燃煤揮發(fā)分測定須細須精

單永林(國家能源費縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 273421)

0 引言

揮發(fā)分是火電廠燃料用煤質(zhì)量的重要指標，對鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性有直接影響。煤的揮發(fā)分不是煤中固有的組成部分，不同的溫度有不同的分解產(chǎn)物，其揮發(fā)分產(chǎn)率也是不同的。揮發(fā)分在我國被定義為：煤在(900±10)℃下隔絕空氣加熱7min，進行水分校正后的質(zhì)量損失。其測定規(guī)范性強，試驗條件的微小改變都會對測定結(jié)果帶來影響。

揮發(fā)分的準確測定，工作中應(yīng)該從人、機、料、法、環(huán)等方面進行控制，如人員操作、馬弗爐狀態(tài)、煤樣規(guī)格、質(zhì)量控制等。本文主要結(jié)合這些方面對煤揮發(fā)分測定的注意事項進行探討。

1 馬弗爐爐溫及恒溫區(qū)

煤樣在隔絕空氣的情況下加熱，不同的溫度決定著煤樣將發(fā)生不同的變化。爐溫低煤樣揮發(fā)不完全，當爐溫從850℃提高到900℃時揮發(fā)分會大幅增加，從900℃提高到950℃，揮發(fā)分變化不大，溫度再高則固定碳容易氧化。

由此看來，揮發(fā)分的測定溫度必須嚴格控制，馬弗爐的爐溫和恒溫區(qū)就對揮發(fā)分結(jié)果的測定起著關(guān)鍵作用。GB/T 212—2008[1]中對馬弗爐需滿足的條件進行了詳細闡述：能保持溫度在(900±10)℃，并有足夠℃的(900±5)℃的恒溫區(qū)。馬弗爐的爐膛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(fù)到(900±10)℃。爐膛恒溫區(qū)至少每年測定一次，應(yīng)該在關(guān)閉爐門的狀態(tài)下測定。高溫計至少每年校準一次。在測定揮發(fā)分時要確保馬弗爐處于校準有效期內(nèi)，確保爐溫準確和有確定的恒溫區(qū)。

目前火力發(fā)電廠對煤化驗的重視程度越來越高，煤化驗的設(shè)備也在不斷地升級換代，而且各種設(shè)備的強制鑒定、定期維護都會列到工作日程里。工作中設(shè)備是否正常運行、備品配件的規(guī)格質(zhì)量都是影響化驗速度、化驗結(jié)果的又一要素。因此要保證管理制度全面、監(jiān)督工作到位，選擇質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定、售后服務(wù)水平高的設(shè)備及備件是必不可少的。

2 坩堝及坩堝架

不同材質(zhì)的坩堝導熱系數(shù)是不同的，此外坩堝容器的大小和容器壁的厚薄對在短的時間內(nèi)發(fā)生較大溫度變化時的升溫速度產(chǎn)生的影響也不同。因此國標對揮發(fā)分坩堝的材質(zhì)及規(guī)格等做了詳細規(guī)定。操作中應(yīng)特別注意檢查坩堝是否有裂縫、坩堝與坩堝蓋配合是否嚴密。如果空氣侵入坩堝會使煤樣氧化，導致?lián)]發(fā)分的測定結(jié)果偏高，試驗應(yīng)作廢。

試驗發(fā)現(xiàn)：坩堝為(15～20)g重時對揮發(fā)分的結(jié)果沒有太大影響，當質(zhì)量大于20g時揮發(fā)分會隨坩堝質(zhì)量的增加而降低。目前市場采購到的坩堝質(zhì)量變化較大，閆濤[2]研究了坩堝質(zhì)量對不同煤種的影響，研究表明：坩堝質(zhì)量對煙煤和褐煤的揮發(fā)分測定結(jié)果有系統(tǒng)性影響。坩堝質(zhì)量越大，揮發(fā)分測定值越低；坩堝質(zhì)量差異越大，揮發(fā)分測定結(jié)果之間的系統(tǒng)誤差越大；無煙煤使用(20～22)g的坩堝測定揮發(fā)分，對結(jié)果沒有顯著影響；褐煤不能使用質(zhì)量大于20g的揮發(fā)分坩堝測定。

坩堝架要耐高溫、不掉皮，使用鎳鉻絲或其他耐熱金屬絲制成，其尺寸能夠?qū)⑺鶐й釄宥贾糜隈R弗爐恒溫區(qū)內(nèi)、坩堝底部置于熱電偶熱接點上方?？讖揭弦螅筵釄逡谆蝿?，不能保持垂直站立，太小灼燒后坩堝會和架子粘連在一起，導致報廢。

為保證爐膛熱容量一致，每次試驗應(yīng)配置相同數(shù)目的坩堝，當樣品量較少時可用空坩堝補齊。何德秀[3]研究了放置坩堝的數(shù)量與測定結(jié)果的關(guān)系。經(jīng)試驗驗證，發(fā)現(xiàn)檢測過程中所放坩堝數(shù)量不同，測定結(jié)果亦有偏差，數(shù)量變化越大，結(jié)果偏差也越大。

3 一般分析試驗煤樣

只有嚴格按照規(guī)定制取的煤樣，其測定結(jié)果才具有真實性和代表性，才能表明該批次煤的真正質(zhì)量和價值。化驗員應(yīng)該按要求對接收煤樣進行化驗前的重量、粒度檢查以及空氣干燥、混勻等工作。

一般分析試驗煤樣的粒度要求是百分之百過0.2mm篩。如果樣品粒度不符合要求將直接影響結(jié)果的精密度和準確度。此外在檢測過程中要確保煤樣在所處環(huán)境內(nèi)達到空氣干燥狀態(tài)，避免在檢測過程中水分發(fā)生較大變化。揮發(fā)分是煤樣在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱并進行水分校正后的質(zhì)量損失。因此水分測定的準確性和實效性對檢測結(jié)果有直接影響，不同煤種水分差異較大；同一煤種，在不同環(huán)境條件下，水分也不同。這點對于水分含量較大的煤樣要特別注意。

4 人員操作環(huán)節(jié)

揮發(fā)分是一項人為設(shè)定條件下的規(guī)范性操作，其涉及的細節(jié)非常多，每個細節(jié)都可能影響測定的準確性，因此人員操作就起著非常重要的作用?；瀱T應(yīng)具備非常嚴謹負責的工作態(tài)度，掌握國標的相關(guān)要求，結(jié)合自己的相關(guān)經(jīng)驗等保證操作環(huán)節(jié)符合規(guī)范性要求。

4.1 稱樣環(huán)節(jié)

稱樣時選取的坩堝必須是在900℃灼燒到質(zhì)量恒定且干燥又符合嚴密要求的坩堝?；灜h(huán)節(jié)的主要誤差來自于從樣品中稱取一定量煤樣的過程。為保證稱取的煤樣具有代表性，稱取樣品前要將煤樣充分混合均勻，并且要做到多次多點取樣。稱取的質(zhì)量范圍為(1±0.01)g，稱準至0.0002g。稱完煤樣后要輕輕震動坩堝，使煤樣攤平，有利于試樣受熱均勻及焦渣特征的判斷。此外在稱樣環(huán)節(jié)還要注意天平水平位置的調(diào)節(jié)、天平的規(guī)范使用等。

4.2 揮發(fā)分操作環(huán)節(jié)

國標中規(guī)定將帶有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐門并計時，要求爐溫在3min內(nèi)恢復(fù)至(900±10)℃，并保持在(900±10)℃，加熱時間總計7min。由此可知加熱溫度、加熱時間、升溫速率是影響揮發(fā)分測定結(jié)果的重要因素，與化驗員的操作有直接的關(guān)系，必須熟練、規(guī)范。

加熱溫度直接影響揮發(fā)分測定結(jié)果，要確保揮發(fā)分坩堝架放在馬弗爐恒溫區(qū)位置，坩堝架中心位置與恒溫區(qū)中心位置重合。當坩堝架放置位置靠近馬弗爐爐門時，相比于爐膛恒溫區(qū)中心，部分樣品的測定結(jié)果偏低。

加熱時間要嚴格控制在7min，馬弗爐在6分30秒時會有警鳴聲，此時化驗員要注意把握取樣時間，建議不要等到7min警鳴時響時才取樣。

升溫速率與化驗員的放樣快慢有直接關(guān)系，是影響揮發(fā)分測定的重要因素。操作者的熟練程度不同，爐溫的回升時間不同，就會導致測定結(jié)果的差異。高淑香[4]研究發(fā)現(xiàn)，控制溫度恢復(fù)時間在(120～150)s為宜。放樣動作過慢就很難保證爐溫在3min內(nèi)回溫升到(900±10)℃。

另外，坩堝架取放時手臂要保持架子平穩(wěn)，否則容易使坩堝在架子上發(fā)生傾斜，蓋子蓋不嚴密現(xiàn)象。

4.3 冷卻過程及時間控制

坩堝從馬弗爐取出后，在空氣中冷卻約5min左右放入干燥器中，20min后稱量。在空氣中冷卻時間過長會導致焦渣吸水，測定結(jié)果偏低。

目前煤化驗員持證上崗已經(jīng)是企業(yè)強制性考核指標，工作中由于化驗員的認知以及性格特點等的不同，對工作細節(jié)的觀察處理就會出現(xiàn)差異，對于操作注意事項應(yīng)該在全面掌握的要求下因人而異重點關(guān)注。

5 試驗過程中的質(zhì)量控制

為保證實驗結(jié)果的準確性，在揮發(fā)分測定環(huán)節(jié)要注意做好質(zhì)量控制。一般情況下要求定期使用有證標準煤樣進行質(zhì)量控制，標準煤樣檢測結(jié)果在標準值的不確定度范圍則說明檢測結(jié)果可靠。前提要求是標準煤樣揮發(fā)分與待測煤樣揮發(fā)分相近或涵蓋待測煤樣揮發(fā)分范圍。如果標煤揮發(fā)分標準值與樣品偏差較大，雖然能保證與標煤結(jié)果相近的煤樣結(jié)果的準確性，但其他樣品的檢測結(jié)果的準確性仍存在一定風險性。因此，可以通過統(tǒng)計馬弗爐標準煤樣的檢測結(jié)果制作質(zhì)量控制圖，利用質(zhì)量控制圖長期檢測數(shù)量來判斷馬弗爐狀態(tài)是否可控。

6 其他的注意事項

煤化驗工作是一個對工作環(huán)境要求相對比較高的工作。比如為保證天平的正常使用，設(shè)備擺放的空間位置、工作臺面的材質(zhì)要符合設(shè)備使用要求；試驗過程中要保證環(huán)境溫濕度在合適范圍內(nèi)，避免引起煤樣空氣干燥狀態(tài)不穩(wěn)定；要消除房間空氣流動狀況、周圍環(huán)境震動等對天平的準確稱量帶來的影響等等。

當測定低變質(zhì)程度的煤如褐煤和長焰煤時，由于它們的水分和揮發(fā)分都很高，如果煤樣呈現(xiàn)較松軟的狀態(tài)下放入900℃的爐溫中加熱，揮發(fā)物會驟然大量析出，把坩堝蓋蓋頂開并將碳粒帶走，且煤樣氧化嚴重，造成測定結(jié)果偏高。因此對于加熱易爆燃的煤應(yīng)預(yù)先壓餅，并切成約3mm的小塊進行測定，而且盡量避免一次放入坩堝架的6個煤樣都是揮發(fā)分較高的煤樣。

煤樣重復(fù)性測定應(yīng)分兩爐次，樣品數(shù)量不足時空位用空坩堝補齊。

揮發(fā)分測定時要確認馬弗爐的狀態(tài)，確認為揮發(fā)分測試狀態(tài)，爐門要關(guān)閉，煙囪要呈關(guān)閉狀態(tài)。

干燥器內(nèi)的干燥劑要及時更換，避免干燥劑失效試樣吸收水分導致測試結(jié)果偏低。

7 結(jié)語

現(xiàn)行國標是一切規(guī)則制訂的溯源文件，無論采用何種化驗方法都應(yīng)該通過比對試驗進行精密度和準確度確認，而且必須有質(zhì)量監(jiān)控的跟進過程。人、機、料、法、環(huán)是全面質(zhì)量管理實踐中五個影響因素的簡稱，在揮發(fā)分的測定過程中穿插融合，潛移默化地進行著全面質(zhì)量監(jiān)控。化驗員在工作中應(yīng)該回歸質(zhì)量本源，聚焦質(zhì)量提升，從細節(jié)入手多環(huán)節(jié)控制，才能切實保證揮發(fā)分檢測結(jié)果的準確性。