淺談劣質(zhì)石煤工業(yè)分析方法與發(fā)熱量測定的注意事項

徐麗霞

(大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司，湖南 冷水江 417500)

淺談劣質(zhì)石煤工業(yè)分析方法與發(fā)熱量測定的注意事項

徐麗霞

(大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司，湖南 冷水江 417500)

介紹了湖南省會同縣"魯沖-鐵溪"礦區(qū)土洞井田煤礦中的劣質(zhì)石煤性質(zhì)，結(jié)合煤質(zhì)工業(yè)分析方法和發(fā)熱量測定相關(guān)國家標準的規(guī)定，提出了在對劣質(zhì)石煤進行水分、灰分、揮發(fā)分及發(fā)熱量測定時需注意的方法要點。特別是針對劣質(zhì)石煤的高灰分、低揮發(fā)分以及低發(fā)熱量的這些特點，歸納和總結(jié)了在相關(guān)試驗過程中容易出現(xiàn)的問題和忽略的細節(jié)，并提出了相應的解決方法，從而確保了劣質(zhì)石煤的工業(yè)分析和發(fā)熱量測定的準確性，為工業(yè)生產(chǎn)和鍋爐燃燒提供準確的參考數(shù)據(jù)。

劣質(zhì)石煤 ;工業(yè)分析 ; 發(fā)熱量 ;注意事項

石煤形成于早元古代和早古生代的一種沉積的可燃有機巖，呈黑色或黑灰色，大多具有高灰、高硫、低發(fā)熱量和硬度大的特點。湖南省石煤儲量高達187.2億噸，儲量約占全國的1/3，其中懷化市的石煤儲量就有83.6億噸，約占湖南省的1/2。我國石煤資源的主要利用途徑是石煤發(fā)電、石煤提釩，也可用作燒制水泥、制造化肥、灰渣制碳化磚等。大唐華銀懷化石煤資源開發(fā)有限公司投資開發(fā)的湖南省會同縣魯沖-鐵溪礦區(qū)土洞井田煤礦，該礦區(qū)石煤具有高灰分(Ad：70%～90%)、中低揮發(fā)分(Vd：3%～7%)、固定碳低于20%，低發(fā)熱量(Qnet,ar：3～6MJ/kg)的特征，并以劣質(zhì)石煤為主。

1 劣質(zhì)石煤的工業(yè)分析

針對劣質(zhì)石煤的特殊性質(zhì)，對其進行工業(yè)分析常常由于與普通煤質(zhì)差別大，在方法選擇上容易產(chǎn)生誤區(qū)而造成較大的誤差。為此在實際的操作過程中必須嚴格規(guī)范，才能做到準確測量。GB/T212-2008煤的工業(yè)分析方法主要包括水分、灰分、揮發(fā)分的測量和固定碳的計算。以下主要從水分、灰分和揮發(fā)分在測定過程中需注意問題進行討論[1]。

1.1 石煤的水分

分析基水分是指在規(guī)定條件下測定的一般分析試驗煤樣水分，是吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細孔中的水分，需在100℃以上的溫度才會揮發(fā)出來。由于石煤性質(zhì)類似于無煙煤，因此在水分測定方法選擇上應選擇方法A或方法B，其中方法A為通氮干燥法，適用于所有煤種；方法B為空氣干燥法僅適用于煙煤和無煙煤。在相應加熱溫度上也應按無煙煤要求選擇。即如選擇方法A(通氮干燥法)，需再(105～110)℃的干燥箱中干燥2h；如選擇方法B(空氣干燥法)則需干燥1.5h。此外由于石煤分析基水分含量一般在2.00%以下，根據(jù)標準規(guī)定，水分小于2.00%時，不必進行檢查性干燥。

1.2 石煤的灰分

煤的灰分不是煤中固有的成分,而是煤在規(guī)定條件下完全燃燒后的殘留物,是煤中礦物質(zhì)在一定條件下經(jīng)一系列分解、化合等復雜反應而形成的，是煤中礦物質(zhì)的衍生物。標準中規(guī)定了兩種測定灰分的方法--緩慢灰化法和快速灰化法。劣質(zhì)石煤因其灰分含量比較高,加上多數(shù)石煤含硫量也比較高,因此在進行石煤灰分測量時影響灰分測定準確度的主要因素有：黃鐵礦的氧化程度、碳酸鹽(主要是方解石)的分解程度和灰中固定的硫有多少。

(1)采用緩慢灰化法，使煤中硫化物在碳酸鹽分解錢就完全氧化并排出，避免硫酸鈣的生成。由于煤中黃鐵礦和有機硫在500℃之前就基本氧化完全，而碳酸鈣從500℃開始分解，到800℃分解完全。因此標準規(guī)定將煤樣放入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，關(guān)上爐門并留15mm左右的縫隙，在不少于30min的時間內(nèi)將爐溫緩慢升至500℃，這樣可使得煤樣逐漸灰化，避免爆燃。在500℃下保留30min，使得可燃硫充分氧化并排出。煤樣在(815±10)℃下灼燒1h，因為在(>800℃)的溫度下灼燒足夠長的時間，才能保證碳酸鹽完全分解和二氧化碳完全驅(qū)除。

(2)灰化過程中始終保持良好的通風狀態(tài)，使硫氧化物一經(jīng)生成就及時排除，因此要再使用符合標準規(guī)范的帶煙囪的馬弗爐，整個測試過程中爐門都必須留有15mm左右的縫隙。很多人忽略了這一點，認為這樣會影響升溫速度和整個爐膛溫度平衡，將爐門緊閉，這將會使灰分測試結(jié)果偏高。

(3)煤樣在灰皿中要鋪平，以避免局部過厚，一方面避免燃燒不完全，另一方面可防止底部煤樣中的硫化物生成的二氧化硫被上部碳酸鹽分解生成的氧化鈣固定。劣質(zhì)石煤由于其比重大，不能簡單認為煤樣少就忽視攤平，必須按規(guī)定使其每平方厘米的質(zhì)量不超過0.15g，盡可能的攤平煤樣。

(4)灰分測試用馬弗爐的恒溫區(qū)應在關(guān)閉爐門下測定，并至少每年一次，保證煤樣灰皿人架后準確置于該恒溫區(qū)內(nèi)。高溫計(包括毫伏計和熱電偶)至少每年校準一次。

(5)由于劣質(zhì)石煤灰分含量均較高，需進行檢查性灼燒。同時具有較高硫含量，因此在進行快速法測量灰分時，應與緩慢灰化法進行對比試驗后進行相應調(diào)整。一般情況下快速法測得灰分值偏高。

1.3 石煤的揮發(fā)分

煤樣在規(guī)定的條件下，隔絕空氣加熱并進行水分校正后的揮發(fā)物質(zhì)產(chǎn)率為揮發(fā)分。工業(yè)分析中測定的揮發(fā)分不是煤中原來固有的成分，而是煤在嚴格規(guī)定條件下加熱時的熱解產(chǎn)物，改變?nèi)魏卧囼灄l件都會給測定結(jié)果帶來不同程度的影響。影響揮發(fā)分測定的主要因素有加熱溫度、加熱時間、加熱速度[2]，此外試驗設(shè)備的形式和大小，式樣容器的材質(zhì)、形狀和尺寸以及容器的支架都會影響測定結(jié)果，揮發(fā)分測定是一個規(guī)范性很強的試驗項目。

(1)測定溫度應嚴格控制在(900±10)℃，馬弗爐的恒溫區(qū)應在關(guān)閉爐門下測定，并至少每年一次，裝有煤樣的坩堝必須放入馬弗爐恒溫區(qū)。高溫計(包括毫伏計和熱電偶)至少每年校準一次。

(2)裝有煤樣的坩堝放入馬弗爐后，爐溫應在3min內(nèi)回復到(900±10)℃。馬弗爐應經(jīng)常驗證其熱容量和溫度回復速度是否符合要求。馬弗爐熱容量為當起始溫度為920℃左右時，放入室溫下的坩堝架和若干坩堝，關(guān)閉爐門后，在3min內(nèi)恢復到(900±10)℃。每次試驗最好放相同的坩堝以保證坩堝及其支架的熱容量基本一致。如發(fā)現(xiàn)回溫速度達不到要求，可通過加快進樣和關(guān)門速度，必要時可減少坩堝數(shù)量以保證3min的回溫要求?？偧訜釙r間要嚴格控制為7min。從馬弗爐中取出后，在空氣中冷卻5min后需放入干燥器中冷卻，防止焦渣吸水影響測定結(jié)果。

(3)要使用符合標準規(guī)定的坩堝，帶有配合嚴密的蓋，總質(zhì)量為(15～20)g。坩堝架用鎳鉻絲或其它耐熱金屬制成，受熱時不能掉皮。

(4)劣質(zhì)石煤由于其揮發(fā)分較低，容易出現(xiàn)測定揮發(fā)分后坩堝蓋上有白色物質(zhì)，這是煤樣氧化而生成的。主要原因是由于蓋鍋蓋不嚴，空氣侵入坩堝內(nèi)而引起的。加上劣質(zhì)石煤揮發(fā)分過低，氧化作用可能更大，可以在煤樣中加入幾滴揮發(fā)性液體(如苯等)，加熱時揮發(fā)性液體會發(fā)并往坩堝外逸出而阻止空氣侵入。

2 劣質(zhì)石煤的發(fā)熱量測定

劣質(zhì)石煤發(fā)熱量較低，通常只有(3～7)MJ/kg，與常規(guī)無煙煤、煙煤和褐煤相比有較大區(qū)別。在進行氧彈量熱法測定石煤的高位發(fā)熱量時，常常由于各種原因造成較大誤差，繼而影響到石煤的生產(chǎn)和應用。根據(jù)GB/T213-2008煤的發(fā)熱量測定方法要求，結(jié)合會同縣當?shù)厥旱奶匦?，對試驗過程中常出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題進行總結(jié)如下。

(1)劣質(zhì)石煤由于其熱值低，揮發(fā)分也低的原因，在用自動量熱儀測試時最常見問題就是燃燒不完全，點火成功后誤判為點火失敗的現(xiàn)象。這主要是由于自動量熱儀內(nèi)置程序設(shè)定在點火后的較短時間內(nèi)溫度上升小于規(guī)定數(shù)值時，儀器便報警并打印點火失敗的信息，試驗終止。試驗后檢查發(fā)現(xiàn)實際點火已成功，煤樣上部已燃燒完而底部未完全燃燒。實際操作中對不易燃燒完全的試樣，可用石棉絨做襯墊(先在皿底鋪上一層石棉絨，然后以手壓實)。如加襯墊仍燃燒不完全，可提高充氧壓力至3.2MPa，或用已知質(zhì)量和熱值的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊，然后放入燃燒皿中。根據(jù)劣質(zhì)石煤的實際測定情況，需同時采用上述幾種方法，加石棉絨襯墊的同時提高充氧壓力，再用擦鏡紙包裹，對于熱值極差的石煤樣可多包裹幾張擦鏡紙進行測試，測試時只需在程序點火熱中加上擦鏡紙熱值，儀器做完后會自行減去這些附加熱。一般情況下不建議直接添加苯甲酸。

(2)熱量計點火失敗。試驗中出現(xiàn)點火失敗后首先應排除是2.1中提出的儀器誤報警。再檢查是否有可能是試驗人員在連接點火絲時未能保證與電極柱接觸良好。此時只用重新?lián)Q一根點火絲，重新連接好即可。如果點火絲已燃燒或熔斷而試樣卻沒有點火燃燒，應檢查點火絲是否接觸到坩堝壁或點火絲未能與試樣保持良好接觸。此外點火線路是否導通或短路等其他機械故障都有可能導致點火失敗。

(3)在進行高位發(fā)熱量計算時，彈筒洗液硫含量Sb,ad在標準中有規(guī)定，當全硫低于4.00%時或發(fā)熱量大于14.60MJ/kg時，可用全硫代替Sb,ad。由于劣質(zhì)石煤發(fā)熱量較低，即使添加了部分熱值仍遠低于14.60MJ/kg，但通常石煤全硫含量低于4.00%，所以對劣質(zhì)石煤高位發(fā)熱量計算時，可用全硫代替Sb,ad。

綜上所述，隨著時代的發(fā)展和技術(shù)的進步，石煤作為一種儲量大又相對廉價的新能源被越來越多的領(lǐng)域開發(fā)和利用。石煤化驗工作必須要結(jié)合現(xiàn)行標準，嚴格按照規(guī)定執(zhí)行，并針對石煤的特殊性能選擇正確的試驗方法，努力提高化驗員的操作技能和理論水平，才能保證各種化驗結(jié)果的準確性，從而為工業(yè)生產(chǎn)和鍋爐燃燒提供指導。

[1] 李英華.煤質(zhì)分析應用技術(shù)指南[M].2版.北京: 中國標準出版社,2009.

[2] 黃鴻彥 .淺談煤的工業(yè)分析的測定及應用[J].煤， 2009, 18(1):60-61.

(本文文獻格式：徐麗霞.淺談劣質(zhì)石煤工業(yè)分析方法與發(fā)熱量測定的注意事項[J].山東化工，2016，45(14)：53-54.)

Note on the Determination Method and Calorific Value of Inferior Coal Industry Analysis

XuLixia

(Datang Huayin Electric Power Co.,Ltd.,Lengshuijiang 417500,China)

This paper introduces the properties of inferior coal in Huitong County of Hunan Province "Lu Chong-Tie Xi" mine soil hole mine in coal mine, combined with the analysis method and calorific value determination of relevant national standard of coal industry, puts forward the method of water, points to inferior coal ash, volatile matter and heat capacity determination should note. Especially the characteristics of the inferior coal, high ash content, low volatile and low heat generation, and summarized the easily occurred in the test process and ignore the details, and put forward the corresponding solution, so as to ensure the accuracy of the analysis and determination of calorific value of inferior coal industry, to provide reference data accurate for industrial production and boiler combustion.

inferior coal ; proximate analysis; calorific value; matters need attention

2016-05-19

徐麗霞(1976—)，女，助理工程師，主要從事燃料采制化及相關(guān)專業(yè)。

TQ533.2

A

1008-021X(2016)14-0053-02