單永林(國(guó)家能源費(fèi)縣發(fā)電有限公司，山東 臨沂 273421)

0 引言

揮發(fā)分是火電廠燃料用煤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性有直接影響。煤的揮發(fā)分不是煤中固有的組成部分，不同的溫度有不同的分解產(chǎn)物，其揮發(fā)分產(chǎn)率也是不同的。揮發(fā)分在我國(guó)被定義為：煤在(900±10)℃下隔絕空氣加熱7min，進(jìn)行水分校正后的質(zhì)量損失。其測(cè)定規(guī)范性強(qiáng)，試驗(yàn)條件的微小改變都會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果帶來(lái)影響。

揮發(fā)分的準(zhǔn)確測(cè)定，工作中應(yīng)該從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)行控制，如人員操作、馬弗爐狀態(tài)、煤樣規(guī)格、質(zhì)量控制等。本文主要結(jié)合這些方面對(duì)煤揮發(fā)分測(cè)定的注意事項(xiàng)進(jìn)行探討。

1 馬弗爐爐溫及恒溫區(qū)

煤樣在隔絕空氣的情況下加熱，不同的溫度決定著煤樣將發(fā)生不同的變化。爐溫低煤樣揮發(fā)不完全，當(dāng)爐溫從850℃提高到900℃時(shí)揮發(fā)分會(huì)大幅增加，從900℃提高到950℃，揮發(fā)分變化不大，溫度再高則固定碳容易氧化。

由此看來(lái)，揮發(fā)分的測(cè)定溫度必須嚴(yán)格控制，馬弗爐的爐溫和恒溫區(qū)就對(duì)揮發(fā)分結(jié)果的測(cè)定起著關(guān)鍵作用。GB/T 212—2008[1]中對(duì)馬弗爐需滿足的條件進(jìn)行了詳細(xì)闡述：能保持溫度在(900±10)℃，并有足夠℃的(900±5)℃的恒溫區(qū)。馬弗爐的爐膛熱容量為當(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(mén)后在3min內(nèi)恢復(fù)到(900±10)℃。爐膛恒溫區(qū)至少每年測(cè)定一次，應(yīng)該在關(guān)閉爐門(mén)的狀態(tài)下測(cè)定。高溫計(jì)至少每年校準(zhǔn)一次。在測(cè)定揮發(fā)分時(shí)要確保馬弗爐處于校準(zhǔn)有效期內(nèi)，確保爐溫準(zhǔn)確和有確定的恒溫區(qū)。

目前火力發(fā)電廠對(duì)煤化驗(yàn)的重視程度越來(lái)越高，煤化驗(yàn)的設(shè)備也在不斷地升級(jí)換代，而且各種設(shè)備的強(qiáng)制鑒定、定期維護(hù)都會(huì)列到工作日程里。工作中設(shè)備是否正常運(yùn)行、備品配件的規(guī)格質(zhì)量都是影響化驗(yàn)速度、化驗(yàn)結(jié)果的又一要素。因此要保證管理制度全面、監(jiān)督工作到位，選擇質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定、售后服務(wù)水平高的設(shè)備及備件是必不可少的。

2 坩堝及坩堝架

不同材質(zhì)的坩堝導(dǎo)熱系數(shù)是不同的，此外坩堝容器的大小和容器壁的厚薄對(duì)在短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大溫度變化時(shí)的升溫速度產(chǎn)生的影響也不同。因此國(guó)標(biāo)對(duì)揮發(fā)分坩堝的材質(zhì)及規(guī)格等做了詳細(xì)規(guī)定。操作中應(yīng)特別注意檢查坩堝是否有裂縫、坩堝與坩堝蓋配合是否嚴(yán)密。如果空氣侵入坩堝會(huì)使煤樣氧化，導(dǎo)致?lián)]發(fā)分的測(cè)定結(jié)果偏高，試驗(yàn)應(yīng)作廢。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：坩堝為(15～20)g重時(shí)對(duì)揮發(fā)分的結(jié)果沒(méi)有太大影響，當(dāng)質(zhì)量大于20g時(shí)揮發(fā)分會(huì)隨坩堝質(zhì)量的增加而降低。目前市場(chǎng)采購(gòu)到的坩堝質(zhì)量變化較大，閆濤[2]研究了坩堝質(zhì)量對(duì)不同煤種的影響，研究表明：坩堝質(zhì)量對(duì)煙煤和褐煤的揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果有系統(tǒng)性影響。坩堝質(zhì)量越大，揮發(fā)分測(cè)定值越低；坩堝質(zhì)量差異越大，揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果之間的系統(tǒng)誤差越大；無(wú)煙煤使用(20～22)g的坩堝測(cè)定揮發(fā)分，對(duì)結(jié)果沒(méi)有顯著影響；褐煤不能使用質(zhì)量大于20g的揮發(fā)分坩堝測(cè)定。

坩堝架要耐高溫、不掉皮，使用鎳鉻絲或其他耐熱金屬絲制成，其尺寸能夠?qū)⑺鶐й釄宥贾糜隈R弗爐恒溫區(qū)內(nèi)、坩堝底部置于熱電偶熱接點(diǎn)上方?？讖揭弦螅筵釄逡谆蝿?dòng)，不能保持垂直站立，太小灼燒后坩堝會(huì)和架子粘連在一起，導(dǎo)致報(bào)廢。

為保證爐膛熱容量一致，每次試驗(yàn)應(yīng)配置相同數(shù)目的坩堝，當(dāng)樣品量較少時(shí)可用空坩堝補(bǔ)齊。何德秀[3]研究了放置坩堝的數(shù)量與測(cè)定結(jié)果的關(guān)系。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中所放坩堝數(shù)量不同，測(cè)定結(jié)果亦有偏差，數(shù)量變化越大，結(jié)果偏差也越大。

3 一般分析試驗(yàn)煤樣

只有嚴(yán)格按照規(guī)定制取的煤樣，其測(cè)定結(jié)果才具有真實(shí)性和代表性，才能表明該批次煤的真正質(zhì)量和價(jià)值。化驗(yàn)員應(yīng)該按要求對(duì)接收煤樣進(jìn)行化驗(yàn)前的重量、粒度檢查以及空氣干燥、混勻等工作。

一般分析試驗(yàn)煤樣的粒度要求是百分之百過(guò)0.2mm篩。如果樣品粒度不符合要求將直接影響結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。此外在檢測(cè)過(guò)程中要確保煤樣在所處環(huán)境內(nèi)達(dá)到空氣干燥狀態(tài)，避免在檢測(cè)過(guò)程中水分發(fā)生較大變化。揮發(fā)分是煤樣在規(guī)定條件下隔絕空氣加熱并進(jìn)行水分校正后的質(zhì)量損失。因此水分測(cè)定的準(zhǔn)確性和實(shí)效性對(duì)檢測(cè)結(jié)果有直接影響，不同煤種水分差異較大；同一煤種，在不同環(huán)境條件下，水分也不同。這點(diǎn)對(duì)于水分含量較大的煤樣要特別注意。

4 人員操作環(huán)節(jié)

揮發(fā)分是一項(xiàng)人為設(shè)定條件下的規(guī)范性操作，其涉及的細(xì)節(jié)非常多，每個(gè)細(xì)節(jié)都可能影響測(cè)定的準(zhǔn)確性，因此人員操作就起著非常重要的作用?；?yàn)員應(yīng)具備非常嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，掌握國(guó)標(biāo)的相關(guān)要求，結(jié)合自己的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)等保證操作環(huán)節(jié)符合規(guī)范性要求。

4.1 稱樣環(huán)節(jié)

稱樣時(shí)選取的坩堝必須是在900℃灼燒到質(zhì)量恒定且干燥又符合嚴(yán)密要求的坩堝?；?yàn)環(huán)節(jié)的主要誤差來(lái)自于從樣品中稱取一定量煤樣的過(guò)程。為保證稱取的煤樣具有代表性，稱取樣品前要將煤樣充分混合均勻，并且要做到多次多點(diǎn)取樣。稱取的質(zhì)量范圍為(1±0.01)g，稱準(zhǔn)至0.0002g。稱完煤樣后要輕輕震動(dòng)坩堝，使煤樣攤平，有利于試樣受熱均勻及焦渣特征的判斷。此外在稱樣環(huán)節(jié)還要注意天平水平位置的調(diào)節(jié)、天平的規(guī)范使用等。

4.2 揮發(fā)分操作環(huán)節(jié)

國(guó)標(biāo)中規(guī)定將帶有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐門(mén)并計(jì)時(shí)，要求爐溫在3min內(nèi)恢復(fù)至(900±10)℃，并保持在(900±10)℃，加熱時(shí)間總計(jì)7min。由此可知加熱溫度、加熱時(shí)間、升溫速率是影響揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果的重要因素，與化驗(yàn)員的操作有直接的關(guān)系，必須熟練、規(guī)范。

加熱溫度直接影響揮發(fā)分測(cè)定結(jié)果，要確保揮發(fā)分坩堝架放在馬弗爐恒溫區(qū)位置，坩堝架中心位置與恒溫區(qū)中心位置重合。當(dāng)坩堝架放置位置靠近馬弗爐爐門(mén)時(shí)，相比于爐膛恒溫區(qū)中心，部分樣品的測(cè)定結(jié)果偏低。

加熱時(shí)間要嚴(yán)格控制在7min，馬弗爐在6分30秒時(shí)會(huì)有警鳴聲，此時(shí)化驗(yàn)員要注意把握取樣時(shí)間，建議不要等到7min警鳴時(shí)響時(shí)才取樣。

升溫速率與化驗(yàn)員的放樣快慢有直接關(guān)系，是影響揮發(fā)分測(cè)定的重要因素。操作者的熟練程度不同，爐溫的回升時(shí)間不同，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的差異。高淑香[4]研究發(fā)現(xiàn)，控制溫度恢復(fù)時(shí)間在(120～150)s為宜。放樣動(dòng)作過(guò)慢就很難保證爐溫在3min內(nèi)回溫升到(900±10)℃。

另外，坩堝架取放時(shí)手臂要保持架子平穩(wěn)，否則容易使坩堝在架子上發(fā)生傾斜，蓋子蓋不嚴(yán)密現(xiàn)象。

4.3 冷卻過(guò)程及時(shí)間控制

坩堝從馬弗爐取出后，在空氣中冷卻約5min左右放入干燥器中，20min后稱量。在空氣中冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致焦渣吸水，測(cè)定結(jié)果偏低。

目前煤化驗(yàn)員持證上崗已經(jīng)是企業(yè)強(qiáng)制性考核指標(biāo)，工作中由于化驗(yàn)員的認(rèn)知以及性格特點(diǎn)等的不同，對(duì)工作細(xì)節(jié)的觀察處理就會(huì)出現(xiàn)差異，對(duì)于操作注意事項(xiàng)應(yīng)該在全面掌握的要求下因人而異重點(diǎn)關(guān)注。

5 試驗(yàn)過(guò)程中的質(zhì)量控制

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在揮發(fā)分測(cè)定環(huán)節(jié)要注意做好質(zhì)量控制。一般情況下要求定期使用有證標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行質(zhì)量控制，標(biāo)準(zhǔn)煤樣檢測(cè)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值的不確定度范圍則說(shuō)明檢測(cè)結(jié)果可靠。前提要求是標(biāo)準(zhǔn)煤樣揮發(fā)分與待測(cè)煤樣揮發(fā)分相近或涵蓋待測(cè)煤樣揮發(fā)分范圍。如果標(biāo)煤揮發(fā)分標(biāo)準(zhǔn)值與樣品偏差較大，雖然能保證與標(biāo)煤結(jié)果相近的煤樣結(jié)果的準(zhǔn)確性，但其他樣品的檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)性。因此，可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)馬弗爐標(biāo)準(zhǔn)煤樣的檢測(cè)結(jié)果制作質(zhì)量控制圖，利用質(zhì)量控制圖長(zhǎng)期檢測(cè)數(shù)量來(lái)判斷馬弗爐狀態(tài)是否可控。

6 其他的注意事項(xiàng)

煤化驗(yàn)工作是一個(gè)對(duì)工作環(huán)境要求相對(duì)比較高的工作。比如為保證天平的正常使用，設(shè)備擺放的空間位置、工作臺(tái)面的材質(zhì)要符合設(shè)備使用要求；試驗(yàn)過(guò)程中要保證環(huán)境溫濕度在合適范圍內(nèi)，避免引起煤樣空氣干燥狀態(tài)不穩(wěn)定；要消除房間空氣流動(dòng)狀況、周?chē)h(huán)境震動(dòng)等對(duì)天平的準(zhǔn)確稱量帶來(lái)的影響等等。

當(dāng)測(cè)定低變質(zhì)程度的煤如褐煤和長(zhǎng)焰煤時(shí)，由于它們的水分和揮發(fā)分都很高，如果煤樣呈現(xiàn)較松軟的狀態(tài)下放入900℃的爐溫中加熱，揮發(fā)物會(huì)驟然大量析出，把坩堝蓋蓋頂開(kāi)并將碳粒帶走，且煤樣氧化嚴(yán)重，造成測(cè)定結(jié)果偏高。因此對(duì)于加熱易爆燃的煤應(yīng)預(yù)先壓餅，并切成約3mm的小塊進(jìn)行測(cè)定，而且盡量避免一次放入坩堝架的6個(gè)煤樣都是揮發(fā)分較高的煤樣。

煤樣重復(fù)性測(cè)定應(yīng)分兩爐次，樣品數(shù)量不足時(shí)空位用空坩堝補(bǔ)齊。

揮發(fā)分測(cè)定時(shí)要確認(rèn)馬弗爐的狀態(tài)，確認(rèn)為揮發(fā)分測(cè)試狀態(tài)，爐門(mén)要關(guān)閉，煙囪要呈關(guān)閉狀態(tài)。

干燥器內(nèi)的干燥劑要及時(shí)更換，避免干燥劑失效試樣吸收水分導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低。

7 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)行國(guó)標(biāo)是一切規(guī)則制訂的溯源文件，無(wú)論采用何種化驗(yàn)方法都應(yīng)該通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行精密度和準(zhǔn)確度確認(rèn)，而且必須有質(zhì)量監(jiān)控的跟進(jìn)過(guò)程。人、機(jī)、料、法、環(huán)是全面質(zhì)量管理實(shí)踐中五個(gè)影響因素的簡(jiǎn)稱，在揮發(fā)分的測(cè)定過(guò)程中穿插融合，潛移默化地進(jìn)行著全面質(zhì)量監(jiān)控?；?yàn)員在工作中應(yīng)該回歸質(zhì)量本源，聚焦質(zhì)量提升，從細(xì)節(jié)入手多環(huán)節(jié)控制，才能切實(shí)保證揮發(fā)分檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。