徐麗霞

(大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司，湖南 冷水江 417500)

淺談劣質(zhì)石煤工業(yè)分析方法與發(fā)熱量測(cè)定的注意事項(xiàng)

徐麗霞

(大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司，湖南 冷水江 417500)

介紹了湖南省會(huì)同縣"魯沖-鐵溪"礦區(qū)土洞井田煤礦中的劣質(zhì)石煤性質(zhì)，結(jié)合煤質(zhì)工業(yè)分析方法和發(fā)熱量測(cè)定相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，提出了在對(duì)劣質(zhì)石煤進(jìn)行水分、灰分、揮發(fā)分及發(fā)熱量測(cè)定時(shí)需注意的方法要點(diǎn)。特別是針對(duì)劣質(zhì)石煤的高灰分、低揮發(fā)分以及低發(fā)熱量的這些特點(diǎn)，歸納和總結(jié)了在相關(guān)試驗(yàn)過程中容易出現(xiàn)的問題和忽略的細(xì)節(jié)，并提出了相應(yīng)的解決方法，從而確保了劣質(zhì)石煤的工業(yè)分析和發(fā)熱量測(cè)定的準(zhǔn)確性，為工業(yè)生產(chǎn)和鍋爐燃燒提供準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。

劣質(zhì)石煤 ;工業(yè)分析 ; 發(fā)熱量 ;注意事項(xiàng)

石煤形成于早元古代和早古生代的一種沉積的可燃有機(jī)巖，呈黑色或黑灰色，大多具有高灰、高硫、低發(fā)熱量和硬度大的特點(diǎn)。湖南省石煤儲(chǔ)量高達(dá)187.2億噸，儲(chǔ)量約占全國(guó)的1/3，其中懷化市的石煤儲(chǔ)量就有83.6億噸，約占湖南省的1/2。我國(guó)石煤資源的主要利用途徑是石煤發(fā)電、石煤提釩，也可用作燒制水泥、制造化肥、灰渣制碳化磚等。大唐華銀懷化石煤資源開發(fā)有限公司投資開發(fā)的湖南省會(huì)同縣魯沖-鐵溪礦區(qū)土洞井田煤礦，該礦區(qū)石煤具有高灰分(Ad：70%～90%)、中低揮發(fā)分(Vd：3%～7%)、固定碳低于20%，低發(fā)熱量(Qnet,ar：3～6MJ/kg)的特征，并以劣質(zhì)石煤為主。

1 劣質(zhì)石煤的工業(yè)分析

針對(duì)劣質(zhì)石煤的特殊性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行工業(yè)分析常常由于與普通煤質(zhì)差別大，在方法選擇上容易產(chǎn)生誤區(qū)而造成較大的誤差。為此在實(shí)際的操作過程中必須嚴(yán)格規(guī)范，才能做到準(zhǔn)確測(cè)量。GB/T212-2008煤的工業(yè)分析方法主要包括水分、灰分、揮發(fā)分的測(cè)量和固定碳的計(jì)算。以下主要從水分、灰分和揮發(fā)分在測(cè)定過程中需注意問題進(jìn)行討論[1]。

1.1 石煤的水分

分析基水分是指在規(guī)定條件下測(cè)定的一般分析試驗(yàn)煤樣水分，是吸附在煤顆粒內(nèi)部毛細(xì)孔中的水分，需在100℃以上的溫度才會(huì)揮發(fā)出來。由于石煤性質(zhì)類似于無煙煤，因此在水分測(cè)定方法選擇上應(yīng)選擇方法A或方法B，其中方法A為通氮干燥法，適用于所有煤種；方法B為空氣干燥法僅適用于煙煤和無煙煤。在相應(yīng)加熱溫度上也應(yīng)按無煙煤要求選擇。即如選擇方法A(通氮干燥法)，需再(105～110)℃的干燥箱中干燥2h；如選擇方法B(空氣干燥法)則需干燥1.5h。此外由于石煤分析基水分含量一般在2.00%以下，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水分小于2.00%時(shí)，不必進(jìn)行檢查性干燥。

1.2 石煤的灰分

煤的灰分不是煤中固有的成分,而是煤在規(guī)定條件下完全燃燒后的殘留物,是煤中礦物質(zhì)在一定條件下經(jīng)一系列分解、化合等復(fù)雜反應(yīng)而形成的，是煤中礦物質(zhì)的衍生物。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種測(cè)定灰分的方法--緩慢灰化法和快速灰化法。劣質(zhì)石煤因其灰分含量比較高,加上多數(shù)石煤含硫量也比較高,因此在進(jìn)行石煤灰分測(cè)量時(shí)影響灰分測(cè)定準(zhǔn)確度的主要因素有：黃鐵礦的氧化程度、碳酸鹽(主要是方解石)的分解程度和灰中固定的硫有多少。

(1)采用緩慢灰化法，使煤中硫化物在碳酸鹽分解錢就完全氧化并排出，避免硫酸鈣的生成。由于煤中黃鐵礦和有機(jī)硫在500℃之前就基本氧化完全，而碳酸鈣從500℃開始分解，到800℃分解完全。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將煤樣放入爐溫不超過100℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，關(guān)上爐門并留15mm左右的縫隙，在不少于30min的時(shí)間內(nèi)將爐溫緩慢升至500℃，這樣可使得煤樣逐漸灰化，避免爆燃。在500℃下保留30min，使得可燃硫充分氧化并排出。煤樣在(815±10)℃下灼燒1h，因?yàn)樵?>800℃)的溫度下灼燒足夠長(zhǎng)的時(shí)間，才能保證碳酸鹽完全分解和二氧化碳完全驅(qū)除。

(2)灰化過程中始終保持良好的通風(fēng)狀態(tài)，使硫氧化物一經(jīng)生成就及時(shí)排除，因此要再使用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的帶煙囪的馬弗爐，整個(gè)測(cè)試過程中爐門都必須留有15mm左右的縫隙。很多人忽略了這一點(diǎn)，認(rèn)為這樣會(huì)影響升溫速度和整個(gè)爐膛溫度平衡，將爐門緊閉，這將會(huì)使灰分測(cè)試結(jié)果偏高。

(3)煤樣在灰皿中要鋪平，以避免局部過厚，一方面避免燃燒不完全，另一方面可防止底部煤樣中的硫化物生成的二氧化硫被上部碳酸鹽分解生成的氧化鈣固定。劣質(zhì)石煤由于其比重大，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為煤樣少就忽視攤平，必須按規(guī)定使其每平方厘米的質(zhì)量不超過0.15g，盡可能的攤平煤樣。

(4)灰分測(cè)試用馬弗爐的恒溫區(qū)應(yīng)在關(guān)閉爐門下測(cè)定，并至少每年一次，保證煤樣灰皿人架后準(zhǔn)確置于該恒溫區(qū)內(nèi)。高溫計(jì)(包括毫伏計(jì)和熱電偶)至少每年校準(zhǔn)一次。

(5)由于劣質(zhì)石煤灰分含量均較高，需進(jìn)行檢查性灼燒。同時(shí)具有較高硫含量，因此在進(jìn)行快速法測(cè)量灰分時(shí)，應(yīng)與緩慢灰化法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)后進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。一般情況下快速法測(cè)得灰分值偏高。

1.3 石煤的揮發(fā)分

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)率為揮發(fā)分。工業(yè)分析中測(cè)定的揮發(fā)分不是煤中原來固有的成分，而是煤在嚴(yán)格規(guī)定條件下加熱時(shí)的熱解產(chǎn)物，改變?nèi)魏卧囼?yàn)條件都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來不同程度的影響。影響揮發(fā)分測(cè)定的主要因素有加熱溫度、加熱時(shí)間、加熱速度[2]，此外試驗(yàn)設(shè)備的形式和大小，式樣容器的材質(zhì)、形狀和尺寸以及容器的支架都會(huì)影響測(cè)定結(jié)果，揮發(fā)分測(cè)定是一個(gè)規(guī)范性很強(qiáng)的試驗(yàn)項(xiàng)目。

(1)測(cè)定溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在(900±10)℃，馬弗爐的恒溫區(qū)應(yīng)在關(guān)閉爐門下測(cè)定，并至少每年一次，裝有煤樣的坩堝必須放入馬弗爐恒溫區(qū)。高溫計(jì)(包括毫伏計(jì)和熱電偶)至少每年校準(zhǔn)一次。

(2)裝有煤樣的坩堝放入馬弗爐后，爐溫應(yīng)在3min內(nèi)回復(fù)到(900±10)℃。馬弗爐應(yīng)經(jīng)常驗(yàn)證其熱容量和溫度回復(fù)速度是否符合要求。馬弗爐熱容量為當(dāng)起始溫度為920℃左右時(shí)，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)℃。每次試驗(yàn)最好放相同的坩堝以保證坩堝及其支架的熱容量基本一致。如發(fā)現(xiàn)回溫速度達(dá)不到要求，可通過加快進(jìn)樣和關(guān)門速度，必要時(shí)可減少坩堝數(shù)量以保證3min的回溫要求。總加熱時(shí)間要嚴(yán)格控制為7min。從馬弗爐中取出后，在空氣中冷卻5min后需放入干燥器中冷卻，防止焦渣吸水影響測(cè)定結(jié)果。

(3)要使用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的坩堝，帶有配合嚴(yán)密的蓋，總質(zhì)量為(15～20)g。坩堝架用鎳鉻絲或其它耐熱金屬制成，受熱時(shí)不能掉皮。

(4)劣質(zhì)石煤由于其揮發(fā)分較低，容易出現(xiàn)測(cè)定揮發(fā)分后坩堝蓋上有白色物質(zhì)，這是煤樣氧化而生成的。主要原因是由于蓋鍋蓋不嚴(yán)，空氣侵入坩堝內(nèi)而引起的。加上劣質(zhì)石煤揮發(fā)分過低，氧化作用可能更大，可以在煤樣中加入幾滴揮發(fā)性液體(如苯等)，加熱時(shí)揮發(fā)性液體會(huì)發(fā)并往坩堝外逸出而阻止空氣侵入。

2 劣質(zhì)石煤的發(fā)熱量測(cè)定

劣質(zhì)石煤發(fā)熱量較低，通常只有(3～7)MJ/kg，與常規(guī)無煙煤、煙煤和褐煤相比有較大區(qū)別。在進(jìn)行氧彈量熱法測(cè)定石煤的高位發(fā)熱量時(shí)，常常由于各種原因造成較大誤差，繼而影響到石煤的生產(chǎn)和應(yīng)用。根據(jù)GB/T213-2008煤的發(fā)熱量測(cè)定方法要求，結(jié)合會(huì)同縣當(dāng)?shù)厥旱奶匦裕瑢?duì)試驗(yàn)過程中常出現(xiàn)的現(xiàn)象和問題進(jìn)行總結(jié)如下。

(1)劣質(zhì)石煤由于其熱值低，揮發(fā)分也低的原因，在用自動(dòng)量熱儀測(cè)試時(shí)最常見問題就是燃燒不完全，點(diǎn)火成功后誤判為點(diǎn)火失敗的現(xiàn)象。這主要是由于自動(dòng)量熱儀內(nèi)置程序設(shè)定在點(diǎn)火后的較短時(shí)間內(nèi)溫度上升小于規(guī)定數(shù)值時(shí)，儀器便報(bào)警并打印點(diǎn)火失敗的信息，試驗(yàn)終止。試驗(yàn)后檢查發(fā)現(xiàn)實(shí)際點(diǎn)火已成功，煤樣上部已燃燒完而底部未完全燃燒。實(shí)際操作中對(duì)不易燃燒完全的試樣，可用石棉絨做襯墊(先在皿底鋪上一層石棉絨，然后以手壓實(shí))。如加襯墊仍燃燒不完全，可提高充氧壓力至3.2MPa，或用已知質(zhì)量和熱值的擦鏡紙包裹稱好的試樣并用手壓緊，然后放入燃燒皿中。根據(jù)劣質(zhì)石煤的實(shí)際測(cè)定情況，需同時(shí)采用上述幾種方法，加石棉絨襯墊的同時(shí)提高充氧壓力，再用擦鏡紙包裹，對(duì)于熱值極差的石煤樣可多包裹幾張擦鏡紙進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)只需在程序點(diǎn)火熱中加上擦鏡紙熱值，儀器做完后會(huì)自行減去這些附加熱。一般情況下不建議直接添加苯甲酸。

(2)熱量計(jì)點(diǎn)火失敗。試驗(yàn)中出現(xiàn)點(diǎn)火失敗后首先應(yīng)排除是2.1中提出的儀器誤報(bào)警。再檢查是否有可能是試驗(yàn)人員在連接點(diǎn)火絲時(shí)未能保證與電極柱接觸良好。此時(shí)只用重新?lián)Q一根點(diǎn)火絲，重新連接好即可。如果點(diǎn)火絲已燃燒或熔斷而試樣卻沒有點(diǎn)火燃燒，應(yīng)檢查點(diǎn)火絲是否接觸到坩堝壁或點(diǎn)火絲未能與試樣保持良好接觸。此外點(diǎn)火線路是否導(dǎo)通或短路等其他機(jī)械故障都有可能導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。

(3)在進(jìn)行高位發(fā)熱量計(jì)算時(shí)，彈筒洗液硫含量Sb,ad在標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，當(dāng)全硫低于4.00%時(shí)或發(fā)熱量大于14.60MJ/kg時(shí)，可用全硫代替Sb,ad。由于劣質(zhì)石煤發(fā)熱量較低，即使添加了部分熱值仍遠(yuǎn)低于14.60MJ/kg，但通常石煤全硫含量低于4.00%，所以對(duì)劣質(zhì)石煤高位發(fā)熱量計(jì)算時(shí)，可用全硫代替Sb,ad。

綜上所述，隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，石煤作為一種儲(chǔ)量大又相對(duì)廉價(jià)的新能源被越來越多的領(lǐng)域開發(fā)和利用。石煤化驗(yàn)工作必須要結(jié)合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行，并針對(duì)石煤的特殊性能選擇正確的試驗(yàn)方法，努力提高化驗(yàn)員的操作技能和理論水平，才能保證各種化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而為工業(yè)生產(chǎn)和鍋爐燃燒提供指導(dǎo)。

[1] 李英華.煤質(zhì)分析應(yīng)用技術(shù)指南[M].2版.北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[2] 黃鴻彥 .淺談煤的工業(yè)分析的測(cè)定及應(yīng)用[J].煤， 2009, 18(1):60-61.

(本文文獻(xiàn)格式：徐麗霞.淺談劣質(zhì)石煤工業(yè)分析方法與發(fā)熱量測(cè)定的注意事項(xiàng)[J].山東化工，2016，45(14)：53-54.)

Note on the Determination Method and Calorific Value of Inferior Coal Industry Analysis

XuLixia

(Datang Huayin Electric Power Co.,Ltd.,Lengshuijiang 417500,China)

This paper introduces the properties of inferior coal in Huitong County of Hunan Province "Lu Chong-Tie Xi" mine soil hole mine in coal mine, combined with the analysis method and calorific value determination of relevant national standard of coal industry, puts forward the method of water, points to inferior coal ash, volatile matter and heat capacity determination should note. Especially the characteristics of the inferior coal, high ash content, low volatile and low heat generation, and summarized the easily occurred in the test process and ignore the details, and put forward the corresponding solution, so as to ensure the accuracy of the analysis and determination of calorific value of inferior coal industry, to provide reference data accurate for industrial production and boiler combustion.

inferior coal ; proximate analysis; calorific value; matters need attention

2016-05-19

徐麗霞(1976—)，女，助理工程師，主要從事燃料采制化及相關(guān)專業(yè)。

TQ533.2

A

1008-021X(2016)14-0053-02