煤質(zhì)精準分析方法研究及應(yīng)用

劉興(國能銷售集團有限公司天津分公司，天津 300457)

0 引言

當前我國各個儀器儀表有限公司都在積極制造高質(zhì)量的煤質(zhì)分析儀器，為煤炭行業(yè)提供更加先進的高性價比煤炭化驗設(shè)備，使得我國煤炭分析技術(shù)取得進步，煤炭行業(yè)更加正規(guī)化，為我國建設(shè)社會主義和諧社會和大力發(fā)展中西部地區(qū)提供了助力。近些年儀器儀表行業(yè)都在加大力度研究更先進、測量更準確的儀器，例如量熱儀、測硫儀、工業(yè)分析儀等，并積極更新煤炭檢測的方法，以期我國煤質(zhì)分析行業(yè)能夠得到更好的發(fā)展。

1 煤質(zhì)精準分析的重要性以及目前面臨的問題

在我國目前的主要能源中，煤炭具有不可代替的地位，可以被認為是火力發(fā)電廠的主要糧食。煤炭在發(fā)電成本中占約60%～70%的比例，煤炭質(zhì)量的好壞嚴重影響著發(fā)電的效率，因此對于火力發(fā)電廠來說，確保進場的煤炭質(zhì)量合格非常重要，驗收的準確性和企業(yè)盈利經(jīng)營之間具有非常大的關(guān)聯(lián)。通常來講，火力發(fā)電企業(yè)都把煤炭入場時候的煤炭驗收數(shù)據(jù)作為和煤場結(jié)算的依據(jù)，如果檢測的準確程度不高，不僅會讓機組燃燒安全受到影響，還會影響到雙方的商務(wù)結(jié)算，讓企業(yè)遭受損失。除了入場驗收之外，入爐煤質(zhì)檢測也非常重要，這是檢查廠爐燃料指標(例如熱值和水分)的平衡計算煤耗的重要依據(jù)。入爐煤質(zhì)檢測可以起到指導作用，可以確定配煤摻燒的比例[1]結(jié)合目前的情況來看，我國煤質(zhì)檢測實驗室的條件差別較大，有些火力發(fā)電企業(yè)的入爐煤檢測實驗室的基礎(chǔ)硬件設(shè)施非常差，設(shè)備陳舊，這就導致了實驗檢測結(jié)果的穩(wěn)定性不強，難以得到精準的檢測數(shù)據(jù)。此外，由于檢測人員的專業(yè)能力、綜合素質(zhì)也具有較大的差別，有些檢測員檢測時不按照要求標準進行檢測和質(zhì)量控制，就使得煤質(zhì)檢測的結(jié)果參考性較差，檢測報告不可靠。煤炭驗收具有過程不可逆的特性，過程中如果不能及時發(fā)現(xiàn)問題，很難重復(fù)進行檢測。

2 煤炭精準分析的主要應(yīng)用技術(shù)

2.1 檢測煤炭發(fā)熱量

衡量煤炭品質(zhì)高低的一個重要因素就是煤炭發(fā)熱量。檢測煤炭發(fā)熱量需要借助一些專業(yè)的檢測儀器設(shè)備，檢測單位為焦耳。在檢測煤炭發(fā)熱量的時候，需要保證以下幾點條件事先構(gòu)建完成：首先，檢測煤炭發(fā)熱量的實驗室應(yīng)該是獨立的，不應(yīng)該和其他實驗室在同一環(huán)境下；其次，應(yīng)該控制好檢測熱量實驗室的環(huán)境溫度，當溫度保持在15～30 ℃之間的時候是最佳檢測溫度，同時要保證實驗室的溫度不要出現(xiàn)劇烈的變化，環(huán)境溫度的變化應(yīng)該控制在1 ℃之內(nèi)；再次，在進行煤炭發(fā)熱量檢測的時候，應(yīng)該降低空間內(nèi)空氣對流，在保證安全的情況下將門窗關(guān)閉；然后，煤炭發(fā)熱量的檢測儀器不應(yīng)該直接暴露在陽光之下，實驗室的門窗布置不應(yīng)該向陽，這樣能夠有效地提升檢測的精確程度；最后，在實驗過程中，一定要保證煤炭燃燒時有充足的氧氣，這樣可以讓煤炭燃燒更加充分[2]。除了以上注意事項，檢測過程中要嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度，按照標準的檢測方法對煤炭進行檢測，保證實驗數(shù)據(jù)更加準確的同時，保證檢測人員的安全。

2.2 檢測揮發(fā)分

檢測煤炭的過程中還需要重點檢測其揮發(fā)分。在檢測的過程中，要把煤炭和空氣隔絕，在一定的溫度濕度條件下，對煤炭進行加熱，檢測煤炭在加熱過后產(chǎn)生的氣體和液體的總和。檢測煤炭揮發(fā)分的時候，通常選取1 g的樣本煤，把煤放進坩堝之中，將坩堝放置在900 ℃的環(huán)境之下進行加熱，7 min之后檢測煤炭生成的氣體和液體的含量。如果氣體和液體的含量相對較高，說明煤炭的純度越高，質(zhì)量越好。在確定煤炭的揮發(fā)分之后，把煤炭進行分類，對應(yīng)每種煤炭的具體使用范圍。

2.3 檢測煤炭的水分

煤炭中的水分有兩種，一種是煤炭內(nèi)部的水分，一種是表層水分。通常，煤炭內(nèi)部的水分也被稱為固有水分，這些水散布在煤炭的毛細孔之中。表層水分存在于煤炭的表層和細縫中。煤炭的含水量越高，煤炭的可燃性就會降低，燃燒所能釋放出的熱量也會降低。如果煤炭中的含水量超過11%的時候，煤炭的可燃性就會受到非常大的影響，使得煤炭發(fā)熱量降低，甚至還會讓發(fā)電設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)。同時如果煤炭中水分過高，煤炭的重量就會提高，使運輸成本加大，加上含水量高影響煤炭的燃燒性能，因此在煤炭檢測過程中一定要重視對煤炭水分的檢查。

2.4 檢測煤炭的灰分

對于煤炭來說，在185 ℃的環(huán)境之中，通過對煤炭進行加熱但是沒有充分分解，在燃燒后留下的物質(zhì)就是灰分[3]。煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的灰分會吸收熱量，如果灰分含量過高，那么煤炭的發(fā)熱性能就會受到影響。且煤炭中灰分的成分高，會導致設(shè)備運行時更容易出現(xiàn)故障，無法正常運行。通常在灰分檢測的過程中，經(jīng)常會使用到灰皿和石棉網(wǎng)，在較高的溫度之下進行煤炭檢測。在測量煤炭灰分的過程中，一定要使用正確的檢測方法，按照正確的步驟完成檢測過程，這樣才能提高灰分的檢測精度。

2.5 含硫量的檢測

在煤炭燃燒的過程中，會產(chǎn)生很多的二氧化硫以及硫化氫氣體，這些氣體會對自然環(huán)境帶來很大的危害，同時也會對鍋爐設(shè)備產(chǎn)生明顯破壞。當煤炭中硫的含量較高時，就非常容易造成鍋爐腐蝕，并出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象，這會嚴重降低設(shè)備運行的效率，并讓設(shè)備無法健康運行。因此在進行煤炭檢測時，要重點對煤炭內(nèi)含硫量進行檢測。檢測的方法主要有高溫燃燒法以及艾氏重量法。

2.6 檢測煤炭中的碳氫元素

檢測煤炭中碳氫元素含量所使用的主要方法是三節(jié)爐檢測法。在檢測的過程中，第一節(jié)電爐主要用來燃燒樣品煤炭，第二節(jié)電爐用來將燃燒氧化過后沒有完全被氧化的物質(zhì)進行燃燒；第三節(jié)電爐是將整個燃燒過程進行補充，將未燃燒充分的部分全部燃燒。為了保證樣品能夠燃燒充分，整個檢測過程都應(yīng)該在密閉的環(huán)境下進行。只有保證煤炭可以充分的燃燒，才能準確的檢測出煤炭中的碳氫元素，可以將煤炭中含有的碳元素和氫元素完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，并準確測定出煤炭中碳元素和氫元素的含量。在燃燒過程中，還需要注意將干擾元素清除，保證裝入碳氫檢測儀器中的二氧化碳和水是純凈的化合物。在進行煤炭碳氫檢測，候要選用合適的吸收劑，使生成的二氧化碳和水生能夠被定量吸收。除此以外，在檢測過程中要保證三節(jié)爐中具有一定的空氣流動速度，只有這樣才能確保煤炭樣品能夠充分的燃燒。

2.7 檢測煤炭中的稀有元素

在煤炭形成礦產(chǎn)資源的過程中會吸收很多微量的元素，例如鍺、鎵等。以下簡述鎵元素的檢測方式：首先把樣品煤炭進行灰化，使用硫酸、鹽酸和氫氟酸進行混合，構(gòu)成6 mol/L的鹽酸溶液，也可以把燃燒后的煤灰用堿熔融，之后再用鹽酸將其酸化，加熱蒸干，勾兌出6 mol/L的鹽酸溶液。制得鹽酸溶液之后，在溶液中滴入三氯化鈦溶液，這樣做可以將煤炭中含有的非稀有金屬元素還原，排除這些元素對實驗結(jié)果的干擾。再后滴加羅丹明B溶液，讓溶液和氯鎵酸產(chǎn)生反應(yīng)，形成絡(luò)合物。將絡(luò)合物提取，再使用苯—乙醚對其進行萃取，使用分光光度計對絡(luò)合物進行顏色分析，檢測出煤炭中的鎵元素含量。

3 檢測煤炭過程中常遇到的問題

3.1 檢測煤炭發(fā)熱量時樣品煤未能充分燃燒

這個問題應(yīng)該根據(jù)實際情況進行分析，造成燃燒不充分的主要原因可能有以下三點：(1)樣品煤的原因，可能是由于煤的揮發(fā)分太低或者含水量較高，此時需要更換樣品重新檢測；(2)氧氣供應(yīng)問題，可能是在檢測過程中氧氣供給不足，可以通過提高氧氣壓力，檢測設(shè)備密閉性等方式，重新進行檢測；(3)燃燒器皿的位置出現(xiàn)問題或者充氧速度太快，可以調(diào)整充氧速度和器皿的位置，重新進行檢測。

3.2 器皿中難以點火的問題

這個問題也需要具體分情況進行分析，主要原因可能包括樣品煤的含水量較高、揮發(fā)分過低、樣品煤的顆粒較粗等。此外，也可能是由于供氧壓力不足，氧氣泄露導致不易燃燒，還有可能是燃燒器皿發(fā)生短路，需要對器皿進行維修或者更換器皿。

4 結(jié)語

綜上所述，煤炭檢測精確程度和煤炭企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，只有提升了檢測精度，對煤炭中水分、揮發(fā)分等指標都進行細致科學系統(tǒng)的檢測，才能確定煤炭的質(zhì)量，使得煤炭資源得到更好的利用。通過解決檢測過程中出現(xiàn)的問題，及時更換先進檢測設(shè)備等方式，可以有效提高煤炭檢測的精度，為科學利用煤炭資源提供了技術(shù)保障。