褐煤和無(wú)煙煤揮發(fā)分測(cè)定試驗(yàn)影響因素分析

徐華煒 呂厚平 鄭敏聰

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230601)

0 引言

現(xiàn)如今隨著對(duì)能源利用的合理化，許多電廠開(kāi)始摻燒一些褐煤、無(wú)煙煤。對(duì)褐煤揮發(fā)分的測(cè)定，電廠的化驗(yàn)班往往沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212—2008要求進(jìn)行“預(yù)先壓餅”；對(duì)無(wú)煙煤揮發(fā)分的測(cè)定，則由于其揮發(fā)分低可能存在嚴(yán)重氧化情況。這些情況對(duì)揮發(fā)分測(cè)定的結(jié)果影響到底有多大，需要試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。

本文將為準(zhǔn)確測(cè)定褐煤、無(wú)煙煤的揮發(fā)分提供參考，為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂做基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)與結(jié)果

1.1 揮發(fā)分測(cè)定方法

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212—2008《煤的工業(yè)分析方法》中規(guī)定：稱取一定量的一般分析試驗(yàn)煤樣，放在帶蓋的瓷坩堝中，在(900±10)℃下，隔絕空氣加熱7min；以減少的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減去該煤樣的水分含量作為煤樣的揮發(fā)分。

1.2 褐煤壓餅與不壓餅揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響

1.2.1 試驗(yàn)方案

主要依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》5.3試驗(yàn)步驟，測(cè)定褐煤揮發(fā)分的壓餅與不壓餅試驗(yàn)。

不壓餅試驗(yàn)步驟：稱取粒度小于0.2mm的空氣干燥基褐煤樣品(1.0±0.1)g (稱準(zhǔn)到0.0002g)，置于已恒重的揮發(fā)分坩堝中，將坩堝輕輕振動(dòng)，使煤樣鋪平，蓋上蓋，放在坩堝架上。高溫爐預(yù)先加熱到920℃左右，打開(kāi)爐門，迅速將放有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐門并計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確加熱7min。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，爐溫會(huì)有所下降，要求3min應(yīng)恢復(fù)到(900±10)℃ ，繼續(xù)保持此溫度到試驗(yàn)結(jié)束，否則試驗(yàn)作廢。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。

壓餅試驗(yàn)步驟：在試驗(yàn)之前，預(yù)先將褐煤壓餅，并切成3mm的小塊。稱取空氣干燥基褐煤樣品(1.0±0.1)g (稱準(zhǔn)到0.0002g)，置于已恒重的揮發(fā)分坩堝中，同上進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2 結(jié)果分析

由表5中的不壓餅與壓餅的數(shù)據(jù)，可以看出褐煤不壓餅時(shí)，揮發(fā)分略比壓餅時(shí)高。這是由于褐煤煤質(zhì)松，經(jīng)過(guò)緊壓之后，增加了褐煤整體的硬度，可能抑制揮發(fā)分產(chǎn)物的出來(lái)。

繪制褐煤壓餅與不壓餅測(cè)定的揮發(fā)分結(jié)果的差值與揮發(fā)份的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖3。褐煤揮發(fā)分值越大，其壓餅與不壓餅的差值越大。

GB/T 212—2008揮發(fā)分測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在爐溫(900±10)℃，是因?yàn)榇蠖鄶?shù)煤樣在900℃時(shí)，熱分解已趨完全；國(guó)標(biāo)規(guī)定在馬弗爐內(nèi)加熱7min，是為了保證一般煤種的揮發(fā)性物質(zhì)盡可能全部溢出。但是，煉焦過(guò)程中，煉焦?fàn)t中焦餅中心溫度達(dá)950～1050℃，結(jié)焦時(shí)間達(dá)16～18小時(shí)，焦炭中仍然還有1%～2%的揮發(fā)分，表明煉焦過(guò)程都難以驅(qū)盡煉焦煤的揮發(fā)性物質(zhì)。褐煤比煉焦煤的揮發(fā)分性物質(zhì)更多，溢出過(guò)程更難。因此，出現(xiàn)圖2和圖3的結(jié)果，可能因?yàn)椋孩俸置哼M(jìn)爐時(shí)，迅速加熱，大量揮發(fā)性物質(zhì)迅速溢出，帶走褐煤焦渣，而壓餅時(shí)，褐煤質(zhì)緊，揮發(fā)性物質(zhì)溢出放緩，帶走焦渣量少，揮發(fā)分測(cè)定值減??；②褐煤溢出揮發(fā)性物質(zhì)，需要吸熱，當(dāng)褐煤壓餅時(shí)，揮發(fā)性物質(zhì)溢出放緩，使褐煤升溫速度放緩，沒(méi)法達(dá)到揮發(fā)性物質(zhì)溢出溫度，致褐煤揮發(fā)性物質(zhì)沒(méi)有完全溢出，而減小；③褐煤壓餅時(shí)，揮發(fā)性物質(zhì)溢出放緩，雖然能升溫到900℃，但加熱(7min)時(shí)間短，使揮發(fā)性物質(zhì)沒(méi)有完全溢出，致?lián)]發(fā)分測(cè)定值減小。

由表5中可知，褐煤壓餅與不壓餅揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的差值，均小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精密度重復(fù)性限0.8%。但是未壓餅時(shí)，褐煤揮發(fā)分測(cè)定的準(zhǔn)確度降低，所以不能代替壓餅方法測(cè)定揮發(fā)分。

1.3 無(wú)煙煤加苯與不加苯揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的影響

1.3.1 試驗(yàn)方案

主要依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》5.3試驗(yàn)步驟，測(cè)定無(wú)煙煤加苯與不加苯揮發(fā)分試驗(yàn)。

不加苯試驗(yàn)步驟：稱取粒度小于0.2mm 的空氣干燥基無(wú)煙煤樣品(1.0±0.1)g (稱準(zhǔn)到0.0002g)，置于已恒重的揮發(fā)分坩堝中，將坩堝輕輕振動(dòng)，使煤樣鋪平，蓋上蓋，放在坩堝架上。高溫爐預(yù)先加熱到920℃左右，打開(kāi)爐門，迅速將放有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐門并計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確加熱7min。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，爐溫會(huì)有所下降，要求3min應(yīng)恢復(fù)到(900±10)℃，繼續(xù)保持此溫度到試驗(yàn)結(jié)束，否則試驗(yàn)作廢。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。

加苯試驗(yàn)步驟：稱取粒度小于0.2mm 的空氣干燥基無(wú)煙煤樣品(1.0±0.1)g (稱準(zhǔn)到0.0002g)，置于已恒重的揮發(fā)分坩堝中，將坩堝輕輕振動(dòng)，使煤樣鋪平后，加入一到兩滴苯。立即放入預(yù)先加熱到920℃的高溫爐內(nèi)，加熱7min，同上進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.2 測(cè)定結(jié)果

取每個(gè)無(wú)煙煤樣品的兩次揮發(fā)分測(cè)定有效值的平均值。

1.3.3 結(jié)果分析

對(duì)表6進(jìn)行差值的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算可得：差值的平均值為-0.0225%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.048，統(tǒng)計(jì)量t值為1.544。t值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于t0.05,11=2.201。差值的95%的置信區(qū)間：-0.097～0.052，表明置信區(qū)間比較小。說(shuō)明無(wú)煙煤加苯與不加苯，測(cè)定揮發(fā)分的結(jié)果無(wú)顯著性差異。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有明確要求測(cè)定無(wú)煙煤揮發(fā)分時(shí)，要加揮發(fā)性物質(zhì)。由于許多實(shí)驗(yàn)室常常出現(xiàn)測(cè)定無(wú)煙煤揮發(fā)分后，坩堝蓋上留有灰白色物質(zhì)，表明煤樣在測(cè)定揮發(fā)分過(guò)程中出現(xiàn)氧化，為了阻止氧化，而加入揮發(fā)性液體。苯作為這種揮發(fā)性液體，被許多實(shí)驗(yàn)室所運(yùn)用。上述試驗(yàn)表明，9個(gè)不加苯的無(wú)煙煤揮發(fā)分測(cè)定值大于加苯時(shí)，說(shuō)明加苯可以阻止少量無(wú)煙煤的氧化燃燒。但是，苯具有很大的刺激性味道，不利于實(shí)驗(yàn)室工作人員操作，對(duì)身體健康有害。

無(wú)煙煤在測(cè)定揮發(fā)分時(shí)，被氧化燃燒的量難以準(zhǔn)確測(cè)定。但是，在坩堝與坩堝蓋密封性很好的情況下，被氧化燃燒的量應(yīng)該是很少，其量相對(duì)于揮發(fā)性物質(zhì)來(lái)說(shuō)，完全可以不考慮。另外，苯的揮發(fā)速度很快，在加入苯后，放入高溫爐，苯迅速揮發(fā)，無(wú)法阻止無(wú)煙煤在高溫爐中后一段加熱時(shí)間里的氧化。

所以，無(wú)煙煤揮發(fā)分測(cè)定中，揮發(fā)性液體苯的加入，對(duì)其影響不大。

2 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)試驗(yàn)分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）褐煤壓餅后，所測(cè)定的揮發(fā)分小于不壓餅后的值；褐煤揮發(fā)分越大，不壓餅與壓餅的差值越大。因此，測(cè)定褐煤揮發(fā)分時(shí)，應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 212—2008規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，避免試驗(yàn)誤差。

（2）無(wú)煙煤揮發(fā)分測(cè)定中，加入揮發(fā)性液體苯，對(duì)其影響不大。

但是，揮發(fā)分測(cè)定的不確定度的來(lái)源，還有許多方面，只有對(duì)揮發(fā)分測(cè)定過(guò)程中的各個(gè)不確定分量進(jìn)行準(zhǔn)確分析評(píng)定，才能準(zhǔn)確測(cè)定揮發(fā)分。

[1]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．GB/T212-2008，煤的工業(yè)分析方法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[2]段云龍，施玉英，韓立庭等．煤炭試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)及其說(shuō)明(第三版)[M]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004：16-19.

[3]田雁冰.影響煤炭揮發(fā)分準(zhǔn)確測(cè)定的幾個(gè)因素[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2003，21(1) ：50-51.

[4]王麗輝，夏文前，侯麗．煤質(zhì)灰份、揮發(fā)份、全硫測(cè)定的不確定度評(píng)定[J]．綠色科技，2004(4) ：205，208.

[5]黃穎媛，唐方云，杜鵑.煤的工業(yè)分析中揮發(fā)分測(cè)定方法的探討與改進(jìn)[J]．環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2009，28(6)：91-92.