什么是煤的外在水分?什么是煤的内在水分?

煤中的水分按其在煤中存在的状态,可以分为外在水分、内在水分和化合水三种。

外在水分:

煤的外在水分(free moisture;surface moisture)是指煤在开采、运输、储存和洗选过程中,附着在煤的颗粒表面以及大毛细孔(直径大于10 -5 cm)中的水分,用符号M (%)表示。外在水分以机械的方式与煤相结合,仅与外界条件有关,而与煤质本身无关,其蒸汽压与常态水的蒸汽压相等,较易蒸发。当煤在室温下的空气中放置时,外在水分不断蒸发,直至与空气的相对湿度达到平衡时为止。此时失去的水分就是外在水分。含有外在水分的煤称为收到煤,失去外在水分的煤称为空气干燥煤。

内在水分:

煤的内在水分(inherent moisture;moisture in air-dried coal)是指吸附或凝聚在煤颗粒内部表面的毛细管或空隙(直径小于10 -5 cm)中的水分,表示为M inh 或M ad (%)。内在水分以物理化学方式与煤相结合,与煤种的本质特征有关(表2-3),内表面积越大,小毛细孔越多,内在水分亦越高。内在水的蒸汽压小于常态水的蒸汽压,较难蒸发,加热至105~110℃时才能蒸发,失去内在水分的煤称为干燥煤。将空气干燥煤样加热至105~110℃时所失去的水分即为内在水分。煤的内在水分还与外界条件有关,一定的湿度和温度下,内在水分可以达到最大值。此时的内在水分即称为最高内在水分M hc (moisture holding capacity)。

煤的外在水分与内在水分的总和称为煤的全水分M (total moisture)。

化合水:

煤中的化合水(water of constitution)是指以化学方式与矿物质结合的,在全水分测定后仍保留下来的水分,即通常所说的结晶水或化合水,它们以化学方式与无机物相结合。化合水含量不大,而且必须在高温下才能失去。例如,石膏(CaSO ·2H O)在163℃时分解失去结晶水,高岭土(Al ·2SiO ·2H O)在450~600℃方才失去结合水。在煤的工业分析中,一般不考虑化合水。

煤中水分的多少在一定程度上反映了煤质状况。低煤化度煤结构疏松,结构中极性官能团多,内部毛细管发达,内表面积大,因此具备了赋存水分的条件。例如褐煤的外在水分和内在水分均可达20%以上。随着煤化度的提高,两种水分都在减少。在肥煤与焦煤变质阶段,内在水分达到最小值(小于1%)。到高变质的无烟煤阶段,由于煤粒内部的裂隙增加,内在水分又有所增加,可达到4%左右。

图2-1 煤的最高内在水分M hc 与挥发分V daf 的关系

煤的最高内在水分与煤化度的关系基本与内在水分相同,具有明显的规律性(图2-1)。当挥发分V daf 为25%±5%时,M hc 小于1%,达到最小值。经风化后煤的内在水分增加,所以煤内在水分的大小,也是衡量煤风化程度的标志之一。煤中的化合水虽与煤的煤化度没有关系,但化合水多,说明含化合水的矿物质多,因而间接影响了煤质。

对于烟煤和无烟煤常常采用空气干燥法测定煤中的水分,即在105~110℃下烘干煤样,通过计算其失重来计算水分含量,对于褐煤的水分测定需要在氮气气氛中进行干燥。除了干燥法之外,水分的测定还可以采用微波干燥法和甲苯蒸馏法,但微波干燥法对于无烟煤水分不适用,甲苯蒸馏法对于低煤化程度的煤样,如褐煤比较合适,但操作步骤繁琐,在国家标准中已经被摒弃。

一般说来,水分是煤中基本有害无利的无机物质。这是因为:在运输时,煤的水分增加了运输负荷;对煤进行机械加工时,煤中水分过多将造成粉碎、筛分困难,降低生产效率,损坏设备;炼焦时,煤中水分的蒸发需消耗热量,增加焦炉能耗,延长了结焦时间,降低了焦炉生产能力。水分过大时,还会损坏焦炉,使焦炉使用年限缩短。此外,炼焦煤中的各种水分,包括热解水全部转入焦化剩余氨水,增大了焦化废水处理的负荷;气化与燃烧时,煤中的水分降低了煤的有效发热量,但气化时对调节碳氢比有好处。

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