不同基準(zhǔn)下煤的揮發(fā)分產(chǎn)率的差異分析

王會(huì)英

（晉能集團(tuán)有限公司，山西 太原 030031）

煤的揮發(fā)分產(chǎn)率作為煤的工業(yè)分析的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在煤炭加工利用方面有很大的參考作用[1]。但在實(shí)際工作中，由于某些化驗(yàn)員的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有所欠缺或?qū)δ承└拍畈簧跚宄３Ｔ谔顚?xiě)數(shù)據(jù)報(bào)告時(shí)混淆不清，出現(xiàn)很多差錯(cuò)，給煤質(zhì)化驗(yàn)指標(biāo)的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)很大的問(wèn)題，甚至?xí)a(chǎn)生經(jīng)濟(jì)糾紛。本文通過(guò)測(cè)定計(jì)算晉能集團(tuán)有限公司的11 個(gè)煤種在不同基準(zhǔn)下的揮發(fā)分產(chǎn)率，并進(jìn)一步計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，分析不同基準(zhǔn)下煤的揮發(fā)分產(chǎn)率的差異，以期引起化驗(yàn)人員的高度重視，促進(jìn)煤的工業(yè)分析工作順利、準(zhǔn)確開(kāi)展。

1 揮發(fā)分產(chǎn)率的概念及其測(cè)定的影響因素、意義

煤樣在規(guī)定的條件下，隔絕空氣加熱，并進(jìn)行水分校正后的揮發(fā)物質(zhì)產(chǎn)率稱(chēng)為揮發(fā)分產(chǎn)率，簡(jiǎn)記符號(hào)為V。

據(jù)文獻(xiàn)[2]報(bào)道，影響煤揮發(fā)分產(chǎn)率測(cè)定的因素有：①測(cè)定溫度。溫度須控制在（900±10）℃，裝有煤樣的坩堝放入馬弗爐后，爐溫應(yīng)在3 min 內(nèi)恢復(fù)到（900±10）℃。②加熱時(shí)間?？偧訜釙r(shí)間包括溫度恢復(fù)時(shí)間須嚴(yán)格控制為7 min。③坩堝。要使用符合GB/T 211-2007 規(guī)定的坩堝，坩堝質(zhì)量為15～20 g，坩堝蓋子必須配合嚴(yán)密； 要用耐熱金屬做的坩堝架，受熱不能掉皮。

測(cè)定揮發(fā)分產(chǎn)率的作用[3]有：

1）表征煤的煤化程度。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率隨煤的煤化程度的加深而逐漸降低，根據(jù)煤的揮發(fā)分產(chǎn)率可初步判斷煤的煤化程度，估計(jì)煤的種類(lèi)。

2）確定煤的加工利用途徑。煤化程度低、高揮發(fā)分產(chǎn)率的煤，適于作低溫干餾原料，也可作為氣化原料；揮發(fā)分產(chǎn)率適中、固定碳含量高的煤，粘結(jié)性較好，適于煉焦和作燃料。

3）估算煤的發(fā)熱量。因揮發(fā)分和固定碳是煤中的可燃成分，煤的發(fā)熱量就是靠這兩者充分燃燒得到的，因而可根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率利用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算各種煤的發(fā)熱量。

2 基準(zhǔn)換算[4]

所謂“基準(zhǔn)”，簡(jiǎn)稱(chēng)“基”，是指分析結(jié)果以什么狀態(tài)下的煤樣為基礎(chǔ)而得出的。基準(zhǔn)若不一致，同一分析項(xiàng)目的計(jì)算結(jié)果會(huì)有很大差異。

為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和使用方便，煤的工業(yè)分析、元素分析及其他煤質(zhì)分析中，其分析結(jié)果都用簡(jiǎn)單的符號(hào)表示各個(gè)分析項(xiàng)目。在表示實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果時(shí)，一般采用空氣干燥煤樣，因而所得的直接結(jié)果為空氣干燥基數(shù)據(jù)。但為了其他用途，這些分析數(shù)據(jù)往往需換算為其他的基準(zhǔn)來(lái)表示，常用的基準(zhǔn)有空氣干燥基（ad）、干燥基（d）、收到基（ar）、干燥無(wú)灰基（daf）和干燥無(wú)礦物質(zhì)基（dmmf）。

實(shí)際工作中，灰分產(chǎn)率為干燥基灰分產(chǎn)率，硫分為干燥基全硫，揮發(fā)分產(chǎn)率為干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率。因而一方面需把實(shí)驗(yàn)室的分析結(jié)果由空氣干燥基換算為其他的基準(zhǔn)，另一方面，分析項(xiàng)目的基準(zhǔn)不同，分析結(jié)果也不同，從而使同類(lèi)分析項(xiàng)目沒(méi)有可比性。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

在實(shí)際工作中，有些基層化驗(yàn)人員和煤質(zhì)管理人員對(duì)基的表示和換算了解得并不是很清楚，往往化驗(yàn)數(shù)據(jù)是什么就在檢驗(yàn)報(bào)告上填寫(xiě)什么，很少關(guān)注基準(zhǔn)的問(wèn)題。這會(huì)給有關(guān)工作造成很大的影響。以下對(duì)晉能集團(tuán)有限公司的煤樣在不同基準(zhǔn)下的換算結(jié)果進(jìn)行分析討論。

晉能集團(tuán)有限公司所屬煤礦涵蓋了從長(zhǎng)焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦煤、貧煤到無(wú)煙煤共11 個(gè)煤種，煤種齊全，品種繁多，在數(shù)據(jù)報(bào)送中出現(xiàn)的問(wèn)題也多。下面先以弱粘煤的基準(zhǔn)表示為例進(jìn)行說(shuō)明，表1 為其2 個(gè)樣品的工業(yè)分析和全硫測(cè)定結(jié)果，化驗(yàn)方法分別按GB/T 212-2008 和GB/T 214-2007 規(guī)定進(jìn)行，并參考文獻(xiàn)[5]以保證化驗(yàn)準(zhǔn)確性。

表1 弱粘煤的工業(yè)分析和全硫測(cè)定結(jié)果

化驗(yàn)室直接測(cè)定出的數(shù)據(jù)是空氣干燥基結(jié)果，而實(shí)際工作中灰分產(chǎn)率和硫分對(duì)應(yīng)的是干燥基，揮發(fā)分產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的是干燥無(wú)灰基，這就需要進(jìn)行基準(zhǔn)的換算[6]。表1 中1#樣灰分產(chǎn)率換算Ad=Aad×，結(jié)果為Ad=25.78%； 揮發(fā)分產(chǎn)率換算，結(jié)果為Vdaf=29.33%；硫分換算，結(jié)果為St,d=2.09%。從換算結(jié)果可以看出，空氣干燥基換算為干燥基時(shí)，結(jié)果差距不是很大。主要是由于空氣干燥狀態(tài)下的煤中水分很少，所以對(duì)結(jié)果的影響并不大，這樣對(duì)兩個(gè)基準(zhǔn)下的灰分產(chǎn)率、硫分的結(jié)果影響較?。ˋad=25.32%，Ad=25.78%，僅相差0.46 個(gè)百分點(diǎn)；St,ad=2.05%，St,d=2.09%，僅相差0.04 個(gè)百分點(diǎn)）。然而，對(duì)干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率的影響較大（Vad=21.38%，Vdaf=29.33%，相差7.95 個(gè)百分點(diǎn)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為27.10%）；尤其是在煤質(zhì)較差的情況下，空氣干燥基狀態(tài)下的灰分產(chǎn)率越大，測(cè)定結(jié)果和換算結(jié)果的差距就越大。比如表1 中的2#樣檢驗(yàn)結(jié)果，測(cè)定數(shù)據(jù)為Mad=1.84%，Aad=44.10%，Vad=22.00%，基準(zhǔn)換算后Vdaf=40.70%，這樣空氣干燥基和干燥無(wú)灰基狀態(tài)下的揮發(fā)分產(chǎn)率相差18.70 個(gè)百分點(diǎn)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差高達(dá)45.94%。

由于揮發(fā)分產(chǎn)率在兩個(gè)不同基準(zhǔn)下的結(jié)果差距大，以下僅選擇分析不同煤種在空氣干燥基和干燥無(wú)灰基狀態(tài)下的揮發(fā)分產(chǎn)率差異。晉能集團(tuán)有限公司的11 個(gè)煤種不同樣品的化驗(yàn)結(jié)果和差異計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 11 個(gè)煤種不同樣品的揮發(fā)分產(chǎn)率化驗(yàn)結(jié)果、計(jì)算結(jié)果和偏差結(jié)果

煤種一般分析試驗(yàn)煤樣水分Mad/%檢驗(yàn)項(xiàng)目干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率Vdaf/%空氣干燥基灰分產(chǎn)率Aad/%空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率Vad/%標(biāo)準(zhǔn)偏差(Vdaf-Vad)/%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差[(Vdaf-Vad)/Vdaf]/%1/2 中粘煤5.5613.4230.3137.417.1018.98 4.4318.1628.5036.828.3222.60 1.5929.1728.1140.6012.4930.76氣煤2.458.0433.5537.483.9310.49 2.8522.1428.8638.479.6124.98 3.1745.0920.8040.2019.4048.26肥煤0.539.8432.3736.113.7410.36 0.5827.4020.3228.217.8927.97 0.5743.0321.5238.1616.6443.61焦煤0.445.7714.5415.500.966.19 0.3923.0319.6525.666.0123.42 0.5240.6712.8021.778.9741.20瘦煤0.629.6013.2414.751.5110.24 0.9318.9212.9616.173.2119.85 1.8430.4916.3124.107.7932.32 0.749.4412.3613.761.4010.17 0.6523.8512.2616.243.9824.51 0.4435.4213.0820.397.3135.85 0.2815.8811.5613.792.2316.17貧煤0.4920.429.9712.612.6420.94 0.2452.8011.6424.7913.1553.05 0.2111.917.929.011.0912.10無(wú)煙煤0.5321.4110.8713.933.0621.97 0.3240.019.6516.176.5240.32貧瘦煤

煤的空氣干燥基水分（即內(nèi)在水分）隨煤的煤化程度加深而呈規(guī)律性變化，從煙煤到年輕無(wú)煙煤，內(nèi)在水分逐漸減小[4]。表2 中從肥煤到貧煤、無(wú)煙煤基本上Mad＜1%；不粘煤、弱粘煤、1/2 中粘煤基本上Mad＜3%；長(zhǎng)焰煤、氣煤稍高點(diǎn)，基本上Mad＜5%。所以相對(duì)來(lái)說(shuō)，空氣干燥基水分對(duì)干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率與空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差影響較小，而空氣干燥基灰分產(chǎn)率的影響就比較大。

當(dāng)前可供開(kāi)采的煤炭資源存在埋藏深、機(jī)械化開(kāi)采程度高的特點(diǎn)，導(dǎo)致原煤中矸石含量高，原煤的灰分產(chǎn)率大。分析晉能集團(tuán)有限公司目前72 座生產(chǎn)礦井煤的質(zhì)量指標(biāo)，原煤灰分產(chǎn)率均在20%以上，高的可達(dá)40%以上。這樣往往導(dǎo)致干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率與空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都很大。所以，相對(duì)來(lái)說(shuō)，更應(yīng)重視空氣干燥基灰分產(chǎn)率對(duì)不同基準(zhǔn)表示的揮發(fā)分產(chǎn)率的影響，如表2 中空氣干燥基灰分產(chǎn)率引起的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率與空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差甚至可高達(dá)50%以上。對(duì)表2 中的空氣干燥基灰分產(chǎn)率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 空氣干燥基灰分產(chǎn)率與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

干燥無(wú)灰基揮發(fā)分與空氣干燥基揮發(fā)分之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差受空氣干燥基水分和空氣干燥基灰分共同影響，因而干燥無(wú)灰基揮發(fā)分與空氣干燥基揮發(fā)分之間的差異往往很大。尤其是當(dāng)煤中空氣干燥基水分或空氣干燥基灰分較高時(shí)，其中又以空氣干燥基灰分的影響更應(yīng)高度關(guān)注，其引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差甚至可高達(dá)50%以上。因此，化驗(yàn)員在數(shù)據(jù)報(bào)出時(shí)，必須標(biāo)明各檢驗(yàn)項(xiàng)目的基準(zhǔn)，否則同一檢驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)常會(huì)差距巨大，沒(méi)有可比性。

1）煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率與空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差受空氣干燥基水分和空氣干燥基灰分產(chǎn)率共同影響，因而煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率與空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率之間的差異往往很大。

2）煤中空氣干燥基水分與空氣干燥基灰分產(chǎn)率相比，更應(yīng)關(guān)注空氣干燥基灰分產(chǎn)率對(duì)相對(duì)偏差的影響。

3）無(wú)論是煤化程度低的煙煤還是煤化程度高的貧煤、無(wú)煙煤，空氣干燥基灰分產(chǎn)率越大，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率與空氣干燥基揮發(fā)分產(chǎn)率之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差也越大。遇上原煤空氣干燥基灰分產(chǎn)率大于40%時(shí)，揮發(fā)分產(chǎn)率的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差甚至可高達(dá)50%以上。

4）化驗(yàn)員在填寫(xiě)數(shù)據(jù)報(bào)告時(shí)，必須標(biāo)明各檢驗(yàn)項(xiàng)目的基準(zhǔn)，否則同一檢驗(yàn)項(xiàng)目會(huì)差距巨大，并且相互間沒(méi)有可比性。