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        用庫(kù)侖法測(cè)定煤中全硫問(wèn)題研究

        2022-07-07 11:28:00馬文靜
        大科技 2022年27期
        關(guān)鍵詞:含硫量電解池庫(kù)侖

        馬文靜

        (國(guó)能榆林能源有限責(zé)任公司,陜西 榆林 719315)

        0 引言

        煤炭存在含硫量超標(biāo)的情況,需要確保硫檢測(cè)方法的合理性,明確全硫測(cè)定中常見(jiàn)的問(wèn)題,使測(cè)定流程能夠順利進(jìn)行。為了提高全硫測(cè)定效率,需要做好檢測(cè)容器和裝置的正確使用工作,避免檢測(cè)煤炭使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題,對(duì)全硫測(cè)定的精度展開控制。全硫測(cè)定應(yīng)對(duì)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行回避,確保檢測(cè)過(guò)程能夠安全進(jìn)行,構(gòu)建完善的檢測(cè)環(huán)境。

        1 庫(kù)侖法測(cè)定煤中全硫工作原理

        庫(kù)侖測(cè)硫儀是全硫含量測(cè)定的重要儀器,需要做到精心使用、正確保養(yǎng),提高儀器的使用效率延長(zhǎng)其使用壽命,確保儀器應(yīng)用的合理性,采用精準(zhǔn)的全硫測(cè)定形式。全硫測(cè)定應(yīng)遵守《煤中全硫的測(cè)定方法》(GB/T 214—2007)的要求,合理對(duì)測(cè)量?jī)x器、試劑等進(jìn)行準(zhǔn)備,確保測(cè)定過(guò)程能夠順利進(jìn)行。庫(kù)侖測(cè)硫儀的測(cè)定范圍在0%~30%之間,溫度控制在0~1200℃之間,儀器開機(jī)5min 后可穩(wěn)定工作,在全硫測(cè)定上具有較高的效率。庫(kù)侖法測(cè)定全硫的原理如下煤樣在催化劑作用下,于空氣流中燃燒分解,煤中硫生成硫氧化物,其中二氧化硫被碘化鉀溶液吸收,以電解碘化鉀溶液所產(chǎn)生的碘進(jìn)行滴定,根據(jù)電解所消耗的電量計(jì)算煤中全硫的含量。本化驗(yàn)站所用測(cè)硫儀為鶴壁科奧KBL-868 一體測(cè)硫儀,能夠自動(dòng)設(shè)置煤樣的測(cè)硫流程,保證煤樣測(cè)量能夠按照一定的流程進(jìn)行。庫(kù)侖測(cè)硫儀與計(jì)算機(jī)相連,由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行打印,便于對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,降低人工數(shù)據(jù)采集的不便[1]。圖1 為庫(kù)侖測(cè)硫儀。

        圖1 庫(kù)侖測(cè)硫儀

        2 庫(kù)侖法測(cè)定煤中全硫問(wèn)題分析

        2.1 空氣及流量控制

        對(duì)煤樣進(jìn)行高溫燃燒時(shí),需要通入一定的空氣,確保硫元素能夠緩慢地氧化,最終生成SO2和SO3。通入空氣過(guò)程中,需要對(duì)氣流展開控制,一方面,需要做好空氣的干燥工作,避免含有水蒸氣的空氣混入,否則將會(huì)導(dǎo)致含硫氣體的純度下降,甚至導(dǎo)致額外物質(zhì)的生成,如CO 等,對(duì)測(cè)定環(huán)境的影響較大。而且,含硫氣體與水蒸氣會(huì)發(fā)生反應(yīng),生產(chǎn)硫酸后會(huì)對(duì)管路造成堵塞,對(duì)測(cè)定結(jié)果具有一定的影響。另一方面,需要對(duì)空氣進(jìn)行控制,從SO2和SO3的可逆平衡來(lái)考慮,必須保持較低的氧氣分壓,才能提高二氧化硫的生成率,這就是選用空氣而不是氧氣進(jìn)行庫(kù)侖測(cè)硫的原因。試驗(yàn)證明,空氣流量低于1000mL/min 時(shí),有些煤樣在5min 內(nèi)燃燒不完全;而且氣流速度低,對(duì)電解池內(nèi)溶液的攪拌、電生碘的迅速擴(kuò)散亦不利,所以空氣流量不能低于1000mL/min。用未經(jīng)干燥的空氣作載氣會(huì)使SO2在進(jìn)入電解池前就生成H2SO3,吸附在管路中,是測(cè)定結(jié)果偏低,所以空氣流需要預(yù)先干燥。取全硫值不同的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)煤樣,分別在抽氣流量偏小、正常、偏大的條件下進(jìn)行試驗(yàn),將差值進(jìn)行對(duì)比,見(jiàn)表1。

        表1 空氣流量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

        2.2 燃燒環(huán)境設(shè)置

        燃燒裝置是實(shí)現(xiàn)煤樣高溫燃燒的關(guān)鍵,需要對(duì)燃燒環(huán)境進(jìn)行設(shè)置,提高煤樣燃燒的充分性,使硫元素能夠氧化脫離,促進(jìn)全硫檢測(cè)精度的提升。燃燒管是煤樣發(fā)生反應(yīng)的容器,需要確保燃燒管處于干燥狀態(tài),將煤樣緩慢地投入燃燒管內(nèi),確保煤樣盛裝過(guò)程的平穩(wěn)性。煤樣燃燒過(guò)程中,容易發(fā)生爆燃現(xiàn)象,使得高溫燃燒過(guò)程較為劇烈,甚至?xí)斐擅簶拥娘w濺。為了防止煤樣燃燒發(fā)生爆燃現(xiàn)象,首先需要對(duì)燃燒溫度進(jìn)行控制,將溫度控制在1150℃左右,防止反應(yīng)過(guò)程較為劇烈,對(duì)燃燒溫度展開控制,使溫度能夠穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。其次要采用防濺措施,在距燃燒管的出口端10~80mm 處填充干燥、潔凈的硅酸鋁棉,并且將其裁剪成圓形,厚度在3mm 左右,在出口端填充玻璃纖維棉,降低煤樣的飛濺效果,使爆燃現(xiàn)象能夠得到抑制,保障高溫燃燒過(guò)程能夠順利進(jìn)行。對(duì)煤樣進(jìn)行全面地遮擋,提高煤樣的防濺燃燒效果。

        2.3 電解液的使用

        庫(kù)侖法測(cè)硫過(guò)程中,采用電解液對(duì)含硫氣體進(jìn)行吸收,用于對(duì)煤樣中的全硫含量進(jìn)行測(cè)定。通常情況下,電解液可以重復(fù)進(jìn)行使用,一般可以連續(xù)使用3~5 次,能夠提高測(cè)定試劑的利用率。需要注意的是,一旦電解液無(wú)法滿足含硫氣體的吸收要求,將會(huì)導(dǎo)致全硫測(cè)定結(jié)果偏低,對(duì)測(cè)定結(jié)果造成嚴(yán)重的影響。為此,需要對(duì)電解液的適應(yīng)次數(shù)進(jìn)行控制,確保電解液對(duì)含硫氣體的吸收作用。庫(kù)侖法測(cè)硫電解液為酸性環(huán)境,pH 在1~2之間,隨著測(cè)定過(guò)程的不斷進(jìn)行,電解質(zhì)的硫含量將會(huì)逐漸增多,導(dǎo)致電解液的pH 下降,一旦pH 小于1,將會(huì)影響電解液對(duì)含硫氣體的吸收效果,不利于測(cè)定過(guò)程的進(jìn)行。為了確保電解液能夠重復(fù)使用,測(cè)定前應(yīng)對(duì)電解液的pH 進(jìn)行檢測(cè),確保pH 處于1~2 之間。同時(shí),需要對(duì)煤樣的用量進(jìn)行控制,用量在50mg 左右,降低電解液的含硫量,進(jìn)而使電解液能夠多次使用,節(jié)約試劑資源的用量。

        2.4 電解液pH 控制

        pH 控制是確保電解液穩(wěn)定吸收含硫氣體的關(guān)鍵,隨著反應(yīng)過(guò)程的不斷進(jìn)行,電解液的將表現(xiàn)為強(qiáng)酸性,并且酸度將會(huì)逐漸增大,使含硫氣體的吸收呈現(xiàn)為飽和狀態(tài)。電解液的pH 應(yīng)控制在1~2 之間,一旦pH 小于1,則需要對(duì)電解液進(jìn)行更換,否則將會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。含硫氣體被電解液吸收后,將會(huì)生成H2SO3,使電解液的pH 降低,同時(shí)電解液中的I2和Br2會(huì)與H2SO3反應(yīng),導(dǎo)致H+離子大量增加,導(dǎo)致pH 的下降趨勢(shì)加劇,因而對(duì)pH 進(jìn)行嚴(yán)格控制較為重要。隨著電解液酸性的增加,受到光敏效應(yīng)的影響,I-和Br-離子會(huì)生成I2和Br2。由于I2和Br2是在非電離狀態(tài)下生成,將會(huì)導(dǎo)致全硫測(cè)定的結(jié)果偏低,當(dāng)電解液pH 低于1 時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。

        2.5 攪拌速度控制

        庫(kù)侖滴定過(guò)程中,若攪拌結(jié)果不充分,將會(huì)影響到I-、Br-的擴(kuò)散,導(dǎo)致無(wú)法對(duì)測(cè)定終點(diǎn)進(jìn)行確定,引起測(cè)定的結(jié)果偏高。攪拌速度控制是滴定穩(wěn)定的關(guān)鍵,一方面,攪拌速度不能太快,否則將會(huì)影響到滴定過(guò)程的進(jìn)行,錯(cuò)過(guò)滴定的終點(diǎn)位置。另一方面,滴定速度不能太慢,否則將會(huì)影響到擴(kuò)散效率,不利于測(cè)定的穩(wěn)定控制,甚至導(dǎo)致終點(diǎn)控制失靈。攪拌速度應(yīng)控制在500r/min 左右,確保滴定過(guò)程處于勻速狀態(tài),提高滴定終點(diǎn)的靈敏度[3]。

        2.6 氣密性檢查

        全硫測(cè)定過(guò)程中,需要對(duì)裝置的氣密性進(jìn)行檢查,確保氣密性處于完好狀態(tài),否則不僅會(huì)引起泄漏問(wèn)題,還會(huì)影響到測(cè)定過(guò)程的安全性。氣密性檢查方法如下:分三個(gè)步驟進(jìn)行檢查:①取下電解池,用乳膠管將電解池的抽氣管與燒結(jié)玻璃熔板的支管連接起來(lái),在電解池內(nèi)注滿水,關(guān)閉加液漏斗的活塞。打開電解池的加液管,如水面不下降,表示電解池已不漏氣;或用乳膠管將電解池的放液管與燒結(jié)玻璃熔板支管連接起來(lái),關(guān)閉加液漏斗的活塞并將電解池浸沒(méi)在水中,經(jīng)電解池抽氣管充氣,如沒(méi)有氣泡從電解池中逸出,則表示電解池氣密。②將經(jīng)檢查不漏氣的電解池裝入測(cè)定系統(tǒng)中,開動(dòng)電磁泵,調(diào)節(jié)到規(guī)定的流量(1000mL/min),關(guān)閉燃燒管與電解池間的玻璃活塞,觀察空氣流量計(jì)的轉(zhuǎn)子是否下降,如浮子下降則表示接電解池的凈化系統(tǒng)亦不漏氣。③開動(dòng)電磁泵,調(diào)節(jié)到規(guī)定流量,塞住燃燒管的開口端(進(jìn)樣處),如空氣流量計(jì)的轉(zhuǎn)子下降,則表示燃燒管亦完好。也可先進(jìn)行③檢查,若氣密性好,則說(shuō)明燃燒管、電解池、凈化系統(tǒng)氣密性都好;若漏氣,在進(jìn)行②檢查,最后進(jìn)行①檢查,逐一查出漏氣處。

        2.7 催化劑的使用

        煤樣燃燒過(guò)程中,需要注重催化劑適應(yīng)使用,確保硫元素與氧氣能夠充分地反應(yīng),對(duì)SO2的生產(chǎn)效率進(jìn)行控制,使反應(yīng)過(guò)程朝著有利于全硫測(cè)定的方向發(fā)展。正常情況下,SO2的生成效率較低,并且伴有SO3的生成,將會(huì)對(duì)全硫測(cè)定過(guò)程造成影響。在不使用催化劑的情況下,將需要較高的反應(yīng)溫度,溫度需要控制在1500℃以上,不利于高溫環(huán)境的控制。而且,高溫條件會(huì)降低燃燒管的使用壽命,導(dǎo)致裝置的損耗加劇。通過(guò)催化劑的使用,如三氧化鎢等,將其覆蓋在煤樣表面,不僅可以提高SO2生成效率,還能夠降低反應(yīng)的溫度,將反應(yīng)溫度控制在1150~1200℃之間,保障燃燒過(guò)程能夠順利進(jìn)行。另外,三氧化鎢有助于SO2與SO3平衡體系的控制,使SO2的生成效率加快,并且對(duì)SO3具有抑制作用。

        2.8 燒結(jié)玻璃熔板清洗

        全硫測(cè)定實(shí)驗(yàn)中,需要對(duì)燒結(jié)玻璃熔板進(jìn)行清洗,防止測(cè)定時(shí)造成裝置堵塞,保證裝置能夠正常工作。隨著反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)行,管路內(nèi)將會(huì)有黑色沉積物,對(duì)及時(shí)展開清理工作,防止對(duì)管路造成堵塞,確保測(cè)定過(guò)程的安全性。燒結(jié)玻璃熔板的清潔方法如下:首先,在電解池中倒入少量清水,采用重鉻酸鉀溶液對(duì)沉積物進(jìn)行浸泡,再加入一定量的硫酸溶液,使黑色沉積物能夠迅速溶解,提高沉積物的處理效率,使沉積物能夠?yàn)V除到體系外。其次,將污水從熔板中進(jìn)行抽離,確保污水能夠清理干凈,接著采用清水進(jìn)行沖洗,確保熔板表面不存在液體殘留,使熔板處于潔凈狀態(tài)。最后,需要對(duì)池體、熔板、支管進(jìn)行綜合清洗,確保裝置整體物殘留情況。對(duì)支管進(jìn)行清洗時(shí),應(yīng)保持在負(fù)壓環(huán)境下,使洗液在支管中能夠靜置一段時(shí)間,使支管的清洗更加的徹底,保障支管的清洗效果[4]。

        2.9 高硫煤的測(cè)量

        煤樣測(cè)定過(guò)程較為復(fù)雜,需要對(duì)全硫進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè),保證測(cè)量結(jié)果能夠得到清晰展現(xiàn)。庫(kù)侖法測(cè)定過(guò)程中,若含硫量超出10%,則需要延長(zhǎng)高溫爐的撤溫時(shí)間,將溫度溫度維持在500~600℃之間,時(shí)間在10~15min 之間,保障溫度控制的嚴(yán)格性。通過(guò)庫(kù)侖測(cè)硫儀可以生成煤炭質(zhì)量和含硫量的測(cè)定曲線,使檢測(cè)結(jié)果更加的直觀,提高高硫煤的測(cè)定效率。以煤樣質(zhì)量(g)作為x 軸,含硫量St,ad(%)作為y 軸,繪制出煤樣全硫測(cè)定曲線,如圖2 所示。通過(guò)曲線可以對(duì)煤樣的特征進(jìn)行展現(xiàn),確定質(zhì)量與含硫量之間的關(guān)系,對(duì)煤樣的含硫特性進(jìn)行判斷。

        圖2 煤樣全硫測(cè)定曲線

        2.10 庫(kù)侖測(cè)硫儀校準(zhǔn)

        在全硫測(cè)定過(guò)程中,需要做好儀器的校準(zhǔn)工作,確保儀器能夠正常運(yùn)行,提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)過(guò)程中,需要采用標(biāo)準(zhǔn)煤樣進(jìn)行檢測(cè),按照說(shuō)明書進(jìn)行校準(zhǔn)操作,確保校準(zhǔn)過(guò)程能夠有序開展,促進(jìn)校準(zhǔn)質(zhì)量的提升。校準(zhǔn)煤樣分為3 份,含硫量應(yīng)小于1%,不能出現(xiàn)含硫量過(guò)高的情況,有助于對(duì)測(cè)定精度進(jìn)行檢驗(yàn)。庫(kù)侖測(cè)硫儀能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)校驗(yàn),將煤樣盛放到托盤后,按下“校正”鍵后,按照標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)樣本基硫含量進(jìn)行檢驗(yàn),可以自動(dòng)生成樣本質(zhì)量與含硫量的曲線,用于對(duì)全硫含量進(jìn)行校驗(yàn)。采用煤樣重復(fù)上述過(guò)程,對(duì)多次校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì),保障校驗(yàn)工作能夠準(zhǔn)確進(jìn)行。

        3 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,庫(kù)侖法是測(cè)定煤中全硫的有效方法,需要注重測(cè)定方法的適應(yīng),對(duì)不利因素采取回避措施,確保測(cè)定環(huán)境的完善性。全硫測(cè)定過(guò)程中,需要合理對(duì)電極、電解液、催化劑等進(jìn)行適應(yīng),將對(duì)環(huán)境的影響控制在較低水平,同時(shí)確保測(cè)定過(guò)程的規(guī)范性,提高測(cè)定儀器運(yùn)用的合理性,防止測(cè)定過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題,造成全硫測(cè)定的精度不足。

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