煤炭中外水分對(duì)發(fā)熱量的影響探討

馮偉（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特010020）

0 引言

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)煤炭的需求量越來(lái)越多，相關(guān)人員也開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注煤炭行業(yè)的發(fā)展及其影響因素。為了提高煤炭的質(zhì)量，很多專(zhuān)業(yè)人員開(kāi)始研究煤炭中外水分對(duì)發(fā)熱量的影響，努力將發(fā)熱量提升到理想狀態(tài)。從專(zhuān)業(yè)角度來(lái)說(shuō)，煤炭發(fā)熱量的高低與煤化程度有很大關(guān)系，而煤化程度正是由外水分的含量決定的。如果煤化程度越高，就代表外水分含量越低，最終導(dǎo)致煤炭發(fā)熱量越高。而外水分，則是煤炭中含有的水分減去內(nèi)水分，它與煤炭發(fā)熱量成反比關(guān)系，指標(biāo)值越大，發(fā)熱量就越低。我們生活中常見(jiàn)的一種提高煤炭質(zhì)量的方法是水洗煤，這也是比較普遍使用的一種方法，但是，這種方法的最大缺點(diǎn)是會(huì)損失煤炭的質(zhì)量。水洗煤其實(shí)是通過(guò)對(duì)煤炭進(jìn)行清洗，水分保持不變，灰分減少，從而提升煤炭的品質(zhì)。如果一直沿用這種方法，用水清洗煤炭，質(zhì)量會(huì)大幅度下降，雖然煤炭發(fā)熱量得到了提升，但還是存在很多漏洞，需要深入分析，找到比較好的解決辦法。

1 煤炭發(fā)熱量研究的必要性

研究表明，煤炭的發(fā)熱量越高，熱效率就越高，煤炭消耗量也就越多，所以我們?yōu)榱斯?jié)約煤炭使用量，就要討論煤炭發(fā)熱量。煤炭在發(fā)熱的過(guò)程中，是因?yàn)閮?nèi)部物質(zhì)發(fā)生了改變，利用自身的燃燒轉(zhuǎn)化為熱能，外水分在這時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出大量下降的趨勢(shì)。結(jié)合實(shí)際的情況來(lái)看，煤炭在成形過(guò)程中，灰分不能超過(guò)10%的原煤的發(fā)熱量，最晚煤化程度最低的泥炭發(fā)熱量最低。這樣的情況對(duì)煤炭發(fā)熱量的降低沒(méi)有任何幫助，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中煙煤還會(huì)發(fā)熱量增加，雖然揮發(fā)質(zhì)量在減少，但還是要控制煤炭的發(fā)熱量。

2 煤炭發(fā)熱量研究提出的問(wèn)題

2.1 煤炭發(fā)熱量的各項(xiàng)指標(biāo)

目前，煤炭發(fā)熱研究主要聚焦在熱量產(chǎn)生的問(wèn)題，這跟煤化程度相關(guān)，腐酸值相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)呈下降趨勢(shì)，從而提高煤炭的發(fā)熱量。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，當(dāng)煤炭中的水分在上升時(shí)，煤化程度就越來(lái)越低，促使煤炭中的其他含量與之增加，帶來(lái)的結(jié)構(gòu)就是煤炭發(fā)熱量下降。以上分析，就能很好的說(shuō)明了我們之前得出的結(jié)論：指標(biāo)越大，煤炭發(fā)熱量越低。在實(shí)際的煤炭使用過(guò)程中，經(jīng)常使用水洗煤的方式，目的都是為了提高煤炭的質(zhì)量。雖然這種過(guò)程中，煤炭的重量會(huì)面臨一部分的損耗，但是它很好的保障了煤炭中水分含量的平衡，使灰分部分減少。不管怎么說(shuō)，水洗煤仍然是一種有利的方式，在一定程度上降低了煤炭的發(fā)熱量，提升了煤炭的品質(zhì)，使廣大人民群眾放心使用。

2.2 發(fā)熱量影響因素及機(jī)理

所謂煤炭的發(fā)熱量，它是指一定質(zhì)量的煤炭，當(dāng)完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量。即使是同一批次的煤炭，在不同的燃燒條件下。發(fā)熱量也不相同。而且，根據(jù)不同的燃燒條件，我們還將發(fā)熱量分為以下幾種，彈筒發(fā)熱量、高位發(fā)熱量以及低位發(fā)熱量；再根據(jù)煤樣的狀態(tài)進(jìn)行劃分，發(fā)熱量又有以下幾種表達(dá)形式，常用到的是空氣干燥基和收到基。這幾項(xiàng)指標(biāo)又可以互相疊加，構(gòu)成新的指標(biāo)函數(shù)。

發(fā)熱量的影響機(jī)理如下：煤樣經(jīng)過(guò)高溫燃燒后，本身會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，既有我們常見(jiàn)的放熱反應(yīng)，也有少部分的吸熱反應(yīng)。發(fā)熱量數(shù)值的高低完全取決于煤炭中可燃物的含量，還有其他揮發(fā)成分，S 和H 是極易可燃的元素代表。另外，煤炭中水分在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生物理變化，經(jīng)過(guò)汽化吸收空氣中的大部分熱量，從氣態(tài)變化為液態(tài)又會(huì)放出熱量。吸收的熱量和放出的熱量達(dá)到平衡狀態(tài)，所以，這點(diǎn)就驗(yàn)證了煤炭中水分的化學(xué)反應(yīng)并不是造成發(fā)熱量降低的原因。通過(guò)其他的真實(shí)案例，總結(jié)出了影響煤炭中發(fā)熱量降低的真正原因，煤樣的水分較大，才會(huì)使發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果偏低的主要原因。

3 煤炭發(fā)熱量問(wèn)題分析

3.1 外水分的變化

在煤炭產(chǎn)生熱量的同時(shí)，不僅會(huì)有外觀上的改變，而且煤炭質(zhì)量也會(huì)發(fā)生明顯下降，其中水分與灰分的變化直接影響著煤炭的發(fā)熱量。為了更明確的闡述這幾個(gè)指標(biāo)之間的比例關(guān)系，我們即將通過(guò)以下舉例進(jìn)行論證：首先，做一個(gè)假設(shè)，現(xiàn)在有四項(xiàng)固定的指標(biāo)，分別是煤炭質(zhì)量、水分、灰分以及固定碳，在討論比例關(guān)系時(shí)，盡量排除其他因素的干擾。然后，取一定質(zhì)量的煤炭，通過(guò)測(cè)試得到它的發(fā)熱量，而且還必須要保證得到的發(fā)熱量是由固定碳產(chǎn)生的。我們?cè)賹?duì)水分和灰分進(jìn)行監(jiān)控，一旦這兩個(gè)指標(biāo)發(fā)生波動(dòng)，必然會(huì)引起煤炭質(zhì)量的變化，最終就會(huì)帶動(dòng)固定碳的數(shù)值與其他指標(biāo)比例下降。同理可得，如果水分先發(fā)生變化，那也會(huì)影響煤炭的發(fā)熱量變化，為了能更加直觀的感受變化現(xiàn)象，我們接下來(lái)進(jìn)行具體事例分析。

第一步，我們將默認(rèn)為水分、灰分、固定碳三者之和為煤炭質(zhì)量，記錄下煤炭產(chǎn)生的熱量，經(jīng)過(guò)沖洗之后，可能會(huì)出現(xiàn)兩種結(jié)果。一種是煤炭質(zhì)量不發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)分析可以得到，經(jīng)過(guò)水沖洗以后，煤炭增加的水分與水沖洗掉的灰分在質(zhì)量上是相等的，固定碳也不會(huì)發(fā)生改變。如果實(shí)驗(yàn)條件又完全相同，灰分含量降低，水分不變，那么固定碳在整個(gè)含量的比例中就隨之增加。另外一種情況就比較復(fù)雜了，煤炭質(zhì)量可能會(huì)上升，也可能會(huì)下降，先來(lái)討論質(zhì)量上升的情況。煤炭質(zhì)量在經(jīng)過(guò)沖洗后增大，這種情況下是因?yàn)槊禾恐械乃职l(fā)生變化，使外灰分被水沖洗。如果煤炭質(zhì)量在經(jīng)過(guò)沖洗后減小，則是因?yàn)橥饣曳值馁|(zhì)量雖然被水沖洗了，但是剩余在煤炭中的質(zhì)量仍然大于水分質(zhì)量。水分在煤炭中屬于無(wú)用的物質(zhì)，需要在高溫燃燒下才會(huì)揮發(fā)出來(lái)，但正好是揮發(fā)的過(guò)程中影響了煤炭的發(fā)熱量。

3.2 指標(biāo)選擇

實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)得的發(fā)熱量是空干基彈筒發(fā)熱量，其他的發(fā)熱量都是由此計(jì)算出來(lái)的，計(jì)算過(guò)程中會(huì)自動(dòng)扣除H、S、N等元素的影響，在不同基準(zhǔn)下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一般的計(jì)算過(guò)程，這些元素會(huì)造成不同程度的影響，帶來(lái)發(fā)熱量的誤差，從而降低了煤炭質(zhì)量的評(píng)價(jià)。所以，在工業(yè)生產(chǎn)中，盡量要避免這些因素的影響，選擇合適的指標(biāo)。同時(shí)，想要做到這些，就得滿(mǎn)足前提條件：即煤樣在制備過(guò)程中必須進(jìn)行充分的干燥，這樣才能保障煤樣達(dá)到干燥狀態(tài)，從而減小煤樣含水量對(duì)發(fā)熱量的影響。南北方的氣候差異，空氣的濕度不同，分析煤樣的數(shù)據(jù)時(shí)需要注意到這一點(diǎn)，最終還是要以彈筒發(fā)熱量為準(zhǔn)。為了適應(yīng)不同地區(qū)的環(huán)境濕度和制樣條件，主要還是為了消除水分對(duì)煤樣發(fā)熱量的影響，常常換用其他指標(biāo)，穩(wěn)定分析發(fā)熱量的變化?？刂浦笜?biāo)是為了更精準(zhǔn)的把握煤炭發(fā)熱量的變化，尤其是外水分的影響，因此干燥基彈筒發(fā)熱量成為煤炭質(zhì)量的主要指標(biāo)。

但是，就算以上討論的都是有利于發(fā)熱量降低的案例，我們?nèi)匀徊荒芎雎缘囊粋€(gè)問(wèn)題是，以上都屬于理論假設(shè)，在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際操作情況中，很難會(huì)有同一批次的煤炭，至于操作條件控制起來(lái)也具有一定的難度。水洗煤的過(guò)程中勢(shì)必會(huì)引起煤炭中水分、灰分的變化，甚至是煤炭中其他的硫元素、氫元素?fù)]發(fā)減少。所以，理論分析只能作為單方面的參考，具體情況還是應(yīng)該以實(shí)際操作過(guò)程為準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)際操作過(guò)程中不僅要保證研究過(guò)程中煤炭的質(zhì)量，還要綜合考慮到其他影響因素，尤其是煤炭中外水分對(duì)發(fā)熱量的影響。用水沖洗的方式，雖然會(huì)讓煤炭質(zhì)量有所下降，但是如果能控制好空氣干燥條件，確保煤炭中的水分和灰分，以及煤炭中固定碳的含量，就能有效降低發(fā)熱量。所以，相關(guān)人員必須高度重視這一問(wèn)題，利用當(dāng)前的技術(shù)提高煤炭質(zhì)量，將煤炭行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，造福于人們?nèi)罕姟?/p>