煤中灰分和揮發(fā)分在化驗分析中的誤差控制

摘 要：煤的灰分測定在煤質(zhì)化驗中屬于常規(guī)檢測項目，是煤質(zhì)特性和利用研究中的重要指標之一，其檢測操作簡單易學(xué)，容易忽視，從而灰分測定的準確性經(jīng)常被忽略。煤樣的揮發(fā)分于其他煤質(zhì)特性指標有密切關(guān)系，揮發(fā)分測定的準確性極大的影響著煤樣發(fā)熱量和碳氫的計算。為此，本文將在探究煤中灰分以及揮發(fā)分在化驗分析中的誤差原因基礎(chǔ)上，嘗試對煤中灰分和揮發(fā)分在化驗分析中的誤差控制提出幾點有效對策建議。

關(guān)鍵詞：灰分；揮發(fā)分；化驗分析；誤差控制

中圖分類號：TQ533 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0272-02

引 言

煤的灰分和揮發(fā)分對于煤熱值、整體質(zhì)量以及具體的加工使用等均有直接的影響作用，通過采用化驗分析的方式對煤中灰分以及揮發(fā)分進行準確測定，也是目前工作人員對煤炭具體質(zhì)量進行有效判定和科學(xué)評估的重要方法之一。而控制煤中灰分和揮發(fā)分在化驗分析中的誤差，也是保障煤炭質(zhì)量檢驗精確性，幫助企業(yè)實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益最大化的必然途徑。

1 煤中灰分和揮發(fā)分的簡要概述

1.1 灰 分

煤中的灰分指的就是煤炭在經(jīng)過充分燃燒之后殘余的煤渣。煤炭中本身蘊含大量的礦物質(zhì)，在經(jīng)過充分燃燒之后其中有部分礦物質(zhì)譬如石膏、粘土等會形成化合、分解等情況，也就是說煤炭中的部分礦物質(zhì)在經(jīng)過燃燒后會由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)并得到釋放，而最終形成的物質(zhì)形態(tài)即為灰分。正常情況下灰分的含量比較小，因此化驗人員通過化驗分析出煤中灰分，可以準確推導(dǎo)出煤炭礦物質(zhì)的含量值并對煤炭質(zhì)量進行準確判定[1]。如果煤炭在燃燒過程中殘余了大量灰分，則不僅容易加速設(shè)備儀器的磨損程度，同時其也會帶走大量熱量，減小高爐利用率。

1.2 揮發(fā)分

煤中的揮發(fā)分是指在一定溫度隔絕環(huán)境下，通過空氣加熱煤炭，使得煤炭中會有部分物質(zhì)逸出，在將蘊含其中的水分除去之后得到的最終含量便是揮發(fā)分。通過利用煤中揮發(fā)分，能夠有效幫助工作人員準確掌握煤炭的變質(zhì)情況。有研究人員通過長期研究證明煤巖組成影響著煤中的揮發(fā)分，其通過對比不同組分的煤巖后發(fā)現(xiàn)，煤巖中的角質(zhì)類物質(zhì)揮發(fā)分最大，亮煤次之、絲碳揮發(fā)分最少。而揮發(fā)分在一定程度上會影響著煤炭的燃燒性能，因此通過采用化驗分析的方式準確了解煤中的揮發(fā)分，對于判斷煤炭質(zhì)量、提高煤炭燃燒效率具有至關(guān)重要的幫助作用。

2 化驗過程中所產(chǎn)生的誤差以及誤差的控制措施

任何試驗中，都會產(chǎn)生誤差。雖然我們無法避免誤差，但是可以通過精密儀器和細心操作將誤差降低到最小，以達到我們試驗最終的目的，保證試驗結(jié)果的準確性。煤質(zhì)化驗中可分為系統(tǒng)誤差與隨機誤差。

2.1 系統(tǒng)誤差

導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的原因有很多，其中包括：

（1）方法誤差，也就是化驗的方法不夠科學(xué)完善所導(dǎo)致的誤差；

（2）儀器誤差，是由于儀器不精確，未經(jīng)過定期校準和日常維護所導(dǎo)致的誤差；

（3）試劑誤差，試驗所用的試劑中含有雜質(zhì)而導(dǎo)致的誤差；

（4）操作誤差，化驗人員的個人職業(yè)素質(zhì)和自身的工作態(tài)度所造成的誤差；

（5）環(huán)境誤差，由于環(huán)境沒有達到國際試驗標準的恒溫狀態(tài)和未及時調(diào)節(jié)室溫與水溫的平衡所導(dǎo)致的誤差。

為了減少系統(tǒng)誤差，可以通過定期校正試驗儀器，檢查儀器能否正常工作，專門人員負責(zé)對試驗儀器進行維護，試驗前反復(fù)校準測量，盡量用空調(diào)使得室溫保持恒定等措施；通過學(xué)習(xí)培訓(xùn)，提高化驗人員個人素質(zhì)，不斷強化驗人員的專業(yè)水平，提升工作意識；在不加樣品的情況下，進行反復(fù)試驗，判斷出是否由于試劑不純所造成結(jié)果誤差；嚴格把關(guān)，反復(fù)試驗樣品，保證煤炭化驗系統(tǒng)設(shè)備無偏差。

2.2 隨機誤差

隨機誤差是由于測試過程中一些不可控制的微小因素所導(dǎo)致的誤差，例如測試時溫度的變化，化驗人員操作的微小失誤、采樣的不準確等因素造成最終誤差。減小隨機誤差的方法是嚴格按照煤質(zhì)化驗的操作規(guī)程操作，保證試驗的環(huán)境條件，反復(fù)試驗以減少誤差，保證試驗的準確性。

3 煤中灰分和揮發(fā)分的化驗分析誤差原因

在的眾多能源企業(yè)，通常會選擇采用化驗分析的方式以準確掌握煤中灰分以及揮發(fā)分，進而完成包括對煤炭質(zhì)量的精準判斷，尋找優(yōu)化煤炭燃燒性能方法等一系列工作。在長期對煤中灰分以及揮發(fā)分的化驗進行觀察的過程中，發(fā)現(xiàn)其化驗結(jié)果的精確度缺乏穩(wěn)定性。通過結(jié)合自身實際工作經(jīng)驗以及相關(guān)研究文獻，發(fā)現(xiàn)以下原因容易導(dǎo)致煤中灰分和揮發(fā)分的化驗分析出現(xiàn)誤差：

3.1 灰分的化驗分析誤差原因

3.1.1 升溫時間

在實際進行化驗分析的過程中，發(fā)現(xiàn)隨著煤樣升溫速度的不斷變化，煤灰中參與的固定硫的測定值也會發(fā)生相應(yīng)的變化，因此升溫加熱的時間極有可能影響煤中灰分的化驗分析結(jié)果精確度[2]。為驗證這一猜想，通過采用實驗的方式，原規(guī)定將灰皿放入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，在不少于30min的時間內(nèi)將爐溫升值500℃。現(xiàn)通過對升溫時間的控制對標準煤樣進行灰分測定，發(fā)現(xiàn)當升溫時間在15min時，測定的灰分值為17.4%，與標準值之間相差0.65%的誤差。當升溫時間增加至25min時，測定灰分值為17.2%，與標準值之間的誤差下降至0.43%，而當升溫時間延長至35min時，測定灰分值為16.9%，此時與標準值之間的誤差已經(jīng)降至0.12%。當升溫時間延長至45min時，測定灰分值和標準值之間的誤差僅有0.07%，但當升溫時間增至60min時，誤差系數(shù)則再次增大，上升至0.14%。由此可見，在測定煤中灰分時，升溫時間確實會對其化驗精確度產(chǎn)生直接影響。

3.1.2 暴露時間

通過選取三個相同的煤樣，并將其放置在同樣的干燥器當中，只對煤樣的暴露時間進行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)在將灰皿從爐內(nèi)取出之后立即將1號煤樣放入干燥器當中，待煤樣溫度冷卻至與室溫相同時，對其進行稱量后發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量為12.56g。研究人員通過先將煤樣放置在空氣當中進行5min的冷卻之后再將其放置在干燥器當中，同樣待其冷卻至室溫之后進行稱重，此時煤樣質(zhì)量為12.61g。三號煤樣則直接放置在空氣中進行冷卻，待煤樣溫度冷卻至與室溫相同時，對其進行稱量后發(fā)現(xiàn)煤樣質(zhì)量為12.81g。隨著煤樣在空氣中暴露時間的不斷延長，其稱量結(jié)果也越來越大。

3.2 揮發(fā)分的化驗分析誤差原因

3.2.1 加熱時間

張秀云（2013）在對煤中灰分和揮發(fā)分的化驗分析及其誤差進行分析的過程中，提出煤中有機質(zhì)分解程度、無機礦物質(zhì)分解程度直接受到加熱溫度的影響。其在具體的實驗過程中發(fā)現(xiàn)當溫度升高至900℃時，如果加熱時間不足7min，則無論是煤中的有機質(zhì)還是無機礦物質(zhì)，均無法實現(xiàn)完全熱解反應(yīng)。但如果在溫度條件不變的情況下，加熱時間超過9min，則坩堝中的壓力值將會明顯減小，此時會有空氣滲入其中使得煤樣出現(xiàn)氧化情況，進而直接影響煤中揮發(fā)分化驗的精確度。

3.2.2 坩堝質(zhì)量

通過對煤中揮發(fā)分化驗分析過程進行長期觀察，并在翻閱大量相關(guān)化驗記錄下，發(fā)現(xiàn)在對煤中揮發(fā)分進行化驗分析時，通常會使用到坩堝，且其質(zhì)量一般控制在15～20g范圍內(nèi)。而在部分化驗中因使用了嶄新的坩堝，其測定揮發(fā)分值的誤差率相比以往要高出許多。另外，還有部分化驗人員在灼燒坩堝之后未能對其進行干燥保管，進而使得坩堝吸收了空氣中的水分，同樣也在一定程度上影響了煤中揮發(fā)分的化驗分析結(jié)果精確度。

4 煤中灰分和揮發(fā)分在化驗分析中的誤差控制策略

4.1 灰分誤差控制

通過前文的分析可知，在煤中灰分的化驗分析與測定當中，升溫時間及暴露時間對測定精確性有著較大的影響，是導(dǎo)致化驗分析出現(xiàn)誤差的重要原因。結(jié)合相關(guān)實驗記錄可以了解到，隨著升溫時間的不斷延長，煤中灰分測定的精確度越高，但當升溫時間達到60min時，灰分測定的精準度則再次下降。因此在實際進行煤中灰分的化驗分析中，應(yīng)當將升溫時間控制在35～45min之內(nèi)，從而保障灰分測定的精確度。另外，在實驗當中，隨著煤樣在空氣中暴露時間的不斷延長，其吸收的空氣水分也逐漸增大，故而導(dǎo)致測定的灰分值越來越高，大大影響了化驗分析的有效性和精準性。因此在對煤中灰分化驗分析誤差進行控制時，還應(yīng)當盡可能控制煤樣的暴露時間，避免煤樣與空氣長時間接觸而影響測定準度[4]。

4.2 揮發(fā)分誤差控制

與測定煤中灰分的誤差控制基本相同，在對煤中揮發(fā)分進行誤差控制的過程中，工作人員同樣需要加大對加熱時間、儀器設(shè)備質(zhì)量等控制力度。根據(jù)相關(guān)實驗結(jié)果顯示，加熱時間過短，無法實現(xiàn)煤中有機質(zhì)以及無機礦物質(zhì)的充分分解，但加熱時間過長則容易使得煤樣因空氣滲入而出現(xiàn)氧化問題。因此需要工作人員能夠始終保證馬弗爐溫度和規(guī)定溫度相符，將加熱時間控制在7～9min之內(nèi)。同時注重控制坩堝質(zhì)量，使其能夠維持在15～20g的標準值內(nèi)，對于新坩堝則應(yīng)當進行灼燒處理使之質(zhì)量達標，而在完成灼燒之后需要立即將坩堝放置在干燥器當中，避免其長時間與空氣中水分進行接觸，進而影響揮發(fā)分測定的有效性和精準性。另外，在化驗分析過程中，選用的坩堝架等設(shè)備也需要與標準要求相符，并將揮發(fā)分的稱樣量控制在1±0.01g以內(nèi)，試樣粒度控制在0.2mm以內(nèi)，從而有效提升煤中揮發(fā)分的化驗分析精確性。

5 結(jié)束語

通過本文對煤中灰分和揮發(fā)分在化驗分析中的誤差控制研究，可知灰分會受到升溫時間、暴露時間的影響而出現(xiàn)準確度不足的問題。揮發(fā)分則會受到包括加熱時間、坩堝質(zhì)量等在內(nèi)的各種因素的影響，導(dǎo)致化驗誤差的出現(xiàn)。因此本文提出化驗人員需要嚴格結(jié)合具體化驗要求和標準規(guī)范，對化驗設(shè)備器材進行準確檢驗并切實控制加熱升溫的時間等方式，以有效控制煤中灰分和揮發(fā)分在化驗分析中的誤差，從而有效提升化驗的精準度，幫助工作人員準確判斷煤炭的具體質(zhì)量水平。

參考文獻

[1]唐玉生.煤中揮發(fā)分、灰分測量不確定度評定[J].山東化工，2015，44（11）：70～71+74.

[2]張秀云.如何提高煤的工業(yè)分析中灰分和揮發(fā)分測定的準確度[J].黑龍江科技信息，2013，27（35）：66.

[3]范文林.如何提高煤的工業(yè)分析中灰分和揮發(fā)分測定的準確度[J].宿州教育學(xué)院學(xué)報，2010，13（03）：176～177.

[4]劉 兵.關(guān)于測定煤水分、灰分、揮發(fā)分的體會[J].科技資訊，2014，12（13）：83～84.

收稿日期：2018-11-13

作者簡介：龐 蓉（1990-），女，助理工程師，本科，主要從事煤質(zhì)管理工作。