煤炭揮發(fā)分的檢測(cè)準(zhǔn)確度影響因素研究

李 云

（呼倫貝爾市產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008）

引言

煤炭質(zhì)量決定了其燃燒充分度，煤炭的燃燒不充分，很可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐等生產(chǎn)設(shè)備損壞。揮發(fā)分檢測(cè)能夠準(zhǔn)確評(píng)估煤炭的質(zhì)量和燃燒充分程度，為了確保煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度，檢測(cè)人員需要積極分析各項(xiàng)影響因素，并且采取針對(duì)性檢測(cè)措施，使得煤炭揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果能夠準(zhǔn)確被應(yīng)用在煤炭質(zhì)量評(píng)價(jià)中，提高煤炭應(yīng)用效果。

1 煤炭揮發(fā)分檢測(cè)原理

煤炭揮發(fā)分檢測(cè)原理如下：在隔絕空氣環(huán)境中、一定溫度和加熱時(shí)間下，煤炭中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)能夠通過(guò)熱分解反應(yīng)被分解成氣體和液體，這些產(chǎn)物減去煤樣中的水分，便能夠得到揮發(fā)分[1]。

2 影響煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度幾大因素

2.1 加熱溫度和時(shí)間

在煤炭揮發(fā)分檢測(cè)中，煤樣的最佳加熱溫度為900 ℃±10 ℃，最佳加熱時(shí)間為7 min，此時(shí)，煤炭中的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，熱分解反應(yīng)趨于完全，得到的揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果相對(duì)比較穩(wěn)定[2]。如果煤樣的加熱溫度低于上述溫度或加熱時(shí)間短于上述時(shí)間，熱分解反應(yīng)便不能完全進(jìn)行；如果煤樣的加熱溫度高于上述溫度或加熱時(shí)間長(zhǎng)于上述時(shí)間，在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)后期，坩堝內(nèi)部壓力會(huì)持續(xù)下降，煤樣與空氣接觸會(huì)發(fā)生氧化效應(yīng)，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分檢測(cè)結(jié)果偏高[3]。

2.2 坩堝及坩堝架質(zhì)量

2.2.1 坩堝質(zhì)量

常見(jiàn)的煤炭揮發(fā)分檢測(cè)加熱裝置為馬弗爐專(zhuān)用坩堝。坩堝質(zhì)量要求如下：瓷制坩堝；質(zhì)量為15 g～20 g；坩堝與坩堝蓋能夠?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格密封；坩堝底部直徑為1.8 cm，上口直徑為3.3 cm，高度為4 cm，厚度為0.15 cm；坩堝蓋外徑為3.5 cm，內(nèi)徑為2.9 cm，蓋內(nèi)下陷為0.4 cm。如果坩堝質(zhì)量不合格或坩堝與坩堝蓋密封性能較差，在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)后期，坩堝內(nèi)部會(huì)由于氣體析出完畢而出現(xiàn)壓力持續(xù)下降的情況，空氣流入會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分檢測(cè)結(jié)果偏高。

2.2.2 坩堝架質(zhì)量

坩堝架質(zhì)量要求如下：受熱不能掉皮；孔洞規(guī)格需要與坩堝相匹配，過(guò)小可能會(huì)卡住坩堝，過(guò)大可能會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)。

2.3 煤種特殊處理方法

2.3.1 褐煤、長(zhǎng)焰煤

褐煤、長(zhǎng)焰煤的空氣水分、灰分相對(duì)較高，需要做出如下特殊處理：將煤樣壓制成餅狀，切成長(zhǎng)度為0.3 cm 的小塊，此時(shí)，煤樣爆燃、噴濺等問(wèn)題可以被有效規(guī)避，有利于確保揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度。如果褐煤、長(zhǎng)焰煤不進(jìn)行壓制餅狀及切塊處理，直接以松散形態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，揮發(fā)分逸出會(huì)攜帶碳粒，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分檢測(cè)結(jié)果偏高。

2.3.2 焦炭、無(wú)煙煤

焦炭、無(wú)煙煤的空氣水分、灰分相對(duì)較低，需要在煤樣中加入揮發(fā)性液體，此時(shí)，坩堝空氣的浸入量可以得到有效控制，避免煤樣發(fā)生氧化反應(yīng)。如果在揮發(fā)分檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)坩堝蓋上殘留了灰白色物質(zhì)，表示煤樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了氧化反應(yīng)，此時(shí)的揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果偏高，檢測(cè)人員需要分析氧化原因，進(jìn)行調(diào)整后再次展開(kāi)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

2.4 煤樣要求

2.4.1 煤樣粒度

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求煤炭揮發(fā)分檢測(cè)煤樣粒度≤0.02 cm。如果煤樣粒度超過(guò)上述粒度，會(huì)增加揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果誤差；按照GB474 制備揮發(fā)分檢測(cè)煤樣，確保檢測(cè)煤樣在達(dá)到空氣干燥狀態(tài)后能夠完全通過(guò)規(guī)格為0.02 cm的篩子。在磨制過(guò)程中，煤樣顆粒會(huì)因?yàn)閿D壓形成規(guī)格不同的薄片，這些薄片的規(guī)格往往會(huì)超過(guò)0.02 cm，并且其特性和構(gòu)成也會(huì)與其他煤樣顆粒形成差別；如果沒(méi)有將這些薄片再次磨制成粒度合格的煤樣顆粒，會(huì)增加揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果誤差[4]。

2.4.2 煤樣狀態(tài)

檢測(cè)煤樣需要在達(dá)到空氣干燥狀態(tài)后裝瓶，此時(shí)，原本吸附于毛細(xì)管中的內(nèi)在水分會(huì)轉(zhuǎn)為吸附于煤樣表面，并且隨著煤樣表面積的持續(xù)增加，煤樣會(huì)進(jìn)一步吸收大氣中的水分。如果在檢測(cè)煤樣未達(dá)到空氣干燥狀態(tài)前裝瓶，會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)分測(cè)定空氣水分改變、煤樣稱(chēng)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題，會(huì)增加揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果誤差。

2.5 稱(chēng)樣及煤樣攤平

煤炭揮發(fā)分檢測(cè)需要稱(chēng)取一般空氣干燥煤樣，此時(shí)，煤炭的空氣水分、灰分、碳酸鹽二氧化碳范圍較小。獲得煤樣后，將煤樣在坩堝內(nèi)攤平，蓋上坩堝蓋，抓住坩堝中下部，在距離操作臺(tái)0.5 cm 高度位置處垂直松手，使得坩堝自由落下，轉(zhuǎn)換90 ℃后重復(fù)上述操作；重復(fù)12 次上述操作后結(jié)束振蕩。上述操作能夠避免快速震蕩導(dǎo)致的浮煤，也能夠確保煤樣攤平細(xì)致程度。

2.6 揮發(fā)分計(jì)算

2.6.1 空氣水分計(jì)算

煤炭揮發(fā)分具體構(gòu)成，如圖1 所示。煤炭揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果為煤樣空氣干燥基水分校正結(jié)果，但是煤樣空氣干燥基水分會(huì)隨著空氣水分的變化而變化[5]。檢測(cè)人員需要同時(shí)測(cè)定煤樣空氣干燥基水分，并且盡量在段時(shí)間內(nèi)完成揮發(fā)分測(cè)定工作。

圖1 煤炭揮發(fā)分構(gòu)成

2.6.2 灰分計(jì)算

煤炭干燥無(wú)灰基揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果為煤樣灰分測(cè)定結(jié)果的換算結(jié)果，表示煤樣灰分測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度直接關(guān)系到了揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度。檢測(cè)人員需要確保煤樣灰分測(cè)定操作的科學(xué)性和規(guī)范性。

2.6.3 碳酸鹽二氧化碳計(jì)算

在煤炭揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果計(jì)算中，還需要注意碳酸鹽二氧化碳含量，當(dāng)煤樣中的碳酸鹽二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥2%時(shí)，需要做出相應(yīng)處理，否則會(huì)增加揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果誤差[6]。當(dāng)煤樣中的碳酸鹽2%≤w（CO2）≤10%時(shí)，揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果需要減掉碳酸鹽二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)；當(dāng)煤樣中的碳酸鹽二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥12%時(shí)，揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果需要減掉碳酸鹽二氧化碳分析基測(cè)定值、焦渣中二氧化碳對(duì)煤樣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之差。

3 煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度提高策略

3.1 提高檢測(cè)操作規(guī)范程度

檢測(cè)操作規(guī)范程度直接關(guān)系到了煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度。首先在招聘揮發(fā)分檢測(cè)人員時(shí)，應(yīng)在對(duì)口高校中進(jìn)行定點(diǎn)招聘，選擇同時(shí)具備專(zhuān)業(yè)能力和文化素養(yǎng)的檢測(cè)人員；其次需要定期開(kāi)展對(duì)揮發(fā)分檢測(cè)人員的操作規(guī)范性培訓(xùn)，制定操作規(guī)章制度及流程；強(qiáng)化檢測(cè)人員對(duì)于揮發(fā)分檢測(cè)操作規(guī)范程度的重視。

3.2 科學(xué)管理檢測(cè)操作器皿

檢測(cè)操作器皿質(zhì)量直接關(guān)系到了煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)室需要做好對(duì)檢測(cè)操作器皿的選擇和管理工作。第一，需要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇和購(gòu)買(mǎi)揮發(fā)分檢測(cè)操作器皿，并且確保所購(gòu)器皿的質(zhì)量。第二，需要定期檢查揮發(fā)分檢測(cè)操作器皿，及時(shí)更換重量或質(zhì)量不合格的器皿。第三，需要格外注重坩堝質(zhì)量檢查及更換，這是因?yàn)檑釄鍨閾]發(fā)分檢測(cè)最為關(guān)鍵的器皿，對(duì)于檢測(cè)準(zhǔn)確度的影響較大。第四，需要做好對(duì)揮發(fā)分檢測(cè)操作器皿的干燥處理，確保器皿水分含量能夠達(dá)到煤炭揮發(fā)分檢測(cè)的空氣干燥要求。

3.3 加快檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)研究

推動(dòng)先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，是提高煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度的戰(zhàn)略策略，需要致力于揮發(fā)分檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究。第一，在煤炭揮發(fā)分檢測(cè)中應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)，構(gòu)建以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的揮發(fā)分檢測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)揮發(fā)分的高質(zhì)量、高效率檢測(cè)。第二，通過(guò)先進(jìn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)、智能測(cè)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤樣質(zhì)量的有效檢測(cè)及分類(lèi)，確保揮發(fā)分檢測(cè)煤樣的質(zhì)量，提高揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度。第三，研究煤炭揮發(fā)分檢測(cè)新技術(shù)，減少檢測(cè)準(zhǔn)確度的影響因素，從根本上確保揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度。

4 結(jié)語(yǔ)

揮發(fā)分是評(píng)估煤炭質(zhì)量和燃燒充分程度的重要指標(biāo)，煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度影響因素主要包括加熱溫度和時(shí)間、坩堝及坩堝架質(zhì)量、煤種特殊處理方法、煤樣要求、稱(chēng)樣及煤樣攤平、揮發(fā)分計(jì)算，提高煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度的常見(jiàn)策略有提高檢測(cè)操作規(guī)范程度、科學(xué)管理檢測(cè)操作器皿、加快檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)研究。煤炭揮發(fā)分檢測(cè)準(zhǔn)確度得到保障后，方能夠?yàn)槊禾抠|(zhì)量評(píng)估提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。