）的热电偶孔内，使热端插入炉膛并与高温计连接。将炉温升至规定温度，保温1h。然后沿燃烧管轴向将标准热电偶依次插到空燃烧管中对应于第一、第二、第三节炉（或第一、第二节炉）的中心处（注意勿使热电偶和燃烧管管壁接触）。根据标准热电偶指示，将管式电炉调节到规定温度并恒温5min。记下工作热电偶相应的读数，以后即以此为准控制温度。
2．空白试验将装置按图1连接，通电升温。将吸收系统各U型管磨口塞选至开启状态，接通氧气，调节氧气流量为120mL/min，检查整个系统的气密性。在升温过程中，将第一节电炉往返移动几次，通气约20min后，取下吸收系统，将各U型管磨口塞管壁，用绒布擦净，在天平旁放置10min左右，称量。当第一节和第二节炉达到并保持在800±10℃，第三节炉达到并保持在600±10℃后开始作空白试验。此时将第一节移至紧靠第二节炉，接上已经通气并称量过的吸收系统。在一个燃烧舟上加入三氧化钨（数量和煤样分析时相当）。打开橡皮帽，取出铜丝卷，将装有三氧化钨的燃烧舟用镍铬丝推至第一节炉入口处，将铜丝卷放在燃烧舟后面，套紧橡皮帽，接通氧气，调节氧气流量为120mL/min。移动第一节炉，使燃烧舟位于炉子中心。通气23min，将炉子移回原位。
2min后取下吸收系统U形管，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量。吸水U形管的质量增加数即为空白值。重复上述试验，直到连续两次所得空白值相差不超过0.0010g，除氮管、二氧化碳吸收管最后一次质量变化不超过0.0005g为止。取两次空白值的平均值作为当天氢的空白值。在做空白试验前，应先确定保温套管的位置，使出口端温度尽可能高又不会使橡皮帽热分解，如空白值不易达到稳定，则可适当调节保温管的位置。
3．试验装置可靠性检验为了检查测定装置是否可靠，可用标准煤样，按规定的试样步骤进行测定。如实测的C、H值与标准煤样C、H值的差值在标准煤样规定的不确定度范围内，表明测定装置可靠。否则，须查明原因并纠正后才能进行正式测定。
（四）分析步骤
将第一节和第二节炉温控制在800±10℃，第三节炉温控制在600±10℃，并使第一节炉紧靠第二节炉。（三节炉法）
第一节炉控温在800±10℃，第二节炉控温在500±10℃，并使第一节炉紧靠第二节炉。每次空白试验时间为20min。燃烧舟位于炉子中心时，保温13min。（二节炉法）
在预先灼烧过的燃烧舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.2g，精确至0.0002g，并均匀铺平。在煤样上铺一层三氧化钨。可把燃烧舟暂存入专用的磨口玻璃管或不加干燥剂的干燥器中。
接上已称量的吸收系统，并以120mL/min的流量通入氧气。打开橡皮帽，取出铜丝卷，迅速将燃烧舟放入燃烧管中，使其前端刚好在第一节炉炉口，再将铜丝卷放在燃烧舟后面，套紧橡皮帽。保持120mL/min的流量。1min后向净化系统方向移动第一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子。过2min，移炉，使燃烧舟全部进入炉子。再过2min，使燃烧舟位于炉子中心。保温18min后，把第一节炉移回原位。2min后，取下吸收系统，将磨口塞管壁，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不必称量）。第二个吸收二氧化碳U型管变化小于0.0005g，计算时忽略。
（五）分析结果计算空气干燥煤样的碳、氢按下式计算：
?
式中：Cad——空气干燥煤样的碳含量，%；
Had——空气干燥煤样的氢含量，%；
m1——吸收二氧化碳的U形管的增重，g；
m2——吸收水分的U形管的增重，g；
m3——水分空白值，g；
m——分析煤样的质量，g；
0.2729——将二氧化碳折算成碳的因数；
0.1119——将水折算成氢的因数；
Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；
当需要测定有机碳（CO,ad）时，按下式计算有机碳质量分数：
式中，(CO2)ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%
（六）碳、氢测定的精密度项目
重复性限，％
项 目
再现性临界差，％
Cad
0.50
Cd
1.00
Had
0.15
Hd
0.25
二、煤中氮元素含量的测定根据国际标准GB/T476－2001《煤的元素分析方法》，测定煤中氮元素的含量使用开氏法。
（一）测定原理称取一定量的空气干燥煤样，加入混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。
现在所用的催化剂由无水硫酸钠、硫酸汞和硒粉组成的混合试剂研细而成。
试验过程中的化学反应式如下：
消解反应煤CO2＋SO2＋SO3＋H2O＋NH4HSO4＋N2（微量）
蒸馏分解反应
NH4HSO4＋2NaOHNH3(＋Na2SO4＋2H2O
吸收反应
H3BO3＋xNH3( H3BO3(xNH3
滴定反应
H3BO3(xNH3＋xH2SO4( x(NH4)2SO4＋H3BO3
（二）试验步骤
在薄纸上称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.2g，精确至0.0002g。把煤样包好，放入 50mL开氏瓶中，加入混合催化剂2g（将分析纯无水硫酸钠（HG3-123）32g、分析纯硫酸汞5g和分析纯硒粉（HG3-926）0.5g研细，混合均匀）和浓硫酸（相对密度1.84）5mL。然后将开氏瓶放入铝加热体的孔中，并用石棉板盖住开氏瓶的球形部分。在瓶口插入一小漏斗，防止硒粉飞溅。在铝加热体中心的小孔中放温度计。接通电源，缓缓加热到350℃左右，保持此温度，直到溶液清澈透明、漂浮的黑色颗粒完全消失为止。遇到分解不完全的煤样时，可将0.2mm的空气干燥煤样磨细至0.1mm以下，再按上述方法消化，但必须加入高锰酸钾或铬酸酐0.2～0.5g。分解后如无黑色粒状物，表示消化完全。
将溶液冷却，用少量蒸馏水稀释后，移至250mL开氏瓶中。充分洗净原开氏瓶中的剩余物，洗液并入250m L开氏瓶，使溶液体积约为100mL。然后将盛溶液的开氏瓶放在蒸馏装置上准备蒸馏。蒸馏装置如下图（P63，图3-18）所示。
1-锥形瓶；2-橡皮管；3-直形玻璃冷凝管；4-开氏瓶；5-玻璃管；6-开氏球；7-橡皮管；
8-夹子；9、10-橡皮管和夹子；11-圆底烧瓶；12-万能电炉图7 蒸馏装置
把直形玻璃冷凝管的上端连接到开氏球上，下端用橡皮管连上玻璃管，直接插入一个盛有20mL、3%硼酸溶液和1～2滴混合指示剂（甲基红和亚甲基蓝混合指示剂）的锥形瓶中。玻璃管浸入溶液并距瓶底约2mm。
在250mL开氏瓶中注入25mL混合碱溶液（将分析纯氢氧化钠（GB629）37g和化学纯硫化钠（HG3-905）3g溶解于蒸馏水中，配制成100mL溶液），然后通入蒸汽进行蒸馏，蒸馏至锥形瓶中溶液的总体积达80mL左右为止，此时硼酸溶液由紫色变成绿色。
蒸馏完毕后，拆下开氏瓶并停止供给蒸汽。插入硼酸溶液中的玻璃管内、外用蒸馏水冲洗。洗液收入锥形瓶中，用硫酸标准溶液滴定到溶液由绿色变成钢灰色即为终点。由硫酸用量求出煤中氮的含量。
空白试验采用0.2g蔗糖代替煤样，试验步骤与煤样分析相同。
注：每日在煤样分析前，冷凝管须用蒸汽进行冲洗，待馏出物体积达100～200mL后，再做正式煤样。
（三）分析结果的计算
空气干燥煤样的氮按下式计算：
式中：Nad——空气干燥煤样的氮含量，%；
c——硫酸标准溶液的浓度，mol/L；
V1——硫酸标准溶液的用量，mL；
V2——空白试验时硫酸标准溶液的用量，mL；
0.014——氮的毫摩尔质量，g/m mol；
m——煤样的质量，g。
（四）氮测定的精密度
氮测定的重复性和再现性如下表规定：
重复性限Nad，％
再现性临界差Nd，％
0.08
0.15
三、煤中硫元素的测定煤中硫按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质硫。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。还有少量的ZnS，PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。
煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。
通常测定煤中硫含量是指全硫的含量。当为某种特殊需要时也可以测定各种形态硫。测定硫的方法很多，国际标准《煤中各种形态硫的测定方法》GB215－1996中规定了三种测定全硫的方法：艾士卡法、库仑法和高温燃烧中和法。
（一）艾士卡法此法使测定全硫的经典方法，也是国际上公认的标准方法，准确度高，重现性好，对于仲裁、校核等重要试验，均应采用艾士卡法测定。
1．测定原理将煤样与艾士卡试剂混合灼烧，煤中硫生成硫酸盐，然后使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量计算煤中全硫的含量。
1）熔样煤＋O2CO2＋SO2＋SO3＋N2＋H2O
2Na2CO3＋2SO2＋O2(2Na2SO4＋2CO2
Na2CO3＋SO3(Na2SO4＋CO2
2MgO＋SO2＋O2(2MgSO4
MgO＋SO3 (MgSO4
煤中不可燃硫，如硫酸钙在受热条件下，与艾士卡试剂中的无水碳酸钠发生复分解反应，产生硫酸钠：
Na2CO3＋CaSO4(Na2SO4＋CaCO3
2）硫酸盐溶解
3）硫酸钡沉淀
Na2SO4＋MgSO4＋2BaCl2(2BaSO4(＋2NaCl＋MgCl2
4）沉淀物灼烧与结果计算
2．试剂和材料
艾士卡试剂（以下简称艾氏剂）：以2份质量的化学纯轻质氧化镁（GB/T9857）与1份质量的化学纯无水碳酸钠（GB/T639）混匀并研细至粒度小于0.2mm后，保存在密闭容器中。
盐酸（GB/T622）溶液：（1+1）水溶液。
氯化钡（GB/T652）溶液：100g/L。
甲基橙溶液：20g/L。
硝酸银（GB/T670）溶液：10g/L，加入几滴硝酸（GB/T626），贮于深色瓶中。
瓷坩埚：容量30mL和10～20mL两种。
3．测定步骤
于30mL坩埚内称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1g1)（称准至0.0002g）和艾氏剂2g（称准至0.1g），仔细混合均匀，再用1g（称准至0.1g）艾氏剂覆盖。
注：1）全硫含量超过8%，称取0.5g。
将装有煤样的坩埚移入通风良好的马弗炉中，在1～2h内从室温逐渐加热到800～850℃，并在该温度下保持1～2h。
将坩埚从炉中取出，冷却到室温。用玻璃棒将坩埚中的灼烧物仔细搅松捣碎（如发现有未烧尽的煤粒，应在800～850℃下继续灼烧0.5h），然后转移到400mL烧杯中。用热水冲洗坩埚内壁，将洗液收入烧杯，再加入100～150mL刚煮沸的水，充分搅拌。如果此时尚有黑色煤粒漂浮在液面上，则本次测定作废。
用中速定性滤纸以倾泻法过滤，用热水冲洗3次，然后将残渣移入滤纸中，用热水仔细清洗至少10次，洗液总体积约为250～300mL。
向滤液中滴入2～3滴甲基橙指示剂，加盐酸中和后再加入2mL，使溶液呈微酸性。将溶液加热到沸腾，在不断搅拌下滴加氯化钡溶液10mL，在近沸状况下保持约2h，最后溶液体积为200mL左右。
溶液冷却或静置过液后用致密无灰定量滤纸过滤，并用热水洗至无氯离子为止[用硝酸银检验]。
将带沉淀的滤纸移入已知质量的瓷坩埚中，先在低温下灰化滤纸，然后在温度为800～850℃的马弗炉内灼烧20～40min，取出坩埚，在空气中稍加冷却后放入干燥器中冷却到室温（约25～30min），称量。
每配制一批艾氏剂或更换其他任一试剂时，应进行2个以上空白试验（除不加煤样外，全部操作按上述步骤进行），硫酸钡质量的极差不得大于0.0010g，取算术平均值作为空白值。
4．结果计算
测定结果按下式计算：
（1）
式中：St,ad——空气干燥煤样中全硫含量，%；
m1——硫酸钡质量，g；
m2——空白试验的硫酸钡质量，g；
0.1374——由硫酸钡换算为硫的系数；
m——煤样质量，g。
5．精密度
全硫测定的精密度如下表规定：
St，%
重复性St,ad，%
再现性St,d，%
<1
0.05
0.10
1～4
0.10
0.20
>4
0.20
0.30
（二）库仑滴定法这是现在电力系统应用最多的一种测硫方法。
1．测定原理煤样在催化剂作用下，于空气流中燃烧分解，煤中硫生成二氧化硫并被碘化钾溶液吸收，以电解碘化钾溶液所产生的碘进行滴定，根据电解所消耗的电量计算煤中全硫的含量。
在电解液电解过程中，通入96500C（即1F法拉第）电量，则在电极上析出1mol的物质。
式中，m——电极上析出物质的量，g；
Mm——物质的摩尔质量，g/mol；
F——法拉第电量，96500C；
I——通入电解液的电流，A；
n——电子转移数；
t——通入电流的时间，s。
煤样在1150℃及催化剂的作用下，于空气流中燃烧分解，煤中硫主要转化成SO2，并伴有少量SO3，它们空气流带入电解池中，与水反应生成亚硫酸及硫酸：
SO2＋SO3＋2H2O(H2SO4＋H2SO3
电解KI与KBr生成溴与碘：
阳极 2I－－2e (I2
2Br－－2e (Br2
由电极反应产生的游离碘或溴作为中间滴定剂与H2SO3发生氧化还原反应：
I2＋H2SO3＋H2O(H2SO4＋2HI
Br2＋H2SO3＋H2O(H2SO4＋2HBr
电解生成的碘和溴所消耗的电量由库仑积分仪显示，然后根据法拉第电解定律计算出煤中全硫含量。
由于煤燃烧时形成少量的SO3，并未进行上述氧化还原反应，因而对它的损失应加以校正。
2．库仑滴定测硫仪
由下列各部分构成：
管式高温炉：能加热到1200℃以上并有90mm以上长的高温带1150±5℃，附有铂铑-铂热电偶测温及控温装置，炉内装有耐温1 300℃以上的异径燃烧管。
电解池和电磁搅拌器：电解池高120～180mm，容量不少于400mL，内有面积约150mm2的铂电解电极对和面积约15mm2的铂指示电极对。指示电极响应时间应小于1s，电磁搅拌器转速约500r/min且连续可调。
库仑积分器：电解电流0～350mA范围内积分线性误差应小于±0.1%。配有4～6位数字显示器和打印机。
送样程序控制器：可按指定的程序前进、后退。
空气供应及净化装置：由电磁泵和净化管组成。供气量约1 500mL/min，抽气量约1 000mL/Min，净化管内装氢氧化钠及变色硅胶。
3．测定步骤
将管式高温炉升温并控制在1150±5℃。
开动供气泵和抽气泵并将抽气流量调节到1 000mL/min。在抽气下，将250～300mL电解液（碘化钾（GB/T1272）、溴化钾（GB/T649）各5g，冰乙酸（GB/T676）10mL，溶于250～300mL水中）加入电解池内，开动电磁搅拌器。
于瓷舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.05g（称准至0.0002g），在煤样上盖一薄层三氧化钨。将舟置于送样的石英托盘上，开启送样程序控制器，煤样即自动送进炉内，库仑滴定随即开始。试验结束后，库仑积分器显示出硫的毫克数或百分含量并由打印机打出。
（三）高温燃烧中和法将试样在高温下（>1350℃）充足的氧气流中燃烧，煤中各种形态的硫化物被氧化或分解成硫的氧化物，然后用过氧化氢吸收，使其形成硫酸溶液，再用标准氢氧化钠溶液进行中和滴定。根据所消耗标准氢氧化钠溶液的浓度和量计算煤中全硫的含量。高温燃烧中和法测定结果偏低，测试速度不如库仑滴定法，目前电力系统应用高温燃烧中和法测定全硫的单位已经很少了。
四、煤中含氧量的计算对煤中的含氧量，目前还没有直接分析的方法，一般多用差减法计算。氧的含量按下式计算：
Oad=100－Cad－Had－Nad－St,ad－Mad－Aad－(CO2)ad
式中：Oad——空气干燥煤样的氧含量，%；
St,ad——空气干燥煤样的全硫含量（按GB214测定），%；
Mad——空气干燥煤样的水分含量（按GB212测定），%；
Aad——空气干燥煤样的灰分含量（按GB212测定），%；
(CO2)ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量（按GB218测定），%。
第三节 煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定当煤中的碳酸盐在600℃左右时，就会开始分解，析出CO2，这一过程能影响煤的工业分析和元素分析中各项有机组成的分析结果。因此，对碳酸盐含量稍高的煤（CO2含量超过2％时），必须进行CO2含量的测定，以便对工业分析和元素分析中有关测定值进行修正。
一、测定原理将一定量的煤样与稀盐酸反应，使煤样中碳酸盐分解出二氧化碳，用碱石棉将其吸收，根据吸收剂的增重，计算出煤中碳酸盐二氧化碳的含量。
二、二氧化碳测定装置按照国际标准GB/T218－1996《煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定方法》规定，测定煤中碳酸盐二氧化碳的装置如图P70，图3-21所示。主要包括以下几部分：
1．净化系统：由内装浓硫酸的洗气瓶（3）和内装碱石棉的U型管（4）组成。
2．反应系统：由一个300mL的平底烧瓶（8），分液斗（7），冷凝器（6）和梨形管（5）组成。
3．吸收系统：由以下部件组成。
1）U型管（9），内装无水氯化钙，用以吸收从反应系统出来的水分；
2）U型管（10），前2/3装粒状无水硫酸铜浮石，后1/3装无水氯化钙，用以吸收煤分解的硫化氢；
3）U型管（11）、（12），前2/3装碱石棉，后1/3装无水氯化钙，用以吸收二氧化碳及其与碱石棉反应生成的水分。
三、测定步骤
准确称量粒度小于0.2mm的空气干燥煤样5g(称准到0.00lg)，放入平底烧瓶中，加入50mL水，用橡皮塞塞紧，用力摇动以润湿煤样。打开瓶塞，再用50mL水将粘附在橡皮塞上的煤样洗入瓶中，若遇到难润湿的煤样，可先加5mL润湿剂以后再加水。
接通仪器各部件，打开弹簧夹，以(50±5)mL/min的流量抽入空气，约10min后，关闭U形管(9)，(l0)，(l1)，(l2)及二通活塞，取下U形管(11)，(12)，用清洁干燥没有松散纤维的布擦净，在天平室冷却到室温(约l5min)后称量。再将其连到仪器上，重复以上操作，直到每支U形管质量变化不超过0.00lg时为止。
注：每天开始试验时，进行U形管质量恒定试验。
将质量恒定的U形管重新接好，以(50±5)mL/min的流量抽入空气。打开冷却水，在漏斗中加入25mL盐酸溶液，打开活塞，使盐酸溶液在l～2min内慢慢滴入平底烧瓶中。注意不要太快，尤其对二氧化碳含量高的煤样，以免反应过猛。为了防止空气进入平底烧瓶，应在漏斗中尚存少量盐酸时，便关闭漏斗活塞。慢慢加热平底烧瓶使其中液体在7～8min后沸腾。注意，在溶液即将沸腾之际，要立即降低温度，以免溶液向外喷溅。溶液沸腾后(若煤样往烧瓶壁上爬，可轻轻摇动烧瓶)，继续保持微沸30min。停止加热，关闭U形管(4)，(9)，(10)，(ll)，(l2)及二通活塞。然后取下U形管(ll)及(12)，按所述擦净和称量。
四、结果计算空气干燥煤佯中碳酸盐二氧化碳含量，按下式计算：
式中：[CO2]ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%；
m1——试验前U形管(11)、(12)的总质量，g；
m2——试验后U形管(11)、(l2)的总质量，g；
m3——空白值，g；
m——空气干燥煤样的质量，g。
五、精密度煤中碳酸盐二氧化碳含量测定的重复性和再现性如下表规定。
重复性[CO2]ad，％
再现性[CO2]d，％
0.10
0.15
问题
1．燃煤有哪些工业分析项目？有哪些元素分析项目？用什么符号表示？
答：工业分析测出的煤的不可燃成分和可燃成分，前者为水分和灰分，后者为挥发分和固定碳，分别以M、A、V、FC表示。
元素分析项目有：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）、灰分（A）。
2．煤中水分存在形式？各自特点？
答：（1）外在水分 指附着和润湿在煤块表面和大毛细管（直径>10-5 cm）孔中的水分，它以机械方式存留在煤中，煤在空气中，这种水分会不断蒸发，它的含量与外界条件有关，符号Mf；（2）内在水分 吸附或凝聚在煤颗粒内部小毛细孔中的水分，它以物理、化学方式与煤结合，在的105~110℃温度下才能除去，符号Minh；（3）结晶水 是与煤中3个物质相结合的水分，它要在200℃以上时，才能分解出来，工业分析不能作结晶水测定。
3．对测全水分的煤样有何技术要求？
答：（1）试样的粒度需要符合要求，粒度应小于6mm；（2）干燥温度必须按要求加以控制；（3）干燥时间必须按要求加以控制。
4．挥发分的含义？对挥发分的测定有何技术要求？
答：煤的挥发分是指煤样在900±10℃隔绝空气的条件下加热7min，由煤中有机物分解出来的气体和液体（呈蒸汽状态）的产物。
挥发分的测定是一项规范性很强的试验，其测定的结果完全取决于所规定的试验条件，所以在测定燃煤挥发分时，对测定的技术要求很严。具体如下：
技术要求：（1）高温炉内温度应严格控制在900±10℃的范围内，当放进试样后，炉温应在5min内恢复到900±10℃。
（2）加热时间的计时应用秒表，即当试样一送入高温炉的高温区开始计时，到试样离开高温炉为止，这一操作过程应准确为7min。否则，试样做报废处理。
（3）测定时应用专用的坩埚。当坩埚在炉内灼烧时应避免坩埚与坩埚之间、坩埚与高温炉壁的直接接触。
（4）在测定时，如坩埚或坩埚盖上聚有黑烟时，试验也做报废处理。
5．测碳、氢有哪些元素干扰测定？怎样排除？
答：燃烧生成的SO2、NO2、Cl2会干扰测定，排除SO2用PbSO4在600℃下与其作用形成PbSO4而 被 除去，Cl2用金属 银在200℃左右与其作用生产AgCl而被除去，金属银在高于500℃的条件下能与SO2 作 用形成Ag2SO4而被除去，NO2用粒状MnO2与其作用形成Mn（NO3）2而被除去。
6．用艾氏剂法测定煤中全硫时，应注意哪些问题？
答：用艾氏剂法测定煤中全硫时，应注意以下几个问题：
（1）必须在通风下进行半熔，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为二氧化硫；
（2）沉淀剂BaCl2必须过量；
（3）在用水抽提、洗涤时，要求溶液体积不宜过大，以免影响测定结果；
（4）注意调节溶液酸度，使CO32-转为CO2逸出；
（5）在洗涤过程中，每次吸入蒸馏水前，应将洗液都滤干，这样洗涤效果好；
（6）在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风；
（7）灼烧后的BaSO4在干燥器中冷却后，及时称量；
（8）必须做空白试验。
第一节 煤的工业分析煤的工业分析组成包括水分、灰分、挥发分和固定碳四项成分。根据工业分析，可初步判断煤的种类、性质和工业用途。在火电厂中，工业分析数据是锅炉运行人员调节燃烧工况、计算热效率和提高锅炉运行的安全性和经济性不可缺少的依据。
一、煤中水分的测定
（一）煤中水分对燃烧的影响煤的水分，是煤炭计价中的一个辅助指标。它的水分直接影响煤的使用、运输和储存。
煤的水分增加，煤中有用成分相对减少，且水分在燃烧时变成蒸汽要吸热，因而降低了煤的低位发热量。水分含量过高，会使煤着火困难，影响燃烧速度，降低炉膛温度，增加化学和机械不完全燃烧热损失。同时使炉烟体积增加，从而增加炉烟排走的热量和引风机的耗能量。
煤的水分增加，还增加了无效运输，并给卸车带来了困难。特别是冬季寒冷地区，经常发生冻车，影响卸车。同时，由于流动性变坏，在输煤过程中容易造成煤仓、输煤管路堵塞。
但是，当煤中含有适量水分时，可以防止储运、装卸过程中煤粉损失，减少对环境的污染。在燃烧时，火焰中有一定量水蒸气，则有利于残碳气化，有利于燃烧。同时还可以加强传热。所以煤中有适量水分能改善燃烧工况和提高炉膛辐射效果。
（二）煤中水分的在形态
1．煤中游离水和化合水
煤中水分按存在形态的不同分为两类，既游离水和化合水。游离水是以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水分；化合水也叫结晶水，是以化合的方式同煤中矿物质结合的水。如硫酸钙（CaSO4·2H2O）和高龄土（Al2O3·2SiO2·2H2O)中的结晶水。游离水在105～110℃的温度下经过1～2小时可蒸发掉，而结晶水通常要在200℃以上才能分解析出。
煤的工业分析中只测试游离水，不测结晶水。
2．煤的外在水分和内在水分
煤的游离水分又分为外在水分和内在水分。
外在水分（Mf），是附着在煤颗粒表面和大毛细管孔（直径>10-5cm）中的水分。外在水分很容易在常温下的干燥空气中蒸发，蒸发到煤颗粒表面的水蒸气压与空气的湿度平衡时就不再蒸发了。它的含量多少与煤的性质无关，而主要取决于外界条件，如大气温度、湿度等。因而它不是一个固定值，工业分析中不测外在水分。
内在水分（Minh），是吸附在煤颗粒内部小毛细孔（直径<10-5cm）中的水分。内在水分在室温下不会失去，需在100℃以上的温度经过一定时间才能蒸发。工业分析中空气干燥煤样在105~110℃的温度条件下失去的水分，称内在水分。由于空气干燥煤样失去的水分不是确定值，因而内在水分也不是一个确定值，它随煤样空气干燥的条件而变，煤样可比性。但它可作为基准换算的必需参数，因为所有煤质分析的数据都是由空气干燥煤样测定的。
最高内在水分，当煤颗粒内部毛细孔内吸附的水分达到饱和状态时，这时煤的内在水分达到最高值，称为最高内在水分。理论上是100％的湿度条件下煤所能容纳的水分为内在水分，但由于实际测定困难，只能以相对湿度为96％，温度为30℃下测得的水分来表示，符号为MHC。最高内在水分与煤的孔隙度有关，而煤的孔隙度又于煤的煤化程度有关，所以，最高内在水分含量在相当程度上能表征煤的煤化程度，尤其能更好地区分低煤化度煤。如年轻褐煤的最高内在水分多在25%以上，少数的如云南弥勒褐煤最高内在水分达31%。最高内在水分小于2%的烟煤，几乎都是强粘性和高发热量的肥煤和主焦煤。无烟煤的最高内在水分比烟煤有所下降，因为无烟煤的孔隙度比烟煤增加了。
3．煤的全水分
全水分，是煤炭按灰分计价中的一个辅助指标。煤中全水分，是指煤中全部的游离水分，即煤中外在水分和内在水分之和。必须指出的是，化验室里测试煤的全水分时所测的煤的外在水分和内在水分，与上面讲的煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分是完全不同的。化验室里所测的外在水分是指煤样在空气中并同空气湿度达到平衡时失去的水分（这时吸附在煤毛细孔中的内在水分也会相应失去一部分，其数量随当时空气湿度的降低和温度的升高而增大），这时残留在煤中的水分为内在水分。显然，化验室测试的外在水分和内在水分，除与煤中不同结构状态下的外在水分和内在水分有关外，还与测试是空气的湿度和温度有关。
（三）煤中水分测定方法动力用煤水分的常规分析有收到基煤样的全水分和空气干燥基煤样的内在水分两项。煤中水分的测定方法有直接法和间接法两种。直接法是直接测定煤的含水量。间接法是使煤在一定温度下干燥，根据煤样的减重计算储水分的含量。直接法手续繁琐，但其测定结果准确。间接法简便，其测定结果的重现性也较好，缺点是在干燥过程中，可能使煤中的有机质发生氧化、分解，测定高挥发分的煤种更是如此。因此，测定结果只能是近似值，但能符合工业要求。我国国家标准方法多是采用间接法。
1．全水分的测定根据《煤中全水分的测定方法》GB211－1996的规定，全水分的测定有A、B、C、D四种方法。其方法要点分述如下：
1）方法A（通氮干燥法）
本法适用于各种煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。
用预先干燥和称量过（称准至0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10~12g（称准至0.01g），平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气并已加热到105～110℃的干燥箱中。烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量（称准至0.01g）。
进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
2）方法B（空气干燥法）
本法适用于烟煤和无烟煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。
用预先干燥和称量过（称准至0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10~12g（称准至0.01g），平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中。在鼓风条件下、烟煤干燥2h，无烟煤干燥3h。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中放置约5min，然后放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量（称准至0.01g）。
进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.01g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
3）方法C（微波干燥法）
本法适用于烟煤和褐煤，所用煤样的粒度为小于6mm的煤样。
4）方法D
本法适用于外在水分高的烟煤和无烟煤，所用煤样的粒度为小于13mm的煤样。根据不同情况，可选用一步法和两步法；
一步法称取一定量的粒度小于13mm的煤样，在空气流中、于105～110℃下干燥到质量恒定。然后根据煤样的质量损失计算出水分的百分含量。
两步法将粒度小于13mm的煤样，在温度不高于50℃的环境下干燥，测定外在水分；再将煤样破碎到粒度小于6mm，在105～110℃下测定内在水分，然后计算出全水分含量。
5）精密度两次重复测定结果的差值不得超过下表规定：
全水分，％
重复性，％
<10
0.4
≥10
0.5
2．内在水分的测定（空气干燥基水分的测定）
《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，使用粒度小于0.2mm的空气干燥基煤样测定煤的内在水分。《煤的工业分析方法》GB212-2001将甲苯蒸馏法删去了。此标准规定了煤的2种内在水分测定方法。其方法要点分述如下：
1）方法A（通氮干燥法）
此方法适用于所有煤种。在仲裁分析中遇到有用空气干燥煤样水分进行校正及基的换算时，应用此法测定空气干燥煤样水分。
用预先干燥和称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先通入干燥氮气1)并已加热到105～110℃的干燥箱中。烟煤干燥1.5h，褐煤和无烟煤干燥2h。
注：1）在称量瓶放入干燥箱前10min开始通气，氮气流量以每小时换气15次计算。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
进行检查性干燥，每次30min，直到，连续两次干燥煤样质量的减少不超过0.001g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查性干燥。
图1 玻璃称量瓶
2）方法B（空气干燥法）
此方法仅适用于用煤和无烟煤。
用预先干燥并称量过（精确至0.0002g）的称量瓶称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至0.0002g，平摊在称量瓶中。
打开称量瓶盖，放入预先鼓风1)并已加热到105～110℃的干燥箱中，在一直鼓风的条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1～1.5h。
注：1）预先鼓风是为了使温度均匀。将称好装有煤样的称量瓶放入干燥箱前3~5min就开始通风。
从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样的质量减少不超过0.001g或质量增加时为止。在后一种情况下，要采用质量增加前一次的质量为计算依据。水分在2%以下时，不必进行检查干燥。
3）结果计算
式中：Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；
m1——煤样干燥后失去的质量，g；
m——煤样的质量，g。
4）水分测定的精密度水分测定的重复性如下表规定：
水分（Mad），％
重复性限，％
<5.00
0.20
5.00～10.00
0.30
>10.00
0.40
二、煤中灰分的测定煤的灰分，是指煤中所有可燃物在815±10℃条件下完全燃烧，其中矿物质在空气中发生一系列分解、化合等复杂反应后所剩余的残渣。煤中灰分来自矿物质，但它的组成和重量与煤中矿物质完全不同，因为这个残渣是煤中可燃物完全燃烧，煤中矿物质（除水分外所有的无机质）在煤完全燃烧过程中经过一系列分解、化合反应后的产物，所以确切地说，灰分应称为灰分产率。一般简称为灰分。
（一）煤中矿物质
煤中矿物质分为内在矿物质和外在矿物质。
a.内在矿物质，又分为原生矿物质和次生矿物质。
原生矿物质，是成煤植物本身所含的矿物质，其含量一般不超过1～2%；次生矿物质，是成煤过程中泥炭沼泽液中的矿物质与成煤植物遗体混在一起成煤而留在煤中的。次生矿物质的含量一般也不高，但变化较大。很难用洗煤的方法除去，只能用化学的方法才能将其从煤中分离出去。
b.外来矿物质，是在采煤和运输过程中混入煤中的顶、底板和夹石层的矸石。可用洗选的方法将其从煤中分离出去。
（二）煤中矿物质在高温灼烧时的化学变化煤中矿物质是指煤中除水分以外的所有无机物质，它们是由各种硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氧化亚铁等矿物组成。煤中矿物质在815℃的灰化温度下灼烧，其中许多组分发生变化：
1．粘土、石膏等水合物失去结晶水
2SiO2?Al2O3?2H2O →?2SiO2+Al2O3+2H2O↑
CaSO4?2H2O → CaSO4+2H20↑
2．碳酸盐受热分解放出CO2
CaCO3?MgCO3 → CaO+MgO+2CO2↑
FeCO3 → FeO+CO2↑
3．氧化亚铁和硫化铁发生氧化反应
4FeO+O2 →2Fe2O3
4FeO+11O2 →2Fe2O3+8SO2↑
4．硫酸钙的生成
2CaCO3+2SO2+O2→2CaSO4+2CO2↑
2CaO+2SO2+O2→2CaSO4
（三）灰分对电力生产的影响煤中的灰分是有害成分，它对电力的生产灰造成如下影响：
1．增加发电成本，降低经济性灰分增加，煤中可燃物质含量相对减少，矿物质燃烧灰化时要吸收热量，大量排渣要带走热量，因而降低了煤的发热量。此外，增加了运输费用和储存场地，增加了制粉时的能量消耗。当煤燃烧时，矿物质转化为灰分并熔融，它要吸收热量，并由排灰带走大量物理热。灰分多的煤，其理论燃烧温度低，煤粒表面往往形成灰分外壳，使煤不易燃尽，还会使炉膛温度下降，燃烧不稳定，造成不完全燃烧热损失。
2．影响锅炉安全运行煤燃烬后形成灰粒随烟气流动，当烟气流速过高时，灰粒将磨损受热面；流速低时，灰粒将沉积在受热面上，降低传热效果，并使炉烟温度升高，锅炉热效率也随之降低。若沉积在受热面上的灰粒受热熔化，粘附在水冷壁管上易造成结渣现象，破坏锅炉正常运行。当煤中折算灰分＞15％时就会影响锅炉运行的安全性。
3．腐蚀锅炉设备煤中的Pb、Bi、V等沉积在金属表面时，产生颗粒边界脆化作用，使金属损伤；煤中黄铁矿颗粒对锅炉受热面起硫化作用，并使炉墙衬砖损伤；烟气中含硫成分能使过热器、省煤器等外部腐蚀；煤中氯离子是奥氏体钢的一种主要腐蚀剂；Na2O、K2O对锅炉的结焦和侵蚀起重要作用，使管壁上的氧化铁保护层受到侵蚀。
4．污染环境煤中的硫化物和微量汞，在燃烧时生成SO2、H2S等有毒气体和汞蒸气，随烟气排入大气；煤中所含的As、Cd、Cu、Mo、Sb、Zn等有害成分，随同飞灰呈颗粒状带出；燃烧后产生大量灰渣，需要排放和堆积，这将侵占大量农田，堵塞河道，污染水体。
（四）煤中灰分的测定方法按照《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，测定煤中灰分有两种方法，即缓慢灰化和快速灰化法。缓慢灰化法为仲裁法，快速灰化法可作为例常分析方法。
1．缓慢灰化法
用预选灼烧至质量恒定的灰皿（瓷质，长方形，底面长45mm，宽22mm，高14mm），称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至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。
将灰皿送入温度不超过100℃的马弗炉中，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约500℃，并在此温度下保持30min。继续升到815±10℃，并在此温度下灼烧1h。
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，称量。
进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止。用最后一次灼烧后的质量为计算依据。灰分低于15%时，不必进行检查性灼烧。
灰皿
2．快速灰化法本标准包括两种快速灰化法：方法A和方法B。
1）方法A
方法提要,将装有煤样的灰皿放在预先加热至815±10℃的灰分快速测定仪的传送带上，煤样自动送入仪器内完全灰化，然后送出。以残留物的质量占煤样质量的百分数作为灰分产率。
将灰分快速测定仪预先加热至815±10℃。
开动传送带并将其传送速度调节到17mm/min左右或其他合适的速度。
用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样0.5±0.01g，精确至0.002g，均匀地摊平在灰皿中。
将盛有煤样的灰皿放在灰分快速测定仪的传送带上，灰皿即自动送入炉中。
当灰皿从炉内送出时，取下，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，称量。
注：灰分快速测定仪
1．A1是一种比较适宜的灰分快速测定仪。它由马蹄形管式电炉、传送带和控制仪三部分组成，各部分结构尺寸如下：
a．马蹄形管式电炉：炉膛长约70mm，底宽约75mm，高约45mm，两端敞口，轴向倾斜度为5°左右，恒温带（815±10℃）长约140mm，750～825℃温度区长约270mm，出口端温度不高于100℃。
b．链式自动传送装置（简称传送带）：用耐高温金属制成，传送速度可调。在1000℃温度下不变形，不掉皮。
c．控制仪：主要包括温度控制装置和传送带传送速度控制装置。温度控制装置能将炉温自动控制在815±10℃；传送带传送速度控制装置能将传送速度控制在15～50mm/min之间。
1——管式电炉；2——传送带；3——控制仪图A1 灰分快速测定仪
2.凡能达到以下要求的其他形式的灰分快速测定仪都可使用：
a．高温炉能加热至815±10℃并具有足够长的恒温带；
b．炉内有足够的空气供煤样燃烧；
c．煤样在炉内有足够长的停留时间，以保证灰化完全；
d．能避免或最大限度地减少煤中硫氧化生成的硫氧化物和碳酸盐分解生成的氧化钙接触。
2）方法B
用预先灼烧至质量恒定的灰皿，称取粒度为0.2mm以下的空气干燥煤样1±0.1g，精确至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分排放在耐热瓷板或石棉板上。
将马弗炉热到815℃，打开炉门，将放有灰皿的耐热瓷板或石棉板缓慢地推入马弗炉中，先使第一排灰皿中的煤样灰化。待5～10min后，煤样不再冒烟时，以每分钟不大于2mm的速度把二、三、四排灰皿顺序推入炉内炽热部分（若煤样着火发生爆燃，试验应作废）。
关上炉门，在815±10℃的温度下灼烧40min。
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，称量。
进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止。用最后一次灼烧后的质量为计算依据。如遇检查灼烧时结果不稳定，应改用缓慢灰化法重新测定。灰分低于15%时，不必进行检查性灼烧。
3．分析结果的计算
空气干燥煤样的灰分按下式计算：
式中：Aad——空气干燥煤样的灰分，%；
m1——灼烧后残留物的质量，g
m——称取的空气干燥基煤样的质量，g。
4．灰分测定的精密度
灰分测定的重复性和再现性如下表规定：
灰分，％
重复性限Aad，％
再现性临界差Ad，％
<15.00
0.20
0.30
15.00～30.00
0.30
0.50
>30.00
0.50
0.70
三、煤中挥发分的测定
（一）挥发分的定义煤的挥发分，即煤样在900±10℃隔绝空气的条件下，加热7min，由煤中有机质分解出来的气体或液体（呈蒸气状态）的产物。剩下的残渣叫做焦渣。因为挥发分不是煤中固有的，而是在特定温度下热解的产物，所以确切的说应称为挥发分产率。
煤的挥发分产率与测定时所用的容器、加热温度、加热时间等条件有关。为了得出比较准确便于统一对比的结果，我国国际标准GB212-2001规定：使用带有严密盖子的专用坩锅（见P52，图3-7），在900±10℃隔绝空气加热7min，为测定挥发分的条件。
挥发分坩锅
图6 坩埚架
图7 坩埚架夹煤的挥发分不仅是炼焦、气化要考虑的一个指标，也是动力用煤的一个重要指标，是动力煤按发热量计价的一个辅助指标。挥发分也是煤分类的重要指标。煤的挥发分反映了煤的变质程度，挥发分由大到小，煤的变质程度由小到大。所以世界各国和我国都以煤的挥发分作为煤分类的最重要的指标。
用空气干燥基煤样在上述条件下测定挥发分时，热分解析出的物质中包括：有机质分解产物、无机矿物质分解产物和水分。根据定义，挥发分产率只限有机挥发分，因此，试验时，试样减少的重量扣除无机气态分解物和水分，才是挥发分。一般情况下无机气态分解物很少，影响不大。只有当煤中碳酸盐二氧化碳含量大于2％时，才需对试验结果加以校正。
（二）煤中挥发分的测定方法按照《煤的工业分析方法》GB212-2001规定，挥发分的测定如下：
用预先在900℃温度下灼烧至质量恒定的带盖瓷坩埚，称取粒度为小于0.2mm的空气干燥煤样1±0.01g，精确至0.0002g，然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖，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。
将马弗炉预先加热至920℃左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的架子送入恒温区并关上炉门，准确加热7min。坩埚及架子刚放入后，炉温会有所下降，但必须在3min内使炉温恢复至900±10℃，否则此试验作废。加热时间包括温度恢复时间在内。
从炉中取出坩埚，放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温（约20min）后，称量。
（三）焦渣特征分类测定挥发分所得焦渣的特征，按下列规定加以区分：
（1）粉状——全部是粉末，没有相互粘着的颗粒。
（2）粘着——用手指轻碰即成粉末或基本上是粉末，其中较大的团块轻轻一碰即成粉末。
（3）弱粘结——用手指轻压即成小块。
（4）不熔融粘结——以手指用力压才裂成小块，焦渣上表面无光泽，下表面稍有银白色光泽。
（5）不膨胀熔融粘结——焦渣形成扁平的块，煤粒的界线不易分清，焦渣上表面有明显银白色金属光泽，下表面银白色光泽更明显。
（6）微膨胀熔融粘结——用手指压不碎，焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽，但焦渣表面具有较小的膨胀沟（或小气泡）。
（7）膨胀熔融粘结——焦渣上、下表面有银白色金属光泽，明显膨胀，但高度不超过15mm。
（8）强膨胀熔融粘结——焦渣上、下表面有银白色金属光泽，焦渣高度大于15mm。
为了简便起见，通常用上列序号作为各种焦渣特征的代号。
试验结果表明，褐煤、烟煤中的长焰煤、贫煤和无烟煤都没有粘结比烟煤中的肥煤和焦煤的粘结性最好，其焦治呈熔融、粘结而膨胀。
（四）分析结果的计算
空气干燥煤样的挥发分按下式计算：
?
当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量为2%～12%时，则：
?
当空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量大于12%时，则：
式中：Vad——空气干燥煤样的挥发分，%；
m1——煤样加热后减少的质量，g
m——空气干燥煤样的质量，g；
M ad——空气干燥煤样的水分，%；
(CO2)ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量，%；
(CO2)ad（焦渣）——焦渣中二氧化碳对煤样量的百分数，%。
（五）挥发分测定的精密度
挥发分测定的重复性和再现性如下表规定：
挥发分，％
重复性限Vad，％
再现性临界差Vd，％
<20
0.30
0.50
20～40
0.50
1.00
>40
0.80
1.50
（六）固定碳的计算煤中去掉水分、灰分、挥发分，剩下的就是固定碳。
煤的固定碳与挥发分一样，也是表征煤的变质程度的一个指标，随变质程度的增高而增高。所以一些国家以固定碳作为煤分类的一个指标。
固定碳是煤的发热量的重要来源，所以有的国家以固定碳作为煤发热量计算的主要参数。
空气干燥基固定碳按下式计算：
FCad=100-(Mad+Aad+Vad)
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，%；
第二节 煤的元素分析煤的元素分析是指对煤中C、H、O、N和S五种元素的分析。这五种成分组成煤的有机成分。其中以C、H、O为主，其总和占有机质的95％以上；氮的含量较少，约在0.5％~3％；硫的含量除与原始植物质有关外，主要和成煤时的地质条件有关，其含量变化范围为0.1％~10％，多数情况在0.5％~3％。
在锅炉设计和燃烧控制方面都需要掌握煤中的元素组成，以便计算理论空气量、过剩空气量以及排烟量等。煤的低位发热量也必须在已知氢元素含量的基础上计算出来。此外，在煤的分类中，H元素是无烟煤的分类指标。C元素是表明煤化程度的指标之一。
一、煤中C、H元素含量的测定
（一）基本原理一定量的空气干燥煤样在氧气流中燃烧，生成的水和二氧化碳分别用吸水剂和二氧化碳吸收剂吸收，由吸收剂的增重计算煤中碳和氢的含量。
试样的燃烧反应为：
煤＋O2(CO2＋H2O＋SO2＋SO3＋Cl2＋NO2＋N2＋O2
为了确保试样燃烧完全，就必须满足其完全燃烧的条件。因此，要求维持一定的燃烧温度（850℃），控制一定的氧气流速（120ml/min），称取适量的煤粉试样（粒度小于0.2mm，0.1~0.2g）以及充分的燃烧时间（一般不少于20min）。同时，为了防止燃烧不完全二产生的CO，要求在燃烧管中加装足够量的针状CuO（CuO为针状，目的是为了使它与CO充分接触，气流易于通过），使其进一步氧化成CO2：
CuO＋COCu＋CO2
煤中除含有C、H外，还含有少量的S、Cl、N等。为了能确保获得纯净的CO2和H2O，在燃烧管中装有粒状铬酸铅及银丝卷，以除去S和Cl。
4PbCrO4＋4SO24PbSO4＋2Cr2O3＋O2
4PbCrO4＋4SO34PbSO4＋2Cr2O3＋3O2
2Ag＋Cl22AgCl
此外，还有一种高锰酸银的热解产物的多孔蓬松状物质，它能同时吸收几种干扰物，并兼有催化、氧化不完全燃烧产物的性能。因而使用它可简化试验过程，通常用于二节炉法。
AgMnO4MnO2＋Ag＋O2
分解出的银原子分散在二氧化锰表面形成活性中心，具有强烈的氧化作用。当不完全燃烧产物CO通过时，可使其氧化。同时燃烧过程中产生的SO2及Cl2等干扰物按下列反应除去：
2SO2＋4Ag＋7MnO2(2Ag2SO4＋2Mn2O3＋Mn3O4
2Ag＋Cl2(2AgCl
在850℃条件下，煤中少部分氮燃烧后生成NO2，将会导致C含量测定结果偏高。为此，在CO2吸收瓶前要加装除氮管，内装MnO2。
2NO2＋MnO2(Mn(CO3)2
燃烧管内还装有多个铜丝卷，一是氧气通过铜丝卷（由铜丝网卷成）二被分散开，有助于化学反应的进行；二是借助于铜丝卷将燃烧管内各部发试剂分开。
为了使燃烧后的二氧化碳和水被定量吸收，应保持全系统的严密性，并要选用合适的吸收剂。
（二）碳、氢测定仪碳、氢测定仪包括净化系统、燃烧装置和吸收系统三个主要部分，结构如图所示。
1-鹅头洗气瓶；2气体干燥塔；3-流量计；4-橡皮帽；5-铜丝卷；6-燃烧舟；7-燃烧管；8-氧化铜；9-铬酸铅；10-银丝卷；11-吸水U形管；12-除氮U形管；13-吸二氧化碳U形管；14-保护用U形管；15-气泡计；16-保温套管；17-三节电炉图1 碳氢测定仪
1．净化系统，包括以下部件,
a．鹅头洗气瓶（《煤的元素分析方法》GB/T476-2001中无此项）：容量250～500mL，内装40%氢氧化钾（或氢氧化钠）溶液；
b．气体干燥塔：容量500mL，2个，一个上部（约2/3）装无水氯化钙（或无水高氯酸镁），下部（约1/3）装碱石棉（或碱石灰）；另一个装无水氯化钙（或无水高氯酸镁）；
c．流量计：量程0～150mL/min。
2．燃烧装置：由一个三节（或二节）管式炉及其控温系统构成，主要包括以下部件,
a．电炉：三节炉或二节炉，炉膛直径约35mm。
三节炉：第一节长约230mm，可加热到800±10℃，并可沿水平方向移动；第二节长330～350mm，可加热到800±10℃；第三节长130～150mm，可加热到600±10℃。
二节炉：第一节长约230mm，可加热到800±10℃，并可沿水平方向移动；第二节长130～150mm，可加热到500±10℃。
每节炉装有热电偶、测温和控温装置。
b．燃烧管：素瓷、石英、刚玉或不锈钢制成，长1100～1200mm（使用二节炉时，长约800mm），内径20～22mm，壁厚约2mm；
c．燃烧舟：素瓷或石英制成，长约80mm；
d.橡皮帽（最好用耐热硅橡胶）或铜接头。
3．吸收系统，包括以下部件,
a.吸水U形管：如图2所示，装药部分高100～120mm，直径约15mm，进口端有一个球形扩大部分，内装无水氯化钙或无水过氯酸镁。
图2 吸水U形管
b．吸收二氧化碳U形管2个，如图3所示。装药部分高100～120mm，直径约15mm，前2/3装碱石棉或碱石灰，后1/3装无水氯化钙或无水高氯酸镁。
c．除氮U形管：如图3所示。装药部分高100～120mm，直径约15mm，前2/3装二氧化锰，后1/3装无水氯化钙或无水高氯酸镁。
d.气泡计：容量约10mL，内装浓硫酸。
图3 二氧化碳吸收管（或除氮U形管）
（三）试验条件的检验为了获得准确可靠的试验结果，应在试验前对试验条件进行检验，确证无误后或者求出校正值后，方能对试样进行测定
1．炉温的校正
将工作热电偶插入三节炉（或二节炉）的热电偶孔内，使热端插入炉膛并与高温计连接。将炉温升至规定温度，保温1h。然后沿燃烧管轴向将标准热电偶依次插到空燃烧管中对应于第一、第二、第三节炉（或第一、第二节炉）的中心处（注意勿使热电偶和燃烧管管壁接触）。根据标准热电偶指示，将管式电炉调节到规定温度并恒温5min。记下工作热电偶相应的读数，以后即以此为准控制温度。
2．空白试验将装置按图1连接，通电升温。将吸收系统各U型管磨口塞选至开启状态，接通氧气，调节氧气流量为120mL/min，检查整个系统的气密性。在升温过程中，将第一节电炉往返移动几次，通气约20min后，取下吸收系统，将各U型管磨口塞管壁，用绒布擦净，在天平旁放置10min左右，称量。当第一节和第二节炉达到并保持在800±10℃，第三节炉达到并保持在600±10℃后开始作空白试验。此时将第一节移至紧靠第二节炉，接上已经通气并称量过的吸收系统。在一个燃烧舟上加入三氧化钨（数量和煤样分析时相当）。打开橡皮帽，取出铜丝卷，将装有三氧化钨的燃烧舟用镍铬丝推至第一节炉入口处，将铜丝卷放在燃烧舟后面，套紧橡皮帽，接通氧气，调节氧气流量为120mL/min。移动第一节炉，使燃烧舟位于炉子中心。通气23min，将炉子移回原位。
2min后取下吸收系统U形管，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量。吸水U形管的质量增加数即为空白值。重复上述试验，直到连续两次所得空白值相差不超过0.0010g，除氮管、二氧化碳吸收管最后一次质量变化不超过0.0005g为止。取两次空白值的平均值作为当天氢的空白值。在做空白试验前，应先确定保温套管的位置，使出口端温度尽可能高又不会使橡皮帽热分解，如空白值不易达到稳定，则可适当调节保温管的位置。
3．试验装置可靠性检验为了检查测定装置是否可靠，可用标准煤样，按规定的试样步骤进行测定。如实测的C、H值与标准煤样C、H值的差值在标准煤样规定的不确定度范围内，表明测定装置可靠。否则，须查明原因并纠正后才能进行正式测定。
（四）分析步骤
将第一节和第二节炉温控制在800±10℃，第三节炉温控制在600±10℃，并使第一节炉紧靠第二节炉。（三节炉法）
第一节炉控温在800±10℃，第二节炉控温在500±10℃，并使第一节炉紧靠第二节炉。每次空白试验时间为20min。燃烧舟位于炉子中心时，保温13min。（二节炉法）
在预先灼烧过的燃烧舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.2g，精确至0.0002g，并均匀铺平。在煤样上铺一层三氧化钨。可把燃烧舟暂存入专用的磨口玻璃管或不加干燥剂的干燥器中。
接上已称量的吸收系统，并以120mL/min的流量通入氧气。打开橡皮帽，取出铜丝卷，迅速将燃烧舟放入燃烧管中，使其前端刚好在第一节炉炉口，再将铜丝卷放在燃烧舟后面，套紧橡皮帽。保持120mL/min的流量。1min后向净化系统方向移动第一节炉，使燃烧舟的一半进入炉子。过2min，移炉，使燃烧舟全部进入炉子。再过2min，使燃烧舟位于炉子中心。保温18min后，把第一节炉移回原位。2min后，取下吸收系统，将磨口塞管壁，用绒布擦净，在天平旁放置10min后称量（除氮管不必称量）。第二个吸收二氧化碳U型管变化小于0.0005g，计算时忽略。
（五）分析结果计算空气干燥煤样的碳、氢按下式计算：
?
式中：Cad——空气干燥煤样的碳含量，%；
Had——空气干燥煤样的氢含量，%；
m1——吸收二氧化碳的U形管的增重，g；
m2——吸收水分的U形管的增重，g；
m3——水分空白值，g；
m——分析煤样的质量，g；
0.2729——将二氧化碳折算成碳的因数；
0.1119——将水折算成氢的因数；
Mad——空气干燥煤样的水分含量，%；
当需要测定有机碳（CO,ad）时，按下式计算有机碳质量分数：
式中，(CO2)ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%
（六）碳、氢测定的精密度项目
重复性限，％
项 目
再现性临界差，％
Cad
0.50
Cd
1.00
Had
0.15
Hd
0.25
二、煤中氮元素含量的测定根据国际标准GB/T476－2001《煤的元素分析方法》，测定煤中氮元素的含量使用开氏法。
（一）测定原理称取一定量的空气干燥煤样，加入混合催化剂和硫酸，加热分解，氮转化为硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠溶液，把氨蒸出并吸收在硼酸溶液中，用硫酸标准溶液滴定。根据用去的硫酸量，计算煤中氮的含量。
现在所用的催化剂由无水硫酸钠、硫酸汞和硒粉组成的混合试剂研细而成。
试验过程中的化学反应式如下：
消解反应煤CO2＋SO2＋SO3＋H2O＋NH4HSO4＋N2（微量）
蒸馏分解反应
NH4HSO4＋2NaOHNH3(＋Na2SO4＋2H2O
吸收反应
H3BO3＋xNH3( H3BO3(xNH3
滴定反应
H3BO3(xNH3＋xH2SO4( x(NH4)2SO4＋H3BO3
（二）试验步骤
在薄纸上称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.2g，精确至0.0002g。把煤样包好，放入 50mL开氏瓶中，加入混合催化剂2g（将分析纯无水硫酸钠（HG3-123）32g、分析纯硫酸汞5g和分析纯硒粉（HG3-926）0.5g研细，混合均匀）和浓硫酸（相对密度1.84）5mL。然后将开氏瓶放入铝加热体的孔中，并用石棉板盖住开氏瓶的球形部分。在瓶口插入一小漏斗，防止硒粉飞溅。在铝加热体中心的小孔中放温度计。接通电源，缓缓加热到350℃左右，保持此温度，直到溶液清澈透明、漂浮的黑色颗粒完全消失为止。遇到分解不完全的煤样时，可将0.2mm的空气干燥煤样磨细至0.1mm以下，再按上述方法消化，但必须加入高锰酸钾或铬酸酐0.2～0.5g。分解后如无黑色粒状物，表示消化完全。
将溶液冷却，用少量蒸馏水稀释后，移至250mL开氏瓶中。充分洗净原开氏瓶中的剩余物，洗液并入250m L开氏瓶，使溶液体积约为100mL。然后将盛溶液的开氏瓶放在蒸馏装置上准备蒸馏。蒸馏装置如下图（P63，图3-18）所示。
1-锥形瓶；2-橡皮管；3-直形玻璃冷凝管；4-开氏瓶；5-玻璃管；6-开氏球；7-橡皮管；
8-夹子；9、10-橡皮管和夹子；11-圆底烧瓶；12-万能电炉图7 蒸馏装置
把直形玻璃冷凝管的上端连接到开氏球上，下端用橡皮管连上玻璃管，直接插入一个盛有20mL、3%硼酸溶液和1～2滴混合指示剂（甲基红和亚甲基蓝混合指示剂）的锥形瓶中。玻璃管浸入溶液并距瓶底约2mm。
在250mL开氏瓶中注入25mL混合碱溶液（将分析纯氢氧化钠（GB629）37g和化学纯硫化钠（HG3-905）3g溶解于蒸馏水中，配制成100mL溶液），然后通入蒸汽进行蒸馏，蒸馏至锥形瓶中溶液的总体积达80mL左右为止，此时硼酸溶液由紫色变成绿色。
蒸馏完毕后，拆下开氏瓶并停止供给蒸汽。插入硼酸溶液中的玻璃管内、外用蒸馏水冲洗。洗液收入锥形瓶中，用硫酸标准溶液滴定到溶液由绿色变成钢灰色即为终点。由硫酸用量求出煤中氮的含量。
空白试验采用0.2g蔗糖代替煤样，试验步骤与煤样分析相同。
注：每日在煤样分析前，冷凝管须用蒸汽进行冲洗，待馏出物体积达100～200mL后，再做正式煤样。
（三）分析结果的计算
空气干燥煤样的氮按下式计算：
式中：Nad——空气干燥煤样的氮含量，%；
c——硫酸标准溶液的浓度，mol/L；
V1——硫酸标准溶液的用量，mL；
V2——空白试验时硫酸标准溶液的用量，mL；
0.014——氮的毫摩尔质量，g/m mol；
m——煤样的质量，g。
（四）氮测定的精密度
氮测定的重复性和再现性如下表规定：
重复性限Nad，％
再现性临界差Nd，％
0.08
0.15
三、煤中硫元素的测定煤中硫按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质硫。无机硫又分为硫化物硫和硫酸盐硫。硫化物硫绝大部分是黄铁矿硫，少部分为白铁矿硫，两者是同质多晶体。还有少量的ZnS，PbS等。硫酸盐硫主要存在于CaSO4中。
煤中硫分，按其在空气中能否燃烧又分为可燃硫和不可燃硫。有机硫、硫铁矿硫和单质硫都能在空气中燃烧，都是可燃硫。硫酸盐硫不能在空气中燃烧，是不可燃硫。
通常测定煤中硫含量是指全硫的含量。当为某种特殊需要时也可以测定各种形态硫。测定硫的方法很多，国际标准《煤中各种形态硫的测定方法》GB215－1996中规定了三种测定全硫的方法：艾士卡法、库仑法和高温燃烧中和法。
（一）艾士卡法此法使测定全硫的经典方法，也是国际上公认的标准方法，准确度高，重现性好，对于仲裁、校核等重要试验，均应采用艾士卡法测定。
1．测定原理将煤样与艾士卡试剂混合灼烧，煤中硫生成硫酸盐，然后使硫酸根离子生成硫酸钡沉淀，根据硫酸钡的质量计算煤中全硫的含量。
1）熔样煤＋O2CO2＋SO2＋SO3＋N2＋H2O
2Na2CO3＋2SO2＋O2(2Na2SO4＋2CO2
Na2CO3＋SO3(Na2SO4＋CO2
2MgO＋SO2＋O2(2MgSO4
MgO＋SO3 (MgSO4
煤中不可燃硫，如硫酸钙在受热条件下，与艾士卡试剂中的无水碳酸钠发生复分解反应，产生硫酸钠：
Na2CO3＋CaSO4(Na2SO4＋CaCO3
2）硫酸盐溶解
3）硫酸钡沉淀
Na2SO4＋MgSO4＋2BaCl2(2BaSO4(＋2NaCl＋MgCl2
4）沉淀物灼烧与结果计算
2．试剂和材料
艾士卡试剂（以下简称艾氏剂）：以2份质量的化学纯轻质氧化镁（GB/T9857）与1份质量的化学纯无水碳酸钠（GB/T639）混匀并研细至粒度小于0.2mm后，保存在密闭容器中。
盐酸（GB/T622）溶液：（1+1）水溶液。
氯化钡（GB/T652）溶液：100g/L。
甲基橙溶液：20g/L。
硝酸银（GB/T670）溶液：10g/L，加入几滴硝酸（GB/T626），贮于深色瓶中。
瓷坩埚：容量30mL和10～20mL两种。
3．测定步骤
于30mL坩埚内称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样1g1)（称准至0.0002g）和艾氏剂2g（称准至0.1g），仔细混合均匀，再用1g（称准至0.1g）艾氏剂覆盖。
注：1）全硫含量超过8%，称取0.5g。
将装有煤样的坩埚移入通风良好的马弗炉中，在1～2h内从室温逐渐加热到800～850℃，并在该温度下保持1～2h。
将坩埚从炉中取出，冷却到室温。用玻璃棒将坩埚中的灼烧物仔细搅松捣碎（如发现有未烧尽的煤粒，应在800～850℃下继续灼烧0.5h），然后转移到400mL烧杯中。用热水冲洗坩埚内壁，将洗液收入烧杯，再加入100～150mL刚煮沸的水，充分搅拌。如果此时尚有黑色煤粒漂浮在液面上，则本次测定作废。
用中速定性滤纸以倾泻法过滤，用热水冲洗3次，然后将残渣移入滤纸中，用热水仔细清洗至少10次，洗液总体积约为250～300mL。
向滤液中滴入2～3滴甲基橙指示剂，加盐酸中和后再加入2mL，使溶液呈微酸性。将溶液加热到沸腾，在不断搅拌下滴加氯化钡溶液10mL，在近沸状况下保持约2h，最后溶液体积为200mL左右。
溶液冷却或静置过液后用致密无灰定量滤纸过滤，并用热水洗至无氯离子为止[用硝酸银检验]。
将带沉淀的滤纸移入已知质量的瓷坩埚中，先在低温下灰化滤纸，然后在温度为800～850℃的马弗炉内灼烧20～40min，取出坩埚，在空气中稍加冷却后放入干燥器中冷却到室温（约25～30min），称量。
每配制一批艾氏剂或更换其他任一试剂时，应进行2个以上空白试验（除不加煤样外，全部操作按上述步骤进行），硫酸钡质量的极差不得大于0.0010g，取算术平均值作为空白值。
4．结果计算
测定结果按下式计算：
（1）
式中：St,ad——空气干燥煤样中全硫含量，%；
m1——硫酸钡质量，g；
m2——空白试验的硫酸钡质量，g；
0.1374——由硫酸钡换算为硫的系数；
m——煤样质量，g。
5．精密度
全硫测定的精密度如下表规定：
St，%
重复性St,ad，%
再现性St,d，%
<1
0.05
0.10
1～4
0.10
0.20
>4
0.20
0.30
（二）库仑滴定法这是现在电力系统应用最多的一种测硫方法。
1．测定原理煤样在催化剂作用下，于空气流中燃烧分解，煤中硫生成二氧化硫并被碘化钾溶液吸收，以电解碘化钾溶液所产生的碘进行滴定，根据电解所消耗的电量计算煤中全硫的含量。
在电解液电解过程中，通入96500C（即1F法拉第）电量，则在电极上析出1mol的物质。
式中，m——电极上析出物质的量，g；
Mm——物质的摩尔质量，g/mol；
F——法拉第电量，96500C；
I——通入电解液的电流，A；
n——电子转移数；
t——通入电流的时间，s。
煤样在1150℃及催化剂的作用下，于空气流中燃烧分解，煤中硫主要转化成SO2，并伴有少量SO3，它们空气流带入电解池中，与水反应生成亚硫酸及硫酸：
SO2＋SO3＋2H2O(H2SO4＋H2SO3
电解KI与KBr生成溴与碘：
阳极 2I－－2e (I2
2Br－－2e (Br2
由电极反应产生的游离碘或溴作为中间滴定剂与H2SO3发生氧化还原反应：
I2＋H2SO3＋H2O(H2SO4＋2HI
Br2＋H2SO3＋H2O(H2SO4＋2HBr
电解生成的碘和溴所消耗的电量由库仑积分仪显示，然后根据法拉第电解定律计算出煤中全硫含量。
由于煤燃烧时形成少量的SO3，并未进行上述氧化还原反应，因而对它的损失应加以校正。
2．库仑滴定测硫仪
由下列各部分构成：
管式高温炉：能加热到1200℃以上并有90mm以上长的高温带1150±5℃，附有铂铑-铂热电偶测温及控温装置，炉内装有耐温1 300℃以上的异径燃烧管。
电解池和电磁搅拌器：电解池高120～180mm，容量不少于400mL，内有面积约150mm2的铂电解电极对和面积约15mm2的铂指示电极对。指示电极响应时间应小于1s，电磁搅拌器转速约500r/min且连续可调。
库仑积分器：电解电流0～350mA范围内积分线性误差应小于±0.1%。配有4～6位数字显示器和打印机。
送样程序控制器：可按指定的程序前进、后退。
空气供应及净化装置：由电磁泵和净化管组成。供气量约1 500mL/min，抽气量约1 000mL/Min，净化管内装氢氧化钠及变色硅胶。
3．测定步骤
将管式高温炉升温并控制在1150±5℃。
开动供气泵和抽气泵并将抽气流量调节到1 000mL/min。在抽气下，将250～300mL电解液（碘化钾（GB/T1272）、溴化钾（GB/T649）各5g，冰乙酸（GB/T676）10mL，溶于250～300mL水中）加入电解池内，开动电磁搅拌器。
于瓷舟中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.05g（称准至0.0002g），在煤样上盖一薄层三氧化钨。将舟置于送样的石英托盘上，开启送样程序控制器，煤样即自动送进炉内，库仑滴定随即开始。试验结束后，库仑积分器显示出硫的毫克数或百分含量并由打印机打出。
（三）高温燃烧中和法将试样在高温下（>1350℃）充足的氧气流中燃烧，煤中各种形态的硫化物被氧化或分解成硫的氧化物，然后用过氧化氢吸收，使其形成硫酸溶液，再用标准氢氧化钠溶液进行中和滴定。根据所消耗标准氢氧化钠溶液的浓度和量计算煤中全硫的含量。高温燃烧中和法测定结果偏低，测试速度不如库仑滴定法，目前电力系统应用高温燃烧中和法测定全硫的单位已经很少了。
四、煤中含氧量的计算对煤中的含氧量，目前还没有直接分析的方法，一般多用差减法计算。氧的含量按下式计算：
Oad=100－Cad－Had－Nad－St,ad－Mad－Aad－(CO2)ad
式中：Oad——空气干燥煤样的氧含量，%；
St,ad——空气干燥煤样的全硫含量（按GB214测定），%；
Mad——空气干燥煤样的水分含量（按GB212测定），%；
Aad——空气干燥煤样的灰分含量（按GB212测定），%；
(CO2)ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳的含量（按GB218测定），%。
第三节 煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定当煤中的碳酸盐在600℃左右时，就会开始分解，析出CO2，这一过程能影响煤的工业分析和元素分析中各项有机组成的分析结果。因此，对碳酸盐含量稍高的煤（CO2含量超过2％时），必须进行CO2含量的测定，以便对工业分析和元素分析中有关测定值进行修正。
一、测定原理将一定量的煤样与稀盐酸反应，使煤样中碳酸盐分解出二氧化碳，用碱石棉将其吸收，根据吸收剂的增重，计算出煤中碳酸盐二氧化碳的含量。
二、二氧化碳测定装置按照国际标准GB/T218－1996《煤中碳酸盐二氧化碳含量的测定方法》规定，测定煤中碳酸盐二氧化碳的装置如图P70，图3-21所示。主要包括以下几部分：
1．净化系统：由内装浓硫酸的洗气瓶（3）和内装碱石棉的U型管（4）组成。
2．反应系统：由一个300mL的平底烧瓶（8），分液斗（7），冷凝器（6）和梨形管（5）组成。
3．吸收系统：由以下部件组成。
1）U型管（9），内装无水氯化钙，用以吸收从反应系统出来的水分；
2）U型管（10），前2/3装粒状无水硫酸铜浮石，后1/3装无水氯化钙，用以吸收煤分解的硫化氢；
3）U型管（11）、（12），前2/3装碱石棉，后1/3装无水氯化钙，用以吸收二氧化碳及其与碱石棉反应生成的水分。
三、测定步骤
准确称量粒度小于0.2mm的空气干燥煤样5g(称准到0.00lg)，放入平底烧瓶中，加入50mL水，用橡皮塞塞紧，用力摇动以润湿煤样。打开瓶塞，再用50mL水将粘附在橡皮塞上的煤样洗入瓶中，若遇到难润湿的煤样，可先加5mL润湿剂以后再加水。
接通仪器各部件，打开弹簧夹，以(50±5)mL/min的流量抽入空气，约10min后，关闭U形管(9)，(l0)，(l1)，(l2)及二通活塞，取下U形管(11)，(12)，用清洁干燥没有松散纤维的布擦净，在天平室冷却到室温(约l5min)后称量。再将其连到仪器上，重复以上操作，直到每支U形管质量变化不超过0.00lg时为止。
注：每天开始试验时，进行U形管质量恒定试验。
将质量恒定的U形管重新接好，以(50±5)mL/min的流量抽入空气。打开冷却水，在漏斗中加入25mL盐酸溶液，打开活塞，使盐酸溶液在l～2min内慢慢滴入平底烧瓶中。注意不要太快，尤其对二氧化碳含量高的煤样，以免反应过猛。为了防止空气进入平底烧瓶，应在漏斗中尚存少量盐酸时，便关闭漏斗活塞。慢慢加热平底烧瓶使其中液体在7～8min后沸腾。注意，在溶液即将沸腾之际，要立即降低温度，以免溶液向外喷溅。溶液沸腾后(若煤样往烧瓶壁上爬，可轻轻摇动烧瓶)，继续保持微沸30min。停止加热，关闭U形管(4)，(9)，(10)，(ll)，(l2)及二通活塞。然后取下U形管(ll)及(12)，按所述擦净和称量。
四、结果计算空气干燥煤佯中碳酸盐二氧化碳含量，按下式计算：
式中：[CO2]ad——空气干燥煤样中碳酸盐二氧化碳含量，%；
m1——试验前U形管(11)、(12)的总质量，g；
m2——试验后U形管(11)、(l2)的总质量，g；
m3——空白值，g；
m——空气干燥煤样的质量，g。
五、精密度煤中碳酸盐二氧化碳含量测定的重复性和再现性如下表规定。
重复性[CO2]ad，％
再现性[CO2]d，％
0.10
0.15
问题
1．燃煤有哪些工业分析项目？有哪些元素分析项目？用什么符号表示？
答：工业分析测出的煤的不可燃成分和可燃成分，前者为水分和灰分，后者为挥发分和固定碳，分别以M、A、V、FC表示。
元素分析项目有：碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）、硫（S）、水分（M）、灰分（A）。
2．煤中水分存在形式？各自特点？
答：（1）外在水分 指附着和润湿在煤块表面和大毛细管（直径>10-5 cm）孔中的水分，它以机械方式存留在煤中，煤在空气中，这种水分会不断蒸发，它的含量与外界条件有关，符号Mf；（2）内在水分 吸附或凝聚在煤颗粒内部小毛细孔中的水分，它以物理、化学方式与煤结合，在的105~110℃温度下才能除去，符号Minh；（3）结晶水 是与煤中3个物质相结合的水分，它要在200℃以上时，才能分解出来，工业分析不能作结晶水测定。
3．对测全水分的煤样有何技术要求？
答：（1）试样的粒度需要符合要求，粒度应小于6mm；（2）干燥温度必须按要求加以控制；（3）干燥时间必须按要求加以控制。
4．挥发分的含义？对挥发分的测定有何技术要求？
答：煤的挥发分是指煤样在900±10℃隔绝空气的条件下加热7min，由煤中有机物分解出来的气体和液体（呈蒸汽状态）的产物。
挥发分的测定是一项规范性很强的试验，其测定的结果完全取决于所规定的试验条件，所以在测定燃煤挥发分时，对测定的技术要求很严。具体如下：
技术要求：（1）高温炉内温度应严格控制在900±10℃的范围内，当放进试样后，炉温应在5min内恢复到900±10℃。
（2）加热时间的计时应用秒表，即当试样一送入高温炉的高温区开始计时，到试样离开高温炉为止，这一操作过程应准确为7min。否则，试样做报废处理。
（3）测定时应用专用的坩埚。当坩埚在炉内灼烧时应避免坩埚与坩埚之间、坩埚与高温炉壁的直接接触。
（4）在测定时，如坩埚或坩埚盖上聚有黑烟时，试验也做报废处理。
5．测碳、氢有哪些元素干扰测定？怎样排除？
答：燃烧生成的SO2、NO2、Cl2会干扰测定，排除SO2用PbSO4在600℃下与其作用形成PbSO4而 被 除去，Cl2用金属 银在200℃左右与其作用生产AgCl而被除去，金属银在高于500℃的条件下能与SO2 作 用形成Ag2SO4而被除去，NO2用粒状MnO2与其作用形成Mn（NO3）2而被除去。
6．用艾氏剂法测定煤中全硫时，应注意哪些问题？
答：用艾氏剂法测定煤中全硫时，应注意以下几个问题：
（1）必须在通风下进行半熔，否则煤粒燃烧不完全而使部分硫不能转化为二氧化硫；
（2）沉淀剂BaCl2必须过量；
（3）在用水抽提、洗涤时，要求溶液体积不宜过大，以免影响测定结果；
（4）注意调节溶液酸度，使CO32-转为CO2逸出；
（5）在洗涤过程中，每次吸入蒸馏水前，应将洗液都滤干，这样洗涤效果好；
（6）在灼烧前不得残留滤纸，高温炉也应通风；
（7）灼烧后的BaSO4在干燥器中冷却后，及时称量；
（8）必须做空白试验。
