楊洋，安鵬天

(石家莊海關(guān)技術(shù)中心黃驊港業(yè)務(wù)部，河北 滄州 061000)

0 引言

石家莊海關(guān)技術(shù)中心黃驊港業(yè)務(wù)部自成立以來，擁有及在建8 個專業(yè)實驗室，可進行礦產(chǎn)品檢測、煤炭檢測、化工品檢測、原油及相關(guān)產(chǎn)品檢測。其中煤炭檢測技術(shù)相對成熟。商品煤中煙煤儲量豐富，用途廣泛，可用于煉焦、動力、氣化用煤、燃料、燃料電池、催化劑或載體等[1]。煙煤煤化程度高于褐煤而低于無煙煤。包括長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤等。外觀呈灰黑至黑色，具瀝青光澤或者金剛光澤。形狀一般為粒狀、小塊狀，也有粉狀的，含揮發(fā)分30%以上，燃點不太高，較易點燃；其含碳量與發(fā)熱量較高，燃燒時上火快，火焰長，有大量黑煙，燃燒時間較長；絕大部分灰分和水分含量較少，發(fā)熱量較高；少部分高灰分和高水分的煙煤，發(fā)熱量很低，燃燒時有結(jié)渣。發(fā)熱量數(shù)據(jù)是煤質(zhì)分析中最重要的指標(biāo)，所以對煙煤發(fā)熱量測量以及影響煙煤發(fā)熱量關(guān)鍵因素的研究尤為重要[2-4]。

目前，國內(nèi)尚無相關(guān)文獻描述煤炭的煤質(zhì)特點，文章通過對大量煙煤檢測數(shù)據(jù)的長期匯總研究，結(jié)合數(shù)據(jù)處理軟件origin 作圖，詳細(xì)分析了煙煤低位發(fā)熱量與灰分收到基與全水之和的相關(guān)關(guān)系。

1 實驗部分

1.1 原料與設(shè)備

原料：商品煙煤；煤炭標(biāo)準(zhǔn)樣品(煤科總院煤炭分析實驗室)；苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(中國計量科學(xué)研究院)。設(shè)備：分析天平；機械對流烘箱；智能馬弗爐；測硫儀；小氧彈全自動量熱儀；稱量瓶、坩堝等。

1.2 樣品的制備

煤炭經(jīng)現(xiàn)場采集后，經(jīng)研磨篩分，取粒度<6 mm 或<13 mm 的煤樣作為全水分分析樣品，取粒度<0.2 mm的煤樣作為常規(guī)分析樣品。

1.3 樣品分析

1.3.1 全水分分析

利用分析天平準(zhǔn)確稱取一定量的粒度為<6 mm或<13 mm 的煤樣，在氮氣流或在空氣流的烘箱內(nèi)105～110 ℃干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)干燥前后的質(zhì)量差計算出煤樣全水分[5-6]。

1.3.2 工業(yè)分析

水分：利用分析天平稱取1±0.1 g 試驗煤樣，精準(zhǔn)稱至0.000 2 g，平攤在預(yù)先干燥并已稱量的稱量瓶內(nèi)，置于105～110 ℃鼓風(fēng)干燥箱或通氮干燥箱內(nèi)，于空氣流中干燥到質(zhì)量恒定。根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失計算出水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

灰分：利用分析天平稱取1±0.1 g 試驗煤樣，精準(zhǔn)稱至0.000 2 g，平攤在預(yù)先灼燒至質(zhì)量恒定的灰皿中，置于爐溫不超過100 ℃的馬弗爐恒溫區(qū)中，并確保爐門關(guān)閉后有15 mm 左右的縫隙，確?？諝饽軌蛄鲃?，以保障煤樣完全燃燒。在不少于30 min 的時間內(nèi)將馬弗爐緩慢升溫至500 ℃，并保持30 min。隨后升溫至815±10 ℃，并在該溫度下灼燒1 h。取出后在空氣中冷卻5 min 左右，隨后移到干燥器中冷卻至室溫后進行稱量，計算出煤中灰分占比?；蛞罁?jù)快速灰化法進行灰分測定。

揮發(fā)分：利用分析天平稱取1±0.01 g 試驗煤樣，精準(zhǔn)稱至0.000 2 g，放置于預(yù)先900 ℃灼燒至恒重的帶蓋瓷坩堝中，并輕輕振動坩堝，確保煤樣攤平，蓋上蓋子，放在坩堝架上。將馬弗爐預(yù)熱至920 ℃左右后，迅速將帶有坩堝的坩堝架放置于馬弗爐恒溫區(qū)，并計時7 min。馬弗爐需在3 min 內(nèi)恢復(fù)至900±10 ℃，并在此溫度下保持至計時結(jié)束。取出后在空氣中冷卻5 min 左右，隨后移到干燥器中冷卻至室溫后進行稱量，計算出煤中揮發(fā)分結(jié)果。

1.3.3 全硫分析

在分析天平上稱取一定質(zhì)量的<0.2 mm 的煤炭樣品，在測硫儀上利用煤炭標(biāo)準(zhǔn)樣品建立標(biāo)準(zhǔn)曲線并完成煤炭全硫的測定[7]。

1.3.4 發(fā)熱量分析

在分析天平上稱取一定質(zhì)量的苯甲酸和<0.2 mm的煤炭樣品，在小氧彈全自動量熱儀上用苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定熱值并完成煤炭彈筒發(fā)熱量分析[8-10]。

2 結(jié)果與討論

2.1 煤質(zhì)大致特征

經(jīng)過大量的日常實驗和數(shù)據(jù)整理，并隨機取出近300 組煙煤檢測數(shù)據(jù)進行分析，煤炭含碳量(Cd)大致在40%～70%之間，揮發(fā)分含量(Vd)在30%～40%之間。如表1 所示，可以看出煙煤的特征為：灰分含量(Ad)在10%～40%之間，全水含量(Mt)在10%～25%之間，收到基低位發(fā)熱量(Qnet,ar)在17 000～25 000 kJ/kg之間。表1 是300 組煙煤取樣檢測后的部分?jǐn)?shù)據(jù)匯總。

2.2 煤質(zhì)關(guān)系分析

如圖1 所示，為發(fā)熱量與收到基灰分、全水之和的線性關(guān)系。

圖1 發(fā)熱量與收到基灰分、全水之和的關(guān)系

由圖1 可以看出，煙煤發(fā)熱量與收到基灰分、全水之和的存在清晰的線性關(guān)系，方程式為：

表2為相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗表，如表2 所示，在自由度n-2=274，顯著性水平α=0.05 時，取df=200，R0=0.138，因為|R|=0.999 57>0.138，所以該樣本的相關(guān)性高度顯著。

表2 相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗表

2.3 線性關(guān)系檢驗

隨機取出另外92 組數(shù)據(jù)對方程準(zhǔn)確性進行檢驗，所選數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 部分驗證數(shù)據(jù)匯總

由表3 可以看出，隨機取出的92 組檢驗數(shù)據(jù)的計算值與實測值的相對誤差均在0.5%以下，可知對于收到基低位發(fā)熱量25 000 kJ/kg 的煙煤，其估算誤差不大于125 kJ/kg，代入相對標(biāo)準(zhǔn)偏差公式RSD=0.20%，表明數(shù)據(jù)精密度良好。所以利用方程式(1) 可以在一定程度上驗證符合上述煙煤特點的收到基低位發(fā)熱量值。

2.4 實驗室數(shù)據(jù)驗算

為進一步確定實驗方程式(1)的準(zhǔn)確性，需要在實驗室中展開進一步討論，實驗室要求實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、可靠性。所以方程式(1)計算結(jié)果最大誤差應(yīng)該在所允許的實驗誤差范圍內(nèi)。對符合條件的煙煤所有的計算結(jié)果進行統(tǒng)計得出以下結(jié)論，如表4 所示。

表4 實測值與計算值差值

從表4 中可以得出結(jié)論，方程式(1)最大計算誤差均在化驗室所允許的實驗誤差范圍內(nèi)，同化驗室之區(qū)間300kJ/kg，再現(xiàn)性較好。由此進一步證明了所推導(dǎo)方程式(1) 可實用性、操作性。對于實驗室煤炭檢測數(shù)據(jù)能夠起到良好的把控和監(jiān)督作用。

3 結(jié)語

(1) 方程式(1) 僅適用于部分煙煤數(shù)據(jù)特征，并且僅限于推導(dǎo)方程所允許的數(shù)據(jù)變化范圍。

(2)以上方程式(1)推導(dǎo)時未考慮氫值波動的影響(氫值一般在3%～4%)由于氫值的都相對穩(wěn)定性，所以該方程具有較高的準(zhǔn)確性。

(3)對于含碳量(Cd)大致在40%～70%之間，揮發(fā)分含量(Vd)在30%～40%之間的煙煤，建立方程式(1)：Qnet,ar=34 076.99-430.2×(Mt+Aar)(R=-0.999 57)，概括了煙煤的收到基低位發(fā)熱量與收到基灰分和全水之和的線性關(guān)系，方程的線性關(guān)系好，數(shù)據(jù)驗證結(jié)果滿意。從方程式(1) 中不難看出收到基灰分和全水之和每升高一個單位，收到基低位發(fā)熱量就降低430 kJ/kg。必要時用方程式(1)對一些不確定因素進行綜合評估及預(yù)測發(fā)熱量，對日常數(shù)據(jù)進行隨機檢驗以確保煤質(zhì)檢測的準(zhǔn)確性、可靠性。