煤炭全水分測定的主要影響因素分析

符啟榮

中國核電工程有限公司，海南三亞 572700

0 引言

雖然我國的煤炭產(chǎn)量處于國際領(lǐng)先地位，但是煤炭的質(zhì)量卻與部分國家有較大差距，也不能很好的適應(yīng)精密行業(yè)的要求。而且隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，煤炭在科研領(lǐng)域的應(yīng)用范圍更加廣泛，對煤質(zhì)也提出了更高的要求。作為煤質(zhì)分析的重要項目，煤炭的全水分測定評價煤質(zhì)的基本依據(jù)之一，在煤炭的基礎(chǔ)理論研究和加工利用中都具有重要的作用?？梢哉f，煤炭的全水分測定是應(yīng)用面最廣，涉及到煤的開采、銷售到使用的各個環(huán)節(jié)的專門技術(shù)。因此，認(rèn)真分析影響煤炭全水分測定的因素，找出其中的關(guān)鍵因素并采取有效措施加以控制，對進(jìn)一步提高煤質(zhì)分析的精確度有著非常重要的意義，也越來越受到煤炭化驗人員的普遍重視和關(guān)心。

1 測定煤炭全水分的重要性

煤中水分隨煤的變質(zhì)程度加深而呈規(guī)律性變化：從泥炭→褐煤→煙煤→低階無煙煤，水分逐漸減少，而從低階無煙煤→年老無煙煤，水分又增加，如表1所示。因此，根據(jù)煤中水分的含量可以大致推斷煤的變質(zhì)程度。許多國家還將它和發(fā)熱量相結(jié)合，利用一項叫做“含水無灰基發(fā)熱量”的指標(biāo)作為低階煤的細(xì)分類指標(biāo)之一。煤的水分對其加工利用、貿(mào)易和儲存運輸都有很大影響，不同水分的煤也會有不同的用途。例如在煉焦工業(yè)中，煤的水分高會降低焦炭產(chǎn)率，而且由于水分大量蒸發(fā)帶走熱量而延長焦化周期，因此要用水分低的煤炭；煤中水分可作為加氫液化和加氫氣化的供氫體，此時則需要采用水分高的煤炭。在煤質(zhì)分析中，煤的水分是進(jìn)行不同基的煤質(zhì)分析結(jié)果換算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表1 煤中水分與煤的變質(zhì)程度的關(guān)系

2 影響煤炭全水分測定的主要因素分析

空氣干燥煤樣全水分測定的標(biāo)準(zhǔn)方法最常用的是加熱干燥法和微波干燥法，本文針對加熱干燥法進(jìn)行探討，主要的影響因素如下：

1）煤樣的制作方法

制備的煤樣必須能夠真實反映出煤炭全水分的實際含量，因此其制作方法及要求就會對全水分的測定產(chǎn)生一定的影響。為了確保煤樣的代表性，使用的縮分機(jī)要具有較高的靈敏度，一次就能縮分出測定全水分所需數(shù)量的煤樣。此外，也可以利用九點縮分法進(jìn)行煤樣的制備，不過要注意在煤樣破碎時，必須達(dá)到規(guī)定的粒度，且混合均勻再攤平。此過程要盡快完成，以減少煤炭表面水分的自然蒸發(fā)，而且裝入瓶中的煤樣量控制在樣瓶容積的3/4左右，瓶口要封嚴(yán)。

2）煤樣的稱取方法

煤樣的稱取方法對煤炭全水分的測定的影響表現(xiàn)在稱取出煤樣的質(zhì)量是否準(zhǔn)確、稱取的煤樣是否均勻以及稱量瓶是否帶有水分等方面。因此，在對煤樣進(jìn)行稱取之前，需要將樣瓶中的煤樣混合均勻，時間不少于1min。需要用到的稱量瓶必須預(yù)先干燥，而且稱取的煤樣要精確到0.01g。對于壓濾機(jī)制作的濾餅煤樣，應(yīng)先將其切成5mm～6mm大小的小塊，混合均勻后再稱取，以減小濾餅水分不均勻?qū)y定結(jié)果造成的影響。此外，稱取過程必須帶手套操作，且選擇尺寸合適的稱量瓶。

3）干燥箱內(nèi)熱氣流的傳導(dǎo)方式

干燥箱內(nèi)熱氣流的傳導(dǎo)方式分為自然對流式和鼓風(fēng)對流式兩種，采用不同方式的干燥箱，煤炭全水分測定的結(jié)果相差較大。這主要是因為，在自然對流式干燥箱中，空氣的熱氣流的流動靠箱內(nèi)的自然風(fēng)壓，因而冷熱空氣的循環(huán)交替比較緩慢，導(dǎo)致干燥箱內(nèi)的溫度均勻程度難以控制穩(wěn)定。而鼓風(fēng)對流式干燥箱利用外加的壓力促使箱內(nèi)熱氣流快速交換，溫度比較均勻。因此，為了提高煤炭全水分測定的精確度，應(yīng)盡量采用鼓風(fēng)對流式干燥箱。

4）稱量瓶的放置位置及放置方法

在干燥過程中需要注意，稱量瓶的放置位置要與干燥箱工作室兩側(cè)有一定距離，避免直接接觸。此外，為了防止稱量瓶對空氣對流產(chǎn)生影響，禁止將其放在工作室的底板上。當(dāng)用來測定全水分的煤樣的數(shù)量較多時，可以先將裝有煤樣的稱量瓶和瓶蓋放在簸箕或者托盤上，但要注意，簸箕和托盤必須帶有透氣孔，而且要先將其清洗干凈并徹底干燥。這是為了避免在干燥過程中，當(dāng)簸箕或者托盤不帶透氣孔時，煤樣會因為受熱不均勻而導(dǎo)致其不能干燥徹底，從而使全水分測定的結(jié)果偏低。

5）稱量瓶在空氣中的冷卻時間

稱量瓶在空氣中的冷卻時間對全水分的測定影響較大，表2是干燥后的稱量瓶直接放入干燥器中冷卻至室溫測定與放在空氣中冷卻3min后放入干燥器中冷卻至室溫測定的結(jié)果比較。從表中可以看出，直接放入干燥器中測定的結(jié)果比先放在空氣中冷卻3min后測定的結(jié)果偏低，這是因為在煤樣很熱的情況下，煤樣的吸濕性很強(qiáng)，此時如果溫度驟降，由于稱量瓶內(nèi)較熱的空氣壓強(qiáng)相對瓶外的空氣壓強(qiáng)小得多，在瓶內(nèi)會形成較強(qiáng)的負(fù)壓而導(dǎo)致潮濕的空氣進(jìn)入稱量瓶中，從而使空氣中的水分被煤樣吸收，造成煤樣的質(zhì)量增加，測定的結(jié)果也就隨之降低。因此，稱量瓶從干燥箱中取出后，要先將其置于空氣中冷卻幾分鐘。

表2 稱量瓶的冷卻方法對測定結(jié)果的影響比較

3 結(jié)論

煤炭的全水分測定中的關(guān)鍵問題是要保證原來煤樣中的水分沒有損失，同時也不能額外吸收空氣中的水分，即確保制樣到測定的全過程中國煤樣中的水分不會發(fā)生變化，因此，必須注意以下幾點：

1）采集的全水分煤樣保存在密封性良好的容器內(nèi)，并放在陰涼處；2）制樣操作要快，最好用密封式破碎機(jī)；3）全水分煤樣送到實驗室后要立即測定；4）進(jìn)行全水分測定的煤樣不宜過細(xì)，如果要用較細(xì)的煤樣進(jìn)行測定，則應(yīng)該用封閉式破碎機(jī)或用兩步法進(jìn)行測定——先破碎成較大顆粒測其外水分，再破碎到較細(xì)顆粒測其內(nèi)水分；5）制備好的全水分試樣如果不是立即測定，則應(yīng)準(zhǔn)確稱量，以便進(jìn)行全水分損失（或吸收）校正。

[1]余肖敏.空氣干燥法測定全水分的影響因素分析[J].煤質(zhì)技術(shù)，2008，3.

[2]朱磊.影響煤的全水分檢測數(shù)據(jù)的因素及對策[J].煤炭加工與綜合利用，2005，5.