郭春艷 楊學(xué)峰

國家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)檢測公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209

一、概述

煤的揮發(fā)分產(chǎn)率與煤的變質(zhì)程度有比較密切的關(guān)系,是一項(xiàng)重要的煤質(zhì)指標(biāo)。在我國煤炭分類方案中以揮發(fā)分作為第一分類指標(biāo)。還是煤加工利用的重要指標(biāo),根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率和測定揮發(fā)分后的焦渣特征可初步確定煤的加工利用途徑。例如,在電力系統(tǒng)中,揮發(fā)分是電站鍋爐設(shè)計(jì)需首先考慮的指標(biāo),是火力發(fā)電廠入廠煤計(jì)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)。入爐煤混配的主要依據(jù)、揮發(fā)分的高低直接影響電廠制粉系統(tǒng)安全運(yùn)行及鍋爐穩(wěn)定燃燒。因此,揮發(fā)分的準(zhǔn)確測定是非常重要的。然而,揮發(fā)分是煤的工業(yè)分析中最難測準(zhǔn)的一個(gè)項(xiàng)目,影響揮發(fā)分測定的因素很多,主要有加熱溫度、加熱時(shí)間和加熱速度,設(shè)備的定期檢定校準(zhǔn)及期間核查；坩堝材質(zhì)、大小、厚薄、嚴(yán)密性與坩堝架材質(zhì)、坩堝架大??；試樣的質(zhì)量和粒度以及水分測定的準(zhǔn)確度和實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范等。

二、影響因素

(一)加熱溫度、加熱時(shí)間和加熱速度。煤的揮發(fā)分測定是一項(xiàng)規(guī)范性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn),其測定結(jié)果完全取決于所規(guī)定的試驗(yàn)的條件。GB/T 212—2008中揮發(fā)分的測定5.3.2規(guī)定：將馬弗爐預(yù)先加熱至920℃左右。打開爐門,迅速將放有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū),立即關(guān)上爐門并計(jì)時(shí),準(zhǔn)確加熱7MIN。坩堝及坩堝架放入后,要求爐溫在3MIN內(nèi)恢復(fù)至(900±10)℃,此后保持在(900±10)℃,否則此次試驗(yàn)作廢。加熱時(shí)間包括溫度恢復(fù)時(shí)間在內(nèi)?？梢哉J(rèn)為,揮發(fā)分是煤在無氧情況下,加熱時(shí)的熱分解產(chǎn)物,加熱溫度、加熱時(shí)間和加熱速度決定了煤中有機(jī)物和無機(jī)礦物質(zhì)的分解程度。在(900±10)℃加熱7MIN煤中有機(jī)物和無機(jī)礦物質(zhì)的熱解反應(yīng)趨于完全,因而測定結(jié)果較穩(wěn)定；低于規(guī)定溫度,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)7MIN可能分解不完全；在規(guī)定溫度(900±10)℃下如果加熱時(shí)間少,分解也可能不完全；加熱時(shí)間長,會(huì)在揮發(fā)分析出后,因坩堝內(nèi)壓力下降,空氣滲入引起煤樣氧化。因此,加熱溫度、加熱速度和加熱時(shí)間都是影響揮發(fā)分準(zhǔn)確測定的重要因素。嚴(yán)格執(zhí)行國標(biāo)規(guī)定的要求,是保證揮發(fā)分產(chǎn)率準(zhǔn)確的有力保障。

(二)設(shè)備的定期檢定校準(zhǔn)及期間核查。馬弗爐的熱電偶在使用過程中,由于受到環(huán)境條件、周圍介質(zhì)和熱的作用以及保護(hù)管和絕緣管材料的污染等,從而使熱電極出現(xiàn)氧化、腐蝕、晶體結(jié)構(gòu)變化等現(xiàn)象。這些都會(huì)使熱電偶的熱電特性發(fā)生變化,為了獲得可靠的揮發(fā)分結(jié)果,必須定期檢定校準(zhǔn)設(shè)備,否則會(huì)引起測量誤差。首先應(yīng)每年至少對熱電偶及毫伏計(jì)進(jìn)行一次校準(zhǔn),校準(zhǔn)和使用熱電偶時(shí),其冷端應(yīng)放入冰水或?qū)⒘泓c(diǎn)調(diào)到室溫,或采用冷端補(bǔ)償器；其次還應(yīng)對馬弗爐的恒溫區(qū)每年至少測定一次,測定時(shí)必須在關(guān)閉爐門的狀態(tài)下進(jìn)行,并保證坩堝架能夠全部放置于恒溫區(qū)范圍內(nèi)。

除進(jìn)行定期檢定或校準(zhǔn),以保證其量值的溯源性,并加以必要的維護(hù)和保養(yǎng),以保證設(shè)備的有效性和可靠性。因此,大多數(shù)檢測室認(rèn)為,只要對儀器進(jìn)行了定期檢定或校準(zhǔn),儀器就是可靠的,出具的數(shù)據(jù)就是有效的,使儀器的期間核查成為檢測室最易忽視也最不重視的環(huán)節(jié)。實(shí)際上,使用頻率高、易損壞、性能不穩(wěn)定的儀器在使用一段時(shí)間后,由于操作方法,環(huán)境條件,以及震動(dòng)、樣品污染等因素的影響,并不能保證檢定或校準(zhǔn)狀態(tài)的持續(xù)可信度。因此,檢測室應(yīng)對這些儀器進(jìn)行期間核查。針對不同儀器的特性,可使用不同的核查方法,如儀器間比對和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證等。只要檢查方法有效,周期穩(wěn)定,就一定能及時(shí)預(yù)防和發(fā)現(xiàn)不合格的儀器并避免誤用,保證檢測結(jié)果持續(xù)的準(zhǔn)確性、有效性,為顧客和社會(huì)提供可信的數(shù)據(jù)和滿意的服務(wù)。

(三)坩堝和坩堝架。GB/T 212—2008中揮發(fā)分的測定5.2.1對坩堝的形狀、尺寸(見圖3)和質(zhì)量都作了規(guī)定,坩堝總質(zhì)量為(15～20)G。但由于國內(nèi)坩堝生產(chǎn)廠家眾多,所產(chǎn)坩堝并不完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求,坩堝厚薄不一致,坩堝蓋和坩堝配合不嚴(yán)密,坩堝質(zhì)量超過(15～20)g,尤其以坩堝與坩堝蓋配合不嚴(yán)密影響最大,特別是對低揮發(fā)分煤。煤樣加熱后期,由于氣體析出完畢,坩堝內(nèi)壓力下降,空氣滲入,使煤樣部分氧化,造成結(jié)果偏高。新坩堝應(yīng)灼燒至質(zhì)量恒定后方可使用,灼燒過的坩堝如果不立即使用應(yīng)放在干燥器中備用,否則會(huì)吸收空氣中水分,其影響程度與空氣濕度有關(guān)。

GB/T 212—2008中揮發(fā)分的測定5.2.3對坩堝架的要求：用鎳鉻絲或其他耐熱金屬絲制成。其規(guī)格尺寸以能使所有的坩堝都能在馬弗爐的的恒溫區(qū)內(nèi),并且坩堝底部緊鄰熱電偶熱接點(diǎn)上方。坩堝架應(yīng)耐高溫,試驗(yàn)中不能掉皮,而且孔要符合國標(biāo)要求。太大坩堝易晃動(dòng)；太小灼燒后由于熱脹冷縮的緣故,坩堝會(huì)被坩堝架擠碎。為保持熱容量一致,每次實(shí)驗(yàn)時(shí),坩堝架上應(yīng)放相同數(shù)量的坩堝。

(四)作業(yè)過程規(guī)范。煤的揮發(fā)分產(chǎn)率,是煤在(900±10)℃隔絕空氣加熱7MIN,并經(jīng)水分校正后的質(zhì)量損失。因此煤中的水分(MAD)直接影響揮發(fā)分的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空氣干燥基水分的測定結(jié)果對低揮發(fā)分煤的影響要比高揮發(fā)分煤的影響更明顯。在實(shí)驗(yàn)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)空氣干燥基水分過高或過低情況,這主要是由于制樣或檢測不規(guī)范造成,具體分析如下：

1.某些制樣人員認(rèn)為,煤樣磨制成分析試樣前已達(dá)到空氣干燥狀態(tài)(在溫度小于50℃的干燥箱干燥),就表明煤樣研磨成分析試樣后就達(dá)到了空氣干燥狀態(tài)。這種認(rèn)知欠妥,實(shí)際上這樣的分析試樣并未達(dá)到空氣干燥狀態(tài),煤樣還處于散發(fā)或吸水的狀態(tài),用這樣的分析試樣測得的水分和揮發(fā)分,會(huì)導(dǎo)致測試值有偏差。最后制樣階段的空氣干燥應(yīng)將煤樣置于環(huán)境溫度下冷卻并使之與大氣濕度達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.GB/T 212—2008規(guī)定分析試樣粒度應(yīng)小于0.2mm,粒度達(dá)不到要求,影響試樣的精密度,導(dǎo)致檢測結(jié)果重復(fù)測定超差或不準(zhǔn)確。因此制樣人員要嚴(yán)格按國標(biāo)制樣程序制備煤樣。

3.稱取分析試驗(yàn)煤樣前,應(yīng)用滾動(dòng)或攪拌方法將煤樣充分混勻,然后從煤樣容器的不同部位、不同深度,用多點(diǎn)取樣法取出要求質(zhì)量的煤樣,以避免因一次性同一部位取出而影響檢測結(jié)果。

4.檢測人員稱取樣品前未檢查天平是否處于水平狀態(tài),天平不水平會(huì)導(dǎo)致器皿及試樣質(zhì)量不準(zhǔn)確,以及器皿或者試樣質(zhì)量讀數(shù)有誤,這些都會(huì)導(dǎo)致檢測結(jié)果錯(cuò)誤。

5.GB/T 212—2008規(guī)定的稱樣量為(1±0.01)g,秤準(zhǔn)至0.0002G,相對于工業(yè)分析其它指標(biāo),如水分和灰分的稱樣量(1±0.1)g,其稱樣量更精確。這個(gè)范圍的質(zhì)量使煤樣的揮發(fā)達(dá)到最佳狀態(tài)。

6.測定水分的稱量瓶從干燥箱取出后未及時(shí)放入干燥器中,干燥后煤樣會(huì)吸收空氣中的水分,導(dǎo)致測得的水分結(jié)果比實(shí)際的測試值低。測定揮發(fā)分的坩堝從馬弗爐中取出后,先放置在空氣中冷卻5MIN左右,然后移入干燥器中冷卻至室溫(約20 MIN)后稱量。如果在空氣中冷卻時(shí)間太長,焦渣就會(huì)吸水,會(huì)導(dǎo)致試樣結(jié)果偏低；如果在干燥器中冷卻時(shí)間不到,會(huì)導(dǎo)致試樣結(jié)果偏高。

三、結(jié)論

通過討論影響揮發(fā)分測定結(jié)果的幾個(gè)因素得出結(jié)論：在檢測作業(yè)方面,只有了解了這些影響因素,并且抓好全面質(zhì)量管理,才能避免造成不必要的差錯(cuò)；只有嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定,并且不斷提升全面質(zhì)量管理,才能獲得準(zhǔn)確可靠的檢測數(shù)據(jù)。為需求者提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)!